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1、地理科学导论 （第三节）地理-生态科学基础及其应用领域,李贞 编,主要内容：,1.生态学，环境学概念与地理科学的发展 （自然地理，地理科学，地生态学的研究方向） 2. 地理（区域）生态学的应用研究领域 （基础和应用素质的培养） 3.简介地理科学的有关生态基础教学 （生物地理学与实验，地生态学，土壤地理学与实验） 思考题： 1. 现代地理学与生态学的研究对象和相互渗透的界面（区域生态学的基础）？ 2. 判别一个区域的可持续发展程度，你所希望具备哪些自然地理和生态基础知识？,1.生态学，环境学与地理学基础的发展,1.1.概念 地理学（geography) 研究地表各圈层相互作用的科学。 地理学是一

2、门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用与关系及其时空规律的科学。（郑度等，2001） 体系：自然地理，人文地理，地理信息系统 生态学（ecology） 是关于生物有机体与其生境的关系,和物质、能量交换功能的科学。 体系：个体生物学，群落生态学，生态系统学，景观生态学（地生态学，土地利用），区域生态学 环境学（environment science） 以研究人类生态系统为核心的科学。环境是人类与生物赖以生存和发展的所有外界自然要素和条件的综合。 体系：环境学，环境医学，环境工程学，环境管理学,1.2 中国地理自20世纪50年代经历的几个发展阶段,（1）50-60年代：部门地理学的通论和综合自然

3、地理，结合国民经济建设和区域综合考察等。 研究热点（成果）：地带性规律，自然区划，农业区划，经济区划等。 教学和研究特点：以五圈和3过程为基础，岩石圈，水圈，大气圈，土壤圈，生物圈和物理过程，化学过程，生物过程。 在50年代末期间：我国著名地理学家黄秉维提出的地理学发展的3个新方向（黄秉维，1960）水热平衡，化学地理与生物地理群落。 学科系统以部门地理为主：地貌学，气候学，水文学，土壤地理，生物地理，经济地理 为我国地理界进入新兴的环境科学领域奠定基础,（2）70-80年代：地理学走向区域发展战略、区域整治（环境科学起步）和区域综合开发（区域旅游开发）。 研究热点（成果）:区域城乡规划，环境

4、区划，自然保护区规划等 教学和研究特点：现代地理学从自然向自然与人文过程结合方向发展。从单要素向，单过程向多要素，耦合过程的综合研究。（整体性特点）。地理过程研究：按要素分为自然过程和人文过程，按机制分：物理过程，化学过程地理生态，生物过程，人文过程。,地理学的分支发展：地学界在近代发起的生态学和刚起步环境科学发挥了基础理论和应用优势，都以研究人类与环境的相互关系和区域社会经济的问题为学科发展方向。旅游地理学也应运而兴。 生态地学已从实验地学（定位研究）面向对流域治理（区域生态，综合地学）研究： 1).群落学-生态系统学（定量和定量分析:群落种类组成，生物量，生长量，土壤-植物物质循环 ）； 2).生

5、物多样性变化过程 （群落尺度，区域尺度）； 3).地球化学-小流域水土流失治理， （土地承载力：水热平衡，光利用率，森林水文，不同植被的径流量等）； 4).生态补偿思路的提出和推进政策的制定。 环境科学的地学基础：污染源及其扩散规律；大气的，河流的地理生态，湿地的净化过程的取样、监测和检测结果分析都与地学基础分不开。,（3）90年代以来：面向区域可持续发展，区域城市化，以人地关系的协调发展为重的地球系统科学。 时代的特征：人类活动的强烈干预推动着地球系统演化进入了“人类世” (Anthropocene Era)的新纪元。 森林生态系统是自然界或气候带的最顶级的生态系统， 城市生态系统是人类社会，经济发

6、展的最高，最复杂的系统。 地理学研究特点：以自然，经济，社会组合的跨自然和社会的陆地系统科学（人地相关）成为区域可持续发展研究基础。也成为地理-生态-环境研究生长点。土地生态和持续发展成为多学科相互渗透研究热点。实际也是土地生态学的核心。 整体性是地理学的特色, 特别在2000年以来环境变化研究中, 基于系统分析的整体性研究愈加重要。 GIS，景观生态学加强了地学应用研究领域的建模科技手段和交叉学科理论的运用。,研究特点： “人类世”(Anthropocene Era)的新纪元。 5圈+智慧圈 3过程+人文（生态）过程 景观生态研究（生态单元、土地单元） 土地利用/覆盖变化（Land-Use/

7、Land-Cover Change LUCC)研究，利用遥感，GIS技术对环境资源等空间信息的获取，处理和分析，提高了研究的视角。但地形地物，植被分类的高精度的，符合实际系统的解译还有赖专业的实地调查。,附录： 陆地表层系统科学 是区域持续发展的理论基础,现代地理学涵盖自然地理学、人文地理学和地理信息科学,其发展趋势是:相邻学科的交叉、渗透与融合,加强地理学内部的综合研究,地理过程的微观研究进一步深化,结合实践拓宽应用研究领域,实验与研究手段的现代化,理论思维模式的转变。 地理学(地表层系统）应在陆地表层过程与格局、全球环境变化及其区域响应、自然资源保障与生态环境建设、区域可持续发展及人地系统

8、的机理与调控、地球信息科学和数字地球战略等前沿领域开拓创新,为促进地球系统科学的发展、协调人地关系等做出积极的贡献。 主要参考文献： 黄秉维.论地球系统科学与可持续发展战略科学基础.地理学报1996，51（4）350-354 黄秉维等，.区域持续发展的理论基础陆地系统科学. 地理学报1996，51（5）445-452,2. 地理（区域）生态学的应用研究领域,基础地理-生态素质培养：生物地理学与实验，土壤地理学与实验，地生态学，园林植物配置 应用地理-生态素质培养：区域生态规划，环境整治和规划，生态城市，绿地规划,2.1地理-生态学的基础和尺度,各种层次的研究, 如 种群，群落，生态系统， 景观

9、， 坡面，集水区， 流域，区域，全球; 并且针对每个层次突出的科学问题设计研究思路, 围绕解释不同层次地球表层过程发生的机理展开。更加强调尺度推绎与转换。,2.1.1 生态学（Ecology）,是关于生物有机体与其生境的关系和物质、能量交换功能的学科。 包括：个体生态学Autecology， 种群生态学Population ecology 群落生态学Synecology 等。,植被（绿地）（Vegetation） 是地表上的全部植物群落的总和。 群落（Community） 指在一定生境中，由生物之间，生物与环境之间相互作用，相互联系的，并具有一定结构特征和种类组成的生物组合。 种群（popul

10、ation） 是在一定空间中同种个体的组合。如人口、虫口、鸟口。 种（Species） 同时分布在同一生态环境，具有一定形态和生理特征的，能自由交配，繁殖后代的生物类群。是生物分类的基本单位，种与种之间具有生殖隔离,种、种群和群落基础概念：,CO2大气蓄库,侵蚀风化,生态学的物质循环：生态系统中的碳循环,燃烧,光合作用,植物,动物,细菌,海洋生态系统,死的有机质,呼吸作用,化石燃料,火山活动,碳酸盐岩石,河-湖生态系统,水圈,森林是生物碳的主要蓄库。全球森林储存的碳量相当于大气中含碳量的2/3.,海洋的含碳量是大气的50倍.,2.1.2 景观生态学(Landscape ecology),景观生

11、态学研究地球圈水平、垂直向上及其时间维上的异质性。 是研究景观（整体）内的生态系统之间以及与环境之间的空间结构、相互作用、协调功能、及动态变化的一门生态学新分支。 景观(Landscape) 是一个地域（地表）的历史、结构和生态方面相互作用所表现的景象的综合。其特性是通过其内部的生态系统相互影响并作用于其他景观而表现出来的。景观在自然等级系统中一般认为是属于比生态系统高一等级的层次。其由生物、非生物和人类活动的相关作用来构成和维持。 “土地”与景观同义。土地是地球表面的一个区域，其包括大气、地质地貌、土壤、水文、生物种群，还有过去和现在对土地利用能够产生显著影响的人类活动。 荷兰I.S 宗纳维

12、尔 著 地生态学 科学出版社.2003 （李秀珍译）,景观生态学研究主要内容,景观格局-结构、类型、等级（生态元、土地单元、土地系统、景观，边界等） 景观生态功能-景观组分及其关系（流），网络、连接度、动态 景观变化-稳定性、抗性、多样性、演替、自动平衡、耗散结构。,生态变化,地理生态过程的研究内容主要包括（傅伯杰等，2006） 水文循环过程与水量转化 流域系统中物质迁移过程、 土壤侵蚀过程、土地系统演变过程、 土壤植物大气连续系统过程、 环境生物地球化学过程、 生物多样性变化过程、 人文与文化过程等方面。,区域环境的演变过程 地理-生态学研究渗透界面和尺度 （这是地学和生态学研究的长期思考和

13、努力的探索点）,2.1地理-生态学的应用（举例）土地生态评价的阈值（承载力）（实现可持续愿望的图解）,可持续理想阈值区,需求，技术，承载力叠合区。但代表某一地区能够为人类所利用的方式的“经济圈”有限制。,短期思想在经济上一直占优势。,承载力是有限的，这是地理生态学研究的热点,本图中体现可以生物角度或以社会经济角度出发的自然土地评价或经济土地评价,应用：生态足迹的生态地学基础（绿地和环境资源）,生态足迹指的是用来提供人类使用的可再生资源的生物生产性土地和渔业用地面积，并且包括建设用地和吸收人类活动产生的二氧化碳用地。这一测度评价的是人类对生态系统供给可再生资源（包括食物、木材、纤维、生物质燃料）

14、与吸收二氧化碳废弃物这两大类生态的需求程度。基于人类对这两大类生态服务需求，生态足迹可分解为生物质足迹与碳足迹；基于提供生态服务的土地利用类型， 生物质足迹可分解为五类足迹组分：耕地、草地、林地、渔业用地和建设用地。(是需要保证基本生态用地的最少量理念（全国18万亿亩基本耕地）和碳交易的碳平衡机制）,我们的生活追求和环境压力生态足迹：生活方式与环境承载力,据世界自然基金（WWF）联合中国环境与发展国际合作委员会共同发布的中国生态足迹报告2010显示： 人类消耗地球自然资源的速度是资源置换速度的1.5倍。 2008年中国的人均生态足迹已是土地承载力的2倍，生态赤字还逐年增加。广东占全国生态足迹接

15、近10%。 如将珠江三角洲人均生态足迹按3.2hm2计，则是其现在土地承载力水平的7-8倍。特别是广州、深圳两个中心城市的人口压力，及其生活方式对物质和能源的依赖加强，无论是生态环境、能源、水资源，以及可使用土地等方面，都逐步逼近环境承载力的临界点状态。 资料： 人类消耗地球自然资源的速度是资源置换速度的1.5倍。 （全球的平均人均生态足迹为3hm2 ，英国是5hm2，美国10hm2，中国1.6hm2）。,农村与耕地,生态城市的美好向往,城乡系统和个性的塑造,城市景观和生活方式,城市政府,金融机构,高等研究机构,开发商,规划师,建筑师,文化策略专家,山林，水源地,河流，海岸，湿地,现状城市与发

16、展的有机关系,农业景观与生活方式,城市块,绿地块,城乡块,远郊山林转型规模和方式应慎重和节制,城乡带的河流，湿地和和连片耕地是珠江三角洲重点保护的景观生态资源,城市的河流，海岸复绿重塑应是自然和人文和谐的,海南省生态区划的方案(叠加分析过程),海南省生态区划的3流域方案,3.简介地理科学专业有关生态基础教学,生物地理学与实验 植物和动物分类，群落学，生物分布和生物区系，陆地生物群（植物地理和动物地理）；植物形态与解剖和动物分类实验 地生态学 生物与环境，种群生态学，生态系统学（陆地生态系统，水域生态系统），景观生态学，生态保护和发展（生物多样性，生态风险评价和生态规划） 土壤地理学与实验 土壤类型，土壤形成规律，土壤地理分布；土壤的理化性质实验 土壤环境学 土壤污染和修复，土壤环境影响评价,地学基础,1）地质地貌，气候，水文， 2）土壤剖面和群落样方法，生态指标计算 3）利用GIS信息和模型分析 4）人文作用影响,强调种群或群落的生态观察和实验； 植物、动物生物学分类和统计； 土壤、水域环境的物化分析； 物质分解和循环,强调人文过程的影响 土地利用生态变化 （如水文过程和水质保护，自然植被和景观多样性保护，）,植物分类（花的解剖实验课）,衡山实习做植物土壤样方,