大學(xué)地理科學(xué)專業(yè)生態(tài)學(xué)教育的擴(kuò)展

戴璐

摘 要：近些年，中學(xué)素質(zhì)教育改革的深化要求大學(xué)地理科學(xué)專業(yè)大力提升其學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。在生態(tài)學(xué)實習(xí)環(huán)節(jié)引入古生態(tài)學(xué)知識有利于擴(kuò)展學(xué)生的知識面，有利于將現(xiàn)代生態(tài)學(xué)與地質(zhì)學(xué)知識融合起來，增強(qiáng)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。古生態(tài)學(xué)實習(xí)可以從易于獲得的實驗樣品入手，以普遍存在的微體古生物化石或其現(xiàn)代樣品為研究對象，它們主要包括有孔蟲、介形蟲、放射蟲、鈣質(zhì)超微化石、溝鞭藻孢囊和花粉。這些知識可作為生態(tài)學(xué)教育的擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：地理科學(xué)專業(yè);生態(tài)學(xué)教育;古生態(tài)學(xué);微體古生物

1 引言

大學(xué)地理科學(xué)專業(yè)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)中學(xué)地理教育方面的人才，而中學(xué)地理知識體系包括了土壤、植被、生態(tài)和環(huán)保方面的內(nèi)容[1]，這就要求該專業(yè)學(xué)生扎實掌握生態(tài)學(xué)方面的內(nèi)容。古生態(tài)學(xué)以現(xiàn)代生態(tài)學(xué)知識為基礎(chǔ)，并進(jìn)一步擴(kuò)展，它將古生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)和古氣候?qū)W等方面的知識有機(jī)的擬合在一起。因此，在大學(xué)地理科學(xué)專業(yè)生態(tài)學(xué)教學(xué)上可以適當(dāng)?shù)囊牍派鷳B(tài)學(xué)方面的內(nèi)容，這既有利于學(xué)生未來的中學(xué)教學(xué)，又有利于立志于從事科研的學(xué)生擴(kuò)展興趣領(lǐng)域。古生態(tài)學(xué)教育可以圍繞生活周邊可以容易得到的生物（或古生物）樣品來開展觀察，并討論其生活的環(huán)境。古生物化石包括肉眼可見的大化石與顯微鏡下可見的微體古生物化石，前者較難被找到，而后者較為廣泛的存在于各種沉積物中。因此，我們可以圍繞微體古生物進(jìn)行開展教學(xué)。

2 常見的微體古生物簡介

2.1 有孔蟲

有孔蟲（foraminifer）是一種屬于原生動物門、跟足蟲綱、有孔蟲目的單細(xì)胞動物，由一團(tuán)原生質(zhì)構(gòu)成。原生質(zhì)分化為兩層：薄而透明的外層稱為外質(zhì)，深色的內(nèi)層稱為內(nèi)質(zhì)。從外質(zhì)伸出許多根狀或絲狀偽足，它們常分叉、分支，橫向或斜向相連而呈網(wǎng)狀。外質(zhì)和偽足分泌殼質(zhì)構(gòu)成有孔蟲殼。有孔蟲的直徑平均為0.33毫米左右，個別屬種的體積較大，例如Nummulites化石的體積可達(dá)幾毫米。有孔蟲可出現(xiàn)在世界上大部分的海洋中，在外陸架特別的豐富，每10毫升的沉積物樣品中就可能出現(xiàn)40多個種[2]。

2.2 鈣質(zhì)超微化石

鈣質(zhì)超微化石一般指大小1-35微米（μm）左右的碳酸鈣質(zhì)化石。鈣質(zhì)超微化石主要包括顆石藻（coccolithophorida）所產(chǎn)生的顆石類化石（coccoliths），同時還包括一些與顆石大小相近、成分相同、通常共同產(chǎn)出的非顆石類化石，如盤星石類（Discoasteraceae）、角狀石類（Ceratolithaceae）、楔石類（Sphenolithaceae）、五邊石類（Braarudosphaeraceae）和微錐石類（nannoconids）等化石，但這類化石生物已經(jīng)絕滅，其親緣關(guān)系遠(yuǎn)未查明，被認(rèn)為是和顆石藻同一類單細(xì)胞生物的遺骸。鈣質(zhì)超微化石分布于侏羅紀(jì)以來的海相地層，由于數(shù)量極多、分布廣泛、演化迅速、能反映海水溫度等環(huán)境變化，是海洋地層和古海洋學(xué)研究的好材料[3]。

2.3 介形蟲

介形蟲（Ostracods）與蝦、蟹等動物一樣，屬節(jié)肢動物門的甲殼綱。分類為節(jié)肢動物門（Arthropoda）、甲殼綱（Crustacea）、介形蟲亞綱（Ostracoda）。我們可以通過甲殼類動物之間的關(guān)系來研究介形蟲的形態(tài)，介形蟲屬于微體古生物的一部分，屬雙殼節(jié)肢動物，大多數(shù)個體的長度為0.4-2毫米左右。身體兩側(cè)對稱， 一般具有7對分節(jié)的附肢，成蟲最多具有8對肢體，胸部末端具有一對尾叉，頭部和胸部被包在兩瓣之內(nèi)。介形蟲能夠適應(yīng)多種生活環(huán)境，在海水和淡水中都能生存，因此地理分布廣[4]。

2.4 放射蟲

放射蟲是海洋中漂浮的單細(xì)胞原生動物，因為具有放射排列的線狀偽足而得名。放射蟲的大小一般為0.2～0.3毫米，其細(xì)胞質(zhì)被中心囊膜軟組織分為囊內(nèi)與囊外兩部分。囊內(nèi)和囊外的細(xì)胞質(zhì)通過中心囊膜表面上的小孔相互溝通。大部分種類的放射蟲由硅質(zhì)骨骼所組成，這使得其死亡并沉入海底后不易被溶解，可以大量富集起來。研究發(fā)現(xiàn)，在火柴盒大?。ù蠹s2立方厘米）的沉積物中含有的個體數(shù)竟然超過12萬個。這些堆積在海底的放射蟲殼形成了著名的放射蟲軟泥，這種軟泥覆蓋了整個地球海底面積的3.4%。從古生代開始，放射蟲就存在了，在其近6億年的歷史中產(chǎn)生了驚人的形狀多樣性[5]。

2.5 溝鞭藻

溝鞭藻（Dinoflagellates）屬于甲藻門（Pyrrophyta）下的溝鞭藻綱（Dinophyceae），是一種單細(xì)胞的真核生物，多數(shù)為鞭毛蟲（Flagellates），體積在10-2000微米之間。通常它是一種海洋浮游的藻類，但也分布在淡水環(huán)境中，現(xiàn)生種大約為2270個，另外有大約2500個已經(jīng)滅絕的化石種被描述。已知的淡水種大約為250-300種。接近一半的溝鞭藻可營光合作用，另外一些種是自養(yǎng)與異養(yǎng)相結(jié)合的生活方式。生物標(biāo)記物與分子生物學(xué)證據(jù)表明，溝鞭藻起源于古生代，而溝鞭藻孢囊化石出現(xiàn)在中生代早期[6]。

2.6 孢粉

孢粉是指植物花粉和孢子，前者是種子植物的繁殖器官，后者是菌、藻植物和蕨類植物的繁殖體。當(dāng)孢粉在孢子囊和花藥中成熟之后，經(jīng)過風(fēng)、水或動物等動力飛離植物母體，大部分落在土壤中，經(jīng)過漫長的年代土壤變成了化石，而這些保存在沉積物中的孢子和花粉，即稱為孢粉化石。通常，“孢粉”一詞也被簡稱為“花粉”（Pollen）。花粉顆粒體積多在幾微米至200微米之間[7]。

3 知識點和教學(xué)的實施

3.1 海相微體古生物化石

海相微體古生物化石是指生活在海洋中的生物所遺留下來的鈣質(zhì)、硅質(zhì)或有機(jī)質(zhì)的骨骼或殼壁。它們可以沉積在海洋沉積物或陸地的海相地層中，主要包括有孔蟲、介形蟲中的咸水種、鈣質(zhì)超微化石、放射蟲和溝鞭藻孢囊。在野外地質(zhì)實習(xí)時，可以收集相應(yīng)的沉積物，待回到實驗室后利用烘干、過篩、酸處理等物理和化學(xué)方法提取到這些生物的殼體，對照圖譜在顯微鏡下觀察。這部分知識點包括生態(tài)學(xué)中的生物界簡介、生物演化、生物與環(huán)境間的關(guān)系等章節(jié)。這里的教學(xué)實施可以包括四個方面：

（1）了解這些微體生物的演化歷史，對照圖譜了解現(xiàn)代的殼體形態(tài)與地質(zhì)歷史時期該類生物的形態(tài)差別，以及生物地層的概念。

（2）了解這些生物在地質(zhì)歷史時期中的海洋環(huán)境指示意義，及在石油和天然氣勘探方面的應(yīng)用。

（3）了解這些生物在古氣候重建方面所具有的研究價值。

（4）將現(xiàn)代微體生物聯(lián)系至環(huán)境污染方面，例如討論高濃度的溝鞭藻孢囊與赤潮間的關(guān)系。

教學(xué)難點包括：

（1）教師需要準(zhǔn)確的識別和鑒定提取到的微體生物（古生物）殼體。

（2）讓學(xué)生掌握常見的微體生物（古生物）形態(tài)鑒定要點，例如有孔蟲殼體的孔室排列，介形蟲殼體的定向等。

3.2 陸相微體古生物化石

陸相微體古生物化石是指來自于陸地微體生物的骨骼和植物所釋放出來的花粉，包括介形蟲的淡水種和植物花粉等。這里的知識點包括生物演化、植物分類學(xué)簡介和植物地理等章節(jié)。在野外實習(xí)過程中，可到湖邊采集介形蟲樣品。在春季植物集中開花的季節(jié)，可安排一次野外生態(tài)學(xué)實習(xí)，以搜集一些花粉。雖然這些樣品均為現(xiàn)代，它們也可等同于化石，因為至少在第四紀(jì)時期這些生物沒有發(fā)生劇烈的種屬演化。這里的教學(xué)實施可以包括三個方面：

（1）了解淡水介形蟲和花粉形態(tài)的演化歷史，以及生物地層的概念。例如中生代地球植物以裸子植物為主，地層中的花粉組合以克拉梭粉和雛囊粉等裸子植物釋放的花粉為主，這些植物早已滅絕，使得過去的花粉組合與現(xiàn)代截然不同。因此，這些陸地微體古生物化石可作為判斷地層時代的有用工具。

（2）了解這些生物在地質(zhì)歷史時期中的陸地環(huán)境指示意義。例如，不同的淡水介形蟲種屬可以指示不同的水位，其殼體可以作為過去湖泊環(huán)境演化的工具。

（3）了解這些生物在古氣候重建方面所具有的研究價值。例如，利用地層中的花粉化石可以重建過去的植被和氣候。教學(xué)難點主要表現(xiàn)在準(zhǔn)確的鑒定花粉。例如在低緯度地區(qū)，植物具有較高的多樣性，使得花粉類型變得多樣，增加了鑒定的困難。

4 總結(jié)

作為生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，微體生物和植物與環(huán)境間存在緊密的聯(lián)系，這也使得它們產(chǎn)生的微體古生物化石可以較好的反映過去的環(huán)境。它們的種屬演化也與地理環(huán)境的演化存在著交互的關(guān)系。這方面的教學(xué)可以融入到現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的實習(xí)當(dāng)中，具有可行性。因此，在大學(xué)地理科學(xué)專業(yè)生態(tài)學(xué)教育方面引入古生態(tài)學(xué)方面的內(nèi)容，對于擴(kuò)展學(xué)生的知識廣度、增強(qiáng)對地質(zhì)學(xué)知識的理解、提升生態(tài)學(xué)教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 人民教育出版社課程教材研究所，地理課程教材研究開發(fā)中心. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書-地理[M].人民教育出版社， 2014.

[2] 郝詒純，裘松余，林甲興，曾學(xué)魯. 有孔蟲 [M]. 科學(xué)出版社，1980.

[3] 魏沐潮.微體古生物學(xué)簡明教程 [M]. 地質(zhì)出版社，1990.

[4] Holmes，J.， Chivas， A. The Ostracoda Applications in Quaternary Research [M]. American Geophysical Union，2002.

[5] Anderson， O. Radiolaria [M]. Springer-Verlag，1983.

[6] Spector， D. Dinoflagellates [M]. Academic Press，1984.

[7] 王開發(fā)， 王憲曾. 孢粉學(xué)概論 [M]. 北京大學(xué)出版社，1983.