大学地理科学专业生态学教育的扩展

戴璐

摘 要：近些年，中学素质教育改革的深化要求大学地理科学专业大力提升其学生的培养质量。在生态学实习环节引入古生态学知识有利于扩展学生的知识面，有利于将现代生态学与地质学知识融合起来，增强学生的培养质量。古生态学实习可以从易于获得的实验样品入手，以普遍存在的微体古生物化石或其现代样品为研究对象，它们主要包括有孔虫、介形虫、放射虫、钙质超微化石、沟鞭藻孢囊和花粉。这些知识可作为生态学教育的扩展。

关键词：地理科学专业;生态学教育;古生态学;微体古生物

1 引言

大学地理科学专业的主要目标是培养中学地理教育方面的人才，而中学地理知识体系包括了土壤、植被、生态和环保方面的内容[1]，这就要求该专业学生扎实掌握生态学方面的内容。古生态学以现代生态学知识为基础，并进一步扩展，它将古生物学、地质学和古气候学等方面的知识有机的拟合在一起。因此，在大学地理科学专业生态学教学上可以适当的引入古生态学方面的内容，这既有利于学生未来的中学教学，又有利于立志于从事科研的学生扩展兴趣领域。古生态学教育可以围绕生活周边可以容易得到的生物（或古生物）样品来开展观察，并讨论其生活的环境。古生物化石包括肉眼可见的大化石与显微镜下可见的微体古生物化石，前者较难被找到，而后者较为广泛的存在于各种沉积物中。因此，我们可以围绕微体古生物进行开展教学。

2 常见的微体古生物简介

2.1 有孔虫

有孔虫（foraminifer）是一种属于原生动物门、跟足虫纲、有孔虫目的单细胞动物，由一团原生质构成。原生质分化为两层：薄而透明的外层称为外质，深色的内层称为内质。从外质伸出许多根状或丝状伪足，它们常分叉、分支，横向或斜向相连而呈网状。外质和伪足分泌壳质构成有孔虫壳。有孔虫的直径平均为0.33毫米左右，个别属种的体积较大，例如Nummulites化石的体积可达几毫米。有孔虫可出现在世界上大部分的海洋中，在外陆架特别的丰富，每10毫升的沉积物样品中就可能出现40多个种[2]。

2.2 钙质超微化石

钙质超微化石一般指大小1-35微米（μm）左右的碳酸钙质化石。钙质超微化石主要包括颗石藻（coccolithophorida）所产生的颗石类化石（coccoliths），同时还包括一些与颗石大小相近、成分相同、通常共同产出的非颗石类化石，如盘星石类（Discoasteraceae）、角状石类（Ceratolithaceae）、楔石类（Sphenolithaceae）、五边石类（Braarudosphaeraceae）和微锥石类（nannoconids）等化石，但这类化石生物已经绝灭，其亲缘关系远未查明，被认为是和颗石藻同一类单细胞生物的遗骸。钙质超微化石分布于侏罗纪以来的海相地层，由于数量极多、分布广泛、演化迅速、能反映海水温度等环境变化，是海洋地层和古海洋学研究的好材料[3]。

2.3 介形虫

介形虫（Ostracods）与虾、蟹等动物一样，属节肢动物门的甲壳纲。分类为节肢动物门（Arthropoda）、甲壳纲（Crustacea）、介形虫亚纲（Ostracoda）。我们可以通过甲壳类动物之间的关系来研究介形虫的形态，介形虫属于微体古生物的一部分，属双壳节肢动物，大多数个体的长度为0.4-2毫米左右。身体两侧对称， 一般具有7对分节的附肢，成虫最多具有8对肢体，胸部末端具有一对尾叉，头部和胸部被包在两瓣之内。介形虫能够适应多种生活环境，在海水和淡水中都能生存，因此地理分布广[4]。

2.4 放射虫

放射虫是海洋中漂浮的单细胞原生动物，因为具有放射排列的线状伪足而得名。放射虫的大小一般为0.2～0.3毫米，其细胞质被中心囊膜软组织分为囊内与囊外两部分。囊内和囊外的细胞质通过中心囊膜表面上的小孔相互沟通。大部分种类的放射虫由硅质骨骼所组成，这使得其死亡并沉入海底后不易被溶解，可以大量富集起来。研究发现，在火柴盒大小（大约2立方厘米）的沉积物中含有的个体数竟然超过12万个。这些堆積在海底的放射虫壳形成了著名的放射虫软泥，这种软泥覆盖了整个地球海底面积的3.4%。从古生代开始，放射虫就存在了，在其近6亿年的历史中产生了惊人的形状多样性[5]。

2.5 沟鞭藻

沟鞭藻（Dinoflagellates）属于甲藻门（Pyrrophyta）下的沟鞭藻纲（Dinophyceae），是一种单细胞的真核生物，多数为鞭毛虫（Flagellates），体积在10-2000微米之间。通常它是一种海洋浮游的藻类，但也分布在淡水环境中，现生种大约为2270个，另外有大约2500个已经灭绝的化石种被描述。已知的淡水种大约为250-300种。接近一半的沟鞭藻可营光合作用，另外一些种是自养与异养相结合的生活方式。生物标记物与分子生物学证据表明，沟鞭藻起源于古生代，而沟鞭藻孢囊化石出现在中生代早期[6]。

2.6 孢粉

孢粉是指植物花粉和孢子，前者是种子植物的繁殖器官，后者是菌、藻植物和蕨类植物的繁殖体。当孢粉在孢子囊和花药中成熟之后，经过风、水或动物等动力飞离植物母体，大部分落在土壤中，经过漫长的年代土壤变成了化石，而这些保存在沉积物中的孢子和花粉，即称为孢粉化石。通常，“孢粉”一词也被简称为“花粉”（Pollen）。花粉颗粒体积多在几微米至200微米之间[7]。

3 知识点和教学的实施

3.1 海相微体古生物化石

海相微体古生物化石是指生活在海洋中的生物所遗留下来的钙质、硅质或有机质的骨骼或壳壁。它们可以沉积在海洋沉积物或陆地的海相地层中，主要包括有孔虫、介形虫中的咸水种、钙质超微化石、放射虫和沟鞭藻孢囊。在野外地质实习时，可以收集相应的沉积物，待回到实验室后利用烘干、过筛、酸处理等物理和化学方法提取到这些生物的壳体，对照图谱在显微镜下观察。这部分知识点包括生态学中的生物界简介、生物演化、生物与环境间的关系等章节。这里的教学实施可以包括四个方面：

（1）了解这些微体生物的演化历史，对照图谱了解现代的壳体形态与地质历史时期该类生物的形态差别，以及生物地层的概念。

（2）了解这些生物在地质历史时期中的海洋环境指示意义，及在石油和天然气勘探方面的应用。

（3）了解这些生物在古气候重建方面所具有的研究价值。

（4）将现代微体生物联系至环境污染方面，例如讨论高浓度的沟鞭藻孢囊与赤潮间的关系。

教学难点包括：

（1）教师需要准确的识别和鉴定提取到的微体生物（古生物）壳体。

（2）让学生掌握常见的微体生物（古生物）形态鉴定要点，例如有孔虫壳体的孔室排列，介形虫壳体的定向等。

3.2 陆相微体古生物化石

陆相微体古生物化石是指来自于陆地微体生物的骨骼和植物所释放出来的花粉，包括介形虫的淡水种和植物花粉等。这里的知识点包括生物演化、植物分类学简介和植物地理等章节。在野外实习过程中，可到湖边采集介形虫样品。在春季植物集中开花的季节，可安排一次野外生态学实习，以搜集一些花粉。虽然这些样品均为现代，它们也可等同于化石，因为至少在第四纪时期这些生物没有发生剧烈的种属演化。这里的教学实施可以包括三个方面：

（1）了解淡水介形虫和花粉形态的演化历史，以及生物地层的概念。例如中生代地球植物以裸子植物为主，地层中的花粉组合以克拉梭粉和雏囊粉等裸子植物释放的花粉为主，这些植物早已灭绝，使得过去的花粉组合与现代截然不同。因此，这些陆地微体古生物化石可作为判断地层时代的有用工具。

（2）了解这些生物在地质历史时期中的陆地环境指示意义。例如，不同的淡水介形虫种属可以指示不同的水位，其壳体可以作为过去湖泊环境演化的工具。

（3）了解这些生物在古气候重建方面所具有的研究价值。例如，利用地層中的花粉化石可以重建过去的植被和气候。教学难点主要表现在准确的鉴定花粉。例如在低纬度地区，植物具有较高的多样性，使得花粉类型变得多样，增加了鉴定的困难。

4 总结

作为生态系统中重要的组成部分，微体生物和植物与环境间存在紧密的联系，这也使得它们产生的微体古生物化石可以较好的反映过去的环境。它们的种属演化也与地理环境的演化存在着交互的关系。这方面的教学可以融入到现代生态学的实习当中，具有可行性。因此，在大学地理科学专业生态学教育方面引入古生态学方面的内容，对于扩展学生的知识广度、增强对地质学知识的理解、提升生态学教学质量具有重要的意义。

参考文献：

[1] 人民教育出版社课程教材研究所，地理课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书-地理[M].人民教育出版社， 2014.

[2] 郝诒纯，裘松余，林甲兴，曾学鲁. 有孔虫 [M]. 科学出版社，1980.

[3] 魏沐潮.微体古生物学简明教程 [M]. 地质出版社，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] 王开发， 王宪曾. 孢粉学概论 [M]. 北京大学出版社，1983.