大學地理科學專業生態學教育的擴展

戴璐

摘 要：近些年，中學素質教育改革的深化要求大學地理科學專業大力提升其學生的培養質量。在生態學實習環節引入古生態學知識有利于擴展學生的知識面，有利于將現代生態學與地質學知識融合起來，增強學生的培養質量。古生態學實習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、鈣質超微化石、溝鞭藻孢囊和花粉。這些知識可作為生態學教育的擴展。

關鍵詞：地理科學專業;生態學教育;古生態學;微體古生物

1 引言

大學地理科學專業的主要目標是培養中學地理教育方面的人才，而中學地理知識體系包括了土壤、植被、生態和環保方面的內容[1]，這就要求該專業學生扎實掌握生態學方面的內容。古生態學以現代生態學知識為基礎，并進一步擴展，它將古生物學、地質學和古氣候學等方面的知識有機的擬合在一起。因此，在大學地理科學專業生態學教學上可以適當的引入古生態學方面的內容，這既有利于學生未來的中學教學，又有利于立志于從事科研的學生擴展興趣領域。古生態學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行開展教學。

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、有孔蟲目的單細胞動物，由一團原生質構成。原生質分化為兩層：薄而透明的外層稱為外質，深色的內層稱為內質。從外質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狀。外質和偽足分泌殼質構成有孔蟲殼。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化石的體積可達幾毫米。有孔蟲可出現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40多個種[2]。

2.2 鈣質超微化石

鈣質超微化石一般指大小1-35微米（μm）左右的碳酸鈣質化石。鈣質超微化石主要包括顆石藻（coccolithophorida）所產生的顆石類化石（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絕滅，其親緣關系遠未查明，被認為是和顆石藻同一類單細胞生物的遺骸。鈣質超微化石分布于侏羅紀以來的海相地層，由于數量極多、分布廣泛、演化迅速、能反映海水溫度等環境變化，是海洋地層和古海洋學研究的好材料[3]。

2.3 介形蟲

介形蟲（Ostracods）與蝦、蟹等動物一樣，屬節肢動物門的甲殼綱。分類為節肢動物門（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系來研究介形蟲的形態，介形蟲屬于微體古生物的一部分，屬雙殼節肢動物，大多數個體的長度為0.4-2毫米左右。身體兩側對稱， 一般具有7對分節的附肢，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。介形蟲能夠適應多種生活環境，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，其細胞質被中心囊膜軟組織分為囊內與囊外兩部分。囊內和囊外的細胞質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。研究發現，在火柴盒大小（大約2立方厘米）的沉積物中含有的個體數竟然超過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），是一種單細胞的真核生物，多數為鞭毛蟲（Flagellates），體積在10-2000微米之間。通常它是一種海洋浮游的藻類，但也分布在淡水環境中，現生種大約為2270個，另外有大約2500個已經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，另外一些種是自養與異養相結合的生活方式。生物標記物與分子生物學證據表明，溝鞭藻起源于古生代，而溝鞭藻孢囊化石出現在中生代早期[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。當孢粉在孢子囊和花藥中成熟之后，經過風、水或動物等動力飛離植物母體，大部分落在土壤中，經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、硅質或有機質的骨骼或殼壁。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、鈣質超微化石、放射蟲和溝鞭藻孢囊。在野外地質實習時，可以收集相應的沉積物，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學中的生物界簡介、生物演化、生物與環境間的關系等章節。這里的教學實施可以包括四個方面：

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

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

（3）了解這些生物在古氣候重建方面所具有的研究價值。

（4）將現代微體生物聯系至環境污染方面，例如討論高濃度的溝鞭藻孢囊與赤潮間的關系。

教學難點包括：

（1）教師需要準確的識別和鑒定提取到的微體生物（古生物）殼體。

（2）讓學生掌握常見的微體生物（古生物）形態鑒定要點，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、植物分類學簡介和植物地理等章節。在野外實習過程中，可到湖邊采集介形蟲樣品。在春季植物集中開花的季節，可安排一次野外生態學實習，以搜集一些花粉。雖然這些樣品均為現代，它們也可等同于化石，因為至少在第四紀時期這些生物沒有發生劇烈的種屬演化。這里的教學實施可以包括三個方面：

（1）了解淡水介形蟲和花粉形態的演化歷史，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歷史時期中的陸地環境指示意義。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。教學難點主要表現在準確的鑒定花粉。例如在低緯度地區，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

作為生態系統中重要的組成部分，微體生物和植物與環境間存在緊密的聯系，這也使得它們產生的微體古生物化石可以較好的反映過去的環境。它們的種屬演化也與地理環境的演化存在著交互的關系。這方面的教學可以融入到現代生態學的實習當中，具有可行性。因此，在大學地理科學專業生態學教育方面引入古生態學方面的內容，對于擴展學生的知識廣度、增強對地質學知識的理解、提升生態學教學質量具有重要的意義。

參考文獻：

[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中心. 普通高中課程標準實驗教科書-地理[M].人民教育出版社， 2014.

[2] 郝詒純，裘松余，林甲興，曾學魯. 有孔蟲 [M]. 科學出版社，1980.

[3] 魏沐潮.微體古生物學簡明教程 [M]. 地質出版社，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， 王憲曾. 孢粉學概論 [M]. 北京大學出版社，1983.