甘肃省重点学科生态学简介

日期: 2013-12-31 来源: 兰大生科院 点击: ...
   

兰州大学生态学第五批甘肃省重点学科简介

一、学科简介

    兰州大学生态学是第一批国家重点学科(1987年),具有本科生、研究生、博士后、以及留学生培养的完整人才培养体系。在2002、2007、2012年的国家学科评估中均名列前茅。本学科自建立以来,致力于解决西部生态环境保护、建设和农业可持续发展中的重大科学问题,系统、深入地进行了以西部干旱和高寒为主的逆境生态学及恢复生态学研究。长期以来,本学科点受到了国家和甘肃省的大力支持,是 “211工程”和“985工程”重点建设学科,是上海合作组织大学生态学科的牵头单位。本学科曾建有干旱农业生态国家重点实验室(1995-2003)、干旱与草地生态教育部重点实验室(2003-2011)、旱区农业与生态恢复教育部工程研究中心(2006-)。干旱与草地生态教育部重点实验室于2010年评估优秀,并以本教育部重点实验室为基础吸纳农业部草地农业生态系统学开放实验室申报并被批准为草地农业生态系统国家重点实验室(2011)。依托本学科建立的“旱寒生态学”创新引智基地已经完成第一阶段的建设任务(2007-2011),顺利通过评估进入下一轮建设周期(2012-2016)。

二、学科方向

    本学科点经过半个多世纪,在几代人的不懈努力下,形成了以理论生态学、分子生态学、生态系统生态学为显著优势的基础生态学研究,以及以高寒、草地恢复生态学和农业生态学为独具特色的应用研究体系,在理论和应用方面均取得了一系列成果。

1.理论生态学

    理论生态学是兰州大学生态学科点最早设立的研究方向,也是本学科点的优势学科,在国内外具有较高的声誉。经过几代人的不断摸索、努力探究,本学科方向形成了依据国家需求,立足西北,开展理论生态学研究的特色。

    理论生态学在其发展过程中,始终站在生态学理论研究的前沿,针对国际生态学界之论争的热点问题进行研究,提出了若干假说,并以模型模拟和野外实验进行验证,其研究结果发表在Ecology Letters、Journal of Ecology等国际著名生态学杂志上,受到了国际生态学界的普遍关注。特别是在竞争理论、自疏法则、进化稳定对策、关于群落构建的生态位和中性理论、生物多样性的生态系统功能等方面的研究达到了国际先进水平,并经常开展国际合作,共同进行理论生态学的研究。

2.分子生态学

    分子生态学着重回答如下5个关键问题:(1)生态因子如何影响关键基因的进化;(2)种群水平上基因频率的变化式样及其与环境相互作用过程;(3)生态环境选择作用下的基因组进化和物种形成机制;(4)群落水平下种间相互作用的分子机制;(5)野生遗传资源的保护和利用途径。

    本方向以我国西部极端生态环境下的非模式生物为研究对象,采用各种分子生物学手段,在上述科学问题上取得了突破性进展,如发现:(1)高山特有属、少种属的物种分化及现存典型的异域分化,而物种丰富属则表现为辐射式的岛屿式物种分化;谱系重建方法证实极端环境多数适应性形态特征发生了历史上的趋同进化;并找到了导致部分形态趋同进化(如抗紫外、抗低温等)的分子基础;(2)辐射爆发成种时间以及部分异域分化物种时间集中发生在22-20Myr、 13-8Myr、3.6Myr-1.8Myr,说明其间发生了剧烈的环境变迁,并且与其他学科提出这几段时间高原发生了大规模隆升相吻合。独立检验了多次隆升假说及每次隆升的时间尺度;(3)起源时间较早(>3Myr)的物种谱系地理学研究发现两种典型式样:a. 部分物种以高原东南部为冰期避难所,冰期或者大冰期结束后回迁到高原台面;b. 部分物种始终存留在高原台面,但是高原中心的冰盖或者第四纪的高原隆升将东西种群隔离分化,形成独立的谱系分支。 (4)高原隆升、第四纪隔离分化的物种/种群可形成新(隐形)物种;随后的分布范围扩张,分布范围接触,通过杂交或渗入杂交产生了大量现有(隐形)物种;(5)人工驯化加速了牦牛的线粒体基因组进化,野牦牛中还存在未被驯化的亲缘关系较远的重要遗传资源;

    本团队带头人刘建全教授获得国家杰出青年基金,受聘长江学者特聘教授,荣中国青年科技奖。在PNAS、Nature Genetics、Nature Communication Molecular Biology and Evolution、New Phytologist、Molecular Ecology、BMC Evolutionary Biology等CI刊物上发表论文50余篇。

3.恢复生态学

    兰州大学生态学科恢复生态学方向立足于青藏高原高寒草甸、西北内陆地区干旱、半干旱区、极端荒漠区,遵循兰州大学“作西部文章,创一流大学”的办学理念,紧紧围绕西部环境建设中的重大科学问题,全方位开展理论生态学、草地生态学、恢复生态学的研究,形成了研究方向明确、布局合理、研究队伍稳定、理论和实践相结合的格局,具有鲜明的生态学研究区域特色。

     经过二十几年的教学研究实践,本学科方向紧紧围绕高寒草甸和荒漠两大生态系统,针对生态系统日益退化的问题,持续开展理论研究和生态系统修复等研究,在草地生态系统生物多样性的发生和维持、关键植物物种生活史进化、典型植物群落构建、退化草地生态系统的恢复及可持续发展、荒漠生态系统监测及多样性维护、植物抗旱机理等方面成绩斐然。并长期与国内外相关研究机构合作,共同开展研究工作,得到了生态学界的普遍认可。同时,经过长期的研究实践,本学科逐渐积累了丰富的第一手资料和实验设备、创建了相应的野外生态学研究观测站和数据库、形成了一支人员搭配合理、年富力强的研究队伍,这对于我们今后继续开展本学科的工作无疑奠定了良好的基础,在研究青藏高原和极端荒漠生态过程研究中具备了得天独厚的区位优势和先决条件。

    经过二十多年的发展,本研究方向在人才、项目、研究条件等方面取得了优异的成绩。截止目前,本研究方向在五年内主持了科技支撑计划、农业行业专项等国家级重大科研项目,以及国家自然科学基金重点、面上项目,到账总经费2000余万元。本研究方向在Ecology、Journal of Ecology、Functional Ecology、Evolutionary Ecology等国际著名SCI期刊上发表论文50余篇,具有一定的国际影响力。

4.生态设计与工程

    面对西部旱区脆弱和退化生态系统、人口与发展压力及全球气候变化,从农林草地到区域和社会等不同尺度上进行生态设计研究,以实现区域可持续发展。主要包括:1)生态水文与荒漠化过程:山地-绿洲-荒漠复合生态系统水文过程及其驱动机制,经济和生态可持续协调发展的水资源管理策略;2)农业生态系统设计:通过生态设计实现旱区降水资源高效利以提高生产力,优化土地利用和产业结构,增强系统稳定性和高效性;3)农业生态与工程:研究旱区农牧业生态系统调控的工程技术措施,开发新型抗旱高产经济物种/品种;4)生态系统评估管理:解析农业生态环境的多尺度特征、碳氮循环特征与景观多样性的演变过程,对生态系统结构、功能及其景观配置进行多尺度综合评估与管理,实现农业生态系统的高效与可持续发展;5)社会生态学:通过对生态工程体系与农村社区互动关系、农村社区市场发展途径,以及生态系统管理的政策支撑的研究,丰富和支撑人类活动与自然系统协调耦合关系的学科体系,促进区域可持续发展。

    本研究方向学术带头人李凤民教授获得国家杰出青年基金,受聘长江学者特聘教授,由其牵头的“干旱农业生态系统研究”团队入选2007教育部创新团队发展计划, “旱地作物根土系统调控及生态适应性管理的基础研究”获教育部自然科学一等奖。李小刚教授主持的“全膜双垄集雨沟播与秸秆还田耦合技术” 获2011年甘肃省科技进步二等奖。由本团队承担的“中国-联合国合作非洲水行动——非洲地区旱地节水农业技术合作、开发与示范”项目得到肯尼亚、联合国环境规划署等多方的好评。本研究团队先后在Soil Biology and Biochemistry、Field Crops Research、Soil Tillage Research等国际顶级农学SCI期刊上发表论文百余篇。本研究团队积极参与政府在旱区农牧业发展、生态安全等方面的决策咨询,产生了广泛的社会影响。

三、主要建设内容

    本学科点长期以来瞄准国际理论生态学热点问题和我国西北高寒干旱区草地及农业生产、生态保护中国家急需解决的科学技术难题开展了广泛、深入的研究和本科、硕士、博士及博士后等不同层次的人才培养,在国内外享有良好声誉。2012年学科评估中,兰州大学生态学科在全国78所参评高校中排名第二;在国际ESI环境与生态学学科中排名前1%。

1.学术团队

    本学科点在学校的大力支持下形成了结构合理、人员稳定的科研团队。现有44名教学科研人员,教授15人,副教授18人,讲师11人,全部具有博士学位,其中36人具有在国外工作学习至少1年的经历,配备专职实验技术人员6人,共计50人。近5年中,新增加国家杰出青年基金获得者2名,长江学者3人,“国家百千万人才”教授一名,教育部创新团队1个,2013年新增国家自然科学基金优秀青年基金获得者2名,2013年百篇优秀博士论文提名奖入选1名,新世纪人才计划6人。

2.人才培养

    兰州大学生态学学科点自2005年以来,研究生培养中138人获得博士学位,147人获得硕士学位,现在读博士生58人,硕士生154人。毕业博士中两人获得全国百篇优秀博士论文提名奖(2007, 2010);一人获得英国生态学会青年学者奖(the John L Harper Young Investigator's Prize,2006),系我国本土学者首次在该期刊发表论文,也是第一次获得此项奖励;一人发表的论文获得Journal of Ecology的主编推荐(Editor’s Choice),这也是目前我国学者首次和唯一获此殊荣。博士生首次在我国本土作为第一作者在顶尖专业期刊Ecology Letters 上发表论文。

3.科学研究

    本学科点在干旱、高寒等严酷环境下,始终秉承兰州大学艰苦奋斗、自强不息的传统,针对西北生态保护与农、牧业可持续发展中急需解决的科学技术难题,开展了卓有成效的研究。承担科研项目近百项,其中包括国家支撑计划项目1项、课题5项,国家公益行业(农业)专项1项、课题4项,973项目课题2项,国家自然科学基金杰出青年基金项目2项,优秀青年基金项目2项,重点项目4项,教育部创新团队项目,“111”学科创新引智基地,以及重大国际合作项目等。近年来,本学科累计到帐研究经费7000余万元发表SCI论文350余篇,其中发表在中科院划分的一区和二区SCI期刊上的论文80余篇;获各种科技奖励10项,其中获得教育部自然科学一等奖1项。主、承办国际会议3次、国内会议2次,在国内外学术界影响日益显现。

4.学术交流

    依托本学科点获得的国际交流项目有:科技部重大国际合作专项(中非合作项目)、国际山地中心合作项目和上海合作组织大学生态学研究中心等科技、教学合作项目以及“111”引智计划等。引进外专千人计划James F.Reynolds来我生态点进行为期三年的教学科学研究。多次邀请国际知名学者(如:美国内布拉斯加州林肯大学生物系著名生态学教授和世界著名生态系统Cedar Creek 试验站首席研究员Johannes (Jean) M. H. Knops,美国密歇根州立大学植物生物学系教授Jeff Conner;台湾林业试验所林朝钦研究员金恒镳、林朝钦等)来我校进行学术交流。

5.基础条件建设

    本学科点近5年中,依托单位兰州大学在“211工程”和“985工程”投入3500余万元用于建设实验室平台和野外台站,先后建立和完善了分子生态学、理论生态、恢复生态、农业生态学、土壤生态学、作物生理生态学等多个高标准实验室。投入近1000万元提升兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站的工作条件。新增科研用房面积2000余平米,使目前科研用房达到5940 m2。实验室作为本领域公共研究平台,所有大型仪器设备均加入兰州大学大型科学仪器共享平台,大型仪器设备除了向实验室研究人员和学校研究人员等开放使用外,还向其他相关机构和企业开放使用。所有仪器设备运行正常,对外服务机时均超过50%,大型设备得到充分利用,有力地支撑了实验室相关科学研究和人才培养工作的开展。

6.服务社会

    本学科围绕我国西北干旱半干旱区和青藏高原区生态环境建设和民族(边疆)地区可持续发展主题,以高寒草地生态学、理论生态学、干旱半干旱区的农业生态学、分子生态学及恢复生态学为专业特色,取得了一系列高水准的科研成果,引起各级政府和学术界的广泛关注。

    老一辈科学家赵松岭教授自上世纪八十年代以来,针对西北干旱问题,提出了“天然降水资源化”的理论构架,并开展了大量试验示范研究,受到了国务院和甘肃省的高度重视,使我国旱地农业研究和发展跃上了新台阶。李凤民教授自1990年中期以来,带领团队提出了集水型生态农业的理论框架,将集水农业不断推向深入,研究成果获教育部自然科学一等奖。借助在西北旱地农业方面的成功经验,2010年开始,李凤民教授主持的“中国-联合国合作非洲水行动计划:非洲地区旱地节水农业技术合作、开发与示范”项目在肯尼亚和埃塞俄比亚实施,为解决当地食物安全与生态安全提供技术支持,为国家对非合作发挥了积极作用。

    在高寒草地生态领域,本学科创建人陈庆诚先生自上世纪六十年代在青藏高原东部针对高寒草甸、沼泽湿地的放牧管理开展了系统研究,在此基础上,本学科杜国祯教授带领团队致力于高寒草甸、沼泽湿地的合理利用及退化草地恢复技术研究,先后获得香港乐施会(1990s)、甘肃省科技支撑计划重大项目(2005-2010)、国家科技支撑计划(2009-2013)和国家公益性行业(农业)专项(2012-2016)等项目的支持,为本地区生态恢复、畜牧业发展做出了突出贡献。

    在生物多样性与种质资源方面,刘建全研究团队系统收集了具有重要生态价值的34种云杉属物种资源和具有重大发展潜力的生物能源植物菊芋种质资源65份,建成占地85亩的植物种质资源圃,并对菊芋进行了高产高抗品系选育,已获得16个品系的杂交种籽,申请了2个专利。

    本学科是甘肃省生态学会的挂靠单位。王刚教授曾担任中国生态学会副理事长。李凤民教授担任第六届国务院生命学科评议组成员,中国生态学会农业生态学专业委员会副主任,加拿大渥太华大学兼职教授,美国农学会会刊Agronomy Journal 副编辑和Agriculture, Ecosystem & Environment 咨询编委。刘建全教授担任Caryologia、Plant Diversity and Ecology、Journal of Systematics and Evolution的编委;熊友才教授担任美国作物学会 Crop Science的副编辑。

    本学科先后培养了600多名本科生、400多名硕士生和200多名博士生,为国家生态环境建设和经济发展做出了积极贡献。

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