环境生态学讲义.docx
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环境生态学讲义
第一章绪论
一、环境生态学定义:
“研究人为干扰下，生态系统内在的变化机制、规律和对人类的反映效应，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学。
”
——即用生态学的理论，阐明人与环境间相互作用的机制和效应以及解决环境问题的生态途径的科学。
（金岚盛连喜等，1991）
二、环境生态学的形成与发展
1、产生：
20世纪60年代—对传统行为和观念的反思
2、理论发展、完善阶段：
20世纪70年代—引起世界反响的“严肃忧虑”
3、实际应用阶段：
20世纪80年代—人类对环境问题的挑战
三、环境生态学的学科体系
1、研究内容
1）经典生态学基本理论
2）人为干扰下生态系统内在机制变化和规律研究
3）生态系统受损程度及危害性的判断研究
4）各类生态系统的功能和保护措施
5）解决环境问题的生态学对策研究
2、发展趋势
1）人为干扰的方式和强度
2）退化生态系统的特征判定
3）人为干扰下的生态演替规律
4）受损生态系统恢复和重建技术
5）生态系统服务功能评价
6）生态系统管理
7）生态规划和生态效应预测
四、环境生态学与相关学科
1、生态学
1）定义
2）研究对象：
3）分支学科
2、环境科学
1）研究对象：
2）特点：
3）分支学科
3、其他相关学科：
第二章生物与环境（个体生态学）
一、物种与个体生物学
二、
1、物种：
指一类生物个体的集合，其中的个体之间自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常个体。
2、
3、生态适应：
生物为了适应环境，从形态、生理及生化机制上作出有利于生存的改变。
4、
３、个体生态学:
是以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。
即研究生物个体发育、系统发育及其与环境关系的生态学分支。
４、适者生存
二、环境及生态因子
１、环境（Environment）
广义环境，某一主体周围一切事物的总和。
在生态学中，环境是指生物的栖息地，生物是环境的主体。
２、环境的类型
按主体分类：
人为主体、生物为主体
按性质分类：
按范围分类：
３、生态因子的概念
1）环境因子（environmentalfactors）：
构成环境的各要素。
2）生态因子（ecologicalfactors）：
环境因子中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的因子。
3）生存因子：
生态因子中生物生存不可缺少的因子。
4）生态环境（ecologicalenvironment）：
所有生态因子的综合。
5）生境（habitat）：
具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境的统称。
5、生态因子的类型
6、
1）气候因子（climaticfactors）：
光、温度、湿度、降水等
2）土壤因子（edaphicfactors）：
土壤的深度、母质容重、孔隙度、pH、盐碱度、肥力等
3）地形因子（topographicfactors）：
地形的起伏、海拔、坡度等地貌特征
4）生物因子（bioticfactors）：
竞争、捕食、共生、寄生等
5）人为因子（anthropogenicfactors）：
开发利用资源
2）美国生态学家DaubenmireRF（1974）将生态因子分为三大类：
气候类、土壤类、生物类。
这三类分别归结于七个并列的项目：
土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。
3）第一性周期因子：
是指由地球自转或公转及月相变化形成的光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。
次生性周期因子：
取决于第一性周期因子，如太阳辐射和温度周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。
非周期性因子：
指突发性或间断性出现的因素，如暴雨、洪水、蝗灾、火山、地震等
5、生态因子的变化规律和生物分布
纬向递变性经向递变性垂直递变性非地带性（地形变化）
三、生态因子的作用规律
１、限制因子定律
２、耐受性定律：
生态幅（Ecologicalamplitude）：
每个种对环境因子的适应范围的大小。
耐受性机制：
Ø实际耐性比潜在耐性窄
Ø维持一定的耐性要消耗一定的代谢能
Ø在适应极端环境时，为提高对某一因子的耐性就要牺牲对其他因子的耐性
Ø通过内稳态可提高耐性
Ø休眠可躲避不利因子间接提高耐性
３、生态因子综合作用定律：
生态因子的综合作用、生态因子的交互作用、生态因子的作用的主次、直接作用和间接作用、生态因子的阶段性作用、不可替代性和补偿作用
四、生态因子对生物的影响
1、光因子的生态作用
1）地球上所有生物得以生存和繁衍的最基本的能量源泉
2）太阳能以化学能的形式进入生态系统的唯一通路
3）食物链的起点
光强
（1）光强与形态建成:
黄化现象
（2）光强与光合作用
光补偿点：
光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2平衡（即气体的交换量为零）时的光照强度。
光饱和点：
净光合作用的趋于稳定时的光照强度。
（3）光强与植物的生态类型
适应类型
生境
代表
阳生植物
旷野、路边、森林中的上层乔木，草原及荒漠中的旱生、超旱生植物
高山植物及多数大田作物等均属此类型。
如蒲公英、蓟、杨、柳、槐、桦、松、杉和栓皮栎等
阴生植物
潮湿背阴或密林的下部，生长季节的生境往往较湿润
苔藓类、部分蕨类、铁杉、红豆杉、亚热带地区山林中的茶树等，很多药用植物如人参、三七等
耐阴植物
叶菜类一些豆类植物
光质：
光谱成分
------380nm--------760nm------
紫外线可见光红外线
<1%40－50% 50－60%
光周期：
长日照植物：
日照长度超过一定数值才开花的植物。
如牛蒡、紫苑、凤仙花和除虫菊等；大小麦、油菜、菠菜、甜菜、萝卜等。
短日照植物：
日照时间短于一定数值才开花的植物。
通常在早春或深秋开花。
如千牛、苍耳和菊类；水稻、玉米、大豆、棉和麻等。
中间性植物：
只要其他条件合适，在什么日照条件下都能开花的植物。
如，黄瓜、番茄、四季豆和蒲公英等。
人为的调节光照时间可控制植物花期；
2、温度因子的生态作用
（1）温度与生物生长
“三基点”温度：
参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度；
Ø不同生物的三基点不同；
Ø在一定的温度范围内，生物的生长速率与温度成正比；
Ø外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮和鳞片；
Ø外温影响动物的生长规模。
（2）温度与生物发育
温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。
有效积温法则（法Reaumur,1735）：
植物在生长发育过程中，须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且某一特定植物类别各发育阶段所需的总热量是一常数，称总积温或有效积温。
有效积温法则的意义
Ø预测生物发生的世代数；
Ø预测生物地理分布的北界；
Ø预测害虫来年的发生程历；
Ø制定农业气候区划，合理安排作物；
Ø应用积温预报农时。
（3）温度与生物的繁殖、分布
Ø温度与生物的繁殖和遗传性：
Ø植物春化，动物繁殖的早迟；
Ø温度与生物分布：
Ø许多物种的分布范围与温度区相关。
（4）极端温度对生物的影响
Ø低温对生物的影响：
当温度低于临界（下限）温度，生物便会因低温而寒害和冻害。
冻害原因：
冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。
Ø高温对生物的影响：
当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。
（5）温周期现象与物候
昼夜变温形成温周期现象；季节变温形成物候
物候：
植物适应一年中的气候条件的季节性变化，形成与之相应的生长发育规律。
如：
春季萌芽秋季落叶冬季休眠
物候期：
植物的器官在不同季节中从形态上显示的各种变化现象。
如：
萌芽展叶初花盛花末花果熟叶落休眠物候规律：
枣发芽、种棉花，杏开花、快种麦，野人无历日，鸟啼知四时。
3、水因子的生态作用
（1）水的生理生态作用
Ø生物起源于水环境
Ø水是生物体不可缺少的组成成份；
Ø水是生物体所有代谢活动的介质；
Ø水分保持植物的固有姿态，保持动物体水分平衡；
Ø水为生物创造稳定的温度环境；
Ø水能调节体温。
（2）动物对水的适应
形态适应生理适应行为适应：
（3）植物对水的适应
Ø水生植物：
沉水植物黑藻金鱼藻狸藻，浮水植物凤眼莲浮萍睡莲等，挺水植物芦苇香蒲
Ø陆生植物：
湿生植物水稻，中生植物棉花大豆，旱生植物少浆植物多浆植物
4、土壤因子的生态作用
（1）土壤的生态学意义
Ø为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；
Ø提供生物生活所必须遥矿质元素为水分；
Ø提供植物生长所需的水热肥气；
Ø维持丰富的土壤生物区系；
Ø生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。
（2）土壤的物理性质及其对生物的影响
–土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，固体占85％以上，根据土粒的直径大小，可将土粒分为：
粗砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，根据土壤质地,可将土壤分为：
砂土、壤土和粘土。
–土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的。
（3）土壤的化学性质及其对生物的影响
土壤酸碱度：
过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。
土壤有机质：
植物重要碳源和氮源。
土壤无机元素：
植物生长的13种重要元素来源
（7种大量元素：
、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁；6种微量元素：
锰、锌、铜、钼、硼、氯）
５、大气因子的生态作用
（１）大气对植物的影响
CO2时光合作用的主要原料
Ｏ2时生物生命活动所必需的
SO2、HF、CH2=CH2、NH3、O3、Cl、HCl、Hg等过量对植物造成危害
（2）大气污染物对植物的影响
（3）大气运动——风对生物的影响
输送作用；影响动物的行为活动（捕食、迁移、分布）；风媒；破坏作用（风折、风倒、风拔）
五、生物对环境的适应
1、趋异适应与生态型
同中生物适应不同的环境产生了不同的适应称趋异适应。
趋异适应产生的同种生物的不同基因类群叫生态型。
2、趋同适应于生活型
不同生物是影响同环境产生了相同的适应称趋同适应
趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群称生活型
3、生态位
空间生态位营养生态位多维生态位
第三章种群生态学
一、生物种群及种群生态学
1、生物种群（BioticPopulation）：
占据特定空间的同种生物个体的集合群。
自然种群三特征：
空间、数量、遗传特征。
2、种群生态学（Synecology）：
是以生物种群及其环境为研究对象，主要研究由个体之间相互作用所表现出来的集合群特征和行为，以及这些集合群的结构形成、发展和运动变化规律的生态学分支学科。
目的：
调控种群
二、种群的基本特征
1、种群的大小和密度
种群大小（PopulationSize）:
一个种群全体的数目多少。
种群的密度（Density）:
单位空间内某一种群的个体数目。
种群密度和生物的大小及该生物所处的营养级有关。
粗密度（CrudeDensity）是指单位空间内的个体数（或生物量）。
生态密度（EcologicalDensity）:
是指单位栖息空间（种群实际所占据的有效面积或空间）内的个体数（或生物量）。
相对密度（RelativeDensity）：
单位时间内遇见的生物个数；或某时段内，某一物种占据样地的百分比。
影响种群密度的因素
（1）环境中可利用的物质和能量的多少；
（2）种群对物质和能量利用效率的高低；
（3）生物种群营养级的高低；
（4）种群本身的生物学特性
“饱和点”和最适密度：
当环境中拥有可利用的物质和能量最丰富、
环境条件最适应时，某种群可以达到该环境下的最大密度，这个密度称为“饱和点”。
维持种群最佳状况的密度，称为最适密度。
拥挤效应：
2、种群的出生率和死亡率
•出生率是指种群生产新个体占总个体数的比率。
不论新个体是通过生产、孵化、出芽、分裂等哪一种方式，都视为出生。
•生理出生率（最大出生率）:
在理想条件下所能达到的最大出生率。
•生态出生率（实际出生率）:
在一定时期内，种群在特定条件下实际繁殖的个体数.内外因素共同作用影响的结果。
•影响出生率的因素:
a.性成熟速度；b.每次产仔数；c.每年生殖次数；d.生殖年龄的长短。
生理死亡率（最小死亡率）：
在最适条件下个体因衰老而死亡，其种群死亡率降到最低。
生态死亡率（实际死亡率）：
在一定条件下的实际死亡率。
许多个体死于各种生物或非生物影响的因素。
出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示。
3、年龄结构:
一个种群各个龄级的个体数目与种群个体总体的比例，叫做年龄比例（ageratio）。
按从小到大龄级比例绘图，即年龄金字塔（agepyramid），以表示种群的年龄结构分布。
从生态学的角度，种群的年龄结构可以分为三种类型：
增长型种群、稳定型种群和衰退型种群。
4、性比：
——种群雌性个体与雄性个体的比例。
大多数生物的自然种群内♀♂个体比率常为1:
1。
出生时雄性多于雌性，随年龄增长,雌性多于雄性。
性比也受环境因素影响，如食物的丰歉；如赤眼蜂，当食物短缺时，雌性比例下降。
性比与种群的配偶关系对出生率由很大影响。
在单配种，即一夫一妻的种群中，雄性个体与雌性个体的比例决定着繁殖力，
４、生命表与存活曲线
生命表是按种群生长的时间，或按种群的年龄（发育阶段）的程序编制的，系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率。
是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表。
最初用于人寿保险。
对研究人口现象和人口的生命过程有重要的意义。
５、种群内禀增长率（rm）：
在理想环境条件下，稳定年龄结构的种群所能达到的恒定的、最大的增长率，又称为生物潜能或生殖潜能。
其与野外实际条件下见到的增长率之间的差值，被看作为环境阻力的量度。
6、环境容纳量（Carryingcapacity）：
某种群在一生态系统中，即在一个有限的环境中能稳定达到的最大数量（或最大密度）常用K表示。
三、种群的数量动态调节
1、种群增长的基本理论模型
2、种群的实际数量动态：
季节波动、年波动、非周期性波动（种群大爆发或大发生）
生态入侵（Ecologicalinvasion）：
由于人类有遗失或无意识地把某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，这种过程称之。
种群平衡：
种群较长时间地维持在几乎同一水平上，称之为种群平衡。
3、种群调节：
当种群数量偏离平衡水平上升或下降时，使种群数量返回平衡水平的作用。
种群调节理论
1）气候学派:
多以昆虫为研究对象,认为种群参数受天气条件的强烈影响。
2）生物学派:
主张捕食、计生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用。
3）食物因素:
强调食物因素，也可归为生物学派。
4）自动调节学说：
认为靠种群内部调节，分遗传调节、内分泌调节、行为调节等。
4、生态对策：
K选择R选择
四、种群的种内关系
1、种群内个体的空间分布
种群分布类型:
均匀分布随机分布集群分布
2、群聚与阿利氏原则
群聚（clumped）群的产生是个体群聚的结果，群聚能使种群的存活率提高。
生物群聚作用:
（1）提高警惕性，有助于及早发现捕食者
（2）稀释效应，每个个体被攻击的几率说缩小。
（3）集体防御
（4）有利于提高捕食效率
（5）有利于改变小生境
（6）有利于交流学习
（7）有利于繁殖
最小种群原则：
一些群聚生活的生物，其群聚的程度有一个下限要求，如果长期低于临界下限，该生物种就不能正常生活，甚至不能生存。
阿利氏原则：
一个物种种群的聚集程度和密度一样，随种类和条件而变化，过疏或过密，都可能有限制性影响。
种群总是避免过分分散或过分拥挤，使种群内个体能或得最佳的生活和生存条件。
3、种内竞争和自疏:
最后产量恒值法则、-2/3自疏法则
4、隔离和领域性
5、社会等级及分工
五、种群的种间关系
1、原始合作：
两生物种群生活在一起，彼此都有所得，但二者之间不存在依存关系。
2、偏利共生：
共生的两种植物，一方得利，而另一方无害。
分为长期性共生和暂时性共生。
3、互利共生：
两个生物种群生活在一起，相互依赖，相互得益。
共生的结果使得两个种群发展得更好，互利共生常出现在生活需求极不相同的生物之间。
4、竞争：
指生活在同一地区的两个物种,由于利用相同的资源，导致每一个物种的数量下降，即两种群彼此发生有害影响。
竞争一般可分为干扰竞争和利用竞争。
干扰竞争：
一种动物借助于行为排斥另一种动物使其得不到资源。
利用竞争：
一个物种所利用的资源对第二个物种也非常重要，但两个物种并不发生直接接触。
高斯竞争排斥原理：
原理：
两个生态位相同的物种不可能经久共存在一起
推论1：
一个稳定的群落中，占据相同生态位的两个物种，其中一个最终被消灭。
推论2：
一个稳定的群落中，没有任何两个种是直接竞争者
推论3：
群落是一个生态为分化了的系统。
种群之间趋于互补，而不是直接的竞争。
5、捕食：
一个物种取食和伤害另一物种的生物种间关系。
狭义捕食:
动物吃动物；广义捕食:
肉食、植食、拟寄生、同种相残
捕食作为一个重要生态学现象的理由:
a.限制种群的分布,抑制种群的数量.
b.捕食同竞争一样,是影响群落结构的主要生态过程.
c.捕食是一个主要的选择压力,生物的很多适应可用捕食者和猎物间的协同进化来说明.
6、寄生：
一个物种从另一物种的体液、组织或已消化物质获取营养并造成对宿主危害生物种间关系。
更严格地说，寄生物从较大的诉诸组织中摄取营养物，是一种弱者依附于强者的情况。
7、偏害
化感作用：
植物分泌化学物质对其他生物产生抑制。
他感作用：
植物对植物
他毒作用：
植物对动物
抗毒作用：
植物对微生物
8、协同进化：
生态系统中生物与生物、生物与环境相互作用、相互选择，共同进化的过程。
一个物种的进化必然会改变作用于其它生物的选择压力，引起其它生物也发生变化,这些变化反过来引起相关物种的进一步变化。
第四章群落生态学
一、群落及群落生态学
生物群落（biocoenosis）简称群落（community）：
在特定空间或特定生境下，具有一定的生物种类组成，它们之间及其与环境之间彼此影响、相互作用，具有一定的外貌及结构，包括形态结构与营养结构，并具特定功能的生物集合体。
也可以说，一个生态系统中具生命的部分即生物群落。
机体论：
个体论：
二、群落的基本特征：
1.具有一定的种类组成；
2.具有一定的结构；
3.具有一定的动态特征；
4.不同物种之间存在相互影响；
5.具有一定分布范围；
6.形成一定群落环境；
7.具有特定群落边界特征。
群落生态学（CommunityEcology）：
以生物群落为对象，研究聚集在一定空间范围内的不同种生物与生物之间、生物个体之间的关系，分析生物群落组成、特征、结构、机能、分布、演替及群落分类、排序等问题的生态学分支学科。
三、群落的组成
优势种（dominantspecies）:
在群落中能有效控制能量流动和物质循环并对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种。
特征：
个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积大、生活能力强。
建群种（constructivespecies）：
植物群落中，处于优势层的优势种，决定着群落的外貌，而且也控制着群落的生态环境和群落中的其他组成成分。
亚优势种（subdominantspecies）:
指个体数量与作用都次于优势种,但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的物种。
在复层群落中，通称居于较低亚层。
伴生种（companionspecies）：
为群落的常见物种，它与优势种相伴存在，但不起主要作用。
偶见种或罕见种（rarespecies）：
是那些在群落中出现频率很低的种类，往往是由于种群自身数量稀少的缘故。
有些偶见种的出现具有生态指示意义，可能是偶然的机会由人带入、或伴随着某种条件改变而侵入，也可能是衰退中的残遗种。
群落组成的数量特征:
1、种的个体数量指标：
丰富度、密度、相对密度、密度比还有：
盖度、频度、高度、重量、体积以及相对盖度、盖度比，以此类推。
2、种的综合数量指标：
优势度：
重要值、综合优势比；生态位：
空间、营养、多维生态位等。
重要值：
表示一个种群在群落中的地位
重要值＝相对密度＋相对频度＋相对盖度
四、群落的结构
１、群落的外貌（physiognomy）：
指的是群落的外表形态或相貌，它是群落与外界环境长期适应的结果。
群落的外貌主要取决于物种的形态习性或长相、生活型或生长型以及周期性等几个方面。
决定群落外貌的因素：
Ø物种的生活型；
Ø组成物种，优势种植物和优势种的多少对群落的外貌起决定性作用；
Ø物种的季相；
Ø物种的生活期。
2、群落的水平结构：
水平结构复杂性的成因
Ø亲代扩散分布习性：
如，种子较重或无性繁殖的植物往往生长在母株周围。
Ø环境异质性：
环境因子水平分布格局所致。
Ø种间相互作用：
如，植食动物明显依赖于它所取食的植物分布。
3、群落的垂直结构（分层现象）
4、群落的时间结构（群落在时间上的演替性）
5、群落交错区与边缘效应：
边缘效应（Edgeeffect）：
由于群落交错区生境条件的特殊性、异质性
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