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生态学复习指导
第二章生物与环境
1.环境概述二.生态因子1、定义:
2.生态因子作用的一般特征(一般规律):
(1)综合作用;
(2)主导因子作用;(3)直接作用和间接作用;
(4)阶段性作用;(5)可调节(补偿)作用但不可代替性;
(6)限制性作用一耐度限制及耐度限制的调节。
儿个概念:
1,限制因子(limitingfactor):
1限制生物生存和繁殖的关键性因子。
2在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限,而且阻止其生长、繁殖或扩散其至生存的因素。
2,最小因素定律(lawofminimum):
能够影响生物的无数因子中,总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖。
3,耐性定律(lawoftolerance):
耐性(tolerance):
①指牛•物能够忍受外界极端条件的能力;
2指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。
又称shelford耐性定律。
任何一个生态因子在数量或质最上的不足或过多,即当其接近或达到某种生物的耐受性限制时,而使该种生物衰退或不能生存。
耐性限度(thelimitsoftolerance):
每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。
也即生物种在其生存范围内,对任一牛态因子的需求总有其上限与下限,两者Z间的距离就是该种对该因子的耐性限度。
4,生物种的咐性曲线:
广幅分布生物与狭幅分布生物分布耐性曲线。
耐度限制的调节通过下列主要方式:
新环境适应:
驯化培育;休眠——“逃避”限制;生理节律变化和其他周期性补偿变化;
调节的hl的是对恶劣环境的克服,通过这些方式,使体内牛•理、行为达到平衡,而抵抗恶劣环境。
三.生态因子对生物的生态作用
1.光对生物的生态作用
(1)光强的作用:
牛•长发育、形态建构作用。
典型例子一植物黄化现象(citiolationphenomenon)。
(2)光质的作用:
光合作用影响;红、橙光能对叶绿素冇促进,绿光不被植物吸收称“生理无效辐射红光冇利于糖的合成,蓝光有利于资白质的合成。
光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发冇有影响。
紫外光与动物维生素D产生关系密切,过强有致死作用,波长360nm即开始有杀菌作用,在340nm〜240nm的辐射条件下,可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。
200〜300nm的辐射下,杀菌力强,能杀灭空气小、水面和各种物体边而的微生物,这对于抑制自然界的传染病病原休是极为重要的。
(3)光周期现彖—生物对光的牛态反应与适应
定义:
生物对枉夜光暗循环格局的反应所农现出的现象称之为光周期现象。
生物和许多周期现象是受日照长短控制的,光周期是生命活•动的定时器和启动器。
植物的光周期现象:
长口照植物、短R照植物、屮口照植物、口照屮植物。
(不同光照时间对开花的作用而定)
动物的光周期现彖:
鸟类的光周期现象最为明显,它的迁徙是由日照长短变化所引起的;鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短冇关,如雪貂、野兔和刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖(称为长日照曽类);绵羊、山羊和鹿
等总随着秋天短日照的到來而进入生殖期(称短日照兽类)。
2.温度对生物的生态作用
(1)温度与牛物牛长发育
生长:
“三某点”——授低、授适、址高温度。
发冇:
植物的春化作用(某些植物要经过一个“低温“阶段才能开花结果)。
(2)生物对极端温度的适应
对低温适应——在形态、生理和行为方面的表现
生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体人。
个体人的动物,其单位体重散热量相对减少(贝格曼Begman定律)
阿伦(Allen)规律:
恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小的趋势。
在生理方面,生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞屮的糖类、脂肪等物质來降低植物的冰点,增加抗寒能力。
动物对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系中的热中性区宽,下临界点温度以下的曲线率小等儿个方而(图)。
(3)物候节律:
物候乂称物候现彖(phenologicalphenomenon),是指牛•物的牛•命活动对季节变化的反应现象。
物候学(pheology)则是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。
3.水对生物的生态作用
(1)水因子对生物生长发育的作用:
水分不足,使植物萎焉;使动物滞育或休眠。
某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关,如澳洲鹦鹉遇到干旱年份,就停止繁殖;而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆发性开花结果”。
(2)生物对水因子的适应
植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。
各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。
陆生动物对水因子的适应
形态结构上的适应:
以各种不同形态结构,使体内水分平衡。
行为上的适应:
沙漠动物昼伏夜出;迁徙等。
生理上的适应:
“沙漠之舟'‘骆驼可以17天喝水,身体脱水达体重的27%,仍然照常行走。
它不仅具冇贮水的胃,驼峰中还储藏丰富的脂肪,冇消耗过程屮产生大量水分;其血液中具冇特殊的脂肪和蛋白质,不易脱水。
4.人气对生物的生态作用
(1)氧的生态作用;
(2)氮的生态作用;
(3)CO2的生态作用(对动植物个体潜在的影响);
1使植物气孔开度减少,减少蒸腾,提高水分利用。
2C02浓度和对提高,使C3松物光合作用不断增加(C4植物达到饱和点后则不随C02浓度提高,光合作用增加)。
3CO2能促进植物的生长——植物生长速率随全球CO2浓度的提高而增加。
4高浓度的CO2能改变植物形态结构——幼苗分枝増多,叶面积指数加大等。
(4)大气污染与植物;
①人气主要污染物对植物的危害(影响)
二氧化硫(S02)对植物的影响:
伤害阈值为0.25〜0.55ppm,2~8小时;典型症状——叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。
緘化氢(HF)对植物的影响:
伤害阈值>40ppm:
典型症状——叶尖和叶缘坏死。
臭氧(03)对植物的影响:
伤害阈值0.05〜0.15ppm0.5〜8小时;典型症状——叶|(1|±|||现密集的细小斑点。
乙烯对植物的影响:
伤害阈值10〜lOOppb;典型症状——“偏上生长”致使叶片、花、果脱落。
②梢.物対大气的净化作用
吸收CO2,放出02:
造林绿化与人类维系呼吸;
吸收有毒气体:
吸收二氧化硫(SO2)及氟化氢(HF)最优;
驱菌杀菌作用:
有些植物分泌杀菌素,如lha松柏林24小时分泌34kg杀菌素;阻滞粉尘:
针叶林阻粉尘量32〜34吨/年,阔叶林68吨/年;
吸收放射性物质:
吸收中子屮射线。
3大气污染监测——指示植物
a.作为指示植物的皐本条件:
能够综合反映大气污染对生态系统影响的强度;能够较早地发现污染(对大气污染敏感);能够同时检测多种大气污染物;能够反映出一个地区的污染历史(基木年轮的化学分析)。
b.常见(用)的指示植物:
地衣最敏感,0.015〜0.105ppm二氧化硫下无法生存(但反应慢)。
4大气污染的植物监测
生理生化指标测定——光合作用,呼吸作用,气孔开放度,细胞膜透性,叶液PH值变化,植物体内嗨体变化等。
5.土壤对生物的生态作用
(1)土壤化学性质与植物的关系
①PH值<3或>9对根系严巫伤害②矿质营养元索与植物
(2)植物的盐害和抗盐性
植物的抗盐方式:
排除盐分——泌盐植物;稀盐植物(稀释盐分);富集盐分;拒绝吸收
(3)植物对土壤适应的生态类型
对PH值的适应——嗜酸性植物、嗜酸一耐碱植物、嗜碱一耐酸植物、嗜碱植物。
钙土植物、盐生植物、抗盐植物
(4)土壤污染的植物监测
土壤污染——重金属污染、如汞、镉、砂、化学农药污染等。
监测:
植物群落调査,蔬菜及作物调査,实验分析
第三章种群
1.种群的基本特征
1.种群的定义(population):
某一特定时间占据某一特定空间的一群同种有机体(Merrile,1981)
种群是物种在自然界中存在的基木单位,又是生物群落的基本组成单位。
种群是一种特殊组介,具冇独特性质、结构、机能,冇自动调节大小的能力。
种群牛态学(populationecology)——研究同种牛物个体群数虽:
动态、特性分化及其发生发展的科学。
(种群生物学populationbiology)
2.种群的基本特征
(1)分布格局(distributionpattern)种群内个体空间分布方式或配置特点。
(图)
均匀分布(uniformdistribution)随机分布(randomdistribution)集群分布(contagiousdistribution)
(2)年龄结构(agestructure)种群内不同年龄的个体数量分布情况。
根据年龄结构划分三种种样类塑:
增长塑、稳定塑、哀退塑。
(见图)
种群(特别是优势种)年龄结构,直接关系着其木身及其所在群落的发展趋势,是种群及其所在郡落
的动态趋势的主要指标。
测定种群的年龄结构,便可分析它的自然动态,推知它及其所在群落的丿力史,预测它们的未來。
(3)性比(sexration)——性比是种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。
受精卵的大致是50:
50,这叫第一性比。
由于种种原因,S俾比继续变化,到个体成熟时为正的<?
/早比例叫第二性比。
最后还有充分成熟的个体性比,叫第三性比。
性比对种群配偶关系及繁殖潜力冇很大的彩响。
(4)生命农(lifetable)——是指列举同生群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张淸单。
同生群(cohort)——同时出生的个体种群。
类型:
图解生命表(diagrammaliclife(able)以图解来表示生物一个吐代的历程。
常规生命表(conventionallifetable)
动态生命表(dynamiclifetabic)真实记录生物个体存活借况。
静态生命农(staticlifetable)—记录某一•特定时间获得的各龄级个体数情况而编制成的。
作用(意义):
a..综合记录了生物体生命过程的重要数据;b,系统表示出种群完整牛命过程;
c,研究种群数量动态必不可少的方法。
2.种群的增长与调节
1.种群増长的模型
(1)马尔萨斯(Malthus)方程:
又称指数增长模型。
Nt=N0ert指数增长;lnNt=lnN0trt对数增长
(2)逻辑斯蒂增长(Logisticgroxvth)模型:
是比利时学者Verhulst1838年创立的。
逻辑斯蒂增长模型是指种
群在有限环境下,受环境制约且与密度相关的增长方式。
Nt=k/l+(l・Nl/k)eP
(3)Leslie—Lefkorich炬阵模型:
nt+l=Mtnt
Mt是m、p、i的距阵,nt和nt+1分别是在t和t+1时种群各阶段个体数的列向量,从中计算九值。
当入=1,表示种群稳定;当Q1,农示种群正在増长;XI,种群趋向衰退。
2.种群大小的调节(populationregulation)
种群大小的调节是指种群大小的控制或者•是指种群大小所表现的作用限度。
调节种群大小的因素
非密度相关——外界(物理)因素,如降水、温度、土壤状况等。
密度相关(密度依赖)——内部的生物因素。
自疏(selfthinning)与-3/2定律:
自疏一指同种植物因种群密度而引起种群个体死亡而密度减少的过程。
-3/2定律——植物种群自疏过程中,其个体平均重量与种群密度成・3/2直线斜率的变化。
(植物个体重量与密度说:
密度降低,重量增大)
3.人类种群的增长与调节
(1)世界及我国人口的増长趋势(见图)
(2)我国人口的调节
我国H前人口增长的特点:
而临建国以來的第三次出牛高峰;人口老化趋势出现;人口的科学文化索质较低。
我国人口的调节:
总方针——控制人口的增长,提高人口的素质;
目标——2000前力争把中国平均人口自然増长率控制在12.5%o内,期望下世纪屮叶稳定在15〜16亿;
措施—坚持优生优育,计划生育;扫除青壮年文盲,实行九年制义务教育。
三、种群生活史
(1)种群在其生活史中表现的特征
1.生活史的定义——一个生物从出生到生物所经历的全部过程称为生活史(1说history)或生活周期(lifecycle)o
2.表现的主要特征
个体人小:
是生物的遗传特征,与生活周期长短冇很好和关性。
生长与发育速度:
呈“S"形生长曲线,包括停滞期、指数期、静止期。
繁殖:
指有机体生产出与自己相似后代的现彖,是牛•物形成新个体的所有方式的总称。
包括:
繁殖与物种的生存和发展关系极密切,它是生活史中的核心问题。
扩散:
指生物个体或繁殖体从一个生境转移到另一个生境屮。
1植物的扩散(繁殖体的传播):
扩散形式——水力、动物(包括人)、风力。
各自冇特殊的适应性。
2动物扩散(主动扩散)扩散形式——迁出、迁入、迁移(回游、迁徙)
3动植物扩散的生物学与生态学意义
可以使种群内和种群间的个体得以交换,防止长期近亲繁殖而产生不良的后果:
可以补充或维持在正常分布区以外的暂时性分布区域的种群数量;扩大种群分布区。
(2)繁殖格局(reproductionpatterns)
1、一次繁殖和多次繁殖
在生活史中,只繁菇-•次即死亡的生物称为一次繁殖生物(semelparily)。
一生中能够繁殖多次的生物称为多次繁殖生物(iteroparity)o
2、生活年限与繁殖
植物可划分为一年生、二年生和多年生三种类型的生活年限;动物也分別划分为短命型、屮等寿命型和长寿型三种类型的生活年限。
有机体的生活年限(life-span)或寿命(lifetime)既具遗传性,也具有较大的生态可塑性,通常前者为生理寿命,后者为实际寿命或生态寿命。
短命型可视为捉前繁殖,长寿型视为延迟繁殖。
繁殖格局是白然选择的结果,。
它主要视生境条件决定的。
(3)繁殖策略(reproductionseratagem)
繁殖策略是表示生物对它所处生存条件的不同适应方式。
MacArthur(1962)提出的r-K选择的生活史策略。
1.r■选择冇利于增大内禀增长率的选择称为r■选择。
「选择的物种称为r・策略者(「stratcgistis)。
「策略者是新生境的开拓者,但存活要靠机会,所以在一定意义上它们是“机会主义者",很容易出现“突然的爆
发和猛烈的破产"
2.k■选择——有利于竞争能力增加的选择称为k-选择。
k■选择的物种称为k・策略者•(K-strategistis)o
k•策略者是稳定环境的维护者,在一定意义上,它们是保守主义者,当生存环境发生灾变时,很难迅速恢复,如果再有竞争者抑制,就可能趋向灭绝。
3.卜选择和k-选择的相关特征(见农)
在动物中,人分类动物间比较时,昆虫可视为卜选择,脊椎动物为k-选择;在分类单位Z内比较时,体形大,生冇力低,对幼小个体有良好保护的为典型的k・选择,体形小,生育力高,对幼小个体忱育时间短的,为典型的r■选择。
在植物中,一年生植物如农1日杂草,原生和次生裸地的先锋草种属于「选择,人多数森林树种属于k・选择。
住物种群的紧殖策略也是H然选择的结果。
(4)性选择(sexualselection)
1.植物的选择受粘
选择受将(selectivefertilization)足指具冇特定遗传基础的粘核与卵细胞优先受粘的现象。
选择受梢主要表现为生理生化和遗传上的特征,包括自交不亲和性、远缘杂交、不亲和性、多个花粉精核间的竞争等现彖。
梢物的选择受精的牛物学意义:
(1)可保证绘适应的两性细胞的高度融合,从而增强厉代的存活能力;
(2)限制异种之间的自由交配,使种间生荊隔离,从而保证各个种的相对稳定性。
2.动物的性选择
(1)动物性选择形式:
动物的性选择形式多种多样,主要以界性的外衣和行为作为选择的依据。
通常表现为修饰(ornamentation)>色泽(coloration)、求偶彳亍为等方而,形成明显的雌雄二形(sexualdimorphism)现彖。
在动物中,绝人多数物种是由雄性作出求偶行为,往往表现在颜色修饰和肖音上有许多差界(特别是鸟类),有的做出各种各样动作,显示自己的魅力。
(2)雌性动物的婚配选择:
将心选择那些携带最好基因熨的雄性个体交配,來获得高质疑的后代,捉高其繁殖成效。
为此雌性动物往往对雄性个体冇敏锐的洞察力,特别对色彩和声音冇较高的鉴别力。
此外,对雄性的体态、行为特征(如争斗、给饵等)等也冇一定的鉴别力,从中择优选择,才能保证后代健康。
第四章生物群落
(1)
1.生物群落的特征
1、定义:
生物群落:
是指在一定地段或一定生境里各生物种群相互联系和相互彩响所构成的组合结构单元。
植物群落:
是指由一些植物在一定生境条件下所构成的一个相互影响、互为关联的总体。
植被(Vegetation)是指地球衣而的一层活的植物覆盖。
2、牛物群落的基本特征
(1)群落中的所有物种在生态上有相关性
植物群落屮的种类成分组成——调査方法:
标准样地法(确定最小面积)、点一四分法(中点象限法)
各物种的相关:
竞争、共生、附生、腐生、他感等。
⑵群落与环境不可分割性;(3)群落中各物种的重要性冇各异性
植物群落中物种的数量特征:
▲单一数量特征:
a.密度(Density)D=N/Sb.多度(Abundance)指种类的丰启程度
c.频度(Frequency)——指群落中某种植物出现的样方百分比
▲综合(数量)特征:
a,存在度(presence):
指一种梢.物在一个群落中出现的程度
b,怕有度(Conslance):
在一•定面积内物种的存在度
c,确限度(fidelity):
—种植物在一个群从中的集中程度:
具体分5个确限度等级:
奇偶种、随偶种、适宜种、偏宜种、专冇种或确限种。
奇偶种(stranger)—偶然发现或入侵的或残遗的种;随偶fl'(indifferent)—对任何群落都没冇显著的亲缘;
适宜种(prefbrent)——在若干群落中发现,但在英中一个群落中成为优势种或生长最好的种;
偏宜种(selective—特别在某一群落中出现,但也在其他群落中偶尔出现的种;
专冇种或确限种(exclusive)完全或儿乎只出现在某一郡落中的种。
d,优势度(dominance):
表示某种植物在群落中所占的优势程度。
由多度、频度、显著度和立木级比例综介评定。
重要值(importancevalue)(IV):
以综合数值农示植物物种在群落中的相对重要值。
重耍值=相对多度+相对频度+相对显著度和对多度=某个种的个体数/所有种的个体数xl00%
相对频度=某个种的频度/所有种的频度xioo%相对显著度=某个种的胸截面积/所有种的胸截面积xl00%
(4)群落有其空间和时间上的结构
空间结构——分层(地上分层、地下分层)。
森林群落空间结构地上成层(分层)现象用剖面图解表示。
分:
乔木层(一般三层)、灌木层、草本层、地被层。
(图)
时间结构(季节性周期变化)——指那些与季节性气候变化和关联的明显周期现彖。
主要表现在:
叶子的生长变化:
新叶生长、变叶期、落叶期;开花和结实
(5)群落结构的松散性和边界模糊性
2.生态位
1.生态位(niche)的概念:
“生态位是指每个物种在群落中的时间和空间的位置及其机能关系。
或者说群落内一个种与其他种的相关的位置"
2.生•态位理论的基本耍点
(1)生态位宽度(广度)(nichebreadth,nichewidth)«定义:
一个有机体单位(物种)利用的各种各样不同资源的综合的幅度。
可利用的少生态位宽度增加,促使生态位泛化;
资源:
丰富,可选择性大生态位宽度减少,促使生态位特化(spccialigation)
(2)生态位重磴(nicheoverlap)
能义:
不同物种的牛态位乙间的巫叠现彖。
或是说两个或更多的物种对资源位和资源状态共同利用。
生态位重叠是竞争的必要条件但并非绝对条件,而决定于资源状态。
丰富,供应充足,生态位重叠也不发生种间竞争。
资源贫乏,供应不足,生态位稍冇重叠,即发生激烈的种间竞争。
(3)生态位分离(nichesepartion)定义:
两个物种在资源系列上利用资源的分离程度。
竞争排斥原理(competiveexclusionpriciple)或高斯(Gause,1934)原理:
如果许多物种占据一个特定的环境,他们耍共同生活下去,必然要存在某种生态学差别(貝有不同的生态位),否则它们不能在相同的生态位内永久地共存。
(4)生态位移动(nichedrift)定义:
种群对资源谱利用的变动。
这是环境胁迫或者竞争的结果。
3.用生态位理论解释白然生物群落:
(1)一个稳定的群落中占据了相同牛态位的两个物种,其中一个终究要灭亡;
(2)—个稳定的生物群落中,由于各种擀在群落中具有各口的生态位,种擀间能避免直接的竞争,从而保证了群落的稳定。
(3)群落是一个相互起作用,生态位分化的种群系统。
这些种群在它们对群落的时间、空间和资源利用方面,以及和互作用的可能类型方面,都趋于互相补充而不是直接竞争。
人家配合共同生活,更冇效地利用环境资源,从而保证了群落在一个较长时间有较高的牛长力,貝有更大的稳定性。
(4)竞争可以导致多样性而不是灭绝,竞争在塑造生物群落的物种构成中发挥着主要作用。
竞争排斥在口然开放系统中,很可能是例外而不是规律,因为,物种布布能够转换它们的功能生态位去避免竞争的有害效应。
3.生物群落内的种间关系
1,互利共生(互惠共生)(mutualisum):
两种生物或两种中的一种,由于不能独立生存而共同生活在一起,或一种生活于另一种体内,互相依赖,各获得一定利益的现象
2,寄生(parasi(um)——某-•物种的个体居住于另一种物种个体的体内或体表从中吸取营养而生活的现象。
3•腐生(saprophytic)——一些生物有机体只利用腐朽有机物生存的现象。
4、竞争:
分种间竞争和种内竞争;
竞争是对抗性的。
其结果:
排斥、淘汰、抑制、共存,导致多样性,而不是灭绝。
决定竞争胜负的因素:
种间竞争——种的生态习性、牛活型、牛•态幅度状况等
种内竞争——个体的生长状况,体积小(强弱),年龄大小状况等。
5、他感(化感,他感化学作用)(allelopathy)
⑴定义:
由生物体分泌到体外的化学物质对别种或木种其他个体发生彩响的现彖。
⑵他感作用的主要类型:
植物与微生物间的他感;植物间的他感:
他感与自毒;
植物与草食者间的他感作用;植物与动物(人类)的他感作用。
⑶一•些植物他感作用的貝体途径:
水淋溶、根分泌、挥发物、残体分解、不同植物具体途径不同。
(4)他感作用的儿个问题
他感作用对象作用部位羞异性问题:
他感对不同植物冇不同的作用(敏感度不一样)。
例如对柠檬桜水抽捉物和挥发油对萝卜等6种受体种子发芽和幼苗空长的影响,其中6种受体对水抽提物抑制敏感性山强到弱的顺序是:
萝卜〉玉米〉水稻〉柱花草〉黄瓜〉豆角。
对挥发物的敏感顺序是:
萝卜>柱花草〉玉米〉水稻〉黄瓜〉豆角。
表现出低促高抑现彖。
例如,柠檬校挥发汕在0.005%低浓度F对萝卜幼苗生长起促进作用,当浓度超过0.08%乂表现出显著的抑制作用。
他感作用与环境因子关系:
不同月份(季节)水抽提物的他感作用不同;各月份