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生态学基础

生态学基础

第一章绪论

生态学：

是研究生物有机体与其周围环境之间相互关系的科学。

生物环境，非生物环境

二．生态学的研究对象

三．生态学的发展趋势及分支学科

微观生态学：

个体、器官、基因

宏观生态学：

生态系统、区域、全球

综合生态学：

环境、经济

第二章生态系统中的生物与环境

2.1生物的进化

一．生命的产生与起源

46亿年前无极环境有机化

35亿年前（核酸、蛋白质）具有生命特征的大分子

30亿年前蓝藻门

4亿年前登陆

二．生物种的概念

1.概念物种：

是由内在因素联系起来的个体的集合，是自然界一个基本的进化单位和功能单位

2.认识1）形态上的不联系性2）不同程度的隔离（地理，生殖）

三．生物的协同进化自然选择，优胜劣汰

1．进化

2.协同进化系统

植物一年生：

繁殖快、小，分散

多年生：

物理：

刺，表皮厚

化学：

毒，气味

模拟：

蒿类

2.2环境与生态因子

一．生态因子的概念

生态因子：

是指环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为及分布起直接或间接作用的环境因子。

二．生态因子的分类

1.气候因子：

光，温度，湿度，风向，水

2.土壤因子：

结构，理化性质，质地

3.地形因子：

坡度，坡向

4.生物因子：

竞争，捕食，寄生

5.人为因子

土壤：

岩石风化后，在生物参与下形成的生命与非生命的复合体。

三．生态因子的综合作用定律

1.综合作用（交互作用：

>=2个生态因子作用于同一生物。

叠加，抵消，不相干）

2.主导因子作用

3．直接或间接作用

4.阶段作用

5.不可替代和补偿作用

主导因子：

在诸多环境因子中，总有1到2个对生物起决定性作用，称之为

特点：

1）不是绝对的2）它变化会引起其他许多生态因子也随之发生变化

四．生态因子的限制性作用

1.最小因子法则：

每一种植物都需要一定种类、一定数量的营养物质，如果其中一种营养因子数量甚微，则植物的生长受到不良影响，若这种营养物质完全缺失则植物不能正常生长。

局限性1）只考虑了最小对植物的影响

2）只考虑了植物与营养物质之间的关系

补充1）只适用于稳态系统2）还要考虑补偿作用

2.限制因子：

生物在一定环境中生存，必须得到生存发展的多种生态因子。

当某种生态因子不足或过量都会影响生物的生存和发展，该因子即为限制因子。

特点1）相对性2）局部性和暂时性

主导因子与限制因子之间的关系

1）概念2）两者之间没有必然的联系

3.耐受定律:

生物对环境的适应存在耐受范围的法则

2.3生物与光的关系

一．光的性质

二．光质的变化对生物的影响

1.时间上一年：

夏季，短波一天：

中午

2.空间上随纬度增加，减小；随高度增加，增强

3.森林生态系统：

林冠层，下木层，灌木层，草本，地被层

4.海洋生态系统：

透光带

三．光强的变化及对生物的影响

（一）变化规律

1.时间上夏，中午

2．空间上赤道，随高度增加而增加

北半球，温带山南>山北>平地

高纬度山南>低纬度山北

（二）光强与陆生植物

光补偿点：

光照强度是植物开始生长和进行净光合作用所需要的最小光照强度。

光饱和点：

光照强度达到一定水平后，光合产物也就不再增加或增加的很少，该处的光照强度

1.光强对植物形态的建成有重要作用

1）强光下利于提高农产品品质

2）弱光下黄化现象

3）强紫外抑制植物茎的伸长

2.植物的三种光强生态类型

1）阳性林冠层，旷野，路边

2）阴性密林下部，阴暗，潮湿

3）耐阴强光，弱光

阳阴

植物叶子稀疏茂密

角质层厚薄

叶绿体/气孔多少

光补偿点高低

机械组织发达

（三）光强与动物的行为

1.昼行性随光强增强，活动增强鸟类，灵长类，蝶类

2.夜行性猫头鹰，蛾类，家鼠

3.广光性田鼠

四．光周期

1.植物的光周期现象

1）长日照植物桃进入生殖期

2）短日照植物菊

3）中间性植物黄瓜，蒲公英

2.动物的光周期现象

1）鸟类迁徙

2）兽类长日照，短日照

3）鱼类洄游

2.4生物与温度的关系

一．温度的生态学意义

1.生物是生存在一定温度范围内的

2.地球上的温度始终是变化的，生物在进化中有应对特性

二．温度对生物的影响

（一）“三基点”温度：

最高，最低，最适

限定作用：

不同生物的**不同，同种生物不同阶段**不同。

（二）气温与温度的分布

1.高温能决定生物分布的垂直：

下界；水平：

南界

2.低温能决定生物分布的垂直：

上界；水平：

北界

3.恒温动物，温度间接影响：

取食时间，食物

三．极端温度对食物的影响

（一）低温伤害及适应

1.低温伤害

1）冷害：

零上温度对喜温的伤害

2）冻害-1.8-1.8南极雪

3）过冷却：

在0C以下，生物体依然有活性林蛙，摇蚊

2.低温适应

形态方面

1）植物a.芽具鳞片b.芽，叶子，油脂类c.蜡粉，密毛

d．莲座，匍匐，垫状

2）动物a.增加毛的数量，改善质量b.脂肪c.高纬较低纬大，凸出部位变小

生理方面

1）植物减少体液，增加糖类，蛋白等防冻

2）动物增加体内产热，改善皮毛的性能

行为方面：

冬眠，迁徙

（二）高温

四．积温对生物的影响

（一）有效积温法则：

植物在生长发育过程中需从环境摄取一定的热量，才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需的总热量是个常数，此常数即为有效积温。

K=N（T-C）K:

有效积温N：

发育历程T：

平均温度C：

发育起点温度（生物学零度）

（二）应用

1.预测生物发生的世代数

2.预测生物分布的地理北界

3.预测虫害的来年发生程度（以卵越冬希望不是整代）

4.推算生物的年发生历（以粗放-节约型转化）

5.制定农业气候区划

自然条件下生长会更快，只考虑植物，补偿作用

五．温度节律的变化及对生物的影响

1.温周期现象

2.春化作用：

低温刺激，营养生长-生殖生长

2.4生物与水的关系

一．水的生态学意义

1.生命起源于水环境

2.水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分

3.生物体内一切活动都是以水为介质的

4.水是生物代谢过程中的重要原料

5.水对动植物具体生态作用

1）水能保持植物的固有姿态（叶子）

2）水为生物创造了稳温环境

3）土壤含水量的三基点（根）

4）水对陆生生物热量调节和热能代谢的生态作用

6.各种生物之所以能生存至今依赖水在3.98C时密度最大

7.水的间接生态作用（降水，湿度影响生物）

二．植物与水的关系

（一）植物相对动物更需要水的原因1.蒸腾作用（99%）2.呼吸作用需水量：

每生产1g干物质随需要的水量

（二）陆生植物与水的关系

1）增强根吸水能力：

深，广

2）减少水分散失：

温度高关气孔（白天储光能）

3）增强储水能力：

褶皱

（三）水生植物与水

1.通气系统发达

2.叶子呈丝带状或极薄（增加采光面积，气孔数）、

3.弹性强，抗扭曲能力强

4.淡水植物有调节渗透压能力，海水植物是等渗（动态平衡）

（四）分类（按照对水的依赖程度）

水生植物：

沉水植物，藻

浮水植物，莲花

挺水植物，芦苇

陆生植物：

湿生，中生，旱生

三．动物与水的关系

（一）水生动物的渗透压调节

海水动物

1）稍高渗透压：

水向体内走，需要排水，补溶质，龙虾

2）低渗透压：

需补水，排溶质，鲑，鮟鱇

3）等渗透压：

代谢，食物等造成需排水

淡水（等渗）：

排水，补溶质；

（二）陆生动物渗透压调节（补水）

鸟兽：

呼吸失水，排泄失水

四．水的物理性质对水生生物的影响

（一）密度

1.充气器官：

鱼鳔，气体密度2.油滴3.脂肪4.减少体内盐浓度

（二）粘滞性

好：

减缓生物体下沉速度

坏：

阻力（空气中50倍），流线型

（三）浮力

五．水生环境与生物呼吸（10ml/LO2）

第三章种群生态学

3.1生物种群及其特征

一．种群和种群生态学

种群：

生活在同一地域内同种生物的集合

任务：

研究生物种群的数量和结构及其变化原因

目的：

控制种群的数量

二．种群的基本特征

（一）密度和分布

分布型：

均匀分布：

竞争；分泌毒素（抑制剂）；环境调节均匀分布

成群分布：

环境不均匀，植物以母体为中心，动物社会分布

随机分布：

环境资源丰富，个体间无吸引或排斥

S2/m=0均匀=1随机>>1成群

（二）年龄结构和性别比

性别比重要性：

关系到种群当前的生育力、死亡率和繁殖特点

（三）出生率和死亡率

生理出生率——最大出生率

生态出生率——实际出生率

生态死亡率——实际死亡率

生理死亡率——最小死亡率

死亡率影响因素：

1.环境恶劣q增大；2.种群密度增大，q增大；3.种间:

竞争，捕食；4.人为因素

三．种群的生命表和存货曲线

3.2种群的数量动态及条件

一．种群增长模型

（一）理想状态下：

无限环境下的指数增长“J型”

Nt=No·r（t-1）

（二）有限环境下的阻滞增长“S型”

dw/dt=r·N（K-N/K）

二．种群的实际增长动态

（一）不规则波动：

东亚飞蝗

（二）同期性波动：

旅鼠4，红松-松鼠-棕背鼬3

（三）种群爆发：

赤潮，鼠害，蝗灾，槐叶萍-象鼻虫

（四）生态入侵：

（五）种群的衰落和灭亡

生态入侵：

由于人类有意识或无意识的把某种生物带入适宜于其栖息和繁衍地区种群不断扩大，分布区逐渐稳定地扩展，这种过程

三．生态对策

r-对策

特点：

繁殖率高，个体小，寿命短

优点：

1）高繁殖力，存活下来；2）高扩散力，寻找新的生境条件

缺点：

无亲代关怀，竞争力弱

K-对策

特点：

出生率低，个体大，寿命长

优点：

竞争力强，种群数量维持在K值附近

缺点：

低r值，一旦种群数量

东亚飞蝗：

群居相r；独居相K。

3.3种群的种类关系

集群：

临时性，永久性

一．集群

（一）原因

1.对栖息地的共同需要（温度，湿度，光照）

2.对昼夜天气和季节气候的共同反应（过夜，迁徙，冬眠）

3.繁殖的结果

4.被动运送的结果

5.由于社会吸引力（大雁）

（二）生态学意义

1.有利于提高捕食效率

2.有利于共同防御敌害

3.集群有利于改变小生境（蚂蚁、蜂巢）

4.有利于某些种类提高学习效率

5.有利于促进繁殖

二．种内竞争来源于密度，作用于密度

争夺竞争N

全部存活N>K：

部分存活

分摊竞争N

全部存活N>K：

全部死亡

三．隔离与领域性：

鸟类，昆虫

隔离：

减少竞争，节约能量

领域：

某些生物和种群的个体，配偶或家族群将活动局限在一定区域内，并加以保护

领域行为：

叫声，竞争

领域的优点：

获得资源和临朝地，以繁殖和养育后代

3.4种间相互作用

一．种间正相互作用

1.原始合作++寄生蟹与海葵；鱼和蚌

2.偏利共生+0树木与兰花；鮣

3.互利共生++金合欢树与蚂蚁；裂唇鱼与笛抽

二．种间负相互作用

1.竞争：

干扰竞争；利用性竞争

2.捕食：

传统捕食；草食；拟寄生；同种相残

3.寄生

第四章生态系统中的生物群落

4.1生物群落和群落生态学

一．生物群落概念：

特定空间或特定生境下，生物种群有规律的组合，它们之间以及它们与环境之间，彼此作用，相互影响，具有一定的形态结构和营养结构，并执行一定的功能。

二．群落生态学

三．基本特征

具有1.一定的种类组成2.一定的结构3.一定的动态特征4.一定的分布范围5.特定的群落边界特征（中断：

水陆；陡变：

悬崖）

6.不同生物之间存在相互影响（适应无机环境；彼此要适应）7.形成一定的生物群落

群落的组成

一．物种组成的性质分析

群落成员型1.优势种和建群种2.亚优势种3.伴生种4.罕见种（偶然人为带入；新入侵物种，环境条件改变；残遗种）

优势种：

对群落的结构和群落环境的形成起主要作用的物种

建群种：

各层有各层的优势种，其中优势层中的优势种起着构建群落的作用称为建群种。

二．物种组成的数量特征

1.密度2.多度3.盖度4.频度：

即某个物种在调查范围内出现的频率，指包含该种个体的样方占全部样方数的百分比。

5.高度6.重量（生物量）7.体积（材积）

4.3群落的结构

一．水平结构（镶嵌型）灌丛化草原

二．垂直结构

三．时间结构：

季相，演替

四．群落的交错区与边缘效应

边缘效应：

群落交错区生境条件的特殊性、异质性、和不稳性，使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境的交错区区域中，不但增大了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力，这一现象

五．岛屿效应：

岛屿面积越大，岛屿上的物种数越多

岛屿群落进化的特点：

1.岛屿的物种进化比迁入快

2.离大陆较远的岛屿上特有种可能比较多

3.岛屿群落可能是物种未饱和的，其原因可能是进化历史较短，不足以发展到饱和阶段。

六．干扰对群落结构的影响

（一）干扰：

平静的中断

缺口：

1.自然恢复2.进化（演替）3.“抽彩式”竞争

过程：

1.互不干扰阶段2.互相干扰3.共摊4.进化

（二）中度干扰假说物种多样性

强：

先锋期中：

演替期（物种数最多）弱：

顶级期

假说：

对群落中等程度的干扰，有利于维持高的物种多样性

理由:

1.在一次干扰后，少数先锋种入侵缺口，如果干扰频繁，则先锋期不能发展到演替中期，因而多样性较低

2.如果干扰间隔期很长使演替过程发展到顶级期，多样性也不高

3.只有中等干扰强度使多样性维持高水平，它允许更多的物种入侵和定居

群落的演替

一．演替的概念：

随时间的推移，群落内一些物种消失，另一些物种侵入，群落的结构和环境向一定方向产生有顺序的发展变化。

特点：

1、演替是可预见的2、演替是生物和环境反复作用的结果3、演替过程漫长而非无休止，有其顶点

二．演替的序列原生演替，次生演替

（一）旱生原生演替序列

1.地衣植物阶段壳状，枝状，叶状

2.苔藓植物阶段

3.草木植物阶段低草，中高草，高草

4.木本植物阶段

（二）水生原生演替序列贫营养状态：

天池

1.自由漂浮植物阶段

2.沉水植物阶段

3.浮叶根生植物阶段

4.直立水生植物阶段

5.湿生草本植物阶段

6.木本植物阶段

贫营养湖特点：

1.湖盆较深2.湖底多为砾石3.水温较低4.浮游生物5.营养物质少6.有根植物稀疏7.特征鱼类：

鲑鱼

第五章生态系统

一．生态系统的概念：

就是在一定空间中共同栖居着的所有生物与环境之间由于不断进行着的物质循环和能量流动而形成的统一整体。

二．生态系统的组成部分

非生命的：

气候，无机物质，有机化合物

生命的（三大功能种群）：

生产者：

必不可少

消费者：

可有可无

分解者：

不可缺少

三．食物链和营养级（5-6个）

四．物质循环

水循环：

不断更新陆地淡水资源

气相循环

沉积型循环

五．能量流动单向，逐级递减的