生态学 第三章第四章复习资料.docx

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生态学第三章第四章复习资料

第三章物质环境

水、大气、土壤构成有机体生活的栖息地，成为生物生存的必需条件，同时，他们又为生物体的组成需要提供了碳、氢、氧、磷、硫、铁、钾、钠、钙等常量元素与铬、钴、氟、铝、硒、锌、碘等微量元素，这些物质组成了地球上的物质环境。

3.1水的来源

水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。

关于水的来源，目前主要有两种说法：

气成水说

该学说认为地球是由难熔的物质凝聚而成，而挥发性的气体则形成大气圈。

地球原始的大气圈主要由碳氢化合物组成，天空中漂浮的是甲烷云，落下的是甲烷雨，地表是甲烷湖泊和甲烷河流。

这些碳氢化合物在光化学作用下被分解成水和碳，而这些水就成了地球原始水。

岩浆成水说

该学说认为组成洋壳的蛇纹岩，在洋壳俯冲、沿缝合线进入地幔时，温度超过500℃，这时的蛇纹岩就放出大量的水，而变成橄榄岩。

蛇纹岩释放出的水，就是现代海洋、湖泊、河流的最初来源。

3.2地球上水的存在形式与分布

地球上的水，广泛分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层中。

大部分水以液态形式存在，如海洋、地下水、地表水（湖泊、河流）和一切动植物体内存在的生物水等，少部分以水汽形式存在于大气中形成大气水，还有一部分以冰雪等固态形式存在于地球的南北极和陆地的高山上。

地表约四分之三被水所覆盖，所以地球有“水的行星”之称。

地球上的水量是极其丰富的，其总储水量约为13.86亿立方千米，大部分水储存在于低洼的海洋中，占96.54％，而且97.47%（分布于海洋、地下水和湖泊水中）为咸水，淡水仅占总水量的2.53%，且主要分布在冰川与永久积雪（占68.70%）和地下（占30.36%）之中。

如果考虑现有的经济、技术能力，扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰雪储量，理论上可以开发利用的淡水不到地球总水量1％，实际上，人类可以利用的淡水量远低于此理论值，主要是因为在总降水量中，有些是落在无人居住的地区如南极洲，或者降水集中于很短的时间内，由于缺乏有效的水利工程措施，很快地流入海洋之中。

由此可见，尽管地球上的水是取之不尽的，但适合饮用的淡水水源是十分有限的。

1、水的生态学意义

•水是任何生物体的重要组成部分

•水是生命活动的基础

•水对稳定环境温度有重要意义

•水是光合作用的原料

•水使生物保持一定的状态

•水是任何生物体的重要组成部分

•水是生命活动的基础

•水对稳定环境温度有重要意义

•水是光合作用的原料

•水使生物保持一定的状态

2、水对物种数量和分布的影响

•对植被的分布的影响

–我国从东南到西北可分为3个等雨量区，因而植被类型也分为3个区：

湿润森林区、干旱草原区和荒漠区

•水分与动植物种类与数量的影响

–降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷

3.3生物对水分的适应

3.3.1植物与水3.3.2动物与水

陆地植物的水平衡

•水分来源

–根系吸收

–茎叶吸收

–体内代谢

•水分去向

–蒸腾作用

–体内代谢

陆生植物的适应特征

•形态适应

–发达的根系、叶面积很小、发达的储水组织

•生理适应

–原生质渗透压特别高

陆生植物类型

⏹湿生植物：

不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。

如水稻、秋海棠。

⏹中生植物：

适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最光和数量最大的陆生植物。

⏹旱生植物：

生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。

主要分布在干热草原和荒漠地区。

其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。

水体环境的特征

•弱光

•缺氧

•粘性高

•密度大

•温度变化平缓

水生植物的适应特征

•发达的通气组织发达甚至脱化

•水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状

•水生植物的类型

–沉水植物

–浮水植物

–挺水植物

3.4大气的组成及其生态作用

3.4.1大气的组成和作用

•大气的组成

–N2、O2、CO2、CH4、O3、NxOy、H2O、各种惰气

–N278.9%、O220.95%、CO20.032%

•大气压随海拔的变化

–海平面1atm=101.32kPa

–海拔升高100m，大气压降低1.11kPa

–海拔5400m处约为0.5atm

•大气与生物的关系

–植物光合作用

–生物的呼吸作用

3.4.2氧与生物

•氧的来源

–光合作用

–紫外线的光解作用、O3的形成和作用

•氧与动物的能量代谢

•动物对高海拔低氧的适应

•植物与氧

–光合作用=20×呼吸作用

–森林吸收CO2释放O2的量约为草地的5倍

–成年人呼吸消耗O2释放CO2的量与10m2森林光合作用的产物相当

3.4.3CO2的生态作用

•大气中CO2的浓度与温室效应

-CO2来源：

煤、石油等燃料的燃烧及生物呼吸和微生物的分解作用。

-CO2特点：

透过太阳辐射，而不能透过地面反射的红外线

-结果：

导致地面温度升高

3.5土壤的理化性质及其对生物的影响

•土壤的生态学意义

•土壤物理性质与生物

–土壤的质地与结构

–土壤水分、土壤空气、土壤温度

•土壤化学性质与生物

•土壤生物特性

•植物对土壤的适应

3.5.1土壤的生态学意义

•土壤是陆地生态系统的基础

•土壤是具有决定性意义的生命支持系统

•土壤是许多生物的栖息场所

•土壤是生物进化的过渡环境

•土壤是植物生长的基质和营养库

•土壤是污染物转化的重要场地

3.5.2土壤质地与结构对生物的影响

•土壤由固、液和气三相系统组成，固体颗粒是组成土壤的物质基础

•土粒按直径大小分为粗砂、细砂、粉砂和粘粒，不同大小土粒的组合称为土壤质地（soiltexture）

•根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类，其通气透水、保水保肥性能都不一样

土壤结构（soilstructure）是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等

•土壤质地与结构常常通过影响土壤的其它理化性质来影响生物的活动

3.5.3土壤水分

•土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用

•植物水分的主要来源，太少引起干旱，太多又导致涝害

•影响土壤内无脊椎动物的数量和分布

3.5.4土壤空气

•O2的含量较大气低，可能抑制植物根系的呼吸作用

•CO2含量过高时，根系的呼吸和吸收机能就会受阻

3.5.5土壤温度

•植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响

•限制养分的转化来影响根系的生长活动

•低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用

•土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积

3.5.6土壤化学性质与生物

•土壤酸碱度

–与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系

–土壤酸碱度对土壤动物区系及其分布有重要影响

•土壤有机质

–腐殖质和非腐殖质

–影响土壤微生物和土壤动物的分布

•土壤矿质元素

–植物生命活动需要9种大量元素和7种微量元素

–影响土壤土壤动物的种类和数量

植物对土壤的适应

•根据植物对土壤酸碱度的反应的植物分类

–酸性土植物、中性土植物和碱性土植物

•根据植物对土壤钙质的反应的植物分类

–喜钙植物和嫌钙植物

•根据植物对土壤含盐量的反应的植物分类

–盐土植物和碱土植物

•植物对极端土壤环境的适应

–盐碱土植物

–沙生植物

盐碱土对植物的危害和植物的适应

•盐碱土

–盐土：

含可溶性盐（氯化钠、硫酸钠盐等）1%以上，pH中性，土壤结构未被破坏

–碱土：

含弱酸强碱盐（碳酸盐类）较多，pH在8.5以上，土壤结构被破坏

•盐碱土对植物的危害

•植物对盐碱土的适应

盐碱土对植物的危害

•引起植物的生理干旱

•伤害植物组织

•引起细胞中毒

•影响植物的正常营养

•在高浓度盐类作用下气孔不能关闭

盐碱土植物对环境的适应

•形态

–植物矮小、干硬、叶不发达、蒸腾面小、气孔下陷、表皮有厚外皮、灰白绒毛

•结构

–细胞间隙小、栅栏组织发达、贮水细胞

•生理

•忍盐植物：

把根吸收的盐分排入液泡，同时还能阻止盐分再回到原生质里，如碱蓬、盐角草

•泌盐植物：

通过泌盐腺将盐分排除体外，如柽柳、红树

•拒盐植物：

根部细胞中积累大量的可溶性碳水化合物，以提高渗透压，使根细胞具有很强的吸水能力，而且，细胞膜对盐分的透性小，如长冰草、海蒿

•稀盐植物：

当体内吸收了大量盐分时，铜鼓快速生长而吸收大量水分，来稀释细胞中的盐分浓度，如滨藜。

沙生植物对环境的适应

•沙生环境

–高温、干旱、强风、土壤贫瘠

•植物的适应

–地面植株小、根系发达

–叶片极端缩小或退化

–贮水细胞或脂类物质

–细胞具有高渗透压

–休眠

海洋动物对水环境的适应

⏹等渗动物

❑这些动物不会由于渗透作用而失水或得水，但随代谢废物的排泄损失一部分水。

❑补充水分方法：

从食物中得到；饮用海水并排出海水中的溶质；食物氧化过程中产生代谢水

⏹低渗动物

❑由于渗透作用失去一些水，会从食物、代谢中或海水摄入更多的水，其中喝水是主要来源。

保持低渗：

喝水同时吸入盐，对多余的盐类排除方法：

尿液量；通过鳃主动作用把盐类排出体外

⏹高渗动物

❑体外的水会渗透到体内，不需要饮水、食物和代谢过程中摄取水，而是借助于排泄器官把体内的过剩水排出

陆生动物对水环境的适应

⏹形态结构适应

❑昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；哺乳动物有皮质腺和毛，防止体内水分过多蒸发。

⏹行为的适应

❑沙漠动物昼伏夜出：

沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大

❑迁徙：

在水分和食物不足时，迁移到别处。

⏹生理适应

❑储水的胃；储藏丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。

树一侧枝干死亡原因：

树木向风面的芽受风袭击和过度蒸腾而死亡；背风面树芽影响较小，其枝叶生长较好。

旗形树的树叶数量远少于正常发育同等大小的树木，光合总面积也大大下降，严重影响树木的生产量和木材品质。

由于长期遭受强风袭击，导致水分过度蒸发，水分亏缺，致使其树皮增厚，出现植株矮化、叶小坚硬等旱生特征。

第四章种群及其基本特征

4.1种群的概念

1、什么是种群（population）？

•同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合

–单体生物（unitaryorganism）：

个体由一个受精卵直接发育而成，如鸟类、哺乳类、两栖类和昆虫；

–构件生物（modularorganism）：

受精卵先发育成构件，再发育成更多的构件，如叶子（虎耳草、芦荟、多肉植物）、芽（马铃薯）、茎（甘薯、葡萄、月季、菊类）；动物如草履虫、水蛭

–别名：

群体、居群、繁群、族群或个体群

2、自然种群的基本特征

（1）空间特征：

种群具有一定的分布区域

（2）数量特征：

单位面积（或空间）上的个体数量

（3）遗传特征：

种群具有一定的基因组成

4.2种群动态

1、种群的密度和分布

1）种群的大小和密度

–大小：

一定区域内种群的个体数量；

–密度：

单位面积或体积、生境中的个体的数量

单体生物：

个体数

构件生物：

个体数和构件数

2）种群的数量统计

–总数量调查法：

直接计数所调查范围内生物个体的总数量。

（一些植物（乔、灌木）、易于计数的动物（鹿群）、人类）

–样方法：

在所研究种群区域范围内随机取若干大小一定样方，计算全部个体，然后将其平均值推广到整个种群来估计种群整体数量。

–标记重捕法：

对移动位置的动物，在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，然后放回，经一定期限后进行重捕。

根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中被调查的动物总数。

N=M×n/m

上式中，N-样地上个体总数，M-标记的个体数

n-重捕个体数，m-重捕样中标记数

举例：

调查一块方圆2hm2的农田中田鼠的数量时，放置100个捕鼠笼，一夜间捕获了42只，将捕获的田鼠经标记后原地释放。

数日后，在同一地点上再放置同样数量的捕鼠笼，捕获了38只，其中有上次标记的个体12只。

则该农田中田鼠的种群数量大概有多少只？

N=M×n/m

3）种群的空间结构

内分布型：

组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局

内分布型的类型：

随机分布、均匀分布、成群分布

（1）随机分布

植物首次入侵裸地上

（裸地的环境较为均一）

（2）均匀分布

（3）成群分布及其原因：

●资源的分布不均匀

●繁殖特性所致动

●动物的集群行为

判断种群内分布型的方法-方差/平均数比率

•=0，均匀分布

•=1，随机分布

•>1，成群分布

举例：

A种群四个1×1m小样方，个体数分别为1、0、0、7，B种群四个1×1m小样方内，个体数分别为2、2、2、2，判断其内分布型的类型。

2、种群统计学

种群统计学指标：

•种群密度

•初级种群参数

–出生率

–死亡率

–迁入率

–迁出率

•次级种群参数

–性比

–年龄结构

–种群增长率

1）年龄结构和性比

（1）年龄结构：

某个年龄群个体数与整个种群个体数之比；（月龄、年龄及不同生活史期）

年龄结构量度指标：

年龄椎体

概念：

由自下而上的一系列不同宽度的横柱组成，横柱的高低位置表示由幼年到老年的不同年龄组，其宽度表示各年龄组的个体数或其所占的百分比。

年龄椎体的类型：

•典型金字塔型椎体

•钟形椎体

•壶型椎体

年龄结构的三种类型

•增长型种群：

基部宽，顶部狭。

表示种群有大量幼体而老年个体较小，反映该比较年轻并且种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群。

•稳定型种群：

大致呈钟型，从基部到顶部具有缓慢变化或大体相似的结构，说明幼年个体和中老年个体数量大致相等，出生率与死亡率大致相等，种群数量处于相对稳定状态。

•下降型种群：

呈壶型，基部比较狭、而顶部比较宽。

表示种群中幼体比例很小而老体个体的比例较大，种群的死亡率大于出生率。

说明种群数量趋于下降，为衰退种群。

（2）性比

–概念：

种群中雌雄个体数目的比例。

•性比类型

–一雄一雌（♂♀）：

♂/♀≈1:

1，不刚好为各一半

如大部分鸟类；

–一雄多雌（♂♀♀）：

♀比♂多几倍，如有蹄类、灵长类；

–一雌多雄（♀♂♂）：

♂比♀多几倍，蜂类、蚁类；

2）生命表、存活曲线和种群增长率

•生命表

–生命表的类型

–生命表的作用和格式

–综合生命表

•存活曲线

•种群增长率和内禀增长率

（1）生命表

①生命表的类型：

动态生命表、静态生命表

②生命表的作用

–综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命

–预测某一年龄组的个体能活多少年

–研究不同年龄组的个体比例情况

③格式

–nx=在x期开始时的存活数

–lx=在x期开始时的存活率：

lx=nx/n0

–dx=从x到x+1的死亡数（dx=nx–nx+1）；

–qx:

从x到x+1的死亡率（qx=dx/nx）

–Lx是从x到x+1期的平均存活数：

Lx=（lx+lx+1）/2x

–Tx:

进入x龄期的全部个体在进入x期以后的存活个体年数：

Tx=Lx

–ex=在x期开始时的平均生命期望或平均余年ex=Tx/nx

（2）K-因子分析

概念：

通过若干年连续观察生命表系列，找出对种群大小影响最大的死亡率时期的技术。

（3）存活曲线

•以存活数的对数（lgnx）对年龄（x）作图可得到存活曲线

•应用：

直观表达同生群的存活过程

存活曲线的模式

Ⅰ型：

表示种群在接近于生理寿命之前，只有个别的死亡。

死亡率直到末期才升高。

如大型兽类和人类。

Ⅱ型：

表示个体各时期的死亡率是对等的。

鸟类

Ⅲ型：

表示幼体的死亡率很高，以后的死亡率低而稳定。

鱼类、两栖类、牡蛎、甲壳类。

（4）种群增长率和内禀增长率

•种群增长率：

种群的实际增长率

–自然增长率：

出生率－死亡率

–ｒ＝lｎRo/Ｔ

–Ro为净世代增殖率，Ｔ为世代时间

•控制人口途径：

–降低Ro值，降低世代增值率，限制每对夫妇的子女数

–Ｔ值增大：

推迟首次生殖时间或晚婚来达到

•内禀增长率（rm）：

–当环境无限制（空间、食物和其他有机体在理想条件下），稳定年龄结构的种群所能达到的最大增长率

3、种群的增长模型

1）与密度无关的种群增长模型（非密度制约性种群增长）

Ø种群在“无限”的环境中，即假定环境中的空间、食物等资源是无限的，则种群就能发挥内禀增长能力，数量迅速增加；

Ø种群增长率不随种群本身的密度而变化，种群呈指数增长格局

•种群离散增长模型

•种群连续增长模型

2）与密度有关的种群增长模型

种群离散增长模型的特点

•世代不重叠，资源不受限制

•在起始时刻，种群数量为N0，经过一代繁殖时，种群数量N1为：

•经过t代繁殖时，种群数量Nt为：

种群连续增长模型的特点

•有世代重叠，资源不受限制

•微分式：

•积分式：

2）与密度有关的种群增长模型

•两点假设

•种群增长的S形曲线

•逻辑斯谛方程

•逻辑斯谛曲线的拟合

两点假设

•环境容纳量（K）：

环境条件所容纳的种群最大值

•增长率随密度上升而降低的变化，是成比例的。

每一个体利用空间为1/K，N个体利用N/K空间，剩余空间为1-N/K。

种群增长的S形曲线

一个在资源有限的空间中生长的简单种群，其增长可简单的描述成“S”型曲线。

在种群增长早期阶段，种群大小N很小，N/K值也很小，因此1-N/K接近于1，抑制效应可忽略不计，种群增长实质上为rN，呈几何增长。

当N变大时，抑制效应增高，直到当N=K时，（1-（N/K））变成了（1-（K/K））等于0，这时种群的增长为零，种群达到了一个稳定的大小不变的平衡状态。

种群增长量（微分式）：

dN/dt=rN（1-N/K）

4、自然种群的数量变动

•种群增长：

J型、S型

•季节消长：

•种群波动

•种群的爆发

•种群平衡

•种群的衰落和灭亡

•生态入侵

4.3种群调节

•外源性种群调节理论

–气候学派

–生物学派

•内源性自动调节理论

–行为调节

–内分泌调节

–遗传调节

1）气候学派的观点

•气候学派多以昆虫为研究对象

•种群参数受气候条件强烈影响，种群增长主要受有利气候时间短暂的限制

•种群没有时间达到环境容量所容许的数量水平，无食物竞争

•强调种群数量的变动，否定稳定性

2）生物学派的观点

•主张捕食、寄生、竞争等过程对种群调节的决定作用

•只有密度制约因子才能调节种群的密度

•食物对种群调节的重要作用

1）行为调节

•概念：

种内个体间通过行为相容与否调节其种群动态结构的一种方式；

•领域性：

指由个体、家庭或其他社群单位所占据的，并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间。

保卫领域方式：

鸣叫、气体标志、威胁、直接进攻驱赶入侵者

•社群等级：

动物种群种各个动物的地位具有一定顺序的等级现象。

2）内分泌调节

•概念：

种群数量上升时，种内个体经受的社群压力增加，加强了对中枢神经系统的刺激，影响了脑垂体和肾上腺的功能，使促生殖激素分泌减少（使生长和生殖发生障碍）和促肾上腺皮质激素增加（机体的抵抗力可能下降），这种生理反馈机制使种群增长受到停止或抑制，社群压力降低。

•主要适用于兽类

3）遗传调节

•概念：

种群数量可通过自然选择压力和遗传组成的改变得到调节；

•种群内的遗传多型是遗传调节的基础；

•遗传与生物的行为、扩散等因素一起对种群数量进行调节；

集合种群动态

•集合种群、局域种群、生境斑块

•集合种群的数量变化小于局域种群的数量变化

•局域尺度、集合种群尺度、地理尺度（P82,Tab4-3）

•局域种群组成集合种群的4条标准（P82）

•局域种群的动态特征：

连续周转、局域灭绝和再侵占

•局域种群的动态：

生境斑块被占比例随时间的变化

•意义和应用：

景观管理、保护生物学、自然保护区

第5章生物种及其变异与进化