生态学期末总复习资料完整版.docx

1、生态学期末总复习资料完整版生态学是研究生物与环境相互作用过程及其规律的科学，其目的是指导人与生物圈的协调发展。生态学派：英美学派：研究对象主要是美洲大陆的植被，以研究植物群落的演替和创建顶级学说而著名。北欧学派：研究对象主要是斯堪的纳维亚地区结构单一的植被，以注重群落结构分析为特点。法瑞学派：注重群落生态外貌，强调特征种的作用，研究中首先对样地中植物区系进行调查、记录和分析。俄国学派：植物（群落）与地学结合。目前（现代生态学）研究的几个热点：生物多样性及其保护；全球变化的生态效应及其对策；可持续发展。三、生态学研究的对象和内容 生物大分子(DNA)，细胞(cell)，组织器官，个体(indiv

2、idual)，种群(population)，群落(community)，生态系统(ecosystem)，生物圈基本的研究方法：原地观测 （野外考察，定位观测，原地科学实验 ），受控实验 生态学的综合方法 （归纳和分析，数值分类和排序，模型和模拟 ）环境的定义：环境指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。环境因素：直接参加有机体物质和能量循环的组成部分。 太阳辐射有两种功能：热能和光能。三、生物的物质环境 1、岩石圈和土壤圈2、水圈：水体中溶解有各种无机和有机营养物质，它们为植物生长和水生生物的分布提供了物质基础。3、大气圈：对流层、平流层、中间层和电离层。 对流层：空气垂直对流运动显著，空

3、气分布均匀；影响生物的一切气候现象都发生在对流层中。平流层:空气稀薄,大气透明度很高。主要是平流运动，平流层中臭氧集中，太阳光中紫外线（290 nm)几乎全部被吸收，温度较高，气温变化不大。电离层：温度随高度迅速增加。4、生物圈：是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成。最显著的特点是有大量的生物存在。生态因子是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。所有生态因子构成生物的生态环境。具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境。二、生态因子的分类 气候因子（如光、温度、水、空气、雷电等）；土壤因子（土壤物

4、理性质、化学性质、肥力、土壤结构和土壤生物等因子）；生物因子（指与对象生物发生相互关系的动物、植物、微生物等因子，形成捕食、寄生、竞争和互惠共生等关系）；地形因子（海拔高度、坡度、坡向(阴坡和阳坡)、地面起伏等，通过影响气候和土壤，间接地影响植物的生长和分布）；人为因子（指对动植物产生影响的人类活动）。三、 生态因子作用的特点（1）综和性（因子间相互制约）（2）非等价性（主导因子作用）（3）不可替代性和互补性（4）限定性（时段性）（5）直接作用和间接作用限制因子：在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受极限，限制生物的生长、发育、繁殖、数量和分布的关键性因子叫限制因子。利比希最小因子定律

5、（Liebigs law of minimum）：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。谢尔福特耐受定律（Shelfords law of tolerance）：生物对每种生态因子都有耐受的上限和下限。内稳态，驯化，适应内稳态的意义：提高生物对生态因子的耐受范围。通过生理过程或行为的调整而实现的。恒温动物通过控制体内产热过程来调节体温；变温动物靠减少散热或利用环境热源使身体增温。1、温度的生态作用（1）温度对生物生长的影响：最低温度、最适温度和最高温度，即“三基点”温度。（2）温度对生物发育的影响有效积温法则：生物生长发育过程中，需要从环境中摄取一定热量才能完成其某

6、一阶段的发育，生物各个发育阶段所需要的热量总和一个常数。有效积温法则用公式表示： K=N(T-T0) , K 是有效积温(常数) ，N 为发育历期天数，T0 为生物发育起点温度(生物零度)；T 为发育期间的平均温度。发育时间N的倒数为发育速率。有效积温法则的实际应用：1）预测一个地区某种害虫发生的时期和世代数。2）预测害虫的分布区、危害猖獗区。3）预测害虫来年的发生程度。4）预测生物地理分布的北界。5）推算生物的年发生历。6）制定农业气候区划，合理安排作物。7）应用有效积温预报农时。2、极端温度对生物的影响 （1）低温对生物的影响：寒害和冻害寒害指温度在0以上对生物的伤害。植物寒害主要原因：蛋

7、白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害指0以下的低温对生物的损害。植物冻害主要原因：温度降至冰点以下时，细胞间隙形成冰晶，原生质失水破损。极端低温对动物的致死作用： 体液冰冻和结晶； 使原生质受到机械损伤； 蛋白质脱水变性。（2）高温对生物的影响高温对植物的有害影响：高温减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，蛋白质凝固、脂类溶解，有害代谢产物在体内积累。高温对动物的有害影响：破坏酶的活性； 蛋白质凝固变性； 造成缺氧； 排泄功能失调； 神经系统麻痹。 3、生物对极端温度的适应（1）形态适应植物对低温的形态适应：芽及叶片有油脂类物质保护，芽具有鳞片；

8、器官表面有蜡粉和密毛；植株矮小，呈匍匐、垫状或莲座状。植物对高温的适应表现：有些植物具有密生的绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光；发亮的叶片能反射大部分光线；叶片垂直排列，减少吸光面积；树皮有发达的木栓组织(具有绝热和保护作用)。动物对温度的形态适应：同类恒温动物生活在较寒冷地区（高纬度地区）比生活在温热地区（低纬度地区）的个体要大，称为贝格曼规律（Begman）。个体大有利于保温，个体小有利于散热。阿伦（Allen）规律：恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴、外耳等在低温环境中有变小、变短的趋势。（2） 生理适应：植物对低温的生理适应：降低植物冰点，增加抗寒能力（减少细胞中的水分，增加细胞中的糖类、

9、脂肪和色素）植物对高温的生理适应：1）降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。2）靠旺盛的蒸腾作用降温。3）一些植物具有反射红外线的能力，避免受到高温的伤害。动物对低温的生理适应：增加体内的产热量，保持恒定的体温。动物对高温的生理适应：放松恒温性，使体温有较大的变幅。（2） 行为适应：冬眠、夏眠温度是决定某种生物分布区的重要生态因子。极端温度（最高温度、最低温度）是限制生物分布的最重要条件。 温度对动物的分布，可起直接的限制作用。物候又称物候现象，指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠

10、和夏眠（夏蛰）。 物候学是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。光因子包括光强、光质和光照长度。光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。 1、光强：影响植物的生长发育、形态建成、生殖器官发育、物质生产、动物的行为等。 2、光质的作用：影响物质的生成。植物光合作用只利用光谱中可见光区（400-760nm）,这部分辐射称为生理有效辐射。红、橙光被叶绿素吸收最多，其次是蓝、紫光；绿光不被植物吸收称“生理无效光”。红光有利于糖的合成，有促进生长作用，蓝光有利于蛋白质合成。短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素形成，并抑制茎的伸长。趋光现象已被用来诱杀农业害虫。过强有致死作用，对于抑制自

11、然界的传染病病原体极为重要。3、光照时间：影响生物的生育转变。4、光周期现象：生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象。阳性植物、阴性植物、耐阴植物。（2）光合作用对光强的反应：光饱和点、光补偿点。光饱和点：当光照强度增加到某一点后，再增加光照强度，光合强度也不增加光补偿点：光合作用吸收的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时的光照强度（3）生物对光照时间的适应：长日照植物、短日照植物、中日照植物、中间型植物。长日照植物：日照时间长于一定数值（14h以上）才能开花的植物，且光照时间越长，开花越早。短日照中日照植物：要求昼夜长短比例接近相等（12h）。中间型植物：在任何日照条件下都能开花植物。

12、 动物的光周期现象：许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。（1）水是生物生存的重要条件1）生物体的重要组分。2）参与物质代谢。 3）调节体内和体外环境。生物的新陈代谢以水为介质，营养物质运输、废物排除、激素传递及各种生化过程，都必须在水溶液中才能进行。（2）水对动植物生长发育、数量、分布有影响。（1）干旱的影响干旱对植物的影响：降低各种生理过程。气孔关闭，减弱蒸腾降温作用，抑制光合作用，增强呼吸作用，引起植物体内各部分水分的重新分配。影响植物产品质量。植物受干旱危害的原因：能量代谢的破坏、蛋白质代谢改变、合成酶活性降低和分解酶活性加强等。（2）水涝的影响对植物根系。处于缺氧环境，抑制有氧呼吸

13、，阻止水分和矿物质吸收，生长停止，叶片萎蔫脱落，根系变黑腐烂。植物受淹，光合作用受阻，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强，体内能量代谢显著恶化，各种生命活动陷于紊乱，器官和组织变得软弱，很快变粘变黑、腐烂脱落。水涝对动物的影响：除直接伤害死亡外，还常导致流行病蔓延，造成动物大量死亡。（1）植物对水因子的适应：水生植物、陆生植物水生植物的水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。水生植物又分为沉水植物、浮水植物和挺水植物。陆生植物：生长在陆地上的植物，可分为湿生植物、中生植物和旱生植物。湿生植物多生长在水边，抗旱能力差。中生植物适应范围较广，大多数植物属中生植物。旱生植物

14、生长在干旱环境中，能忍受长时间的干旱。旱生植物对干旱环境的适应：根系发达、叶面积小；具有发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。（2）动物对水因子的适应：水生和陆生两类。水生：调节体内的渗透压。陆生：形态结构、行为和生理上来适应。动物对水因子适应与植物不同之处在于：动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。土壤的组成部分有矿物质、有机质、土壤水分和土壤空气。具有肥力是土壤最为显著特性。1、土壤的生态学意义（1）土壤是许多生物的栖息场所。（2）土壤是生物进化的过渡环境。土壤中既有空气，又有水分，正好成为生物进化过程中的过渡环境。（3）土壤是植物生长的基质和营养库。（4

15、）土壤是污染物转化的重要场地。2、土壤质地与结构对生物的影响根据土壤质地可分为砂土、壤土和粘土三大类。土壤质地与结构常通过影响土壤的物理、化学性质来影响生物的活动。3、土壤的物理化学性质对生物的影响（1）土壤物理特性：包括土壤温度、水分和空气等。土壤温度：植物种子萌发和根系生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。土温过低，会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系生长，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。土壤溶液参与土壤物质转化，促进有机物分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱

16、，太多导致涝害。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。土壤空气组成与大气不同，土壤中O2的含量只有10-12%，在不良条件下，可降至10%以下，抑制植物根系的呼吸作用。土壤中CO2浓度比大气高几十到上千倍，光合作用所需CO2有一半来自土壤。当土壤中CO2含量过高时（如10-15%），根系的呼吸和吸收机能会受阻，甚至窒息死亡。 （2）土壤化学特点：土壤pH和土壤氧化还原电位。土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质合成与分解、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PH值与植物的关系：PH值 9对根系严重伤害；影响植物矿质营养元素的吸收。土壤污染重金

17、属污染，如汞、镉、砷及农药等。监测：植物群落调查；蔬菜及作物调查；实验分析。盐土对植物的不利影响为：1）引起植物的生理干旱。2）伤害植物组织。3）引起细胞中毒。4）影响植物的正常营养。5）植物容易干旱枯萎。 碱土对植物的不利影响为：1）土壤的强碱性毒害植物根系。2）导致土壤物理性质恶化，土壤结构受到破坏，不利于植物生长。聚盐、泌盐、不透盐性植物的特征（略）趋同适应：不同种类的生物生长在相同的环境条件下，往往形成相同（相似）的适应方式和途径，称为趋同适应。生活型：不同种的生物，由于长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋同适应；并经过自然选择和人工选择而形成的、具有类似形态、生理和生

18、态特性的生物类群成为生物生活型。生活型是种以上的分类单位。趋异适应：同种生物的不同个体群，由于分布地区的间隔，长期接受不同环境条件的综合影响，不同个体群之间所产生的相应的生态变异。生态型：同种生物的不同个体群，长期生存在不同的自然生态条件和人工培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而形成的生态、形态和生理特性不同的基因群。生态型是分类学上种以下的分类单位.生物对环境的改良：涵养水源、保持水土，防风固沙、保护农田，净化空气、防止污染。种群(population)：在一定时间内占据一定空间的同种生物个体的集合。种群是物种存在的基本单位；种群是生物群落的基本组成单位；种群是物种进化的一个演

19、化单位。自然种群的三个基本特征1、空间特征：种群具有一定的分布区域，即占据一定空间。分布区受非生物因素(气候、水文、地质)和生物因素(种间竞争、捕食、寄生)的影响。2、数量特征：种群具有一定数量组成，且是变动的。3、遗传特征：种群具有一定的基因组成，即一个基因库。种群生态学的研究内容种群的空间格局；种群的数量动态及其调节；种群的空间动态（扩散、迁移）及其调节；种群间相互作用。种群动态的研究意义1、预报流行病的发生及发生强度；2、确定渔捞量；3、确定毛皮收获量；4、合理的放牧制度（时间及强度）；5、确定林场的采伐量；6、珍稀濒危野生动物的保护。种群密度：一定时间内单位面积上或单位空间内的某个物种

20、个体数。通常用个体数目或生物量表示。种群数量统计方法：绝对密度和相对密度统计。 绝对密度：单位面积或空间上的个体数目。 相对密度：调查范围内种群数量高低的相对指标。（一）绝对密度统计方法1、总数量调查法：借助于航空摄影、卫星定位仪等。2、取样调查法（1）样方法（2）标志重捕法（二）相对密度统计方法1、直接数量指标：捕获率（夹子、陷阱、生物网、黑光灯）。2、间接数量指标：动物粪堆、洞穴、鸣叫、毛皮收购量、巢、雪地上的足迹等）。最大出生率或生理出生率：种群在理想条件下的最大出生率。（不受任何生态因子的限制作用，只受生理因数限制）。最低死亡率:种群在最适环境条件下的死亡率（由于年老而死，活到其生理寿

21、命）。实际死亡率：种群在特定环境条件下的死亡率（多数死于捕食者、疾病和不良气候）又称生态死亡率。迁入和迁出即扩散有助于基因交流，防止近亲繁殖。种群的年龄结构：不同年龄组在种群内所占比例或配置情况 (年龄锥体)，即种群内各个体的年龄分布状况。年龄结构是种群及其所在群落动态趋势的主要指标。（三）种群的年龄结构和性比A 增长型种群B 稳定型种群C 衰退型种群性比对种群配偶关系及繁殖潜力有很大的影响。第一性比：受精卵雌雄比，受精卵/大致1:1。第二性比：幼体到个体成熟时的雌雄比。第三性比：充分成熟时的性比。存活曲线以对数形式表示在每一生活阶段存活个体的比率。基本类型：型（凸型）：哺乳动物、人 、许多一

22、年生植物。幼体存活率高，老年死亡率高。型（直线型）：鸟类、多年生一次结实植物。整个生活期间，死亡率稳定。型（凹型）：低等动物、产卵鱼类、真菌等。幼年期死亡率高。以后的死亡率低而稳定。生命表：是指列举同一种群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张清单。作用（意义）：综合记录了生物体生命过程的重要数据；系统表示出种群完整生命过程；研究种群数量动态必不可少的方法。静态生命表：根据某一特定时间对种群作一个年龄结构调查，并根据调查资料而编制的生命表。又称特定时间生命表，垂直生命表。动态生命表：根据对同一时间出生的所有个体存活数目进行动态检查的数据而编制的生命表。2、种群增长率内禀增长率（rm）：具有稳定

23、年龄结构的种群，在食物不受限制、同种其他个体的密度维持在最适水平，环境中没有天敌，在某一特定的温度、湿度、光照和食物等环境条件的组配下,种群的最大瞬时增长率。瞬时增长率(r)：种群在自然的环境条件下的增长率。周限增长率（）：种群在一定的期限内（一年、一月、一日等）的增长能力。两者关系：r=种群增长率的应用rm :在实验条件下，人们可以利用rm 值为指标，测定某种生物的最适环境，预防害虫（如粮仓害虫米象）。r =R0/T； 在人口和计划生育中，使r 值变小的两条途径。 1、降低R0 ，使世代增殖率降低，限制每对夫妇的子女数； 2、使T值增大，推迟首次生殖时间或晚婚来达到。人口零增长时，晚婚就不必

24、要了。（一）种群在无限环境中的指数式增长模型种群增长规律：在无限环境中，即环境中空间、食物资源是无限的，种群增长不随种群密度而变化，数量迅速增加，呈现指数增长，称为指数增长规律。又称为与密度无关的增长，或非密度制约性增长。2、指数增长规律的假定1）种群的增长是无限的 2）世代不相重叠 3）种群没有迁入和迁出 4）没有年龄结构指数型增长曲线“J”型增长3、指数增长模型Nt=N0t ，dN/dt=rN Nt=N0ert 指数增长； ln Nt =ln N0trt 对数增长4、指数增长模型的参数 r0 1 种群上升 r=0 =1 种群稳定 r0 01 种群下降 r=- =0 种群灭亡5、指数增长模型

25、的实例和应用实例：1）温箱中培养的细菌 2）某些小啮齿类动物应用：1）根据模型求人口增长率 2）根据模型预测种群量加倍的时间 3）估计种群受到干扰后恢复平衡的时间（二）种群在有限环境中的逻辑斯谛增长模型1、定义：在空间、事务等资源有限环境中，种群数量不可能长期按指数增长，受到种群密度的限制，出生率随密度的上升而下降，死亡率随密度上升而上升，称为逻辑斯谛增长（Logistic growth） 。又称为与密度有关的增长，或密度制约性增长。 （二）种群在有限环境中的逻辑斯谛增长模型2、逻辑斯蒂增长模型 微分方程: dN/dt=rN(1-N/K) ；积分方程: Nt=K/(1+e-rt) 式中 (1-

26、N/K) 的生物学意义就是“剩余空间”或未利用的增长机会；若N 0， (1-N/K) 1，空间未利用，种群接近于指数增长，种群潜在的最大增长能充分实现。若N K， (1-N/K) 0，空间几乎全被利用。3、逻辑斯谛增长规律的假定 1）有一个环境容纳量或负荷量，常用K值表示，当种群大小达到K值时，种群则不再增长。2）种群增长率随密度的上升而逐渐地、按比例地下降。种群每增加一个个体，就对种群产生了1/K的抑制影响；若种群有N个个体就利用了N/K“空间”，可供种群继续增长的剩余空间就只有（1-N/K）了。3）种群中密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生，无时滞。4）种群无迁入和迁出现象。指数式增长

27、 “J”形 逻辑斯缔增长“S”形4、种群增长的曲线环境阻力J形曲线S形曲线种群密度K( K为环境容纳量 )时间K/25、逻辑斯谛增长曲线的特点1）S型曲线有一个上渐近线，曲线渐进于k值，但不会超过这个最大值，即环境容纳量。2）曲线变化逐渐平滑。从曲线斜率看，开始变化速率慢后加快，在拐点处变化速率最快，以后变慢。 3）具有五个时期：A、开时期（潜伏期）：种群个体很少，密度增长缓慢B、加速期：种群的个体数量增多，密度增长加快C、转折期：N=K/2，密度增长最快D、减速期： NK/2，密度增长变慢E、饱和期：N=K，种群密度不增长6、逻辑斯谛增长模型的实例和应用实例：1）实验室培养的具有简单生活史的

28、酵母菌、果蝇等中证实。 2）物种引入海岛和新栖息地，如环颈雉等。意义：1）是许多两个相互作用种群增长模型的基础。 2）是渔捞、林、农业等时间领域中确定最大持续产量的主要模型。 3）参数r、k是生物进化对策理论中的重要概念。6、逻辑斯谛增长模型的实例和应用五、自然种群的数量变动1、种群增长 J型、S型、多数为两者过渡型。2、季节消长 如一年生昆虫的季节性消长，世代彼此重叠。温带湖泊中的浮游植物（如硅藻），每年春秋季有两次密度高峰。掌握其消长规律，是预测和防治水体富营养化的基础。3、不规则波动东亚飞蝗：我国昆虫学家马世骏等(1965)对东亚飞蝗发生的50年资料(1913-1962)进行谐波分析。找

29、到2-3年周期，5-6年周期及25年左右的3个周期的存在，影响东亚飞蝗发生的并不是一个单一周期，而是由两个以上周期的叠加。同时指出干旱是东亚飞蝗大发生的原因。4、周期性波动经典的例子：旅鼠、北极狐的3-4年周期。5、种群爆发或大发生赤潮：指由于水中N、P 等营养物质过多形成富营养化，导致海水中的浮游生物（如鞭毛虫、裸甲藻、夜光藻等）爆发性增殖引起水色异常的现象。该现象发生在内陆淡水水域（江河湖泊）中，则称为水华现象。赤潮的危害：1）藻类死体分解，要消耗水中的溶解氧，使鱼贝等窒息而死；使水质恶化。2）部分藻类产生毒素，杀害鱼类；也可造成人体呼吸和皮肤的不适。3）部分藻类堵塞鱼类的鳃部，使鱼类窒息

30、而死。6、种群平衡种群较长期地维持在几乎同一水平上,称为种群平衡。大型有蹄类、食肉类、蝙蝠、社会性昆虫等种群数量一般很稳定。7、种群的衰落和灭亡由于栖息地破坏或人类过度捕猎，使某些物种的种群数量持久性地下降，导致种群衰落，甚至灭绝。个体大、出生率低、生长慢、成熟晚的生物，最易出现这种情况。如大熊猫、华南虎、白鳍豚、海豚、朱鹮等旗舰种。种群的持续生存，不仅需要有保护良好的栖息环境，而且要有足够的数量达到最低种群密度；过低的种群数量将由于近亲繁殖而导致种群生存力下降。8、生态入侵由于某种原因，某种新物种进入新分布区并得到迅速扩展蔓延的过程，称为生态入侵。经典的例子：欧洲穴兔于1859年在澳大利亚的蔓延。与牛羊竞争牧场。如水葫芦（凤眼莲）在我国的江河湖泊蔓延。为了防止生态入侵，各国均在海关、港口建立了动植物的检疫机构和制度。据不完全统计，我国外来杂草约107种，主要有凤眼莲、微甘菊、豚草、大米草等；外来动物有美国白蛾、松材线虫、非洲大蜗牛、草原兔等。外来入侵种的生态影响：1）占据本地物种生态位，使本地种失去生存空间。2）与当地物种竞争食物或直接杀死当地物种。外来鱼类通过与土著鱼竞争食物并吞食土著鱼卵使土著鱼种类和数量减少的例子很多。如云南泸沽湖中麦穗鱼等外来鱼种造成了裂腹鱼的绝迹。3）分泌释放化学物质，抑制其他物种生长。如豚草可释放酚酸类、倍半萜内脂及淄醇等，对禾