农业生态学第二章基本生物结构

2020/1/5第二章基本生态关系教学目的与要求：通过本章学习，要求学生●了解自然生态环境、种、种群、群落的概念及其相互之间的关系●了解并掌握环境与生物之间的相互关系以及形成的规律、理论和原理●了解农业生物多样性的重要意义及其在农业生产中的应用●掌握种群和群落有关的基本理论、原理、规律及其在农业生产中的应用教学重点：●种、种群和群落相关的基本理论、原理、规律2020/1/5一、农业生态系统的环境与生物１、环境(environment)１）定义：指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物总合。２）分类：大小主体自然环境人工环境宇宙环境地球环境区域环境微环境内环境土壤水分温度光照大气生物2020/1/53）农业环境(agriculturalentironment):是指农业生态系统中的非生物因素，即指农作物、林木、果树、畜禽和鱼类等农业生物赖以生存、发育、繁殖的自然环境。包括农田土壤、农业用水、空气、日光和温度等。从当前农业生态环境情况上，土地退化、土壤荒漠化及盐碱化、水土流失现象十分严重，农业用水污染及由此导致的农田土壤污染、农药和化肥污染也时有发生。这一切均严重影响着农业的持续发展和粮食的安全。所以，农业环境保护已成为迫在眉睫的重要问题。2020/1/5４）生态因子（ecologicalfactor）：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。生境（habitat）：具体生物个体和群体生活地段上的生态环境。生态因子一般作用综合作用主导因子作用直接和间接作用不可替代性和补偿作用阶段性作用生态因子限制作用限制因子最小因子定律:耐性定律:184019132020/1/5E.P.Odum(1973)等对耐性定律的补充：1）同一物种对各种生态因子的生态幅不同。2）不同种生物对同一生态因子的生态幅不同。3）同一生物在不同的生长发育阶段对生态因子的耐性范围不同。4）当某个因子不在适宜状态时，则生物对其它生态因子的耐性范围将缩小。5）同一物种的不同品种，长期生活在不同的生态环境下，对多个生态因子会形成有差异的耐性范围。生态幅：每一个生物种对环境因子适应范围的大小，也叫耐性范围。2020/1/5２、生物对环境的适应光水土壤温度光强光质光周期极端温度温周期变温金属污染碱土盐土水涝干旱１）生态位（niche）：指生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。指示生物生态位空间营养超体积或基础现实实际2020/1/52）生态型(lifeform)和生活型（ecotype）区别：气候、土壤和生物生态型植物生活型生态型不同种生物同种生物长期生存在相同自然环境和人为培育条件下发生趋同适应发生趋异适应经自然和人工选择分化形成形态、生理和生态特征物种类群不同的可遗传物种类群种以上概念种内概念象、海狮、海豹等2020/1/5二、种群1、种（species）：彼此能互配产生后代的种群不同种存在生殖上的隔离。2、种群（population）：指在某一特定时间中占据某一特定空间同种生物的集合体。种群是物种存在的具体形式，它是物种繁殖的单位，群落构成的单位，物种进化的单位。种种群群落生态系统2020/1/53、种群结构1）密度：单位面积或容积内种群的个体数。2）年龄结构：种群中不同年龄段间的比例。3）性比（sexratio）：指一个♀♂异体的种群所有个体或某个龄级的个体中♂对♀的比率。密度粗密度、生态密度最适密度、饱和密度相对密度、绝对密度类型增长型稳定型衰退型生态年龄组气候型生理型土壤型2020/1/54）种群的出生率和死亡率：出生率影响出生率的因素生理（最大）出生率生态（实际）出生率死亡率生理（最小）死亡率生态（实际）死亡率性成熟速度每次产仔数每年生殖次数生殖年龄的长短2020/1/55）种群分布分布类型随机分布均匀分布聚集分布核心(奈曼)分布型负二项(嵌纹)分布型阿里（Allee）群聚原则：每个生物个体或种群都有自己最适的密度，避免过度紧密，也避免过度稀疏。2020/1/54、种群动态：１）生命表（lifetable）：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。分为静态和动态生命表。生命表方法是研究种群数量变动机制和制定数量预测模型的一种重要方法，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。2020/1/5２)种群增长（种群的生长速率和生长型）指数增长几何级数增长种群增长逻辑斯谛增长世代离散性生长模型世代连续性生长模型有限环境中生长模型Nt=N0λtNt=N0ertN0ertNt=1+N0/K(1-ert)2020/1/53)生命参数的计算：★延伸思考:中国人口计划生育的理论基础是什么？如何理解？★世代平均历期(周期)：T=∑lxmxx/∑lxmx★净增殖率：每过一个世代种群数量增长倍数R0=∑lxmx★周限增长率：λ=erm★内禀增长率(intrinsicgrowthrate)：在没有任何环境因素限制的条件下，由种群内在因素决定的稳定的最大增殖速度。rmr=lnR0/T（r0,r0）T为世代时间，R0为世代净增殖率2020/1/55、种群间关系•关系类型关系特点•竞争(--)彼此互相抑制•捕食(+-)种群A杀死或吃掉种群B一些个体•寄生(+-)种群A寄生于种群B，并有害于后者•中性(00)彼此互不影响•共生(++)彼此互相有利，专性•互惠(++)彼此互相有利，兼性•偏利(+0)对A种群有利，对种群B无利害•偏害(-0)对A种群有害，对种群B无利害正相互关系负相互关系2020/1/5１）物种竞争（competition）：指生活在同一地区的两个物种，由于利用相同的资源而产生的对抗作用，即两种群彼此发生有害影响。２）高斯原理，也叫竞争排斥原理（competitionexclusionprinciple）：具有相同生态位的不同物种，在同一生境中不能长期共存。竞争资源利用型竞争直接干涉型竞争３）特征替代现象:同地分布的近缘种之间差异往往比异地分布时所表现的差异大。因同地分布时，彼此由于竞争而发生分化，而异地分布时，由于无竞争而分化不明显。2020/1/5４）生态分离：具有相似要求的种群之间为了争夺有限的资源和空间，各方面都力求抑制对方。种间竞争的结果：一方取得优势，另一方受到抑制甚至被消灭；两个物种占据不同的空间（地理分隔）、吃不同的食物（食性特化）、或其他生态习性上的分隔（时间分隔）。５）化感作用（allelopathy）：德国科学家Molisch（1937）提出化感作用一词，意指植物（包括微生物）间的生物化学相互作用。★生物化学相互作用既包括抑制作用，也包括促进作用。★高等作物的化感物质（allelochemicals）通过水淋溶、根分泌、残体分解和气体挥发4种途径释放到周围环境中影响邻近植物的生长发育。2020/1/56）密度制约因素和非密度制约因素密度制约因素非密度制约因素一般情况下,只涉及种群的对种群中各个体的影一些个体(如:捕食、寄生)响基本上是一致的其影响与种群密度有关。如:其影响与种群密度无关密度大时，更易寻得寄主种群个体与密度制约因素种群个体对非密度制约表现出相互适应的关系.因素只有单方面的适应对群落中的其他种群也发其不同影响是不同种群对生态生不同程度的影响条件要求不同而表现出来的2020/1/5生态对策６、种群生活史对策(bionomicstrategies)：也叫生态对策，指生物以何种形态和功能特征的适应而在其生境中生存和繁殖后代的进化过程。K-对策-对策能量主要用于生殖能量用于生殖以外的其它各种活动★讨论：A、生物种群与其环境是如何相互制约的？请举例分析说明！B、种群为什么不能无限增长r2020/1/5r类与k类对策特征比较：•r类k类气候条件可变，不确定的稳定或可测，较为确定死亡率灾难性，非直接，非密较为直接，密度制约的度制约的种群大小可变,不平衡,常小于K值，稳定,平衡的,常处K值附不饱和，每年需移植近，饱和，不必重新移植竞争松弛，可变常保持选择有利性快速发育,rm高,生育提早缓慢发育,竞争力强,S曲线，体型小，繁殖1次延迟发育,体型大,多次繁殖寿命短，常少于一年长，常长于一年2020/1/5３、群落结构２、群落基本特征•三、群落1、定义：群落（community）指在一定地段或生境中各种生物种群所构成的集合。具有一定的种类组成具有一定的结构具有一定的动态特征不同物种之间存在相互影响具有一定的分布范围形成一定的群落环境具有特定的群落边界特征水平结构垂直结构时间结构2020/1/5４、群落交错区（ecotone）：是两个或多个群落或生态系统之间的过渡区域。交错带类型城乡交错带干湿交错带农牧交错带水陆交错带群落交错带开发边缘地带2020/1/5•５、群落边缘效应（edgeeffect）：•由于群落交错区生境条件的特殊性、异质性和不稳定性，使得毗邻群落的生物可能聚集在这一生境重叠的交错区域中，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的现象。其产生原因、意义？过渡带自然界群落自然界群落2020/1/5６、群落演替１）定义：生态系统内的生物群落随时间推移，一些物种消失，另一些物种侵入，群落组成及其环境向一定方向产生有顺序的发展变化。２）自然群落演替的趋势无论原生演替或次生演替，生物群落总是由低级到高级，由简单向复杂的方向发展，经过长期不断的演化，最后达到一种相对稳定状态。在演替过程中，生物群落的结构和功能发生着一系列的变化。录象2020/1/5演替分类３）顶级群落（climax）：指生态系统中的生物群落通过复杂的发展演替，达到最后成熟阶段的群落是与周围物理环境取得相对平衡的稳定的群落。原生演替(primarysuccession)次生演替(secondarysuccession)顶级群落形成种理论多元顶级理论：英国生态学家A.G.Tansley，气候、土壤、地形等顶级单元顶级理论：美国生态学家F.E.Clements（1916），气候顶级R.H.Whittaker，强调各个顶级群落类型的连续性2020/1/5４）协同进化（coevolution）：是指在种间相互作用的影响下，不同种生物间相关性状在进化中得以形成和加强的过程。５）群落多样性：是群落生物组成结构的重要指标。群落的多样性与物种的丰富度及物种的均匀度密切相关，群落内组成物种越丰富，物种均匀性越大，则多样性越大。６）群落稳定性指群落在一定时间过程中维持物种互相结合及各物种数量关系的能力，以及在受到扰动的情况下恢复到原来平衡状态的能力。包括现状的稳定、时间过程的稳定、抗变动能力和变动后恢复原状的能力。★讨论:如何利用群落演替原理建造农业群落？2020/1/5四、生物多样性（biodiversity）：1、定义：是生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。层次基因/遗传多样性：分子水平的种内基因变化物种多样性：分类、系统、生物地理学的区域物种水平生态系统多样性：生物圈内生境、生物群落、生态过程的差异2、景观多样性（landscapediversity）：指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样性和变异性。2020/1/5景观要素嵌块体廊道基质生态多样性指数α多样性指数:测度群落内物种多样性β多样性指数：测度群落间物种多样性γ多样性指数：测度区域内总物种多样性即反映随群落（内部）中物种丰富度和个体在各物种中均匀程度的指标。即反映随群落内环境异质性变化或随群落间环境变化而导致的物种丰富度和均匀度变化的指标。用在更大生态学尺度（景观水平）上测量物种多样性变化或差异。2020/1/53、农业活动对生物多样性的影响：1）土地的农业利用：破坏生物生境2）农业的耕作方式：改变土壤物理环境3）农田杂草防治措施：除草剂的使用4）杀虫