【生物课件】基础生态学(文字版)

基础生态学0绪论0.1生态学的定义1869年，德国动物学家Haeckel最早提出生态学（Ecology）的定义：生态学就是研究生命有机体和周围环境之间相互关系的科学。1.英国生态学家Elton的定义2.前苏联生态学家的定义3.澳大利亚生态学家Andrewartha的定义4.植物生态学家Warming的定义5.美国生态学家E.P.Odum的定义0.2生态学的研究对象1.生态学是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的一门基础学科。2.生态学是研究以种群、群落和生态系统为中心的宏观生物学。3.生态学研究的重点在于生态系统和生物圈中各组成成分之间，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用。生物圈（biosphere）指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所。包括岩石圈的上层、全部水圈和大气圈的下层。0.3生态学的发展简史与展望（1）生态学建立前期：（2）生态学的建立和成长期：英美学派：以Clements（美）Tansley（英）为代表。法瑞学派：代表人物为法国Braun—Blanquet和瑞士的Rubel。北欧学派：以瑞典的Du-Rietz为代表。苏联学派：以苏卡乔夫为代表。（3）现代生态学发展期①经济和技术的发展在带来繁荣和物质生活水平提高的同时，也带来了环境、人口、资源和气候异常等问题。②学科之间的相互渗透和计算机、高精度分析测定技术、卫星遥感等技术的发展为生态学的发展提供了条件。现代生态学的发展趋势A.生态系统生态学的研究是生态学发展的主流。B.系统分析和生态学的结合是系统生态学发展的动力。C.群落生态学由定性描述发展到定量研究、数量分类、排序、结构机理等。D.向宏观和微观两级发展。由宏观为主流到两者并重。E.应用生态学得到发展。F.景观生态学和全球生态学的发展。现代生态学的特点A.从野外转向室内。B.从定性走向定量。C.研究重点从个体转移到种群和群落，进而发展到以生态系统研究为中心。D.从自然生态转向污染生态（或半自然生态），进而发展到对社会生态系统的研究。E.从理论走向应用。0.4生态学的分支学科1、按研究对象的组织层次划分：2、按研究对象的生物分类划分：3、按栖息地类型划分：4、按交叉的学科划分：0.5生态学的研究方法野外调查研究的常用方法样方法；样线法；无样地抽样技术等实验生态学的研究方法自然生态现象的实验室模拟数学分析方法利用数学手段研究生态学现象第一部分有机体与环境我们把自然界分为两大类：生物与非生物。生物依赖于环境生物又影响环境环境的变化决定了生物的分布与多度;生物的生存又影响了环境;生物与环境是相互作用、相互依存的。1生物与环境1.1生态因子1.1.1环境环境：指某一特定生物或群体以外的空间，及直接、间接影响生物体或群体生存的一切事物的总和。生境：生物个体、种群和群落，在其生长、发育和分布的具体地段上各种具体环境因子的综合作用。生物环境一般分为大环境和小环境。大环境：指地区环境、地球环境和宇宙环境。小环境：指对生物有直接影响的邻接环境，即指小范围内的特定栖息地。环境类型自然环境：包括大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈等。人工环境：包括所有的植物栽培、引种驯化、人为管理和人工控制下的环境。1.1.2生态因子定义：环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。如：光照、温度、水分、O2、CO2、食物和其他生物。1.生态因子的分类（1）按其性质划分：气候因子：如光、温度、湿度、降水、风、气压和雷电等。土壤因子：包括土壤结构、土壤有机和无机成分的理化性质及土壤生物等。地形因子：如地面的起伏，坡度和坡向、经纬度和海拔高度等。生物因子：包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。人为因子：人类对生物的改造、利用，引种驯化和破坏作用，以及环境污染。（2）按有无生命的特征划分：生物因子非生物因子（3）按生态因子对动物种群数量变动的作用划分：密度制约因子非密度制约因子（1）综合作用生态环境是由许多生态因子组合起来的综合体，对生物起着综合作用。各个单因子之间互相联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化必然在不同程度上引起其它因子的变化。如光强变化→温度改变→湿度改变→蒸发、蒸腾改变。2.生态因子作用特征（2）主导因子作用组成环境的所有生态因子不是等价的，在一定条件下，其中必然有一个或两个是起着主导作用的，这种起主导作用的因子就称为主导因子。主导因子的含义有二种：①从因子本身来说，当所有因子的质和量相等时，其中某个因子的变化，能引起生物全部生态关系发生变化。如静风→暴风。②由于某类因子的存在与否和数量变化，从而使生物的生长发育发生明显的改变。如植物春化阶段的低温因子，光周期中的日照长度等。（3）阶段性作用生物在生长发育的不同阶段，往往需要不同的生态因子，也即生物对生态因子的需要是分阶段的。如低温对某些作物的春化作用是必要的，但在后期是有害的。许多动物幼体和成体生活在完全不同的环境中，对生态因子的要求就差异很大。（4）不可替代性和补偿性作用生态因子虽然不是等价的，但是不可缺少，而是同等重要的。某个因子的缺少，就会引起生物的正常生活失调，生长受阻，甚至死亡。而任何一个因子都不能由另一个因子来代替，这就是生态因子的不可替代性和同等重要性规律。在一定情况下，某一因子在量上的不足，可以由其它因子的加强而得到调剂和补偿。如光强减弱所引起的光合作用下降，可通过CO2浓度的增加而得到补偿。（5）直接作用和间接作用在对植物的生长发育状况及其分布的分析研究中，必须区别生态因子的直接作用和间接作用。许多地形因子，如地形起伏、坡向、坡度、海拔、经纬度等，都可以起间接作用。如四川二郎山的“焚风”现象。1.2.1环境对生物的作用A.影响生物的生长、发育、繁殖和行为；B.影响生物生育力和死亡率，导致种群数量的改变；C.限制生物的分布区域。1.2生物与环境的相互作用1.2.2生物对环境的反作用A.改变了生态因子的状况；B.土壤微生物与土壤动物的活动，改变了土壤的结构和理化性质；C.动植物残体的分解，改变了土壤养分；D.导致全球气候变化。1.3最小因子、限制因子与耐受限度1.3.1利比希最小因子定律1840年德国有机化学家J.Liebig（李比希）在研究植物时发现：植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素，这就是利比希最小因子定律。基本内容低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。E.P.Odum对Liebig定律的补充Liebig定律只在极严格的稳定条件下才能应用。如果一个生态系统中，物质和能量的输入输出不是处于平衡状态时，就不能应用。各因子之间有替代作用。如果有一种营养物质的数量多或易于吸收，就会影响到数量少的那种物质的利用率。1.3.2限制因子生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是所谓的限制因子。1.3.3耐受限度与生态幅1.耐受性定律1913年美国生态学家V.E.Shelford认为：任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。对耐受性定律的补充A.每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异。B.生物在整个个体发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的。C.不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的。D.生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其他因子的耐受限度也下降。2.生态幅每种生物对每种环境因素都有一个耐受范围，即有一个上限和一个下限，上限和下限之间的范围称为生态幅或生态价。各种生物对周围环境各种变化的适应程度，称为种的生态可塑性。生态可塑性可分为“广生态型”和“狭生态型”。生物对非生物因子的生理耐受范围对动物和植物的分布显然具有重要影响。分布区分为两种情况：（1）生理分布区和生理最适分布区；（2）生态分布区和生态最适分布区。生物群落带（biome）是指具有相似群落的一个区域生态系统类型，它把具有相似非生物环境和相似生态结构的区域连成一大片。生物群落带形成原因影响生物生存的非生物因子常常在相当大的地理区域内起作用的。我们可以根据各种物理化学特性划分出不同的地理区域，继而根据生物种类的一定组合特征（即生物群落）可以区分各个不同的气候区，如热带森林群落带、温带森林群落带和苔原生物群落带等。3.耐受限度的调整生物对环境因子的耐受范围并不是固定不变的，通过驯化可改变生物的耐受范围，使适宜生存范围的上下限发生移动，形成一个新的最适度，去适合环境的变化。耐受限度调整的方法驯化：生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。休眠：是动植物抵御暂时不利环境的一种非常有效的生理机制。昼夜节律和其他周期性的补偿变化。内稳态机制生物控制自身体内环境，使其保持相对稳定的一种机制。是进化过程中所形成的，能使生物或多或少地减少对外界环境的依赖性，提高生物对生态因子的耐受范围。恒温动物：控制体温的方法主要是靠控制体内产热的生理过程。变温动物：控制体温的方法则主要靠减少热量散失或利用环境热源使身体增温。这类动物主要靠行为来调节自己的体温，而且这种方法也十分有效。生物保持内稳态的行为机制在一定范围内，动植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。许多植物的叶子和花瓣有昼夜的运动和变化。动物则采用回避的办法。生物借助于其他的行为机制为自身创造一个适于生存和活动的小环境，是使自身适应更大环境变化的又一种方式。1.4适应组合：定义：对一组特定环境条件的适应也必定会表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应特性就称为适应组合。（1）沙漠植物的适应组合形态上：叶表皮增厚、气孔减少、形成气孔窝、表皮毛发达、叶子退化成为刺状或针状等；生理上：细胞质浓厚，形成贮水组织，进行景天酸循环。（2）沙漠动物的适应组合主要涉及热量调节和水分平衡，其中水分平衡是关键。2能量环境太阳辐射能为地球所有的生命系统提供了能量来源。绿色植物将太阳能转化成化学能贮存于植物体内，这一过程是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。2.1地球上光与温度的分布2.1.1地球上光的分布波长范围：150--4000nm可见光：380--760nm紫外光：380nm红外光：760nm影响地球表面太阳辐射能的因素A.大气圈内的各种成分B.太阳高度角C.地球公转时轴心的位置D.海拔高度、坡向和坡度光质变化及其对生物的影响短波光随纬度增加而减少，随海拔高度的升高而增加。冬季、早晚长波光增多，夏季、中午短波光增加。水体中上部红、蓝光多，下部绿光多。高山地带，由于紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛;高山的强紫外线辐射也决定了许多植物的分布。光照强度的变化光照强度随纬度的增加而减弱，随海拔高度的增加而增强。夏季最大，冬季最小，中午大，早晚小。对山坡来说，南坡大，北坡小。植物群落中，上层大，下层小。水体中光照强度的变化光在水体中的穿透能力限制着植物的分布，植物只有在透光带内才能正常生长，它的光合作用量才大于呼吸量。在透光带的下部，植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗量相平衡之处，就是所谓的补偿点。如果植物长期处于补偿点之下，植物就会死亡。2.1.2地球上温度的变化2.1.2.1地表大气温度的分布与变化1）温度的空间分布与变化：纬度：低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，辐射量的季节分配要比高纬度地区均匀。随着纬度北移1度，年平均温度大约下降0.5℃。因此，从赤道到北极可分为热带、亚热带、温带、寒带。海陆位置我国属于季风气候，夏季暖湿气团从东南向西北推进；冬季寒冷而干燥的大陆气团从西北向东南推进。因此，我国东南多属海洋性气候，从东南到西北大陆性气候逐渐加强。海拔高度和地形特点随着海拔的升高，温度逐渐降低，降幅大致为0.5～0.6℃/100米，这种递减率夏季较大，冬季较小。根据这种特点，可划分相应的植被气候带。封闭的谷地和盆地，往往会出现“逆温现象”，在底部形成“冷湖”，上部形成“暖带”。2）温度在时间上的变化季节变化：温