生态学讲义整理

生态学讲义整理第一章绪论20世纪60-70年代，在环境、人口、资源等世界性问题的影响下，生态系统研究逐渐成为主流和重心。生态学的特殊性：研究各分支学科之间的相互联系和相互作用(interaction)，从生态系统整体上来研究能量、物质、信息的流动和转换；研究生态系统的结构、功能和动态，甚至优化和调控。生态学又是分析和研究生物与环境和生物与生物之间的一种哲学，现代发展趋势:1生态系统生态学研究是生态学发展的主流；2系统生态学的发展是系统分析和生态学的结合，进一步丰富了生态学的方法论；3宏观是主流，但微观的成就同样重大；4应用生态学迅速发展。第二章生物与环境2.1几个相关的概念环境(environment):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的总和。生态因子(ecologicalfactors):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。生境(habitat):所有生态因子构成生物的生态环境(ecologicalenvironment，ecotope)，具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境，其中包括生物本身对环境的影响。生存条件(existentconditions):生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件(最基本的生态因子)物种(species):简称种，具有一定的形态和生理特征以及一定的自然分布区的生物类群。种是生物分类的基本单位和进化的标志单位。种的遗传(heredity)与变异(variation):遗传是种存在的生化控制机构；变异是环境对种施加影响后种在生长与发育上的特殊表现。基因型(genotype)与表现型(phaenotype):前者是种性状的遗传素质—内在因素，后者是前者与环境结合后实际表现出的可见性状。变异有量变与质变，后者会影响到遗传物质改变，此种改变称基因突变(mutation)。突变的积累导致种的分化与新种形成。生态型(ecotype):种内分化出来的一些适应特定生境条件的类群，是一个种群对某一生境发生遗传性反应的产物。一系列的生态型从一个种逐渐过渡到另一个种。其间的分水岭是--生殖隔离。2.2生态因子作用的特点综合作用：相互影响制约下起作用，如光强改变温、湿度主导因子(essentialfactor,leadingfactor)作用：作用不等价，如春化阶段的低温不可替代性和互补性：虽非等价，却不可替代；虽不可替代，却可互补。如光弱可用CO2浓度增加补偿；锶多可补钙的不足对动物的有害影响阶段性：不同发育阶段需不同因子和不同强度，有益与有害仅在阶段的不同，如低温对春化和灌浆2.3生态因子的限制性作用限制因子(limitingfactor):限制生物生存和繁殖的关键性因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，就会成为该生物的限制因子Liebig(1840)最小因子定律(lawoftheminimum)：“植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量”，即生物生存受最少量存在的营养物质的限制——此定律以后引申为Shelford(1913)耐性定律(lawoftolerance):生物的生存与繁殖，要依赖综合的生态环境，只要其中一项生态因子的量(或质)不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则该种生物不能生存，甚至灭绝生态幅(ecologicalamplitude):每一个种对环境中特定生态因子的适应范围之大小称为~~生态幅之大小主要取决于各个种的遗传特性。生态幅与分布区是生物适应环境的结果，生物的适应是建立在“生物与环境之间协同进化”这一基本原理上的。影响生物的各因子之间，存在明显的相互关联。生物的内稳态(homeostasis)：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，是通过生理过程或行为的调整而实现的。内稳态是生物扩大其耐性限度的重要机制，能扩大其生态幅度与适应范围，但生物不能完全摆脱环境的限制。休眠(dormancy)：动植物御抵暂时不利环境的一种有效生理机制。休眠使生物的耐受范围显著增大。休眠机制的诱导过程一般为光周期，但休眠的原初目的却是生物准备度过对其生长发育不利的温度季节。休眠分长期、短期和各种中间状态：冬眠、夏眠、蛰伏：恒温动物的半休眠状态；滞育：昆虫的休眠；植物种子的后熟耐性限度的调整：驯化：在实验或自然条件下人为诱发的生物生理补偿机制变化。驯化过程实际上是生物体内酶系统的改变过程。2.4生态因子的生态作用及生物的适应2.4.1光因子的生态作用及生物的适应光照强度的生态作用：影响生物的生长发育、形态建成等。对植物的影响：黄化现象,土豆变青现象。光补偿点光、饱合点植物对光照强度的适应类型:阳地植物：喜光、耐热、光补偿点高；阴地植物：畏光、代谢速率低、补偿点低；耐荫植物：介于上两者中间。光合面积、光合时间、光合能力等，是影响植物群体总光能利用率的主要因素。叶面积指数(leafareaindex):植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积之比值光照强度与动物的行为:昼行性动物、夜行性(晨昏性)动物、广光性动物。动物每天开始活动的时间常常由光照强度决定。光质的生态作用可见光区(380~760nm):生理有效辐射(光合有效辐射，PAR)--红橙光和蓝紫光；生理无效辐射--绿光(用彩色薄膜覆盖农田使蔬菜和作物增产)不可见光区(380nm或760nm):紫外光可杀菌；高山植物低矮、多毛且花色鲜艳等光周期和生物对光周期的适应长日照、短日照、中间性植物；鸟类的迁徙(migration)、生殖(人工辅助照明可增产)；哺乳动物的换毛、生殖(长日照和短日照兽类)、冬眠；昆虫类的休眠等，均与日照节律有关2.4.2温度的生态作用及生物的适应温度因子的生态作用1生物体内的生化过程必须在一定的温度范围内才能正常进行2温度的变化往往能引起环境中其他生态因子的改变3生物生长(growth)的“三基点”:最低、最适和最高温度。生物生长与温度成正比：植物年轮、冷-体魄大4生物发育(development)及有效积温法则K=N(T-T0)K—有效积温，为一常数T—当地该时期的平均温度(C)T0—该生物所需最低临界温度(C)N—发育时间(d)积温的意义:农作物生产必须依当地平均温度和每一作物所需的总有效积温进行安排生物对极端温度(环境)的适应1对低温的适应:形态方面—Bergman’rule:生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大(因个体大的动物，其单位体重耗散热量相对较少，发育缓而时间长，因而体魄健硕)—Allen’rule:恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等，在低温环境中有变小变短的趋势(减少散热面积的形态适应)生理方面：增加细胞液中的糖类、脂肪和色素等物质来提高粘度，降低植物的冰点；北极高山植物能吸收更多的红外线；动物靠体内增加代谢产热御寒和/或降低身体终端部位的温度来适应严寒行为方面：休眠或迁移来抵御或躲避寒冷2对高温的适应:植物形态:叶革质(反射)、绒毛和鳞片(过滤光照)，隔热木栓层(绝热)；生理:旺盛的蒸腾；动物的行为适应:昼伏夜出，穴居，夏眠温度与生物的地理分布(水与热最重要)年均温、最冷月均温、最热月均温、有效总积温和极端温度等。一般说，暖热地区生物种类多，寒冷地区种类少。动物亦有随地带不同而分布种类不同的现象变温(温周期)现象(thermoperiodism)变温影响植物的生长和干物质积累，此外充足的光照有利于作物果实中的有机酸分解成糖分，花青素增多，果皮着色鲜艳。物候(phenology)节律：生物的季节性节律变化与环境季节变化的关系。季节周期：动物的休眠、繁殖、迁移；植物的生长、开花、结实、枯黄。意义：确定农时及牧草场期，了解种群动态，反演气候，指导确定植物引种适宜区。生物钟机制尚未搞清，但其生态学意义应该肯定2.4.3水因子的生态作用及生物的适应水因子的生态作用1没有水就没有生命,水是任何生物体的重要组分,生物体含水一般在60~80%以上2生物的一切生化代谢活动必须以水为介质:物质必须以溶解状态才能参与生物与环境之间的交换3比热容大，为生物创造相对稳定的生活环境4植物光合作用的原料，水对陆生植物热量调节和热能代谢具重要意义。生物对水因子的适应1植物对水因子的适应(植物失水可能性较动物大700倍)依照植物对水分的需求量和依赖程度，可将植物划分为水生植物和陆生植物两类：水生植物:沉水植物，浮水植物，挺水植物陆生植物:湿生植物-中生植物-旱生植物-真旱生植物,肉质旱生植物2动物对水因子的适应：动物按栖息地可划分为水生动物和陆生动物。水生动物之适应:渗透压调节等渗透压、低渗透压、高渗透压、变渗透压。陆生动物适应:设法保持水分，增加饮水、形态结构、行为适应、生理适应。2.4.4土壤因子的生态作用及生物的适应土壤的概念地球陆地表面具有肥力，能生长植物的疏松表层。在岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成。由矿物质、动植物残体腐解产生的有机物质以及水分、空气等固、液、气三相组成，是历史自然体，农业生产的基本条件。土壤因子的生态作用：1生活基质，物质和能量交换场所，提供矿物质和水分；2生态系统中生物部分和无机环境部分相互作用的产物，而其物理、化学和生物等性质直接或间接影响着生物的生活；3土壤具有肥力(Fertility)—及时满足生物对水分、养料、空气、温度要求的能力。良好的物理、化学和生物活性功能是土壤具有较高肥力的标志土壤物理性质的生态作用质地；粒径比例；厚度：结构：团粒，…土壤化学性质的生态作用pH值：养分：有机质植物对土壤因子的适应1以土壤pH值为主导因子的生态类型:酸性土植物、中性土植物、碱性土植物2以土壤沙质基质为主导因子的生态类型:沙生植物3以土壤中矿质盐类为主导因子的生态类型:钙质土植物、嫌钙植物、盐土植物、碱土植物。盐土对植物生长的不良影响及危害:1引起植物生理干旱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影响植物细胞气孔开合。碱土对植物生长的不良影响及危害:1毒害植物根系2土壤物理性质受影响而恶化(结构破坏、形成碱化层)。盐土植物依生理性质分类:聚盐性植物--吸收盐类而不受伤害；泌盐性植物--过多盐分从茎、叶表面排出；不透盐性植物--抗盐性植物，高渗透压，提高水分吸收能力2.4.5气体及风的生态作用及生物的适应风的生态作用传播植物种实；光合速率随风速而加快，但过强的风会加速叶失水，抑制光合速率；长期的单一风向造成旗形树冠，大风会毁坏树木；捕食者和猎物均会利用风向为自己捕捉信息；多风高山地区的蝗虫几无翅；地形雨，焚风(foehn)效应2.4.6生物与生物之间的生态相互作用于种群生态学一章(第三章)讲授2.4.7其他生态因子的生态作用火、自然变化、人类活动等生物的生态适应生物有机体或其各部分，在与环境的长期相互作用中，形成一些具有生存意义的特征，以免受环境因素的不利影响或伤害，同时有效地从其生境中获取所需物质、能量，以确保个体发育的正常进行----该过程称趋同适应趋异适应：产生多样化动物的生态适应世界各地的草原上，都生存着跑得最快的动物，这是在开阔景观地区求生的重要手段。彼此之间亲缘并不相近，却有一些相似的形态、行为特征植物的生态适应生活型:趋同适应的典型，植物对环境长期适应而在外貌上反映出来的生长类型。生态型：趋异适应的反映第三章种群生态学3.1种群的概念种群：一定空间中同种个体的组合“某一地区具有实地或潜在杂交能力的个体的集群”，种群是物种在自然界中存在的基本单位:(进化论)种群是一个演化单位，物种的进化过程，就是种群中个体基因组成和频率从一个世代到另一个世代的变化过程(生态学)种群也是生物群落的基本组成单位，种群具有许多不同于个体的特征，是物种适应的单位，许多与环境变化相联系的生物变化都首先发生在这一层次3.2种群的动态(Populationdynamics)3.2.1种群的密度与分布密度(density)—单位面积(或空间)上的种群个体数目，分为绝对~~，相对~~。其数量统计(census)一般运用标志重捕法:M--标志数n--重捕个