生态学基础知识

生态学基础1生物与环境2种群生态3生物群落4生态系统5生物多样性、人口、资源与可持续发展地球上一切生命形式，包括植物、动物、微生物等，都有各不相同的生存环境。环境是指某一特定生物或生物群体周围一切的总和，它包括在一定空间内直接或间接影响该生物或生物群体生存的各种因素。研究生物与其生存环境之间相互关系和作用规律的科学称为生态学。环境的特征及其变化决定了生物的分布和多样性，生物的活动又对环境产生影响。生物与环境的关系及相互作用包括了从个体到群体，从局部到全局，从微观到宏观不同的层次。大环境（大气候）——宇宙环境、地球环境、区域环境小环境（小气候）——微环境、内环境•大气候：大环境中的气候，指离地面1.5m以上的气候，由大范围因素决定，如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等。•小气候：对生物有直接影响的邻接环境，接近地面大气层中1.5m以内的气候，即小范围的特定栖息地。•宇宙环境：大气层以外的空间。•地球环境：大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈。•区域环境：占有某一特定地域空间的自然环境。•微环境：指区域环境中，由于某一个（或几个）圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。•内环境：生物体内组织或细胞间的环境。环境一种北极植株各部分温度差异环境与生境（environment）•生境（habitat）——具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境，即生物生活的具体场所。环境的范围与生态学的层次生态系统是指在一定空间中各类生物以及与其相关联的环境因子的集合。是生命的家园。在不同的生态系统中，各种生命通过一张极其复杂的食物网来获取和传递太阳的能量，同时完成物质的循环。全球生态系统的总和称为生物圈。1生物与环境生态学的层次从个体、种群、群落、生态系统到整个生物圈逐级放大，其涉及到的环境范围也越来越广。环境的范围与生态学的层次在一定环境中的一群同种生物个体称为种群。在一个特定的环境区域内生存的多种不同的种群便组成为群落。环境与生态因子生物的环境因素按性质可分为非生物因子和物因子两大类。生态学家将生物生存不可缺少的环境条件称为生态因子，而生物体外部的全部环境要素则称为环境因子。非生物因子：气候因子（阳光、温度、湿度、降雨、风、气压、雷电等），营养因子，水因子，土壤、地形和地理因子，海洋地理因子，大气成分，自然灾变，地质条件等。生物环境因子：生物之间的各种相互作用，人类的活动对自然界其他生物产生的影响，政治、经济、文化、科学技术等社会环境因素对个人和整个人类的作用和影响。气候因子在各类环境和生态因子中，气候因素包括了影响生物活动和生命过程最重要的物理和化学因子。一个区域环境中的温度、光照、降雨与湿度、风、气压、雷电等是控制生物活动最重要和最直接的因子各种生物对生态因子（如温度）所能耐受的上限与下限之间的幅度称为生态幅，它反映了生物对环境因素的适应能力。不同类型的生物对温度的适应幅度全球的气候特征主要是由太阳能的输入和地球在宇宙中的运动决定的。地球表面各处太阳光照不均衡。6类气候区全球大陆不同地区的气候类型也有该地区的生物群落型（9种陆生生物群落型）大雁东南飞环境对生物习性和行为的影响环境的变化对生物产生的影响和生物对环境的适应性是生物与环境相互作用的结果。动物的许多有规律的行为就是动物适应其环境定向进化的结果。如候鸟迁移，生物钟等。东非的角马群居生活并集体大规模迁移行为生态学：在特定环境中，动物决定在何处生活，如何选择和寻找所需要的资源（包括食物），如何逃避天敌（捕食者），如何应对竞争者，如何与自己种群内的其他动物相处等都属于行为生态学研究的范畴。动物的许多复杂应变行为体现了物种内和物种间特殊的生态关系。生物与环境长期相互作用和进化过程形成了这种行为的生理和遗传基础。动物的行为是动物个体或群体有规律或成系统的作为及活动现象。动物的行为可以是先天的或本能的，也可以通过学习与记忆获得。印记是动物最简单的一种学习行为，一般只发生在动物出生后的幼年阶段。2种群生态种群生态学是研究影响种群大小和密度、种群增长和种群结构特征等因素的生态学分支学科。种群是在特定时间和空间中同一种生物个体的组合。种群内的个体通过自然繁殖产生遗传性稳定的后代。种群的结构种群的大小是指种群内个体数量的多少，单位面积或体积中个体的数量称为种群密度。研究野生动物种群结构的采样技术：野外拉样方采样标记-再捕捉方法种群密度种群分布型是指全部个体在种群界定范围内的空间分布类型。一些生物的分布还随昼夜和季节的变化而变化。群集型平均型随机型种群分布型样方法调查种群数量•样方即取样（sampling)：即总体（population)中的某部分。•样方法：即根据总体中的样方来估算总体的方法。•样方的代表性：必须有代表性，要求通过随机取样保证，并采用数理统计方法估算变差和显著性。•样方法的应用：–对动物：一般采用标志重捕法，即在调查区域内，捕获部分个体进行标志后释放，经一定期限重新捕获。根据重捕取样的标志比例与样地总数中的标志比例相等的假定，估计样地中被调查动物的总数。–对植物：样方法对植物更为有效。对植物，关键是确定样方面积的大小；并且，样方数目也要根据群落的类型、性质和结构决定，样方越多，代表性越好，但所需人力、物力越大；取样误差与取样数量的平方成反比：及减少1/3的误差，就要增加9倍的取样数量。样方面积的大小由群落性质决定，下图反映了样方效应给调查造成的影响样方1：样方与植株大小接近，样方内可能只含有A或B或C；样方2：物种AB在同一样方，而C被孤立（排除）的概率很高；样方3：三个物种均在样方内，可以表现三个物种的正相关关系。确定样方面积：通常采用逐步扩大样地面积的方法，根据所得数据可绘制种类-面积曲线图。在曲线转折处所示的面积，称为群落的最小面积，即包含了群落大多数种类的最小空间。种—面积曲线种群的年龄结构从生态学的角度可以分成增长型、稳定型和衰退型3类。种群的年龄结构种群的性别结构和生存能力的性别差异也是种群结构的一个方面。各种生物的生存策略影响着该物种的生存和年龄分布，也反映了种群结构的重要特征。以某一种群存活个体的年龄为横坐标，存活个体数量为纵坐标作图，便得到了该种群的存活曲线。存活曲线表明了在一定年龄阶段的生存率。存活曲线可以呈凹形、线形和凸形，绝大多数种群的真实存活曲线是这3种类型的组合。人：出生时死亡率低，一定年龄后死亡率增加水螅：终身死亡率恒定章鱼：出生时死亡率特高，然后死亡率剧减•A型：凸型的存活曲线，几乎所有的个体都能达到生理寿命。•B型：呈对角线的存活曲线，表示个体各时期的死亡率是对等的。•C型：凹型的存活曲线，表示幼体的死亡率很高，以后的死亡率低而稳定。种群增长特征在没有限制的指数增长中，增长速度（G）与个体数量（N）成正比，也就是说，个体数量越大，增长速度越快。指数增长模式只是一种理想的状态指数增长模式在细菌实际增长曲线，分为三段：最初的阶段，个体数量的增长在加速；减速阶段；动态平衡。许多物种在限制条件下的生长,随着个体数量增长，种群的增长速度随之降下来。当个体数量达到最大承受容量K，环境不能负担更多的个体，这时个体数量停止增长，即达到零增长。逻辑斯蒂增长模型种群增长的调节环境对一个种群的承受容量决定于这个种群对环境的需求和该物种繁衍的各种决定因素：营养、食物、领土、天敌和竞争者等都属于密度相关因素。种群密度越大，环境因子的限制就越强。如果种群密度的变化是由于密度无关因素造成的，那么上述的种群增长模式就不适用于种群密度实际变化的情况。在自然界正常情况下，大多数种群个体的数量基本都是稳定的，种群的数量在环境承受容量K值上下波动，任何种群都不可能无限制地增大。种群中个体数量的变化与其天敌有直接的关系。海洋中鲨鱼种群的数量一般情况下都在环境承受容量的一定范围内波动。雪兔和猞猁数量变化的循环人口的结构和增长地球上每20min，人类就增加3500个新成员。同样这20min内，地球上便有一种动物或者植物绝灭；近几个世纪以来，人类这一种群的增长是按指数增长模型进行的。但按照生态学原则，人口的增长最终还是要遵守逻辑斯蒂增长模型。一方面是人口的急剧增加，一方面其他物种绝灭的间隔时间越来越短，生物资源越来越短缺，生态环境越来越恶化，生态学家们相信，这两方面趋势之间有着必然的关联。与研究人口的结构和变化密切相关的学科是人口统计学。死亡率用来表示群体人口的死亡速度，即1000人中每年死去的人数。同样，出生率可用来表示群体人口中的出生速度，以每1000人中每年的新生人数来计。人口学家用年增长率来表示人口增长，即人群每年实际增长的比例。人口的年龄结构分析也可以帮助我们预测不同国家未来人口增长的趋势。预测人口增长的另一个方法是完全家庭尺度方法。当一对夫妇正好能被两个孩子取代，这种生育叫取代生育，在这个过程中总人口既不增长也不减少。人口增长还受到人口惯性的作用。从全世界范围看，各个国家的人口增长速率差异很大，人口的年龄结构分析也可以帮助我们预测不同国家未来人口增长的趋势。群落的基本特征与结构3生物群落占据特定空间和时间的多种生物种群的集合体和功能单位被称为群落。群落具有一定的结构、一定的种类组成和一定的种间相互关系，在环境条件相似的地方可以出现相似的群落。群落的基本特征包括物种组成、群落的结构、内部环境、优势种群、动态变化、各物种的相互关系、群落的稳定性７个方面。了解一个群落的生物多样性，不仅包括列出群落中全部物种的名录，还包括各物种的相对数量和比例。组成群落的优势物种对群落的性质特征起着决定性的作用。物种数量相同、各物种相对数量不同的两种森林群落群落基本的外貌包括森林、草原、荒漠等。群落的外貌特征还会随着季节的变化发生周期性的变化群落的稳定性是指群落受到一定外界因素作用后恢复到原来种群组成能力的情况。群落稳定性取决于群落本身特性和环境的相对稳定性两个方面。松树林具有较强的稳定性对一个群落的剖析可以从物理结构和生物结构两方面进行。群落的物理结构主要体现在其垂直层次上，陆地群落的分层与光的最大程度利用有关。群落的生物结构主要是指群落内各物种之间的取食关系（物种间的营养结构）和各自所处的位置，这种取食关系决定了物质和能量的流动方向，也决定了群落中各物种的相对数量和比例及其变化热带雨林分布在亚洲东南部、非洲中部和西部以及南美洲和大洋洲以北赤道附近。垂直分布明显生物种类多高大常绿乔木、灌木层、草本层、藤本植物灵长类、鸟类、各种昆虫地球上的主要群落类型常绿阔叶林大致分布在南、北纬度22°～34°(40°)之间。以中国长江流域南部的常绿阔叶林最为典型，面积也最大。常绿双子叶植物的阔叶树种，而以壳斗科、樟科、山茶科和木兰科中的常绿乔木为典型代表，种类丰富，常有着明显的建群种或共建种。地球上的主要群落类型温带落叶林主要分布在北美、西欧、中欧的温带湿润海洋性气候地区，中国的华北和东北沿海地区也有分布。地球上的主要群落类型湿度高，四季分明，雨水集中在夏季。以阔叶乔木为主，树种多，林下分布各种灌木和阔叶草本植物。优势草食性动物是鹿，优势肉食性动物为黑熊。多种多样的鸟类、爬行类动物和昆虫等针叶林主要由常绿的针叶树如松、杉、柏等树种所组成，大部分分布在北半球高纬度的温带到亚寒带地区。地球上的主要群落类型林下植被不发达，地表常被枯枝落叶所覆盖。动物种类较多，如野鸡、松鼠、鹿、狼、熊和各种鸟类。针叶林中昆虫的种类也很多。灌木林主要发生在中纬度靠近海岸的地区，气候特征为冬季多雨，夏季干热。致密常绿的矮生灌木为优势种群。地球上的主要群落类型稀树草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的热带季节性干旱地区。大量草本植物、有些散生矮小的小片阔叶丛林草食性动物和肉食性动物、鸟类、爬行动物周期性的雨季和旱季地球上的主要群落类型温带草原主要分布在欧亚大陆、南美洲、北美，中国黄河中游、内蒙古和东北大兴安岭以西，属于温带大陆性气候地区旱生草本植