生态学
绪论
1935年,坦斯利(A.G.Tansley)首先提出生态系统(Ecosystem)的概念;
1942年,前苏联苏卡切夫院士提出类似的名词“生物地理群落”(Geobiocenoce).
1942年,林德曼(R.L.Lindeman)提出“十分之一”定律
生物圈: 地球上全部生物和一切适合于生物栖息的场所。 它包括岩圈(lithosphere)的上层、全部水圈(hydrosphere)和大气圈(atmosphere)的下层
生态学是研究生物与环境相互关系的科学
第二章
物种species:是指一类生物个体的集合,其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体
环境(environment) 是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
构成环境的各要素称为环境因子
生态因子是环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。
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生态因子中生物生存不可缺少的因子称为生物的生存因子(或生存条件、生活条件)。所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境(Ecological environment)。
具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称为生境(Habitat).
环境对生命系统的影响称为生态作用(Ecological action)
生命系统改变其自身的结构与过程以便与其生存环境相协调的过程称为生态适应(Ecological adaptation).
而生物反过来对环境的影响和改变称为生态反作用(Ecological reaction)
因子的质:指因子的状态是否对生物有意义。
因子的量:在生物的质对生物有意义的前提下,因子对生物的作用程度随其量的变化而变化。
因子的持续时间:在质和量的基础上,环境因子对生物的作用必须有一定的持续时间才能对生物起作用,使生物做出响应
最小因子定律”(Liebig’s law of minimum)
植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素,这些处于最低量的营养元素称最小因子(Justus von Liebig,1840,德国) 。
两个补充条件(Odum,1983):
1)严格的稳定状态;
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2)因子补偿作用(factor compensation) :生物在一定程度和范围内,能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。
在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子
限制因子定律
生态因子处于低于生物正常生长所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量时,都对生物具有限制性影响
耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance)( V.E.Shelford,1913,美国)
任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多(当其接近或达到某种生物的耐受度)时会使该种生物衰退或不能生存
生态幅的概念(ecological amplitude, 生态价ecological valence)
每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围,即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限和下限)之间的范围
生物在实验/自然条件下,诱发的生理补偿变化称为驯化
内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定
适应(adapatation) :生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类,后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化
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适应组合(adaptive suites):由于生态因子之间相互作用的关联性、协同性和增效性,生物对环境的适应通常并不仅仅表现在形态适应或生理生化适应或行为适应一种单一的机制,往往要涉及到一组(或一整套)彼此相互关联的适应性,这一整套协同的适应特性
趋同适应:不同生物适应相同环境产生相同的适应叫趋同适应。
生活型:趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群叫生活型
趋异适应:同种生物适应不同的环境产生不同的适应叫趋异适应。
生态型:趋异适应产生的同种生物不同基因型类群叫生态型。
生态位--有机体在环境中占据的地位;
栖息地--有机体所处的物理环境
光补偿点 (compensation point) :光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度;
光饱和点(saturate point):当光照强度达到一定水平后,光合产物不再增加或增加得很少,该处
的光强度即为光饱和点。
光周期现象(photoperiodism):Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应,称光周期现象。
有效积温法则
植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程,而且各个
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发育阶段所需的总热量是一个常数,称总积温或有效积温,T0又称生物学零度,K是总积温(常数)。
有效积温法则的意义预测生物发生的世代数;预测生物地理分布的北界;
预测害虫来年的发生程历;制定农业气候区划,合理安排作物;应用积温预报农时
阿伦规律(Allen’s rule):寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分(如四肢、尾、耳朵及鼻)有明显趋于缩小的现象,称阿伦规律,是减少散热的适应(缩减无效附件)。
贝格曼规律(Bergman’s rule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大,这种趋向称贝格曼规律,是减少散热的适应。(降低比表面积)
约旦规律(Jordan’s rule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。
物候现象:受环境(气候、水文、土壤)影响出现的以年为周期的自然现象。
物候:植物适应一年中的气候条件的季节性变化,形成与之相应的生长发育规律。
物候期:物候现象发生的时间
名词解释
因子的替代作用(factor substitution)
生态价(生态幅)(ecological amplitude or ecological valence)
谢尔福德耐受性定律(Shelford’s law of tolerance) 耐受冰结*(freezing tolerance) 阿伦
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规律(Allen’s law)小气候(microclimate) 生态因子(ecological factors) 光周期现象(photoperiodicity) 限制因子(limiting factors) 适应(adaptation)
思考题-问答题
1.试述光与动物密切有关的几种生物节律,并简述其生态适应意义。
2.简述陆栖动物的保水机制。(简述陆生动物在水代谢方面的适应性特征。)
3.简述耐受性定律及其补充原理。*
4.举例说明限制因子概念在生态学研究中的重要性。
5.从动植物对日照长度变化的适应出发解释生物的光周期现象。
6. 简述光照强度与陆生动植物的关系。
7.从形态、生理和行为三个方面阐述生物对高温环境的适应。(简述生物对极端温度的适应。)
8.简述水生动物(鱼类)的水平衡调节机制。
9. 简述环境因子的分类类型及其生态作用特点。(如何看待生态因子的作用?)
10. 简述有效积温法则,评述其意义和局限性。
11.为什么动物在高温环境下维持恒定体温比在低温下困难?它们对高温环境的适应性特征有哪些?*
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12. 以某种动物或类群为例,说明其适应环境的主要方式。*
13. 试述全球环境的地带性规律及其形成原因。
14. 简述生物对环境适应的基本方式及其意义。
15. 简述温度的生态作用。
16. 生物如何适应不同的水环境?
17. 比较Liebig最小因子法则和 Shelford耐受性法则的异同。
第三章
种群(population): 在一定空间中,同种个体的组合。为了强调不同的面,有的生态学家还在种群定义中加进其他一些内容,如能相互进行杂交、具有一定结构、一定遗传特性等内容。
种群不仅是自然界物种存在、物种进化、物种关系的基本单位,也是生物群落、生态系统的基本组成成份,同时,还是生物资源保护、利用和有害生物综合管理的具体对象。
种群生物学(population biology): 研究种群的结构、形成、发展和运动变化过程规律的科学。最主要组成部分是种群遗传学和种群生态学。
种群遗传学( population genetics ): 研究种群的遗传过程。
种群生态学( population ecology ): 研究种群内各成员之间、它们与其他种群成员之间、以及它们与周围环境中的生物和非生物因素之间的相互关系。种群动态是种群生态学研究的核心。
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单体生物(unitary organism)单体生物个体清楚,基本保持一致的体形,每一个体来源于一个受精卵。如鸟类、兽类等。
构件生物(modular organism)构件生物由一个合子发育成一套构件,由这些构件组成个体。如水稻、浮萍、树等。
研究种群生态学的意义 理论意义:开辟生态学研究的新领域。
实践意义 :了解生物在生态系统中的地位;了解数量的时空动态;实施物种保护。
种群主要特征
数量特征:种群参数变化是种群动态的重要体现。
空间特征组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局,称为种群的内分布型(internal distribution pattern)。
遗传特征:种群具有一定的遗传组成,是一个基因库。
种群大小(Size):一个种群的全体数目多少。200只羊
密度(Density):单位面积或单位容积内某个种群的个体数目。320人/平方公里。
相对密度公式:D=n/a·t
粗密度(Crude Density): 是指单位空间内的个体数(或生物量)
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生态密度(Ecological Density) :是指单位栖息空间(种群实际所占据的有用面积或空间)内的个体数(或生物量)
多度(abundance):一定范围内的个体数量(种群密度)。
丰富度(richness):一定范围内的物种多寡。
种群密度的估计方法:
绝对密度(absolute density)估计:单位面积或空间上的个体数量。
相对密度(relative density)估计:表示个体数量多少的相对指标。
绝对密度(absolute density)估计:总数量调查(total count) :计数某地段全部生活的个体数量。
取样调查(sampling methods) :计数种群的一小部分用以估计种群整体。
样方法(use of quadrats):在若干样方中计数全部个体,然后将其平均数推广,来估计种群整体。
标志重捕法(mark-recapture methods) :在调查地段中,捕获一部分个体进行标志,然后放回,经一定期限后进行重捕。根据重捕中标志的比例,估计个体的总数。
去除取样法(removal sampling) :以单位时间的捕获数(Y)对捕获累积数(X)作图,得到一条回归直线,直线在X轴上的截距为估计的种群数量。
相对密度(relative density)估计:表示个体数量多少的相对指标。
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影响种群密度的因素 : 环境中可利用的物质和能量的多少 种群对物质和能量利用效率的高低
生物种群营养级的高低 种群本身的生物学特性(如同化能力的高低等)
饱和点”和最适密度:当环境中拥有可利用的物质和能量最丰富、环境条件最适应时,某种群可达到该环境下的最大密度,这个密度称为“饱和点”。维持种群最佳状况的密度,称为最适密度
拥挤效应:将几十只老鼠放在面积9m2的栏圈内,不限制他们的食物、饮水和空气,研究长达两年。按正常的繁殖比例计算,预计最终会有5000只成年鼠。然而试验结果是栏圈内成年鼠的数目从未超过200只。科学家发现,在这个拥挤的环境里,虽然食物、饮水和筑巢材料很丰富,但动物的行为发生了异常。引起拥挤效应。
生理出生率(physiological natality):种群在理想条件下所能达到的最大出生数量,又称最大出生率(maximum natality)。
生态出生率(ecological natality):一定时期内,种群在特定条件下实际繁殖的个体数量,它受生殖季节、一年生殖次数、一次产仔数量、妊娠期长短和孵化期长短、以及环境条件、营养状况和种群密度等因素影响,又称实际出生率(realized natality)。
生理死亡率(physiological mortality ):最适条件下,所有个体都因衰老而死,这种死亡率称生理死亡率,又称最小死亡率(minimum mortality)
生态死亡率(ecological mortality):一定条件下,种群实际的死亡率,又称实际出生率(realized)。
种群各年龄组的个体数或百分比的分布呈金字塔形,因此,称这样的年龄分布称为年龄金字塔或年龄锥体(age pyramid)。
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年龄锥体有三种类型:下降(declining)、稳定(stable)和增长(increasing)型。
性比(sex ratio):同一年龄组的雌雄数量之比,即年龄锥体两侧的数量比例.
第一性比:种群中雄性个体和雌性个体数目的比例;
第二性比: 个体性成熟时的性比;
第三性比: 充分成熟的个体性比。
根据大约同一时间出生的一组个体(同生群)从出生到死亡的记录编制的生命表称同生群生命表。
静态生命表(static life table)((特定时间生命表(time-specific life table);垂直生命表(vertical life table)):根据某一特定时间对种群作一年龄结构调查数据而编制的生命表称表态生命表。
综合生命表(complex life table):包括了出生率的生命表称综合生命表。
作用: 综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命 预测某一年龄组的个体能活多少年 不同年龄组的个体比例情况
各类生命表的优缺点及生命表的意义
同生群生命表个体经历了同样的环境条件,而静态生命表中个体出生于不同的年份,经历了不同的环境条件,因此,编制静态生命表等于假定种群所经历的环境没有变化,事实上情况并非如此。
同生群生命所研究的对象必须是同一时间出生的个体,但历时太长工作量太大,难以获得生命表数据。静态生命表虽有缺陷,在运用得法的情况下,还是有价值的。
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通过生命表的研究可以了解种群的动态。
内禀增长能力
内禀增长能力定义:在种群不受限制的条件下,即能够排除不利的天气条件,提供理想的食物条件,排除捕食者和疾病,我们能够观察到种群的最大增长能力(rm )。rm是最大的瞬时增长率,即内禀增长率(intrinsic or innate rate of increase)或内禀增长能力( innate capacity of increase ) 。
内禀增长能力的意义:可以敏感地反应出环境的细微变化,是特定种群对于环境质量反应的一个优良指标;
种群扩散(dispersal)扩散是种群动态的一个重要方面,通过作用扩散可以使种群的个体迁出和迁入,从而增加或降低当地种群的密度
种群扩散的意义:减少种群压力,扩大分布区,形成新种。
生物入侵 指生物通过扩散造成异地经济损失、严重危害生态环境安全的现象,入侵生物种包括细菌、害虫、藻类等,传播途径千变万化,常令人防不胜防
生态入侵(ecological invasion)由于人类有意识或无意识地将某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区,种群不断扩大,分布区逐步稳定地扩展,这个过程称生态入侵。
生态入侵的后果:排挤当地的物种,改变原有的生物地理分布和自然生态系统的结构与功能 ,对环境产生了很大的影响。入侵种经常形成广泛的生物污染 ,危及土著群落的生物多样性并影响农业生产。
种群的逻辑斯谛增长(连续增长模型):随着资源的消耗,种群增长率变慢,并趋向停止,因此,
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自然种群常呈逻辑斯谛增长。体现在增长曲线上为“S”型。种群停止增长处的种群大小通常称“环境容纳量”或K,即环境能维持的特定种群的个体数量。种群增长可以用逻辑斯谛模型描述。
模型前提条件:增长率变化:有限环境,有一个环境条件所允许的最大种群值,即环境容纳量K;世代重叠;密度与增长率关系是随种群的密度增加,种群的增长率所受的影响逐渐地、按比例地增加。r'= r(1-N/K)。
逻辑斯缔方程的意义
它是两个相互作用种群增长模型的基础;
它是渔业、林业、农业等实践领域中确定最大持续产量的主要模型;
模型中的两个参数K和r已成为生物进化对策理论中的重要概念。
平衡学说(Nicholson A J):种群是一个自我管理系统,为了维持平衡,当动物种群的密度很高时,调节因素的作用必须更强,当密度低时,调节因素的作用就减弱。
Smith的种群调节观点:种群的特征是既有稳定性,也有连续变化。密度虽不断变化,却是围绕着一个“特征密度”而变化。非密度制约因素不可能决定种群的平衡密度,只有密度制约因素才能决定种群的平衡密度。
思考题--名词解释题
. 种群(population) √
2. 单体生物与构件生物(unitary organism and modular organism)
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3. 最大出生率与实际出生率(maximum natality and realized nataity) √
4. 生态寿命 (ecological longevity)
5. 年龄锥体(年龄金字塔)(age pyramid) √
6. 动态生命表(特定年龄生命表;同生群生命表;水平生命表)(dynamic life table ; age-specific life table; cohort life table; horizontal life table) √
7. 内分布型(internal distribution pattern)
思考题—问答题1
1.种群的基本特征是什么?包括哪些基本参数?√
2.种群数数统计的常用方法有哪些?
3.为什么说种群动态是种群生态学的核心问题?
4.种群动态研究的基本方法有哪些?评价这些方法的利弊。(评述生态学研究中的野外、实验和模型的方法优缺点,在具体工作中如何运用?)
5.何谓年龄锥体?列出其基本类型. 研究年龄锥体和生命表有何意义? √
6.什么是生命表?有哪几种类型?
7.如何用种群的年龄结构分析种群的动态以及评价环境的优劣?
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8.对于一个生命表:①通常包括哪些栏目?生命期望的含义是什么?②怎样区分动态和静态生命表?它们在什么情况下适用?③如何用综合生命表的数据计算净生殖率(R0)?写出计算公式。
9.什么是内禀增长率?研究种群的内禀增长率有何意义?
10.简述种群增长的逻辑斯谛模型及其主要参数的生物学意义.√(种群逻辑斯谛增长曲线的五个时期; 简述种群世代重叠的有限增长模型以及各参数的生物学意义)。
11.如何通过种群增长的指数模型建立逻辑斯谛模型?逻辑斯谛方程的哪一部分引起增长曲线呈“S”?
第四章
基因是带有可产生特定蛋白质遗传密码的DNA片段,在二倍体生物,由两个等位基因构成,每一等位基因来自一条同源染色体。
遗传型和表现型
个体的遗传结构叫遗传型,遗传型在个体中的表达叫表现型。
一个物种的全部遗传信息的总和则称为基因组(genome)。
种群中全部个体的所有基因总和称基因库(gene pool)。
基因频率和哈温定律
基因频率: 种群中某一基因出现的频率
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哈温定律(Hardy-Weinberg law):指在一个巨大的、随机交配和没有干扰基因平衡因素的种群中,基因型频率将世代保持稳定不变。
多形现象(polymorphism):种群中许多等位基因的存在导致一种以上的表现型
变异(variation)和遗传漂变(genetic drift)
变异是指个体或群体之间的形态、生理、行为和生态特征上的差别和区别,通常指遗传变异。
基因频率在小的种群里随机增减的现象称遗传漂变。
进化动力:自然选择和遗传漂变是两种进化的动力
广布种的形态、生理、行为和生态特征往往在不同地区有显著的差异,称地理变异。地理变异反映了物种种群对于环境选择压力空间变化的反应。环境压力的变化有时是连续的,有时是不连续的,生物的适应性反应也可分两类,形成渐变群和地理亚种。
渐变群(cline):选择压力地理空间上的连续变化导致基因频率或表现型的渐变,形成一变异梯度,称为渐变群。
工业黑化现象(industrial melanism):桦尺蠖(Biston betularia)在污染区黑色型占优势,在未污染区则仍以浅色型个体占优势。
现代的物种概念(Mayr,1982) 由许多群体形成的生殖单元(与其他单元生殖上隔离),占有一定的生境位置
物种形成(allopatric speciation)过程大致分三个步骤:①地理隔离;②独立进化;③生殖隔离
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机制的建立
生态对策(bionomic strategy)(生活史对策 life history strategy ):生物在进化过程中,对某一些特定的生态压力所采取的生活史或行为模式,称生态对策。
生活史的概念:生活史是生物学家很熟悉的概念,它可定义为物种的生长、分化、生殖、休眠和迁移等各种过程的整体格局。
r-对策(r-strategy):生活在条件严酷和不可预测环境中,种群死亡率通常与密度无关,种群内的个体常把较多的能量用于生殖,而把较少的能量用于生长、代谢和增强自身的竞争能力。
r-选择( r-selection) :采取r-对策的生物称r-选择者,通常是短命的,生殖率很高,可以产生大量的后代,但后代的存活率低,发育快,成体体形小
K-对策(K-strategy):生活在条件优越和可预测环境中,其死亡率大都取决于密度相关的因素,生物之间存在着激烈的竞争,因此种群内的个体常把更多的能量用于除生殖以外的其他各种活动。
K-选择( K-selection )者:采取K-对策的生物称K-选择者,通常是长寿命的,种群数量稳定,竞争能力强,个体大但生殖力弱,只能产生很少的后代,亲代对后代有很好的关怀,发育速度慢,成体体形大
r-K连续体( r-K continuum ): r-选择 和K-选择是两个进化方向的不同类型,从极端的r-选择到极端的K-选择之间有许多 过渡类型,有的更接近于r-选择,有的更接近于K-选择,两者间有一个连续的谱系, 称r-K连续体。
r-对策的优缺点:
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优点:生殖率高,发育速度快,世代时间短,因此,种群在数量较低时,可以迅速恢复到较高的水平;后代数量多,通常具有较大的扩散迁移能力,可迅速离开恶化的环境,在其他地方建立新种群,因此,常常出现在群落演替的早期阶段;由于高死亡率、高运动性和连续面临新环境,可能使其成为物种形成的新源泉。
缺点:死亡率高、竞争力弱、缺乏对后代的关怀,高的瞬时增长率必然导致种群的不稳定性,因此,种群的密度经常激烈变动。
K-对策的优缺点:
优点:种群的数量较稳定,一般保持在K值附近,但不超过此值,因此,导致生境退化的可能性小;具有个体大和竞争能力强等特征,保证它们在生存竞争中取得胜利。
缺点:由于r值较低,种群一旦遭到危害,难以恢复,有可能灭绝。
R-、C-和S-选择的生活史模式
R-选择:在资源丰富的临时生境中的选择,主要将资源分配给生殖。
C-选择:在资源丰富的可预测增生中的选择,主要将资源分配给生长。
S-选择:在资源胁迫的生境中的选择,主要将资源分配给维持。
休眠:是由不良环境条件直接引起的,当不良环境条件消除时,便可恢复生长发育。如东亚飞蝗以卵越冬,甜菜夜蛾以蛹越冬等都属于休眠性越冬。休眠性越冬的昆虫耐寒力一般较差。(冬眠和夏眠)
滞育 :是昆虫长期适应不良环境而形成的种的遗传性。
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种群的遗传与进化 思考题
遗传漂变(genetic drift)适合度(fitness)渐变群(cline)工业黑化现象(industrial melanism)
生态对策(bionomic strategy)r-选择 (r-selection) √K-选择(K-selection) √
r-K连续体(r-K continuum)√基因组和基因库
问答
R对策和K对策在进化过程中各有什么优缺点? √
物种进行的方式有哪几种?
简述遗传变异的生态学意义。
种群进化过程中,自然选择有哪几类?
第五章
性别生态学:性别关系类型、动态及环境因素对性别的影响 求偶行为的生态学意义①吸引异性;②防止与异种个体杂交;理想的配偶。
Darwin的理论
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③激发对方的性欲望;④选择最为
性选择:(sexual selection)一词首先被达尔文在1871年所使用,主要是指通过选择使某一个体在寻求配偶时获得比同性其他个体更有竞争力的特征。达尔文设想性选择是通过两种方式发生的:①性内选择;②性间选择。
Fisher的理论:建立在主动选择基础上的性选择可以导致性二型特征的进化。
Trivers的理论:在雄性不承担任何抚育后代责任的物种中,如果雌性个体具有足够的辨别力,使它所选择的配偶所具有基因质量优于自身,那么,进行有性生殖仍然是有利的
存最小种群原则:(如非洲象每群至少5头,北方鹿每群不少于300头)
一些营群聚生活的生物,其群聚的程度有一个下限的要求,如果低于临界下限,该生物种就不能正常生活,甚至不能生
阿利氏原则:一个物种种群的聚集程度和密度一样,随种类和条件而变化,过疏(缺乏群聚)或过密,都可能有限制性影响。种群总是避免过分分散和过分拥挤,使种群内个体能获得最佳的生活和生存条件
竞争(competition)是利用有限资源的个体间的相互作用。
在一定时间内,当种群的个体数目增加时,就必定会出现邻接个体之间的相互影响也叫密度效应
最后产量衡值法则:在一定范围内,当条件相同时,不管种群的密度如何,其最后产量差不多总是一样。对车轴草,按不同播种密度种植,在同等肥力的地方,并不断观察其产量,发现62天后产量与密度呈正相关,但最后的181天产量与密度变化无关,即在很大播种密度范围内,其最终产量是相等的。可用模型描述为:
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Y=W×d=C
式中,Y为终产量,W为平均每株重,d为密度,C为常数
-3/2自疏法则
自疏现象:同一种植物因密度引起的个体死亡。同样年龄大小的固着生活生物中,竞争个体不能通过运动逃避竞争,因此竞争中失败者死去,这种竞争结果使较少量的较大个体存活下来,这一过程叫自疏(shlf-thinning)。自疏导致的密度和个体重量的关系: W = C d -a
式中W为平均每株重,d为密度,C、a为常数。两边取对数,表示为密度与单株平均重的关系:a为一个恒定数值等于3/2,其双对数曲线斜率为 -3/2,故称为Yoda –3/2自疏法则( Yoda –3/2 law)。
他感作用(allelopathy):某些植物能分泌一些有害化学物质,阻止别种植物在其周围生长,这种现象称他感作用, 或叫异株克生。
他感作用例子:北美的黑胡桃(Juglans nigra)抑制离树干25m范围内植物的生长,其根抽提物含有化学苯醌,可杀死紫花苜蓿和番茄类植物。
领域性(territoriality):动物的个体、家庭,甚至社群所占据的、并积极保卫不让同种其它个体侵入的空间,称领域(territory)。这种占有领域的行为称领域行为,这种现象称领域性。动物的领域随占有者的体重而变化,受食物品质影响,领域面积随生活史而变化。
领域的特征与意义:
领域的主要特征有三点:
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①领域是一个固定的区域,且大小可调整; ②领域受积极保护;③领域的使用是排他性的。
领域使动物可以得到充足的食物,减少对生殖活动的外来干扰,使安全更有保
社会等级(social hierarchy): 一群同种动物中,各个体的地位有一定的顺序性。其基础是支配—从属关系。支配—从属关系有三种基本形式:
独霸式:群体内只有一个个体支配全群,其他个体都服从它而不再分等级。
单线式:群内个体成单线支配关系,甲制乙,乙制两...以此类推。
循环式:甲制乙,乙制丙,而丙又制甲的形式。
合作(cooperation)行为是动物界常见现象。指个体通过相互联合,从而对彼此间有利的行为。合作常常是暂或过渡性的,但也可能是长久性的。
亚洲黄猄蚁(Oecophylla smaragdina)的协同织巢活动
利他(altruism)行为是指一个体牺牲自我而使社群整体或其他个体获得利益的行为。利他行为可以对直系亲属、近亲家族、整个群体有利。
普通吸血蝠(Desmodus otundus)的反哺行为
白额蜂虎(Merops bullockoides)在生殖季节充当帮手
偏利共生:仅对一方有利的共生,如藤壶附着在螺壳上,鮣鱼附在鲨鱼腹部
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互利共生(mutualism): 不同种两个个体间的一种互惠关系,可增加双方的适合度
高斯假说(竞争排斥原理)
在一个稳定的环境内,两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的物种,不能长期共存在一起。
要求相同资源的两个物种不共存与一个空间
长期共存在同一地区的两个物种,由于剧烈竞争,他们必然会出现栖息地、食物、活动时间或其他特征上的生态位分化
种间竞争的模型(为了对种间竞争程度进行量比)
假设两个物种,单独生长时增长曲线为逻辑斯蒂模型
若将两个物种放在一起,他们发生竞争,从而影响其他种群增长:
假设α表示在物种1的环境中,每存在一个物种2的个体,对于物种1的效应。 β表示在物种2的环境中,每存在一个物种1的个体,对于物种2的效应
洛特卡-沃尔泰勒(Lotka-Volterra)模型
逻辑斯缔模型: dN/dt=rN(K -N)/K
Lotka-Volterra竞争模型Lotka,1925;Volterra,1926)
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生态位(niche)是物种在生物群落或生态系统中的地位和作用。
多维生态位空间(multidimensioanl niche space):影响有机体的环境变量作为一系列维,多维变量便是n-维空间,称多维生态位空间,或n-维超体积(n-diensional hypervolume)生态位。
基础生态位(fundamental niche):生物群落中,某一物种所栖息的理论上的最大空间,称为基础生态位。
实际生态位(realized niche):生物群落中物种实际占有的生态位空间称实际生态位。
竞争排斥(competitive exclusion)原理:高斯(Gause)认为共存只能出现在物种生态位分化的稳定、均匀环境中,因为,如果两物种具有同样的需要,一物种就会处于主导地位而排除另一物种。
生态位重叠(niche overlap): 两物种生态位空间的相互重叠部分,称生态位重叠。
生态位漂移(niche shift):资源竞争而导致两物种的生态位发生变化称生态位漂移。
性状替代(character displacement):竞争产生的生态位收缩导致物种形态性状的变化,叫性状替代。
生态位分离(niche separation):种间竞争结果使两物种的生态位发生分化,从而使生态位分开。
竞争释放(competion release):在缺乏竞争者时,物种会扩
一个种群个体数量的增加将会导致捕食者种群个体数量增加,从而加重了对另一物种的捕食(妨碍)作用,反之亦然。由于通过共同捕食者而相互影响,两个物种可都不受资源短缺的限制,因此称似然竞争。
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捕食:生物摄取其他生物个体(猎物)的全部或部分为食的现象
Lotka-Voterra捕食者-猎物模型
猎物在没有捕食者条件下按指数增长
dN/dt=r1N N- 猎物种群密度,t-时间, r1-猎物的种群增长率。
捕食者在没有猎物条件下按指数减少
dP/dt=-r2P P-捕食者的种群密度, t-时间,r2-捕食者的种群增长率。
当两者共存于一个有限的空间内,捕食者发现和进攻猎物的效率为 ε ,可称为压力常数,即平均每一捕食者捕杀猎物的常数;捕食者利用猎物而转变为更多捕食者的常数为θ,即捕食效率常数。
猎物的种群增长方程:dN/dt=r1N -εPN ...(1)
捕食者的种群增长方程:dP/dt=-r2P +θNP ...(2)
协同进化是指在进化过程中,一个物种的性状作为另一物种性状的反应而进化,而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象。
寄生(parasitism): 一种从另一种生物的体液、组织或已消化物质中获取营养,并对宿主造成危害的情况。
社会性寄生物(social parasites):不通过摄取寄主的组织获益,而是通过强迫寄主提供食物或其他利益面获利。如杜鹃的巢寄生等。
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寄主-寄生物协同进化 寄生物与其寄主间紧密的关联经常会提高彼此相反的进化选择压力,在这种压力下,寄主对寄生反应的进化会提高寄生物的进化变化
名词解释
性状替换(character displacement)适应辐射(adaptive radiation)竞争替代(competitive displacement)领域(territory)与领域行为(territorial behavior)社会行为(social behavior)利他行为(altruism)他感作用(allelopathy) 基础生态位与实际生态位(fundamental niche and realized niche)生态位与生态价(生态幅)(niche and ecological valence) 竞争排斥原理(competitive exclusion principle)协同进化(coevolution)
植物的防御反应(plant defense)
互利共生(mutualism)
问答题
从植物和植食动物的关系入手,阐述协同进化原理。
根据生态位理论,阐述竞争排斥原理。
写出Lotka-Volterra 的种间竞争模型(数学形式),说明其中变量和参数所代表的意义,并评述模型的行为。
写出Lotka-Volterra 的捕食模型(数学形式),并说明其中变量和参数所代表的意义。
阐述下列命题:①捕食者与猎物的协同进化(捕食者和被捕食者的相互适应是长期协同进化的结
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果);②寄生物和宿主的相互适应;③在生物群落中,物种间的竞争可能会导致生态位的分化。
简述两种间相互作用的类型(种间相互作用的实质是什么?两种间相互作用的类型有哪些?探讨寄生、共生形成的机制。)
动物的通讯方式有哪些?
简述社会行为和社会等级的概念,并说明支配-从属关系的基本形式。
食物因子的生态作用?动物食性分化及其生态学意义?
动物集群的生态学意义?
简述社会行为和社会等级的概念,并说明支配-从属关系的基本形式。
第六章
群落(community): 特定空间或特定生境下,生物种群有规律的组合,它们之间以及它们与环境之间彼此影响,相互作用,具有特定的形态结构与营养结构,执行一定的功能,这种多种群的集合称群落。
以生物群落为对象,研究群落的这些特征的生态学分支就是群落生态学(Community Ecology)
群落的基本特征
具有一定的种类组成:物种数和个体数。
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不同物种之间的相互影响:必须共同适应它们所处的无机环境;它们内部的相互关系必须取得协调和发展(种群构成群落的二个条件)。
形成群落环境:定居生物对生活环境的改造结果。
具有一定的结构:形态结构,生态结构,营养结构。
一定的动态特征:季节动态,年际动态,演替与演化.
一定的分布范围:特定的地段或特定的生境。
群落的边界特征:或明确或不明确的边界。
优势种和建群种: 在群落中能有效控制能量流动和物质循环并对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种称为优势种(dominant species),特征:个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积大、生活能力强,即优势度较大的种;植物群落中,处于优势层的优势种称建群种(constructive species)。
亚优势种(subdominant species): 指个体数量与作用都次于优势种,但在决定群落性质和控制群落环境方面仍起着一定作用的物种。
伴生种(companion species):为群落的常见物种,它与优势种相伴存在,但不起主要作用。
偶见种或罕见种(rare species):是那些在群落中出现频率很低的种类,往往是由于种群自身数量稀少的缘故。偶见种可能是偶然的机会由人带入、或伴随着某种条件改变而侵入,也可能是衰退中的残遗种。入侵种?
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密度:单位面积或单位空间内的个体数。一般对乔木、灌木和丛生草本以植株或株丛记数。根茎植物以地上枝条记数。
相对密度:样地内某一物种的个体数占全部物种个体数的百分比。
密度比:某一物种的密度占群落中密度最高的物种密度的百分比
生活型(life form):是生物对综合环境条件长期适应的外部表现形式,是植物对相同环境条件进行趋同适应的结果。
植物的生活型类型(Raunkiaer 生活型系统):
1. 高位芽植物:休眠芽位于距地面25cm以上。
2. 地上芽植物:更新芽位于土壤表面之上,25之下,多为半灌木或草本植物。
3. 地面芽植物:又称浅地下芽植物或半隐芽植物,更新芽位于近地面土层内,冬季地上部分全枯死,即为多年生草本植物。
4. 隐芽植物:更新芽位于较深土层中或水中,多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植物。
5. 一年生植物:以种子越冬。
生长型(growth form):根据植物的可见结构分成的不同类群。生长型反映植物生活的环境条件,相同的环境条件具有相似的生长型,是趋同适应的结果
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陆生植物大体可分为以下5种主要生长型:
1. 树木:在都是高达3m以上的高大木本植物。
2. 藤本植物:木本攀缘植物或藤本植物。
3. 灌木:是较小的木本植物,通常高不及3m。
4. 附生植物:地上部分完全依附在其他植物体上。
5. 草本植物:没有多年生的地上木质茎,包括蕨类、禾草类和阔叶草本植物。
6. 藻菌植物:包括地衣、苔藓等低等植物。
层片的概念
是群落的结构单元,具有一定的生态生物学一致性和一定小环境的种类组合。
分三级:第一级层片是同种的个体组合;第二级层片是同一生活型的不同植物的组合;第三级层片是不同生活型不同种类植物的组合
层片和层的区别
层可能属于一个层片,也可能属于不同的层片;由于一个层的类型可由若干生活型的植物所组成,因此,层片的范围比层的窄。
群落交错区(ecotone)(生态交错区或生态过渡带):两个或多个群落之间的过渡地带。
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边缘效应(edge effect):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这一现象称边缘交应。
边缘效应产生的原因:在群落交错区往往包含两个重叠群落中所有的一些种以及交错区的特在种;群落交错区的环境比较复杂,两类群落中的生物能够通过迁移而交流,能为不同生态类型植物定居,从而为更多的动物提供食物、营巢地隐蔽条件。
边缘效应原理的实践意义:利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积,提高野生动物的产量。人类活动而形成的交错区有的有利,有的是不利的。
同资源种团(集团)(guild): 生物群落中,以同一方式利用共同资源的物种集合,即占据相似生态位的物种集合。
关键种(Keystone species) :生物群落中,处于较高营养级的少数物种,其取食活动对群落的结构产生巨大的影响,称关键种。关键种可以是顶极捕食者,也可以是那些去除后对群落结构产生重大影响的物种。
冗余种(species redundancy):在一些群落中,有些物种是冗余的,它们的去除不会引起生态系统内其他物种的丢失,同时,对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太在的影响。
思考题– 名词解释
群落(community)边缘效应(edge effect)群落交错区(ecotone)优势种与建群种(dominant species and constructive species)香农-威纳指数(Shannon-Weiner index)物种丰富度和均匀度(species richness and evenness)镶嵌群落(mosaic community)关键种(keystone species)
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同资源种团(guild)
1. 群落的基本特征有哪些?(简要说明群落的基本结构与特征)
2. 简述关于群落性质的两种对立的观点。
3. 决定群落物种多样性梯度的因素有哪些?
4. 何谓群落交错区和边缘效应,它们在理论上和实践上有什么意义?
5. 何为同资源种团(guilds),它在生态学研究中有何重要意义?
6. 分析生物群落中植物组分和动物组分垂直结构的特点,并说明其形成原因。
7. 试分析环境的空间异质性对生物群落的结构影响。
8. 不同生物物种必须满足哪些条件才能组合在一起构成生物群落?
9. 说明生物群落的垂直结构和水平结构。
10. 结合“生活型”和“生长型”两个概念,谈谈生物的趋同适应和趋异适应。
第七章
群落演替(community succession):自然群落中,一种群落被另一群落所取代的过程称群落演替。多数群落的演替有一定的方向性,但也有一些群落有周期性的变化,即由一个类型转变为另一个类型,然后又回到原有的类型,称周期性演替,如:石楠→石蕊→熊果→石楠。
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演替系列(succession sere):按顺序发生的一系列群落称演替系列。
先锋种(pioneer species)和先锋群落(pioneer community):演替过程中,最早定居下来的物种称先锋种;演替过程中最初形成具在一定结构和功能的群落称先锋群落。
演替顶极(climax)和顶极群落(climax community):任何一类演替都经过迁移、定居、群聚、竞争、反应、稳定6个阶段,当群落达到与周围环境取得平衡时(物种组合稳定),群落演替渐渐变得缓慢,最后的演替系列阶段称演替顶极;演替最后阶段的群落称顶极群落。
顶极群落:和当地气候条件保持协调和平衡的群落,这个演替的终点为顶极群落。
顶极群落的特征只取决于气候: 给以充分时间,演替过程和群落造成环境的改变将克服地形位置和母质差异的影响。 在一个气候区域内的所有生境中,最后都将是同一的顶极群落。
非正常的顶极群落
亚顶极:达到气候顶极以前的一个相对稳定的演替阶段
偏途顶极:由一种强烈而频繁的干扰因素所引起的相对稳定的群落
先顶极:在一个特定的气候区域内,由于局部气候条件适宜而产生的较优越气候区的顶极
超顶极(后顶极):在一个特定的气候区域内,由于局部气候条件差而产生的稳定群落
偏途顶极(分顶极、干扰顶极):由一种强烈而频繁的干扰因素所引起的相对稳定群落。
顶极-格局假说Whittaker(1953)提出 在任何一个区域内,环境因子都是连续不断变化的,随
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着环境梯度的变化,各种类型的顶极群落,如气候顶极、土壤顶极等,不是截然成离散状态,而是连续变化的,因而形成连续的顶极类型,构成一个顶极连续变化的格局。
格局中分布最广泛的位于格局中心的顶极群落,称为优势顶极,它是最能反映该地区气候特征的顶极群落
Whittaker R H(1974)提出识别顶级群落的方法:
1. 群落中的种群处于稳定状态;
2. 达到演替趋向的最大值,即光合呼吸比接近于1;
3. 与生境的协同性高;
4. 不同形式和时间的干扰导致的不同演替都向类似的顶级群落会聚;
5. 同一区域内具最大的中生性;
6. 占有最成熟的土壤;
7. 在一个气候区内最占优势;
群落内部环境的变化:是由群落本身的生命活动造成的,与外界环境条件的改变没有直接关系;有些情况下,使群落内物种生命活动的结果,为自己创造了不良的居住环境,使原来的群落解体,为其他植物的生存提供了有利条件,从而引起演替。
外界环境条件的变化:群落之外的环境条件如气候、地貌、土壤和火等成为引起演替的重要条件。
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适应对策演替理论(Grime,1989)(Adapting strategy theory)
R—对策种,适应于临时性资源丰富的环境;C—对策种,生存于资源一直处于丰富状态下的生境中,竞争力强,称为竞争种;S—对策种,适用于资源贫瘠的生境,忍耐恶劣环境的能力强,叫做耐胁迫种。Grime(1988)提出,R—C—S对策模型反映了某一地点某一时刻存在的植被是胁迫强度、干扰和竞争之间平衡的结果。该学说认为,次生演替过程中的物种对策格局是有规律的,是可以预测的。一般情况下,先锋种为R—对策,演替中期的多为C—对策,而顶级群落中的种则多为S—对策种。
思考题
名词解释
顶极群落(climax community)群落演替(community succession)演替系列(sere)次生演替(secondary succession)气候顶极(climatic climax)先锋种(pioneer species)和先锋群落( pioneer community )
问答题
1. 群落演替的分类及其主要类型的特点。
2. 试比较单顶极群落学说与多顶极群落学说的差异。
3. 简述群落演替中物种取代机制。
4. 群落演替过程中群落的物种多样性如何变化?
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第八章
中国的植物群落分类系统
植被型组(Vegetation type group) :如草地
植被型(Vegetation type) :如温带草原
(植被亚型Vegetation subtype ):如典型草原
群系组Formation group :如根茎禾草草原
群系Formation :如羊草草原
(亚群系Subformation ):如羊草+丛生禾草草原
群丛组Association group :如羊草+大针茅草原
群丛Association :如羊草+大针茅+柴胡草原
亚群丛(Subassociation
植被分类单位
植被型:最主要的高级分类单位。建群种生活型相同或相似,同时对水热条件、生态关系一致的植物群落联合。
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群系:主要的中级分类单位。建群种或共建种相同的植物群落联合。
群丛:基本单位。层片结构相同,各层片优势种或共优势种相同的植物群落联合。
影响陆地生物群落格局的因素
1. 纬度:决定太阳辐射量从而影响生物群落分布
2. 经度:经度与海陆分布格局有关,决定了陆地受海洋影响不同从而影响群落分布
3. 海拔:海拔影响环境温度和降水量,从而影响群落分布
4.其他:其他如地质地理因素,人为因素等都影响着陆地群落的格局
思考题
1. 什么是直接梯度分析和间接梯度分析(direct gradient analysis and indirect gradient analysis) ?
2. 为什么要进行群落分类?
3. 群落分类和排序有何异同?
第九章
生态系统(ecosystem)的定义:
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由英国植物生态学家A.G.Tansley(1935)提出
指在一定的空间内,生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位,这个生态学功能单位称生态系统。
生态系统的特点:
1. 生态系统是生态学的一个主要结构和功能单位,属于经典生态学研究的最高层次;
2. 生态系统具有自我调节能力;
3. 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能;
4. 生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能量和这些能量在流动过程中的巨大损失,因此,营养级的数目通常不超过5-6个;
5. 生态系统是一个动态系统,要经历一系列发育阶段。
生态系统的组成成分
生产者:自养生物,主要是各种绿色植物,也包括蓝绿藻和一些能进行光合作用的细菌.
消费者:异养生物,主要指以其他生物为食的各种动物,包括植食动物(一级) ,肉食动物(二~四级) ,杂食动物和寄生动物等.
分解者:异养生物,把复杂的有机物分解成简单无机物,包括细菌,真菌,放线菌和动物等
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生态系统的结构:空间结构 时间结构 营养结构
食物链(food chain)和营养级(trophic level):食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系,即物质和能量从植物开始,然后一级一级地转移到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级,指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。
食物链的类型:根据食物链的起点不同,可将其分成两大类:
牧食食物链(grazing food chain):又称捕食食物链,以活的动植物为起点的食物链,如绿色植物,草食动物、各级食肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。
腐食食物链(detrital food chain):又称碎屑食物链,从死亡的有机体或腐屑开始。
食物网 (food web):生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的,它往往是交叉链索,形成复杂的网络结构,此即食物网
食物链和食物网概念的意义
食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体,反映了生态系统中各生物有机体之间的营养位置和相互关系;各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系,保持着生态系统结构和功能的稳定性。生态系统中能量流动物和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的。食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。
林德曼效率:n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比: Le=In+1/In
林得曼定律(十分之一定律):能量沿营养级的移动时,逐级变小,后一营养级只能是前一营养级
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能量的十分之一左右
生态系统的稳定性(stability)(生态平衡):生态系统通过发育和调节达到一种稳定的状态,表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定,当受到外来干扰时,平衡将受到破坏,但只要这种干扰没有超过一定限度,生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。
生态系统稳定性包括了两个方面的含义 :一方面是系统保持现行状态的能力 ,即抗干扰的能力(抵抗力resistance);另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向 ,即受扰后的恢复能力(恢复力resilience)。
生态系统稳定性机制:生态系统具有自我调节的能力,维持自身的稳定性,自然生态系统可以看成是一个控制论系统,因此,负反馈(negative feedback)调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。
生态阈值:生态系统受外界干扰后,自动调节的极限
生态危机:由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡,从而威胁人类的生存
反馈调节:当生态系统某一成分发生变化,它必然引起其他成分出现一系列相应变化,这些变化又反过来影响最初发生变化的那种成分
负反馈:系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化,结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化,使生态系统达到或保持平衡或稳态
正反馈:系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化,反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化,使生态系统远离平衡状态或稳态。如湖泊污染,导致鱼的数量因死亡而减少,由于鱼体腐
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烂,加重湖泊污染并引起更多鱼类的死亡。
思考题
1. 从负反馈机制入手,谈谈生态系统的自我调节功能。
2. 为什么说一个复杂的食物网是使生态系统保持稳定的重要条件?
3. 谈谈你对生态平衡的看法?
第十章
生物生产:是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转,生物有机体在能量代谢过程中,将能量、物质重新组合,形成新的产品的过程,称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。
生态系统中绿色植物通过光合作用,吸收和固定太阳能,从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段,因此,绿色植物的这种生产过程称为初级生产(primary production),或第一性生产。
初级生产以外的生态系统生产,即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢,经过同化作用形成异养生物自身的物质,称为次级生产(secondary production),或第二性生产。
生物量(biomass):某一特定观察时刻,某一空间范围内,现有有机体的量,它可以用单位面积或体积的个体数量、重量(狭义的生物量)或含能量来表示,因此它是一种现存量(standing crop)。
现存的数量以N表示,现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重
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(g·m-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J ·m-2 )。
生产量(production): 是在一定时间阶段中,某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念,即含有速率的概念。有的文献资料中,生产量、生产力(production rate)和生产率(productivity)视为同义语,有的则分别给予明确的定义。
生物量和生产量是不同的概念,前者到某一特定时刻为止,系统所积累下来的生产量,而后者是某一段生态时间内生态系统中积存的生物量。
生态系统中的分解
资源分解的过程:分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。
资源分解的意义:
理论意义:
1. 通过死亡物质的分解,使营养物质再循环,给生产者提供营养物质;
2. 维持大气中二氧化碳的浓度;
3. 稳定和提高土壤有机质含量,为碎屑食物链以后各级生物生产食物;
4. 改善土壤物理性状,改造地球表面惰性物质;
实践意义:粪便处理 污水处理
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分解作用的三个过程
碎化:把尸体分解为颗粒状的碎屑
异化:有机物在酶的作用下,进行生物化学的分解
从聚合体变成单体(如纤维素降解为葡萄糖)
进而成为矿物成分(如葡萄糖降为CO2和H2O)
淋溶:可溶性物质被水淋洗出,完全是物理过程
第十一章
生物地球化学循环(biogeochemical cycle) :矿物元素在生态系统之间的输入和输出,它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环,
生物小循环:环境中元素经生物吸收,在生态系统中被相继利用,然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用
氨化作用:由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物,氨溶水成为NH4+,为植物利用
硝化作用:在通气良好的土壤中,氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,供植物吸收利用
反硝化作用:反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气,回到大气库中
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有毒有害物质循环:对有机体有毒有害物质进入生态系统后,沿着食物链在生物体内富集或被分解的过程
生物积累(bioaccumlation): 指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中,体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。
生物浓缩(bioconcentration): 指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体,从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物,使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象,又称生物富集。
生物放大(biomagnification): 指生态系统的食物链上,高营养级生物以低营养级生物为食,某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。
迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等;
转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用,会发生物理的化学的和生物化学的变化
第12章
草原生态系统的特点
草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物,优势植物以丛生禾本科为主。
垂直结构通常分为三层:草本层、地面层和根层。
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草原退化的主要特征:
1. 群落优势种和结构发生改变;
2. 生产力低下,产草量下降;
3. 草原土壤生态条件发生巨变,出现沙化(sandification)和风暴;
4. 固定沙丘复活、流沙在掩埋草场;
5. 鼠害现象严重;
6. 动植物资源遭破坏,生物多样性下降。
荒漠生态系统(desert ecosystem):是地球上最为干旱的地区,其气候干燥,蒸发强烈。由超旱生的小乔木、灌木和半灌木占优势的生物群落与其周围环境所组成的综合体。有石质、砾质和沙质之分。习惯上称石质、砾质的荒漠为戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobi desert);沙质荒漠为沙漠(sandy desert)。
荒漠生态系统的特征:
1. 生态环境严酷;
2. 荒漠生物群落极为稀少,植被丰富度极低;
3. 植物群落以超旱生小乔木和半木本植物为优势物种;
4. 生态系统生物物种极度贫乏,种群密度稀少,生态系统脆弱;
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荒漠化(desertification):是指在干旱、半干旱地区和一些半湿润地区,生态环境遭到破坏,植被稀少或缺少,土地生产力有明显的衰退或丧失,呈现荒漠或类似荒漠景观的变化过程。我国的荒漠化土地占国土面积的8%。
荒漠化防治对策:加强领导;重视保护濒临荒漠化的生产性地;加强综合整治工作;因地制宜进行治理。
湿地生态系统(wetland ecosystem): 是指地表过湿或常年积水,生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统,它兼有水域和陆地生态系统的特点,具有独特的结构和功能。
湿地生态系统的功能:天然的基因库;潜在资源;净化功能;气候和水文调节等功能。
湿地定义:湿地指不问其天然或人工、永久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,常带有静止或流动、咸水或淡水,半碱水或碱水水体,包括低潮时水深不过6 m的滨岸海域。
湿地保护1971年全球政府间的湿地保护公约《关于特别作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(简称《湿地公约》)诞生;到1999年已有96个国家加入《湿地公约》。我国于1992年正式加入。我国目前已建立各类保护区152处,有7个自然保护区被列为国际重要湿地
思考题
解释名词:荒漠化 湿地
问答题:
1. 简述森林、湿地的生态功能。
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2. 草原生态系统有何特点,如何恢复退化草原?
第十三章
边缘效应指斑块边缘部分由于受外围影响而表现与斑块中心部分不同的生态学特征的现象。斑块中心部分在气象条件、物种组成以及生物地球化学循环方面都可能与其边缘部分不同。许多研究表明,斑块周界部分常常具有较高的物种丰富度和初级生产力。
有些物种需要较稳定的生物条件,往往集中分布在斑块的中心部分,称内部种;而另一些物种适应多变的环境条件,主要分布在斑块边缘部分,则称为边缘种
生物多样性(biodiversity): 生物多样性是生物及其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。它包括数以百万计的动物、植物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与生存环境形成的复杂生态系统。
包括四个层次:遗传多样性(基因多样性)物种多样性 生态系统多样性 景观多样性
生态多样性指数可分为:α多性指数 β多样性指数 γ多样性指数
可持续发展(sustainable development):既能满足当代的需求,又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展
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