[林学]Ecology1General.ppt

生 态 学 Ecology,王国祥 博士 南京师范大学地理科学学院 Email: Tel: 83598212 ex 11; 85889693,生态学及其形成与发展,定义：生态学(Ecology)是研究生物与环境相互关系的科学. 词义：Ecology: oikos（住所，栖息地）； Ecology and economics: Ecology as the economy of nature. 概念的发展： 生态学是研究生态系统的结构和功能的科学(E. P. Odum, 1956) 生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学（科学与社会的桥梁）(E. P. Odum, 1997) 生态学是研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学（马世骏，1980）,生态学的形成与发展,生态学的萌芽时期：公元16世纪前，朴素的自然观； 生态学的建立时期：公元1719世纪,生态因子对生物分布及生长的影响研究,生物地理学; 生态学的巩固时期：20世纪初至20世纪50年代，动物生态学、植物生态学、种群生态学、群落生态学等； 现代生态学时期：20世纪60年以后，人口、资源及环境问题的出现，推动了生态学的发展,从生态学鼻祖Odum的两部代表著作看生态学的发展 Ecology: One link between the natural and social science, E. P. Odum, 1975 Ecology: A bridge between science and society, E. P. Odum, 1997,生态学的研究对象及其分支学科,(1) 按照生物组织层次的分支学科,Molecular ecology; Evolution ecology,Autecology; Physiological ecology,Population ecology,Community ecology,Ecosystem ecology,Landscape ecology,Global ecology,(2) 按照生物类型的分支学科 Animal ecology; Plant ecology; Microbial ecology; Human ecology; (3) 按照栖息地类型的分支学科 Freshwater ecology; Marine ecology; Estuary ecology; Terrestrial ecology; Forest ecology; Desert ecology; Grassland ecology; Wetland ecology; (4) 生态学与其他学科相互渗透交叉的分支学科 Mathematical ecology; Chemical ecology; economical ecology; Geographic ecology; (5) 应用生态学(applied ecology) Agro-ecology; Resource ecology; Pollution ecology; Fishery ecology; ecology of wildlife; Urban ecology; Ecological engineering.,1 生态因子(ecological factors),1.1 生态因子：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。 1.2 生态因子分类： 生物因子（biotic factors) 动物(animals) 植物(plants)、 微生物 (microbes)等 非生物因子(abiotic factors) 条件因子：温度、湿度、pH； 资源因子：营养物、水、光照等。,1.3 生态因子的作用方式 （1）环境与生物的相互作用 作用(action)：环境的非生物因子对生物有机体的影响，一般称为作用。 反作用(reaction)：生物对环境的改造、改变等作用，一般称为反作用。 （2）生物间的相互作用 种内关系：密度效应、动植物的性行为、他感作用； 种间关系：竞争、捕食和被捕食、寄生、互利共生、相生相克,1.1.2 生态因子(ecological factors),生物种间相互关系基本类型,1.4 生态因子作用的一般特征： 综合作用 主导因子作用 直接和间接作用 阶段性作用 因子补偿作用,1.5 生态因子的限制作用,限制因子(Limiting factors): 生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生存和繁殖的关键性因子称为限制因子。 利比希“最小因子定律” (Liebigs “Law of minimum): 植物的生长取决于处在最小状况的食物的量。 谢尔福德“耐受限定律” (Shelfords “Law of tolerance”): 任何一个生态因子在数量和质量上的不足或者过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时，就会使该生物衰退或不能生存。,1.1.2 生态因子(ecological factors),限制因子作用示意图,1. 2 生态因子(ecological factors),生态因子的作用,耐受限图解,生态幅(耐受力、耐受幅、生态价),生态幅(ecological amplitude)：每一个种对环境因子适应范围的大小即生态幅，亦称生态价(ecological valance).,1.6 环境因子对生物的影响,胁迫(stress)：环境中某种因子出现异常，并抑制植物生命活动或威胁生存，这种现象称为环境胁迫. 干扰(disturbance): 干扰是自然界的普遍现象，是指各种生态因子破坏了部分或全部的植物个体、种群乃至群落正常生命过程。,1.7 生物对生态环境的适应,适应(adaptation): 一种植物在某类生境中能够正常生活繁衍后代的现象称为适应。 生态类群：多种不同的植物，对某一生态因子（如生理、形态、结构以及物候等）,具有相似需求性和耐受力,表现出比较一致的适应性特征. 生态型(ecotype): 分布在不同地域的同一种群，适应于分布区内各个部分的局部条件，而出现某些生理、形态上的差异，称为生态型，也称生态差型(ecocline)，以表示种内生态属性的连续性变化。 恢复(restoration): 使受干扰的生物及其群落回到最初状态或未受损伤、完善的健康状态。 恢复力(resilience)和抵抗力(resistance)：恢复力指群落在受到外界干扰后回到原来状态的能力；抵抗力指群落免受外界干扰而保持原状的能力。,1.8 气候因子的生态作用（光照、温度）,1.8.1 光因子的生态作用及植物的适应 (1) 光强的生态作用与生物的适应 （a ）光强对光合作用的影响 光补偿点(light compensation point)； 光饱和点(light saturation point)。 黄化现象(etiolation phenomenon)：植物因受光不足，不能形成叶绿素而呈现黄色、机械组织不发达、茎细软、伸长较快、叶子不舒展的现象。某些植物的黄化后具有较高的经济价值，如豆芽、韭黄、石刁柏等。,光饱和点,光补偿点,净光合作用,真正的光合作用,光照强度对光合作用的影响,根据需光度(light requirement)，植物的生态型分为,阳生植物(heliophyte,喜阳植物heliophyllus) 适应性特点：叶一般小而厚，枝叶稀疏、树冠透光、枝下高较高。 光补偿点相当于全光照的3%5%。 如：蒲公英、杨、柳、桦、松、杉和栓皮栎。 阴地植物(sciophyte,喜阴植物、适阴植物sciophiles) 适应性特点：叶一般大而薄，枝叶浓密、枝下高较矮。 光补偿点相当于全光照的0.5%1%。 如：人参、三七、半夏、细辛、铁杉、观音座莲、山酢浆草、连钱草、紫果云杉、红豆杉。,光饱和点,光补偿点,净光合作用,真正的光合作用,光饱和点,净光合作用,真正的光合作用,阳地植物,阴地植物,（b ）影响光强的环境因素,纬度 天气 地形（山地的阴坡、阳坡）； 植被（高大植物、森林植物顶冠层的遮光）； 水体（光在水体中的衰减、水体消光系数、光补偿深度等）,(2) 光质的生态作用与生物的适应,（a ）生理有效辐射：植物光合作用利用的光谱范围在可见光区（380760 nm）大部分波段的光，这部分辐射称为生理有效辐射。 红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素合成有促进作用，糖的合成； 蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，促进蛋白质合成； （b ）生理无效辐射：绿光等很少被植物吸收利用的辐射。,影响光质的主要因素,海拔高度 空气湿度 大气中的尘埃 臭氧层 植物顶冠层,(3) 光周期的生态作用及植物的适应,（a ）光周期：昼夜节律、季节节律 光周期现象：受光照和黑夜时间长短变化所制约，植物的各种生理活动依次有规律出现的现象。 （b ）植物对光周期的适应 长日照植物： 短日照植物： 中日性植物： 中间性植物： （c ）影响光周期的因素 由于地球的自转和公转规律恒定，因此，光周期是地球上最严格和最稳定的周期性变化现象。 季节 纬度,1.8.2 温度的生态作用及生物的适应,(1) 温度对生物生理过程的影响 对光合作用、植物酶活力等地影响 (2) 温度对生物生长发育的影响 温度对生物生长的影响 温度对生物发育的影响 (3) 极端温度与生物的适应 对低温的适应：生理上、形态上 对高温的适应：生理上、形态上,（4） 温度与植物的地理分布,在全球范围内的区域分布（水平分布）： 热带雨林 亚热带常绿阔叶林、常绿硬叶林 温带夏绿阔叶林、寒温性针叶林及草原 寒带苔原 在山区垂直分布 山地常绿阔叶林 山地常绿、夏绿阔叶混交林 山地夏绿阔叶林 山地针阔叶混交林 亚高山针叶林 高山矮林带 亚高山草甸 高山灌丛带 高山草甸 山地苔原,1.8.3 水的生态作用及生物的适应,(1) 水的生态作用 (a) 水是生物生存的重要条件 (b) 水对植物生长发育的影响 (2) 陆生植物的水分平衡 植物吸收水分 蒸腾作用(transpiration)：水分以气体状态通过植物表面（主要是叶子）蒸发散溢到体外的现象。蒸腾作用可以促进植物对水分的吸收和运转，降低植物的体温，促进营养盐的运转和分布。土壤供水适宜、通气好、光照强、温度高、风速大，都能促进蒸腾作用。,(3) 植物对水的适应,(a) 陆生植物 湿生植物、中生植物、旱生植物 (b) 水生植物 水生植物的适应性特征： 通气组织发达，以保证各器官对氧气的需求； 机械组织不发达甚至退化，适应于水流，以增强植物的弹性和抗扭曲能力； 水下叶片多分裂为带状、线状，而且叶片很薄（有的甚至仅一层细胞），以增加吸收阳光、无机营养盐和CO2的叶面积。 (c) 水生植物类型： 沉水植物(submerged plant);浮叶植物(leaf-floating plant), 漂浮植物(floating plant); 挺水植物(emergent plant),1.8.4 土壤的生态作用及植物的适应,(1) 土壤的生态作用 (a) 土壤的特性： 土壤是岩石圈表面能够生长动植物的疏松表层，是陆生生物生活的基质，它提供生物生活所必须的矿物元素和水分。,矿物质38,有机质12,土壤水分1535,土壤空气1535,植物生长期水分涨落,孔隙,土壤组成成分（图中数字为容积比，）,(b) 土壤的生态作用,土壤是植物的立足点； 土壤向植物提供全部水分； 土壤向植物提供营养物，土壤的理化性质影响着植物对营养盐物的吸收利用；,(c ) 土壤养分循环的生态学意义,植物光合作用生成的碳水化合物，只有与氮结合，组成各种生活氨基酸、蛋白质及核酸，植物才能旺盛生长并进