环境生态学讲课内容

第一章 绪论1 主要内容环境问题是如何出现的？什么是环境生态学(Environmental Ecology)？为什么要学习环境生态学？环境生态学是如何产生与发展的？2 第一节：环境问题概念与历史回顾 1. 环境问题概念及表现形式 1.1环境问题：指“由于人类活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量下降，以及这种变化反过来对人类的生产、生活和健康的影响问题”。 1.1.1 人类通过生产或生活活动与环境发生联系 人类的生存和发展要占据一定空间 不断从环境中获取物质和能量 人类的新陈代谢和消费活动排放废弃物 环境把所受到的影响反过来作用于人类 1.1.2环境问题的表现 1）生态破坏：人类向环境索取资源的速度超过了资源本身及其替代品的再生速度。主要表现具体方面后 果生态破坏滥伐森林对环境调节的功能下降自然植被的破坏对环境调节的功能下降水土流失、土壤荒漠化不合理的灌溉土壤盐碱化CO2和氟氯烃的排放温室效应、O3层的破坏捕猎、环境破坏物种灭绝速度呈现加速的趋势 2）环境污染：人类向环境排放废弃物的速度超过了环境本身的自净能力。主要表现具体方面原 因环境污染大气污染“三废”排入大气水污染“三废”排入江河湖土壤污染“三废”排入土壤固体废弃物污染来自生产生活噪声污染来自交通、工厂放射性污染来自放射性物质海洋污染“三废”排入海2. 历史回顾2.1 狩猎文明时期 环境问题萌芽阶段2.2 新石器时期 农、牧业 环境破坏2.3 十八世纪后半叶第一次产业革命环境污染&环境破坏(地区性)2.4 十九世纪30年代以后第二次产业革命环境污染&环境破坏(全球性)20世纪重大公害事件20世纪中叶国外8大公害事件 1976a意大利维索化学污染（二恶英） 1930a比利时马斯河谷烟雾事件（数千人/60人） 1978a法国阿摩柯卡油轮泄油 1943a510月美国洛杉矶烟雾事件（6000/10人） 1979a美国三哩岛核电站泄漏 1948a美国多诺拉烟雾事件（6000/10人） 1984a墨西哥油库气体爆炸 1952a伦敦烟雾事件（4000） 1984a印度博帕尔农药泄漏（200000/20000） 1955a日本四日市气喘病事件（500/30） 1985a英国威尔士饮用水污染（酚） 1955a日本富士山骨痛病事件（200） 1986a前苏联切尔诺贝利核电站泄漏（83.4/30万） 1956a日本水俣病（汞中毒）事件（/200） 1986a瑞士莱茵河污染 1968a日本九州米糠油事件（多氯联苯）（100000/10）1988a美国莫农格希拉河污染（油罐爆炸） 1989美国“埃克森-瓦尔迪兹”油轮在阿拉斯加泄漏 环境问题的发展1）环境问题的第一次高潮(20世纪50年代至80年代以前)20世纪50年代，震惊世界的公害事件接连不断。1952年12月的伦敦烟雾事件，1953年至1956年日本的水俣病事件，1961年的四日市哮喘病事件，19551972年的骨痛病事件。其原因是由：人口迅猛增长，都市化加快，工业不断集中和扩大，能源的消耗增大。 2）环境问题的第二次高潮（20世纪80年代以后） 一是全球的大气污染如“温室效应”，臭氧层破坏和酸雨， 二是大面积生态破坏，如大面积森林被毁，草场退化，土壤侵蚀和荒漠化， 三是突发性的严重污染事件迭起。如印度博帕尔农药泄漏事件，苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故，莱因河污染事件等。 造成上述问题的原因，主要有以下3个方面： （1）人类认识的有限性 （2）市场的缺陷 （3）政策失误两次高潮的比较：其一，影响范围不同：第一次高潮主要出现在工业发达国家，重点是局部性、小范围的环境污染问题，如城市、河流、农田等。第二次高潮则是大范围、乃至全球性的环境污染和大面积生态破坏。这些环境问题不仅对某个国家、某个地区造成危害，而且对人类赖以生存的整个地球环境造成危害。这不但包括了经济发达的国家，也包括了众多发展中国家。发展中国家不仅认识到全球性环境问题与自己休戚相关，而且本国面临的诸多环境问题，特别是植被破坏、水土流失和沙漠化等生态恶性循环，是比发达国家的环境污染危害更大、更难解决的环境问题。其二，危害后果不同：第一次高潮人们关心的是环境污染对人体健康的影响，环境污染虽也对经济造成损害，但问题还不突出。第二次高潮不但明显损害人群健康，每分钟因水污染和环境污染而死亡的人数全世界平均达到28人；而且全球性的环境污染和生态破坏已威胁到全人类的生存与发展，阻碍经济的持续发展。其三，污染源不同：第一次高潮的污染来源尚不太复杂，较易通过污染源调查弄清产生环境问题的来龙去脉。只要一个城市、一个工矿区或一个国家下决心，采取措施，污染就可以得到有效地控制。第二次高潮出现的环境问题，污染源和破坏源众多，不但分布广、而且来源杂，既来自人类的经济再生产活动，也来自人类的日常生活活动；既来自发达国家，也来自发展中国家，解决这些环境问题只靠一个国家的努力很难奏效，要靠众多国家、甚至全球人类的共同努力才行，这就极大地增加了解决问题的难度。其四，第一次高潮的“公害事件”与第二次高潮的突发性严重污染事件也不相同。1.3 全球性主要环境问题n 1）全球气候变暖n （2）臭氧层破坏n （3）酸雨n （4）生物多样性减少（物种灭绝）n （5）生态环境破坏n （6）海洋污染第二节：环境生态学研究内容和任务1 生态学定义：生态学是研究生物及其环境之间相互关系的科学。居住对象“生物”、居住地“环境”、“两者关系”的内容n 生物范畴：包括有机体、生物个体、生物群体、生物群落，有动物、植物、微生物及人类本身n 环境范畴：包括无机环境、有机环境；小生境、大环境及整个环境系统；有物理环境要素、化学环境要素、生物环境要素乃至社会环境要素n 关系内容：包括环境因子对生物生长、发育、生存、发展的影响；生物对环境的适应、改造；以及生物(包括人类)处理自身利益与自然关系的“经济”策略。2 生态学的分支学科 随着生态学的发展，生态学的研究领域、研究范围及研究内容不断扩大，形成了庞大的学科体系。在生态系统的不同层次、对于不同的生物类群、环境类型和不同的学科交叉，在不同领域的应用形成了大量的分支学科。(1)按研究对象的生物组织水平，可分为：n 个体生态学(anecology)n 种群生态学(synecology)n 群落生态学(community ecology)n 生态系统生态学(ecosystem ecology)n 景观生态学(landscope ecology)n 区域生态学(regional ecology)n 全球生态学(global ecology)(2) 按生物分类类群，可分为：n 普通生态学(general ecology)n 动物生态学(zoo ecology)n 植物生态学(plant ecology)n 微生物生态学(microbial ecology)n 人类生态学(human ecology) (3) 按生物栖息场所，可分为：n 陆地生态学(terrestrial ecology)：森林生态学，草原生态学，沙漠生态学n 水域生态学(aquatic ecology)：海洋生态学，淡水生态学更具体的划分有：n 热带生态学(tropic ecology)n 湿地生态学(mashy ecology)n 山地生态学(mountainy ecology)等(4) 按生态学与其他科学的交叉，可分为：n 生理生态学(physiological ecology)n 进化生态学(evolutionary ecology)n 分子生态学(molecular ecology)n 数学生态学(mathematical ecology)n 化学生态学(chemical ecology)n 能量生态学(energy ecology)n 地理生态学(geographic ecology)等。(5) 按应用领域划分，可分为：n 农田生态学(farmland ecology)n 渔业生态学(fishery ecology)n 森林生态学(forest ecology)n 草地生态学(grassland ecology)n 城市生态学(urban ecology)n 自然资源生态学(ecology of natural resources)n 生态经济学(ecological economics)n 生态伦理学(ecological ethics)n 污染生态学(pollution ecology)n 环境生态学(environmental ecology3 环境生态学概念1.1 概念1（王翊亭）：“环境生态学是研究污染物在以人类为中心的各个生态系统中的扩散、分配和富集过程等消长规律，以便对环境质量作出评价的科学”。1.2 概念2（金 岚）：“环境生态学是研究人为干扰下生态环境内在变化机理、规律和人类的效应，寻求受损生态系统恢复、重建和保护对策的科学”。1.3概念3（张合平）：“研究人为干扰下，生物与环境间相互关系的科学”。1.4概念4（周 青）：“研究人为干扰下，生命系统与环境间相互关系,寻求人与生命系统互利共生及人与环境和谐发展规律的科学”。区别：人类及活动介入与否是经典生态学与环境生态学的基本分界。目的：维护生物圈正常功能，改善人类生存环并使两者间得到协调发展。任务：运用生态学理论保护和合理利用自然资源，治理污染和破坏的生态环境，恢复和重建生态系统，以满足人类生存发展需要。4. 环境生态学研究内容2.1人为干扰生态系统变化规律和机理 三峡工程（濒危动物，古老生物 区系，盐渍化，沼泽化，土地承 载力，移民） 大兴安岭火灾对植被的影响 除“四害”（鸟亡虫增-时滞效应）2.2 生态系统受损程度判断 渤海湾、太湖赤潮(数学预报模型)2.3 生态系统保护的理论与方法 生态脆弱带保护(西北草地植被， 西南喀斯特地貌)2.4 解决环境问题生态学对策(途径) 流沙治理(宁夏中卫县沙坡头流 沙治理工程学,化学,生态学)第三节：环境生态学的产生与发展1 环境生态学产生背景1.2 在“寂静春天”中醒来环境生态学 孕育20世纪60年代初叶1.2.1环保之母-Rachel Carson (1907-1964) “我发誓珍爱并保护美国肥沃的土地，她巨大的森林和河流，她的野生 生物和矿产，因为这些正是她伟大之所在，力量之源泉”。 蕾切尔.卡逊的自然资源保护誓言1.2.2 SILENT SPRING主要内容：以杀虫剂大量使用造成的污染危害为基本素材，R.卡逊用生态学的原理与方法论证了生机勃勃地春天“寂静”的主要原因；以大量事实指出了环境问题产生的根源；揭示了人类生产活动与春天“寂静” 间的内在机制；阐述了人类同大气、海燕、河流、土壤及生物之间的密切关系；批评了“控制自然”这种妄自尊大的思想。她指出了问题的症结：“不是敌人的活动使这个受害的世界的生命无法复生，而是人们自己使自己受害”。1.3 1987年Freedman Bill发表了第一部详细的综合教科书Environmental Ecology，其主要内容包括空气污染、有毒元素、酸化、森林衰减、油污染、淡水富营养化和杀虫剂等。2. 环境生态学发展2.1内容发展 生态系统功能影响 受害生态系统恢复与重建 生态工程理论与实践2.2尺度变化 个体、种群、群落转向生态系统与 景观 单因子影响转向复合因子效应 生物资源保护由区域转向生物圈3 环境生态学研究的总体原则3.1整体观对结构而言3.2综合观对因子而言3.3层次观对生命单元(组建水平)而言3.4系统观对层次而言3.5进化观对时空而言思考题1.何为环境问题，环境问题有哪些表现形式？ 2.怎样理解环境质量恶化是个渐变过程，在不同历史阶段有哪些主要特征？3.何为环境生态学，研究目的和任务？4.举例说明境生态学研究主要内容。5.简述环境生态学的发展趋势。第二章：环境与生物第一节：环境与生态因子 1 环境的含义与概念1.1含义：环境是主体以外，围绕主体的客观事物总和。环境是相对主体而言的。1.2概念:中华人民共和国环境保护法所指环境是“环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体,它包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”.可以是科学研究主体，也是抽象哲学概念。2. 环境分类2.1按照环境的主体分为： 生态环境 人类环境2.2按照环境的作用性质分为： 自然环境 半自然环境(被人类破坏后的自然环境) 社会环境2.3按照环境的涉及范围大小分为： 宇宙环境 地球环境 区域环境 微环 境 内环境(机体内细胞生活的环境)2.4按照环境与人类距离远近分为： 聚落环境(人类有意识地开发利用和改造自然而创造出来的生存环境),地理环境,地质环境,星际环境3 生态因子与生态环境3.1 生态因子(ecological factor)和生存条件：环境中作用于生物的任何成分或条件称为生态因子，而生物所必需的、与之密不可分的生态因子则称为生存条件。3.2 生态环境：影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量的总称，是关 系到社会和经济持续发展的复合生态系统。3.3 生态因子的类型3.3.1按环境主体 气候因子（climate factors） 土壤因子（edaphic factors） 地形因子（topographic factors） 生物因子（biotic factors） 人为因子（anthropogenic factors）3.3.2按作用方式 直接因子 间接因子3.3.3按因子稳定性 （,1958）根据生态因子稳定性与生物适应情况; 稳定因子地磁、地心引力和太阳辐射常数等 变动因子（周期性变动因子四季变化和潮汐涨落；非周期性变动因子风,雹,火,人为,生物。4. 生态因子作用规律4.1 Liebigs Law of the Minimum (李比希最小因子定律)n 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。n 应用中需注意的问题 定律成立条件：该定律只能严格适用稳定状态，即能量和物质的流入和流出是出于平衡的情况 注意：生态因子间的替代作用n 系统论中的“木桶原理”4.2 Blackmans Law of the Limiting Factorsn 限制因子(Limiting Factors):对生物的生存、生长、繁殖或耗散等起限制作用的因子。n 任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。n 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，该因子对生物具有限制性影响。n 同种生态因子对不同生物来说并非同等重要4.3 Shelfords Law of Tolerance每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。任何生态因子在数量上或质量上不足或过多，即超出某种生物的生态幅时，都会影响该种生物的生存和分布。生物对各生态因子耐受性之间的相互关系n 对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用n 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离耐受定律的发展n 生物对不同生态因子的耐受范围不同，不同年龄、季节、栖息地等同种生物对生态因子的耐受性不同n 对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广n 个体发育的不同阶段，对生态因子的耐受限度不同n 不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同n 某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其它生态因子的耐受限度也下降。生物对生态因子耐受限度的调整n 驯化：实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization) 驯化(acclimation/acclimatization) ：生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。 驯化的应用：植物的引种栽培n 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。 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。 大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。n 适应：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。5. 生态因子作用的特征5.1 综合性： 每一生态因子都是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的任何一个因子的改变都会在不同程度上引起其他因子的变化。例如光照强度变化必然会引起大气和土壤温度与湿度的改变，体现为生态因子综合作用。5.2 非等价性（主导因子）： 对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中必有12个是起主要作用的主导因子。主导因子改变常会引起许多其他因子发生明显变化,或使生物的生长发育发生明显变化，如光周期现象中的日照长度和植物春化阶段低温因子就是主导因子。5.3 阶段性（限定性）： 生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。因此某一生态因子的有益作用常常只限于生物生长发育的某一特定阶段。例如，低温对某些植物春化阶段是必不可少的，但在其后生长阶段是有害的；许多昆虫的幼虫和成虫生活在完全不同的生境中，因此它们对生态因子要求差异极大。5.4 直、间性： 在进行生态因子作用分析时，还需注意的一点是分清因子作用方式是直接作用，还是间接作用。如我国四川省境内的二郎山，同一山体东西两坡植被类型迥然不同。研究表明，是地形与高程温度变化因子引起的水分空间分布差异造成的。5.5 不可替代性与可调剂性（互补性）： 生态因子虽非等价，但均不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子替代。但某一因子数量不足，有时可以靠另一因子的加强而得到调剂和补偿。例如光强减弱引起的光合作用下降可以靠二氧化碳的增加得到补偿，钙的匮乏可以增加镧而缓解。第二节 主要环境因子的生态作用生物与主要生态因子的关系n 生物与光的关系n 生物与水的关系n 生物与温度的关系1. 生物与光的关系光的生态作用1.1 光的性质与变化1.1.1 光的性质1.1.2影响光照因素1.1.3光作用形式光强、光质、光周期（W.W Garner & H.A ALLARD,1921。植物测时)1.2 光强度变化对植物的影响植物光合作用率在光补偿点 附近与光强度成正比，但达光饱和点后, 不随光强增加。n 水生生物 水生植物在水中的分布与光照强度有关。n 陆生生物 对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。n 阳性植物(cheliophytes)、阴性植物(sciophytes)和耐阴性植物(shade plant)：阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；阴性植物对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。1.3 光质变化对植物的影响n 海洋植物 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:n 海水表层植物色素吸收蓝、红光；n 深水植物光合色素有效地利用绿光。n 高山植物 对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。1.4 光的周期性变化对生物的生态作用n 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。n 植物光周期现象 对繁殖(开花)的影响：区分为长日照植物和短日照植物。n 长日照植物(long-day plants)和短日照植物(short-day plants) ：日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物；日照短于一定数值才开花的植物称短日照植物，一般需要较长的黑暗才能开花。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。1.2. 光对植物生态作用1.2.1 影响代谢1.2.1.1光合作用 原初能量 元件合成（CHLCP，CP， 基粒 堆砌）， 碳素同化（RUBPcase活化） 气孔运动(启闭，CO2扩散速率)1.2.1.2 蒸腾作用 气孔行为 w1.2.1.3 影响品质1.2.2 形态建成 “由光控制的植物生长与分化过程”.1.2.2.1 种子萌发 Kinzel&Toole报道，迄今发现814种植物种子需光萌发，多是体积微小的种子。1.2.2.2 茎、叶生长1.2.2.3 开花、运动1.2.2.4 休眠1.2.2.5光周期植物测时1.2.3 UV RADIATION 2. 生物与水的关系水的生态作2.1. 水形态变化与分布规律2.1.1水形态与变化2.1.1.1气态水2.1.1.2液态水2.1.1.3固态水2.1.2降水分布2.2. 植物与水的关系2.2.1 植物对水生态作用2.2.1.1影响种子萌发2.2.1.2影响根系生长2.2.1.3影响产品质量2.2.1.4影响繁殖2.2.1.5影响分布2.2.2 植物水分生态型2.2.2.1水生植物对水分战略适应适应方式 有发达的通气组织； 机械组织不发达或退化； 叶片薄而长，以增加光合和吸收营养物质的面积。生态类型沉水植物；浮水植物； 挺水植物2.2.2.2陆生植物对水分战术适应形态适应： 发达的根系； 叶面小； 单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲； 具有发达的贮水组织。生理适应： 水分运输的动力； 原生质的渗透浓度高。生态类型 湿生植物 中生植物 旱生植物3. 生物与温度关系温度生态作用 3.1 温度对生物的作用 温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速度与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮 温度与生物发育：温度与生物发育最普通的规律是有效积温。 温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化。 温度与生物分布：许多植物的分布范围与温度区相关有效积温法则及其意义n 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，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，因此可用公式：NT=K表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：N(T-C)=K，T=C+K/N，其中，N为发育历期，即生长发育所需时间；T为发育期间的平均温度；C是发育起点温度，又称生物学零度；K是总积温(常数)。n 有效积温法则的意义n 预测生物发生的世代数；n 预测生物地理分布的北界；n 预测害虫来年的发生程历；n 制定农业气候区划，合理安排作物；n 应用积温预报农时。极端温度对生物的影响n 低温对生物的影响：当温度低于临界(下限)温度时，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。n 高温对生物的影响：当温度超过临界(上限)温度时，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水分平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。生物对极端温度的适应n 生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理、行为的适应n 生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态、生理、行为的适应生物对低温的适应n 形态上的适应芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小n 生理上的适应减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极低植物）n 行为上的适应休眠生物对高温的适应n 形态上的适应密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的栓层，绝热n 生理上的适应降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光n 行为上的适应关闭气孔n思考题n 极端温度对生物有何影响？举例说明生物对极端温度的适应n 旱生植物是通过哪些机制适应干旱环境的？n 以土壤为主导因子的植物生态类型有哪些？第三章：种群生态学 第一节：种群的基本概念1. 概念与含义1.1概念种群：在一定时间内占据一定空间的同种生物个体的集合体。 种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。1.2含义 空间含义 时间含义1.3区别种群和种(物种)的概念 种是能够相互配育的自然种群的类群.不同种之间存在生殖隔离现象.是一个分类阶元. *一个物种可以包括许多种群; *不同种群之间存在明显的地理隔离,长期隔离有可能发展为不同亚种,甚至产生新的物种. 2. 种群在自然界与生态学研究中地位2.1在自然界的地位2.2在生态学中地位种群是构成物种的基本单位,也是构成群落的基本单位(组成成分)3 种群生态学3.1种群生态学 研究种群内个体间、种群与环境间相互关系的科学。3.2研究内容 定量地研究种群的出生率、死亡率、迁入迁出率；了解影响种群波动的因素及种群存在、发生规律;了解种群波动所围绕的平均密度及种群衰落、灭绝的原因; 目的: 调控种群第二节：种群基本特征 1. 种群分布型n 2.1 概念种群在一个地区的分布方式，即个体的空间配置或种群在一定空间的个体扩散分布形式. n 2.2 类型2.2.1随机分布概念 每一个体在种群领域中各个点上出现的机会是相等的，并且某一个体的存在不影响其他个体的分布. 随机分布比较少见，如森林底层的某些无脊椎动物n 2.2.2均匀分布 概念 个体间的距离比随机分布更为一致.可看作是随机分布的特例。 根本原因：种内斗争与最大限度利用资源间的平衡。n 2.2.3集群分布 概念个体呈疏松不均匀的分布. 又称聚集分布. 是最常见的类型. 成因： 环境资源分布不均匀富饶与贫乏相嵌； 植物传播种子方式使其以母株为扩散中心； 动物的社会行为使其结合成群。 2.种群密度1.1 概念及表示方法1.1.1概念 单位面积或单位体积内某种群的个体数目. 1.1.2 分类 绝对密度和相对密度 1.1.3意义 密度是种群最基本的参数, 也是种群重要的参数之一. 种群密度的高低取决于环境中可利用的物质和能量的多少、种群对物质和能量的利用效率的高低、生物种群营养级的高低及种群本身的生物学特性(如同化能力高低等).2.3 数学判断2.3.1模型 空间分布指数(Index of Dispersion) 邻体最小距离(Nearest Neighbor Distance)2.4 研究种群分布型意义 抽样设计方案 数据处理 扩散行为3 出生率和死亡率n 3.1 出生率（NATALITY）3.1.1出生率：单位时间内种群产生新个体占总个体数的比例。3.1.2最大出生率（MAXIMUM NATALITY）概念在理想条件下种群的最高出生率（生理出生率）.3.1.3实际出生率 概念在一定时期内,种群在特定条件下实际出生率. (生态出生率)3.1.4单位以千分比（%0）表示特定年龄出生率表示以每雌体出生率表示3.2影响出生率的因素a.性成熟速度; b.每次产仔数; c.每年生殖次数; d.生殖年龄的长短.3.3 死亡率(Mortality)3.3.1 最小死亡率(Minimum Mortality)在最适条件下所有个体都因衰老而死亡。3.3.2实际死亡率(Realized Mortality)在一定条件下的实际死亡个体数目.许多个体死于各种生物或非生物影响的因素，如饥饿、疾病、竞争、被捕食、被寄生、恶劣的气候或意外事故等。 3.3.3单位 以%0表示 特定年龄死亡率表示4. 迁入与迁出出生率（B）、死亡率（D）、迁入（ I ）和迁出（E）是作为种群统计的最基本参数。Nt+1 = Nt + B + I - D E当种群数量在开始时一定时，种群数量由出生率、死亡率、迁入和迁出决定。5 年龄结构(AGE STRUCTURE&AGE DISTRIBUTION)n 5.1 概念： 种群内个体的年龄分布状况，即各年龄或年龄组的个体数占整个种群个体总数的百分比。 又称“种群年龄结构”、“年龄比”或“年龄分布”。按年龄构成可将种群进一步分为“同龄种群”和“异龄种群”。n 5.2 结构5.2.1划分繁殖前期，繁殖期，繁殖后期 5.2.2类型 增长种群(Expanding Population) 稳定种群(Stable Population) 衰退种群(Diminishing Population)6 性比（SEX RATIO6.1 概念反映自然种群内个体比率6.2 变律6.3 变因6.3.1遗传6.3.2生理6.3.3行为6.3.4环境7 内禀增长率(Innate Rate of Increase, rm)n 概念:具有稳定年龄结构的种群，在食物与空间不受限制、同种其他个体的密度维持在最适水平、环境中没有天敌、并在某一特定的温度、湿度、光照和食物性质的环境条件组配下，种群的最大瞬时增长率。 n 条件：最佳温湿组合，充足高质量食物，无限空间，最佳种群密度，排除其它生物的有害影响。n 模型: rm= ln(R0)/T7.3 参数含义n 模型: rm= ln(R0)/T7.3.1世代净增殖率(R0) 概念：每过一个世代种群数量增长倍数。 种群变化信息:R01, R01, R01 7.3.2 世代时间(T) 概念：种群中子代从出生到产子这一过程的平均时间。7.4 rm生态学意义 从整体上判断种群动态 作为r的背景值 环境评价指标 人口控制实践的依据第三节：种群增长规律(模型)种群增长目的和内容:认识种群数量上的动态,用数学模型加以描述,进而分析其数量变动规律,预测未来数量动态趋势.意义：种群增长规律是种群生态学研究核心之一，已从过去的定性描述发展到今天的运用数学模型精确定量乃至预测种群变化规律。这是种群生态学走向成熟标志.用数学模型研究种群变化的优点在于，种群增长本身是一些统计学问题，数学语言精炼、准确。需要明确的是模型只是认识规律的手段，我们感兴趣的不是模型的细节(推导过程)，而是其结构，即哪些因素决定了种群数量大小，哪些因素决定了种群对自然和人为干扰的反应速度等。否则就会发生只见“数目”，不见“生林”遗憾。自然种群的增长规律:按种群增长环境-无限增长&有限增长;按种群增长方式-离散增长(几何增长) &连续增长(指数增长).可归纳为2种形式，即指数增长也称“非密度制约性增长”(DENSITY-INDEPENDENT GROWTH)和逻辑斯蒂增长(LOGISTIC GROWTH),可用3个数学模型来描述。1种群的指数增长规律n 概念：在无限环境(环境中的空间、食物等资源是无限的)中,因种群不受任何限制因子制约,种群内禀增长率得以表达，种群数量呈指数式增长格局,称“种群指数增长规律”。又因其种群增长不受自身密度制约,也称“非密度制约性增长” (DENSITY-INDEPENDENT GROWTH)。n 如自然界细菌增殖,赤潮,昆虫数量爆发,冬原旅鼠增长乃至人类在某一历史阶段增长等。1.1 世代不相重叠种群的离散增长规律1.1.1模型假设(约束条件) 种群增长是无界的,即种群在无限 环境中生长,不受空间与资源等因 素限制； 世代不重叠(一年生植物或一化性 昆虫),增长是不连续的(1年只有1 个繁殖季节)或称离散的； 种群无迁入迁出(生境彼此隔离)； 种群无年龄结构(繁殖期)。1.1.2数学模型 世代不重叠种群的离散增长模型,通常是把世代t+1的种群Nt+1与世代t的种群Nt联系起来的差分方程： Nt+1=Nt 或 Nt=Not式中参数的生态学含义：N种群大小，t时间，周限增长率(整个种群经历1个世代增长率，或种群经历一个世代后的倍数)。1.1.3 模型生态学含义n 计算离散种群增长率或种群大小 如一年生生物种群(世代间隔为1年),第一年有10个体(N1=10),第二年为200个,第四年为多少？解：= N1/N2=20, N4 = 10203=80000(个)判断种群所处环境了解种群动态1 种群增长。=1 种群稳定，且恰好自身更新。01 种群下降。=0 雌体无生殖，种群灭亡。 1.2 世代重叠种群的连续增长规律n 1.2.1模型假设（约束条件） 种群增长是无界的，即种群在无 限环境中生长，不受空间与资源 等因素限制（称“J”型增长）； 世代重叠，增长是连续的（如昆 虫，人，兽类）； 种群无迁入迁出(生境彼此隔离)； 种群无年龄结构(繁殖期)。1.1.2数学模型 如果种群世代重叠,种群数量以连续的方式改变,常用微分方程描述： dN/dt=rN , 其积分式为 Nt=No e rt式中参数的生态学含义：N种群大小，e自然对数的底t时间，r种群瞬时增长率r =(lnNt-lnNo)/t或称“每员增长率”(PER CAPITA GROWTH RATE)。1.2.3模型生态学含义n 计算连续增长种群在任意时刻的大小或种群瞬时增长率（r）例1：如一初始种群No=100，r=0.5 /a ，3年后的种群数量是多少？解：Nt =Noert , Nt=100e0.53 Nt=448(个)例2：1949年我国人口5.4亿，1978年9.5亿，求29年来人口增长率。 解：r =(lnNt lnNo)/t r =(ln9.5-ln5.4)/(1978-1949), r =0.0195/人a 自然增长率为19.5%0，即平均每1000人每年增加19.5人。再求周限增长率： = e r= e 0.0195=1.0196/a 即每一年是前一年的1.0196倍。 n 进行种群预测人口预测中，常用人口加倍时间（DOUBLING TIME）的概念。 Nt=No e rt Nt/No= e rt 所谓人口加倍, 即Nt/No=2, 2= e rt ln2=rt t=ln2/r=0.6931/0.019535a解放后中国人口加倍时间约为35年。n 判断种群所处环境n 了解种群动态：r1 种群增长。r=0 种群稳定，且恰好自身更新。r0 种群下降。r= 雌体无生殖，种群灭亡。2种群LOGISTIC GROWTHn 概念：在自然状态下，种群增长的环境与资源是有限的，种群增长是受自身密度制约的。将“种群在有限环境中的连续增长，称为逻辑斯蒂增长（LOGISTIC GROWTH）”，或“密度制约性增长”（DENSITY-DEPENDENT GROWTH），或“阻滞增长”（BLOCK GROWTH），或“S”型增长。2.1模型假设（约束条件）种群增长是有界的，即存在一个环境容纳量或环境负荷(CARRYING CAPACITY),以“K”表示。当种群大小达到K值时,种群增长率为0 (dN/dt=0)；影响种群增长率的是简单密度效应，即种群每增加1个体，增加1/K阻力(利用或减少1/K空间)，若种群有N个个体，就利用N/K的空间，可供利用的剩余空间为(1-N/K)了；种群密度增加对其增长率的降低效应是立即发生的，无时滞(TIMELAG)；种群无迁入迁出(生境彼此隔离)；种群无年龄结构(同龄种群)。2.2数学模型微分式：dN/dt= rN (K-N)/K 积分式：Nt=K/1+ea-rt式中参数的生态学含义N种群大小，t时间，r种群瞬时增长率(种群每雌瞬时增长率),a积分常数 ( a=ln(K/Nt-1，t=0 )，其值取决于No表示S曲线始端距圆点的距离，K环境容纳量环境负荷量，平衡密度(STABLE EQUILIBRIUM DENSITY)，渐进线。2.3 模型生态学含义2.3.1计算有限空间中连续增长种群的种群瞬时增长率(r)2.3.2判断种群增长的环境余额(1-N/K )逻辑斯蒂微分方程同指数方程的基本结构是相同的，只是增加了一个修正项，即逻辑斯蒂系数(1-N/K)。指数方程描述的是种群在无限环境中增长，即供种群增长(利用)的环境资源是无限的。(1-N/K ) 的生态学含义是：种群尚可利用的“剩余空间(空间余额)”(Residual Space)，或“未利用的增长机会”(Unutilierd Opportunity for Growth)，或“剩余的环境负荷”(Residual Carrying Capacity)。2.3.3了解种群动态 由逻辑斯蒂系数(1-N/K )中的两个参数N与K，可判断种群变化方向：NK, (1-N/K ) = - , 种群数量，种群数量平衡密度(渐进线)NK, (1-N/K )=+，种群数量，种群数量平衡密度(渐进线)NK, (1-N/K ) =0，种群数量不变， 种群数量平衡密度(渐进线)2.3.4 表征环境阻力 由逻辑斯蒂系数(1-N/K )知，种群每增加一个个体，其环境抑制效应定量增加1/K（或环境负荷量减少1/K）。所以，将“环境对种群增长的定量抑制效应，称环境阻力（CROWDING EFFECT）”。当(1-N/K ) 1，环境阻力最小；(1-N/K ) 0，环境阻力大；(1-N/K ) 0，环境阻力最大。2.4 对模型的评价 生活