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生态学总结,侯继华 Houjihua,北京林业大学林学院,考试安排,平时成绩 30 课堂、课后作业 期末考试 70 闭卷考试 理论基础知识 填空（20分，20 空） 概念（20分，10 题） 简答（30分，5 题） 论述（30分，3题选2）,什么是生态学,生态学发展历史,现代生态学时期 20世纪60年代现在,生态学的知识积累及萌芽时期 16世纪以前,生态学的建立时期 17世纪19世纪末,生态学的巩固及发展时期 20世纪初20世纪50年代,全球变化 生物多样性 生态系统可持续性,英美学派 法-瑞学派 北欧学派 前苏联学派,Scales of Ecological Investigation: organism to globe,生态学的组织层次,生态系统： 能量流动和物质循环,种群： 种群动态 进化的单位,群落： 种群间的相互关系,生物体： 存活和繁殖 自然选择的单位,生物圈： 全球过程,生态学,环境：是某一特定生物个体或生物群体周围的空间，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：环境要素中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。 生存因子：在生态因子中，对生物生存不能缺少的环境要素，也称为生存条件。 生境（Habitat）：所有的生态因子构成生物的生态环境，特定生物体或群体的栖息地的生态环境称为。,环 境,生 物,生态学,1 个体生态学 ,环 境,生 物,生态学,生态因子作用的特点,综合性 非等价性（主导因子作用） 因子作用的阶段性 不可替代性和互补性 直接性和间接性,环 境,生 物,生态学,环 境,生 物,生态学,适应，影响,趋异适应与生态型 ecotype,趋异适应是指同一种生物长期生长在不同的环境条件下，如某一特定气候或土壤条件，可能出现不同的形态结构和生理特性的类型，这些特性常具有适应的性质。 植物生态型指同一物种内因适应不同生境而表现出具有一定结构或功能差异的不同类群。,趋同适应和生活型,趋同适应：自然界中，亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同的气候或其它环境之中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面出现很相似的外貌特征的现象。 生活型（life form）：不同生物类群（分类系统上的不同种），长期受到同一外界环境作用下，所显现的相同或相似的适应形态，如：乔木、灌木、草本植物、攀援植物等。,环 境,生 物,生态因子,个 体,生态学,群 落,种 群,种群（population）是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。 种群主要特征 数量特征 空间特征 遗传特征 种群的生活史 种内、种间关系,二 种群生态学,1 几何增长模型 Nt= R0 Nt-1 = R0t N0 2 指数增长模型 dN/dt = r N Nt = N0ert,3 逻辑斯谛增长,种群的增长模型,积分式：,二 种群生态学,种群（population）是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。 种群主要特征 数量特征 空间特征 遗传特征 种群的生活史 种内、种间关系,生活史对策,生活史（life history）：生物从其出生到死亡所经历的全部过程。 生活史对策（life history strategy）：生物在生存斗争中获得的生存对策，也称生态对策（bionomic strategy ）或进化对策。,生活史对策的主要类型及对策者的主要生活史特征,r对策和K对策 ,K-对策者 通常是长大寿命的，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-对策者 通常个体小，寿命短，出生率高，死亡率高，在裸地生境具有很强的占有能力，对后代的投资不注重质量，更多的是考虑其数量。在植物界表现为种子小，结实量大，能够远距离传播种子。,种内、种间关系,种内竞争 密度效应 领域行为 社会等级 他感作用,2 种间竞争 3 捕食作用 4 寄生 5 共生,最后产量恒值法则 （Law of contant final yield）,最后产量恒值法则： 不管初始播种的密度如何，在一定范围内，当条件相同，植物的最后产量差不多总是一样的。 Y=Wd= Ki Y：单位面积产量 W：个体平均重量 d：密度 Ki ：是一个常数,Yoda 3/2自疏法则 (Yoda 3/2 law） 自疏导致密度与个体大小之间的关系在双对数作图时，具有32斜率，称 。 w =Cd-3/2 或 log w =logC-3/2logd w ：个体平均重量 C：常数 d：密度,3/2自疏法则 (Yodas -3/2 law),种间关系的类型,中性作用,负相互 作用,正相互 作用,种间竞争,定义：两种或多种生物因共同利用同样的有限资源而产生的使其受到不良影响的相互关系称为种间竞争。 竞争的类型* 利用性竞争 干扰性竞争 种间竞争的特征*,Lotka-Volterra模型,dN1/dt=r1N1（K1-N1-N2）/K1 dN2/dt=r2N2（K2-N2-N1）/K2,生态位理论,生态位（nich）的概念 空间生态位（Grinnell，1917） 营养生态位 (Elton，1927) n 维生态位 (Hutchinson ， 1957） 基础生态位与实际生态位 生态位的重叠与分化 种内竞争促进生态位的扩张；种间竞争导致生态位宽度收缩（生态位变狭），导致生态位重叠减小 竞争释放，特征替代,他感作用（allelopathy）：通常指一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其它植物产生直接或间接的影响，也称异株克生（德 H. Molisch,1937）。 协同进化（coevolution)： 一个物种的性状作为对另一物种性状的反应而进化，而后一物种的这一性状本身又是作为对前一物种性状的反应而进化的。,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群 落,个 体,种 群,生物群落（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。,三 群落生态学,生物群落的基本特征,一定的种类组成 各物种相互联系 群落具有自己的内部环境 具有一定结构 具有一定的动态特征 具有一定的分布范围 具有边界特征 各物种群落学重要性不等,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群 落,个 体,种 群,群落的种类组成,群落中的生物物种的作用是不相同的 物种的数量 最小面积法种面积曲线 多度、密度、盖度、频度（劳恩开尔频度定律） 重要值(相对密度相对频度相对盖度)/3 物种的性质 优势种、建群种、亚优势种、伴生种、偶见种等 物种多样性,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群落的结构（种类组成、空间结构、时间结构） 群落的动态演替,群 落,个 体,种 群,群落的结构单元,生活型 层片,生态型指同一物种内因适应不同生境而表现出具有一定结构或功能差异的不同类群 生活型是不同生物类群（分类系统上的不同种），长期受到同一外界环境作用下，所显现的相同或相似的适应形态。,群落的结构单元,生活型 层片,是指由相同生活型或相似生态要求的种组成的机能群落。,群落的结构,群落的垂直结构 植物群落的分层现象 动物分层现象,地上分层：乔木层、灌木层、草本层、苔藓层和层间植物 主要层、次要层 植物群落地上部分的分层主要决定于环境因素的光照、温 度和湿度。 地下分层：根系 地下部分的分层主要决定于土壤的理化性质，特别是水分 和养分。,群落的结构 ,群落的垂直结构 植物群落的分层现象 动物分层现象 群落的水平结构镶嵌性 群落交错区与边缘效应,两个或多个群落的过渡区域称为群落交错区。群落交错区内物种的数目以及一些种的密度有增大趋势的现象称为边缘效应,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群落的结构（种类组成、空间结构、时间结构） 群落的动态演替,群 落,个 体,种 群,影响群落结构的因素,环境因素 生物因素 竞争作用 捕食作用关键种 干扰 中度干扰说：中等程度的干扰可以维持高水平的物种多样性,群落的动态,群落的动态应包括群落内部动态，群落的演替和群落的进化 1 群落的季节动态季相 2 群落的波动年际动态 限于群落内部的短期可逆的变化，不产生群落的更替现象。其逐年的变化方向常常不同，一般不发生新种的定向代替。 3 群落的演替长期动态，群落性质变化,群落的内部动态,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群落的结构（种类组成、空间结构、时间结构） 群落的动态演替,群 落,个 体,种 群,群落演替的基本概念,群落演替 (community succession): 在植物群落的发展变化过程中，由低级到高级、由简单到复杂、一个阶段接着另一个阶段，一个群落取代另一个群落的自然演变现象称群落演替。,群落演替基本类型,原生演替,原生演替：开始于原生裸地上的植物群落演替。 原生裸地：指以前完全没有植物的地段，或原来存在过植被，但被彻底消灭，甚至植被下的土壤条件也不复存在。 原生演替特点：从极端条件开始，向水分适中方向，即中生化方向发展，经历的时间长，阶段多。,旱生演替系列：原生演替中开始于裸露岩石、山地等干旱基质上的演替。 地衣植物群落阶段 苔藓植物群落阶段 草本植物群落阶段 灌木植物群落阶段 乔木植物群落阶段 水生演替阶段：从积水发生的原生演替。 自由漂浮植物阶段 沉水植物阶段 浮水植物阶段 挺水植物阶段 湿生草本植物阶段 木本植物阶段,两个原生演替的系列,次生演替：开始于次生裸地上的植物群落演替。 次生裸地：指地面上植物现已被消灭，但土壤中仍保留原来群落中的植物繁殖体，如种子、植物的根系等的裸地。 次生演替特点：由外部干扰所引起，演替速度往往较快，群落的复生。 撂荒地演替系列 、采伐迹地演替系列 ,次生演替(secondary succession),按演替方向归类进展演替和逆行演替,单元演替顶极学说,单元演替顶极学说（mono-climax theory） 由美国的Clements（1916）提出 认为一个气候区中，植物群落演替朝向一个共同的终点，其终点的植物群落是该气候作用下的最中生型的稳定群落，称气候顶极群落。 即一个气候相当一致的区域，最终将有一种连续的和整齐一致的植被普遍的覆盖着。,多元演替顶极（Poly-climax theory）学说 英国学者坦斯利（1954）提出 如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作是顶极群落，而不必汇集于一个共同的气候顶极终点。 地带性生境上是气候顶级群落。也有土壤顶极， 地形顶极，火烧顶极等。,多元演替顶极学说,52,环 境,生 物,生态因子,生物环境,非生物环境,生态学,群落的结构（种类组成、空间结构、时间结构） 群落的动态演替,群 落,个 体,种 群,环 境,生 物,生物环境,非生物环境,生态学,群 落,种 群,生态系统,个 体,外 部 环 境,能量流动 物质循环,生态系统（ecosystem）在一定时间和空间范围内，由生物群落与其环境组成的一个整体，该整体具有一定的大小和结构，各成员借助能量流动、物质循环和信息传递而相互联系、相互影响、相互依存，并形成具有自组织和自调节功能的复合体（Tansley，1936）。,生态系统生态学,生态系统的组成成分及其功能 非生物环境 生产者 消费者 分解者,生态系统生态学,能量流动,能量流动的渠道 捕食食物链 碎屑食物链 营养级 生态金字塔 能量流动的效率 同化效率、生产效率、消费效率 林德曼效率 (十分之一定律) ,能量流动,能量流动的过程 初级生产量（力）、净初级生产量（力）、生物量 次级生产 分解作用（主要过程、影响因素） 能量流动的特点 “越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。 单向流动，不可逆。,环 境,生 物,生物环境,非生物环境,生态学,群 落,种 群,生态系统,个 体,外 部 环 境,能量流动 物质循环,物质循环,物质循环（cycle of material） 各种化学元素和化合物，在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境,不断地进行着反复循环变化的过程称为，又称为生物地球化学循环（biogeo-chemical cycle）。 库与流 库贮存库，交换库 流流通量，周转率，周转时间,物质循环的主要类型,根据循环物质形态和贮存库不同将物质循环分为三种类型 水循环（water cycle） 气体型循环（gaseous cycle）C N 沉积型循环（sedimentary cycle） P,物质循环的基本特征,物质不灭，循环往复 物质循环与能量流动不可分割，相辅相成 物质循环的生物富集 生态系统对