基础生态学总复习.ppt

基础生态学,总复习,什么是生态学（Ecology）？,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,生态学的研究对象及分支学科,分子（molecular）个体（individual）种群（population）群落（community）生态系统（ecosystem）景观（landscape）生物圈（biosphere）,经典生态学研究的内容,近代生态学研究的内容,近代生态学研究的内容,生物与环境,环境概念：环境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。环境总是针对某一特定主体或中心而言的，是一个相对的概念，离开了这个主体或中心也就无所谓环境。在环境科学中，人类是主体。在生物科学中，环境是指生物的栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。,大环境：指地区环境、地球环境和宇宙环境。大环境中的气候被称为大气候。小环境：是指对生物有直接影响的邻接环境，即小范围内的特定栖息地。,生态因子：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。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子：有机体（同种和异种）非生物因子：温度、光、湿度、pH、氧气等有的学者将生态因子分为五类气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子Begon等将非生物因子分为条件和资源两类条件：温度、湿度、pH等资源：营养物质、水、辐射能等,Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子：食物、天敌等生物因子非密度制约因子：温度、降水、气候等因子（蒙恰斯基）将生态因子分为稳定因子和变动物因子稳定因子：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子变动因子：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食,生态因子的空间分布特征,纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。,生态因子作用的特点,综合性：任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化，这就是生态因子的综合作用。非等价性（主导因子作用）：生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因子。直接性和间接性：生态因子的作用可以是直接的、也可以是间接的限定性：某一生态因子的有益作用常常只限于生长发育的某一阶段。生态因子的不可替代性和互补性：一个因子的缺少不能由另一个来完全替代，在一定条件下，某一因子量的不足，可由其它因子的增加或增强而得到补偿,生物与环境之间的相互作用,1、环境对生物的作用：影响生物的生长、发育、繁殖和行为；影响生物生育力和死亡率，导致种群数量的变化；某些生态因子能够限制生物的分布区域。2、生物对环境的反作用：生物对环境的影响，一般称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况。生物与生物之间的关系称为交互作用。这两对物种在长期的进化过程中，相互形成了一系列形态、生理和生态的适应性特征。（协同进化）,最小因子、限制因子与耐受限度,“最小因子定律”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限制因子在众多生态因子中，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“耐受性定律”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或生态价,适应组合:生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。,能量环境,生命存在的一个基本条件是能量环境，地球上生命生存必需的能量主要来自太阳的辐射。绿色植物将太阳能转化成化学能储存于植物体内,这一过程是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。对于地球及其生物来说，太阳辐射具有两种不同的功能：一种是热能，另一种是光能。,光质变化及其对生物的影响,光合作用的光谱范围：可见光区，其中红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用：蓝紫光也能为叶绿素和胡萝卜素吸收，这部辐射称为生理有效辐射；绿光很少被吸收利用，称为生理无效辐射。此外，长波光（红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素的形成，并抑制茎的伸长。,光强度变化及其对生物的影响,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,不随光强增加水生植物水生植物在水中的分布与光照强度有关。陆生植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。动物光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。,光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。,生物的光周期现象,光周期现象：植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。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。动物光周期现象对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照动物和短日照动物。对滞育的影响，对换毛与换羽的影响。,生物与温度的关系,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，生物生长的速率与温度成正比；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；外温影响动物的生长规模。温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化，动物繁殖的早迟。温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。,极端温度对生物的影响,低温对生物的影响：当温度低于临界(下限)温度，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。高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。,生物对低温的适应,形态上的适应植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露部分减小（阿伦规律）。生理上的适应植物：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（高山和极地植物）；动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。行为上的适应迁移和冬眠休眠等。,生物对高温的适应,形态上的适应植物：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；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。生理上的适应植物：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。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。行为上的适应植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。,生物体的水分获得与损失途径,水分的丧失途径植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。动物蒸发失水，排泄、分泌失水。水分获得途径植物根部吸收，叶面吸收。动物食物，体表吸收，代谢水。,陆生植物对水因子的适应,陆生植物的水平衡调节机制形态适应：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。陆生植物的生态类型湿生植物中生植物旱生植物,水生动物的水平衡调节机制,等渗：体内和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、代谢水获得水，泌盐器官排出多余的盐分。高渗：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。低渗：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食物、代谢水和饮水获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。,陆生动物的水平衡调节机制,失水的主要途径：皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水补充水的主要途径：食物、代谢水、饮水保水机制减小皮肤的透水性，如昆虫减少身体的表面蒸发减少呼吸失水，逆流交换减少排泄失水，逆流交换，重吸收，排泄物质、形式利用代谢水,土壤,土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的水平及垂直分布。土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害，都对植物的生长不利。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。植物光合作用所需的CO2有一半来自土壤。但是，当土壤中CO2含量过高时（如达到10-15%），根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。,土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。土壤酸碱度：土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。,恒温动物对高海拔低氧的适应,最明显的适应性反应表现在呼吸与血液组成方面。,二氧化碳,CO2对植物生长发育具有重要作用。在强光照下，作物生长盛期，CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2浓度能直接增加作物产量。,种群及其基本特征,种群与物种的概念种群不是个体的简单叠加，是通过种内关系组成的一个有机统一体或系统。种群是一个自我调节系统，通过系统的自动调节，使其能在生态系统内维持自身稳定性。作为系统还具有群体的信息传递、行为适应与数量反馈控制的功能。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。一个物种，由于地理隔离，有时不只有一个种群。,单体生物和构件生物,单体生物（unitaryorganism）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（modularorganism）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。,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遗传特征种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。种群是物种存在的基本单位，也是物种进化的基本单位。种群还是生物群落的基本组成单位。即群落是由物种的种群所组成的。,种群的分布格局,个体可能呈随机、均匀和聚集分布等格局均匀分布：S2m=0(S2样方个体数的方差，m为样方个体的平均数)原因：种群内个体间的竞争。随机分布：S2m=1-原因：资源分布均匀，种群内个体间没有彼此吸引或排斥。聚集分布：S2m1-原因：资源分布不均匀；种子植物以母株为扩散中心；动物的社会行为使其结群。,种群多度的估计,物种多度与丰富度多度(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(absolutedensity)估计:单位面积或空间上的个体数量。相对密度(relativedensity)估计：表示个体数量多少的相对指标。,年龄结构,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（agepyramid）。年龄锥体有三种类型：下降(declining)、稳定(stable)和增长(increasing)型。,性别结构,性比（sexratio）:同一年龄组的雌雄数量之比，即年龄锥体两侧的数量比例。,生命表,同生群生命表（动态生命表；特定年龄生命表；水平生命表)：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(特定时间生命表；垂直生命表）：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静态生命表。综合生命表(complexlifetable):包括了出生率的生命表称综合生命表。通过生命表的研究可以了解种群的动态。,存活曲线,型存活曲线:幼体和中年个体的存活率相对高，老年个体的死亡率高。型存活曲线：各年龄段的死亡率恒定，曲线呈对角线型。型存活曲线:一段极高的幼体死亡率时期之后，存活率相对高。,年龄,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）。mm是最大的瞬时增长率，即内禀增长率,非密度制约种群增长模型,在资源充分（无限的环境）的情况下，种群的增长不受密度制约，种群以几何和指数增长。几何级数式增长或指数增长，种群的增长曲线为“J”型，又称“J”型增长。增长率不变的离散增长模型：增长率不变;无限环境；世代不相重叠；种群没有迁入和迁出；没有年龄结构数学模型：NtN0t（=Nt/Nt-1NtNt-1）增长率不变的连续增长模型：增长率不变化;无限环境;世代重叠;种群没有迁入和迁出;具有年龄结构数学模型：dN/dtrN（微分式）,密度制约种群增长模型,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，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)。,数学模型：dN/dtrN=rN(1-N/K)（微分式）模型行为：该曲线在N=K/2处有一个拐点，在拐点上，dN/dt最大，在拐点前，dN/dt随种群增加而上升，在拐点后，dN/dt随种群增加而下降，因此，曲线可划分为：开始期(潜伏期)(N0)，加速期(NK2)，转折期(NK2)，减速期(NK)，饱和期(NK),种群调节,种群数量受天气的强烈影响气候学派捕食、寄生、竞争、食物等生物因素对种群起调节作用生物学派种内成员的异质性自动调节学说社群的等级和领域性行为调节学说激素分泌的反馈调节机制内分泌调节学说遗传多态遗传调节学说,外源性调节,内源性调节,生活史对策,能量分配和权衡：完美的假定生物应该具备可使繁殖力达到最大的一切特征在出生后短期内达到大型的成体大小，生产许多大体后代并长寿。但是这种“达尔文魔鬼”不存在，因为不可能使生活史的每一特性都这样达到最大。就能量分配而言，动物个体将可获得能量分配于维持、生长和繁殖。在总能量恒定的条件下，若在一种生理活动的比率增加，则在其他生理活动分配的能量比率就减少。任何真正的生物的生活史策略，是一种能量协调使用的结果。,生物不可能使其生活史的每一组分都达到最大，而必须在不同生活史组分间进行“权衡”。在繁殖中，生物可以选择能量分配方式。资源或许分配给一次大批繁殖单次生殖，或更均匀地随时间分开分配多次生殖。同样的能量分配，可产生或者许多小型后代，或者少量大型的后代。,r-对策和k-对策,自然选择按其与密度变化的关系，可分为非密度制约性自然选择和密度制约性自然选择两类。密度制约性自然选择常被称为k-选择，而非密度制约性自然选择常被称为r-选择。,r-对策和k-对策，在进化过程中各有其优缺点。k-对策者的种群保持在k-值临近，生育力降低，存活率增加，防御和保护幼体的能力较强，寿命长和个体大，所有这些特征都保证k-对策者在激烈的生存竞争中取利胜利。但是，k-对策者种群在受到过度死亡或激烈动乱之后，回到平衡水平的能力是有限的。如果确实很低，还有可能灭绝。相反，r-对策者的密度是经常激烈变动的，常常突然暴发并猛烈下降。选择有利于高rm值。但它们的死亡率高，防御能力弱，竞争能力不强。在数量很低时，它们不象k-对策者易于灭绝，而通过迅速增殖而恢复到较高水平。,如果说，k-对策者在生存竞争中是以“质”取胜，则r-对策者可视为以“量”取胜。所以有的学者将r-对策者称为“机会主义者”（opportunists）。r-对策者的高死亡率，广运动性和连续地面临新局面，可能使其成为物种形成的丰富的源泉。,种内与种间关系,种内关系：生物种群内部的个体间的相互作用种间关系：生活于同一生境中的物种间的相互作用种内、种间相互作用的种类竞争捕食、自相残杀互利共生寄生,种内关系,密度效应: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.最后产量衡值法则：在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多总是一样的。Y=Wad=Ki，原因：密度增加时，竞争加强，生长率下降，个体变小-3/2自疏法则：同一种植物因密度引起的个体死亡。自疏导致的密度和个体重量的关系：W=Cd-3/2双对数曲线斜率为-3/2,故称为-3/2自疏法则。,性别生态学,内容：性别关系类型、动态及环境因素对性别的影响有性繁殖和无性繁殖的利弊无性生殖：迅速占领生境、保证遗传的稳定性有性生殖：产生不同基因型的后代、适应变化的环境,性比,Fisher氏性比理论：性比趋于1:1稀少型有利：数量少的性别具有较高的适合度两性相等投入：便宜的性别具有更多的个体数局域资源竞争和局域交配竞争,种间关系,种间关系指两个或多个不同物种在共同的时间和空间环境中生活，由于不同物种相互成为环境因子，形成了不同物种之间的相互作用,种间竞争,概念两种或多种生物因利用共同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结果一方获胜，另一方被抑制或消灭,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于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,A,B,A,A,A,B,B,B,生态位分离，无竞争,生态位相切，无竞争,生态位相交，产生竞争,生态位相叠，可能竞争激烈,生态位分化,竞争的类型和特征,种间竞争的类型利用性竞争：通过损耗资源干扰性竞争：竞争个体间直接相互作用种间竞争的特征不对称性对不同资源竞争的结果相互影响,Lotka-Volterra模型,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：dN1/dt=r1N1(1-N1/K1N2/K1)dN2/dt=r2N2(1-N2/K2N1/K2）,两物种种群的平衡线,dN1/dt=0,dN1/dt0,dN2/dt0,N1,N2,N2,N1,K1/,K2/,K2,K1,K1K2/，K2K1/：N1取胜,N2灭亡在K2，K2/，K1/，K1这块面积内，种群2已经超过最大容纳量而不能增长，而种群1仍能继续增长，N1取胜，N2被排挤掉,dN1/dt=0,K1/,K2,K1,K2/,N1=K1,dN2/dt=0,N2K2,K2,K1/,K1,K2/,dN1/dt=0,dN2/dt=0,K1K1/：N2取胜，N1灭亡由于在K2，K2/，K1，K1/这块面积内，种群1已经超过最大容纳量而不能增长，而种群2仍能继续增长，N2取胜，N1被排挤掉。,K2,K1/,K1,K2/,dN1/dt=0,dN2/dt=0,K1K1/:不稳定共存在三角形K1EK2/中，种群2不能增长，种群1继续增长，三角形K2EK1/中，种群1不能增长，种群2继续增长。N2和N1出现不稳定的平衡点。,生态位理论,生态位(niche)指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色；在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置及其在相关种群之间的功能关系(n-维生态位)基础生态位和实际生态位基础生态位：物种能栖息的、理论上最大的空间实际生态位：物种实际占有的空间,竞争释放和性状替换,竞争释放(competitiverelease)缺乏竞争者时，物种实际生态位扩张的现象以色列沙鼠性状替换(characterdisplacement)竞争产生的生态位收缩导致形态变化的现象收获蚁、达尔文雀,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广义的捕食概念：典型的捕食食草作用寄生和拟寄生同类相食,捕食者和猎物的协同进化,捕食者适于捕食的特征：锐齿、利爪、尖喙、毒牙等工具，诱饵追击、集体围猎猎物逃避捕食的对策：保护色、警戒色、拟态、假死、集体抵御,Lotka-Volterra捕食者猎物模型,条件：一种捕食者和一种猎物捕食者和猎物数量相关无捕食者时猎物指数增长、无猎物时捕食者指数减少模型：dN/dt=r1N-PNdP/dt=r2P-PN结果：不论种群起始数量如何，都出现猎物和捕食者数量交替升降的循环,P,N,r2/,r1/,植物与食草动物的相互动态放牧系统：植物-食草动物相互作用系统牧场依靠放牧维持较高的生产力；过度放牧引起草场退化,寄生物与寄主的相互适应与协同进化,寄生物对寄生生活的适应感官和神经系统退化超强的繁殖能力复杂的生活史：转换寄主寄主对疾病的反应免疫反应：细胞免疫反应和B-细胞免疫反应行为对策：整理毛、羽，逃离病区植物和低等动物的反应：非特异性免疫、局部细胞死亡、提前落叶,群落的组成与结构,生物群落的定义: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。,群落的基本特征,具有一定的种类组成：物种数和个体数。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。,种类组成的性质分析,优势种和建群种: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,对于植物群落来说，它们通常是那些个体数量多、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.亚优势种（subdominantspecies）: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（companionspecies）：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(rarespecies)：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。,单个数量指标,多度：对物种个体数目多少的一种估测指标。密度：单位面积或单位空间内的个体数。相对密度：某一物种的个体数点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。盖度：指植物地上部分的垂直投影面积占样地面积的百分比。基盖度：植物基部的覆盖面积。相对盖度：某一物种的分盖度占所有分盖度之和的百分比。盖度比：某一物种的盖度占最大物种的盖度的百分比。,综合数量指标,优势度：表示一个种在群落中的地位和作用。定义和计算方法不统一。重要值：相对密度相对频度相对优势度（相对基盖度）。综合优势比：在密度比、盖度比、频度比高度比和重量比中取任意二项求其平均值，再乘100。,种的多样性,物种多样性：由物种数目和相对多度决定的。物种丰富度(speciesrichness):指一群落或生境中物种数目的多寡。物种均匀度(speciesevenness):指一群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，反映各物种个体数目的分配均匀程度。,多样性指数,辛普生多样性指数(Simpsonsdiversityindex),香农威纳指数(Shannon-Wienerindex),D=1-Pi,H=-Pilog2Pi,属于种i的个体在全部个体中的比例,多样性指数,属于种i的个体在全部个体中的比例,多样性指数,物种均匀性指数,均匀度,E=HHmax,实际的种类多样性,最大均匀条件下的种类多样性（logeS）,Hmax=-s(1/sloge1/s)=loges,群落中的最大物种数,Hmin=-S/SlogeS/S)=0,假设的森林群落的物种多样性群落A,H=-PilogePi=0.662E=HHmax0.662/3.219=0.206,假设的森林群落的物种多样性群落B,H=-PilogePi=1.610E=HHmax1.610/3.219=0.500,物种多样性梯度,多样性随纬度的变化从热带到两极随纬度的增加，物种多样性有逐渐减少的趋势。多样性随海拔高度的变化在海洋和淡水水体物种多样性随深度而降低,植物的生活型,生活型（lifeform）：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。同一生活型的植物表示它们对环境的适应途径和适应方法相同或相似。亲缘关系很近的植物却可属于不同的生活型，这是生物之间趋同适应的结果，深刻地反映了生物和环境之间的关系。,层片,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不同种类植物的组合。层片的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。,群落的垂直结构,植物群落的分层现象陆地群落的分层与光的利用有关，群落层次主要是由植物的生长型和生活型所决定。动物群落的分层现象陆地动物群落的分层主要与食物有关，其次与不同层次的微气候条件有关。水生群落的分层现象与阳光、温度、食物和溶氧等因素有关。,群落的水平结构,植被的镶嵌性的主要决定因素：气候影响：微气候、径流土壤影响：营养物质、土壤质地、地形特点植物影响：他感作用、遮荫作用、繁殖特点动物影响：喜食情况、种子散布、食物贮藏、排泄物、践踏、挖洞,群落的时间格局,昼夜相与环境因子的昼夜节律有关季节相与环境因子的季节节律有关年际间变化,群落交错区与边缘效应,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。边缘效应(edgeeffect)：群落交错区的生物种类和种群密度增加的现象称边缘交应。,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。,影响群落结构的因素,竞争对群落结构的影响资源利用生态位重叠竞争生态位分化性状替代、特化共存竞争排斥捕食对群落结构的影响泛化种的作用：捕食提高多样性、过捕多样性降低特化种的作用：捕食对象为优势种，多样性增加；捕食对象为劣势种，降低多样性。,关键种: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。,中度干扰假说,中等程度的干扰水平能维持高多样性,岛屿化,岛屿的物种数与面积关系：ScAzS种数，A-面积，z、c为常数岛屿群落的进化岛屿的物种进化较大陆快；远离大陆的岛屿上，地方种可能较多；岛屿群落可能是物种未饱和的群落。,生物群落的内部动态,主要包括季节变化与年际间变化。生物群落的年变化是指在不同年度间，生物群落常有的明显变动。但是，这种变动仅限于群落内部的变化，不产生群落的更替现象。通常把这种变动称为波动。波动通常气候条件的不规则变动引起，其特点是区系成分相对稳定性、数量特征变化不定性、变化可逆性。3种类型：不明显波动、摆动性波动、偏途性波动虽然群落波动具有可逆性，但这种可逆是不完全的，不会完全恢复到原来的状态。只是向原来的平衡状态靠近。,生物群落的演替,群落中各种生物生命活动的产物总有一个积累过程，这种量上的积累到一定程度就会发生质的变化，从而引起群落的演替，即群落基本性质的改变。,群落演替的基本概念,群落演替(communitysuccession):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。任何一个群落在其形成过程中，至少要有植物的传播、定居和竞争这三方面的条件和作用。演替系列(successionsere):按顺序发生的一系列群落称演替系列。,先锋种(pioneerspecies)和先锋群落(pioneercommunity):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有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(climaxcommunity):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。,群落演替的实例从湖泊演替为森林,一个湖泊经历一系列演替后，可以演变为一个森林群落，大体要经历以下几个阶段：裸底阶段沉水植物阶段浮叶根生阶段挺水植物和沼泽植物阶段森林群落阶段,群落演替的实例从裸岩演替到森林,在裸岩的演替基质上，如果当地的气候条件适合于森林生长，经过漫长艰难的演替，迟早会长出森林来。从裸岩到森林大致要经过以下几个演替阶段：地衣阶段苔藓阶段草本植物阶段灌木阶段森林阶段,影响群落演替的因素,非生物因素：气候因素，土壤因素，地形地貌因素。火烧，洪涝生物因素：群落内物种的生命活动，植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性，种内和种间的关系：动物顶极人为因素：逆行演替:在不利的自然因素和人为因素（如污染和过牧）干扰下，生物群落的演替也可以向反方向进行，使群落逐渐退化，使群落的结构简单化和群落生产力下降。偏途演替：人为因素影响下，群落演替按照不同于自然发展的道路进行，这种演替称为偏途演替。,生态系统的一般特征,生态系统（ecosystem）的定义: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:,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；生态系统具有自我调节能力；能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能；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56个；生态系统是一个动态系统，要经历一系列发育阶段。,六大组成成分（四大基本成分）三大功能群,生态系统的结构,空间结构时间结构营养结构食物链食物网,食物链,食物链（foodchain）和营养级（trophiclevel）：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：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：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。,食物网(foodweb)：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。,生态系统的功能,能量流动：生产者消费者分解者，单向物质循环：生物环境，双向信息传递：包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息等，构成信息网。,生态系统的稳定性,生态系统的稳定性(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（negativefeedback）调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。,狼,狼,兔,兔,植物,植物,狼饿死,狼吃饱,吃了较多兔子,吃了较少兔子,兔吃饱,兔饿死,吃了较少的草,吃了大量的草,污染,鱼死亡,污染,鱼死亡,鱼死亡,污染,生态效率,生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值，常以百分数表示。,能量参数,（1）摄取量（I）：表示各生物所摄取的能量。（2）同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能。（3）呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量。（4）生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P=A-R,营养级位之内的生态效率,量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度。（1）同化效率：被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例。Ae=An/In肉食动物的同化效率高于植食动物。,生长效率(growthefficiency),组织生长效率=Pn/An生态生长效率=Pn/In营养级越高，生长效率越低。植物的生长效率动物。植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长，肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，35%用于生长。哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量。,营养级位之间的生态效率,量度营养级位之间的转化效率。（1）消费效率（利用效率）消费效率(Ce)=In+1/Pn消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。一般在20-35%范围内。每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链，被损失到系统之外。利用效率（Ue）=An+1/Pn利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少。,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能量的十分之一左右。林德曼效率=（n+1)营养级摄取的食物/n营养级摄取的食物相当于同化效率、生产效率和消费效率的乘积,生态系统的能量流动,生态系统的生物生产：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，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，或第二性生产。,生物量和生产量,生物量：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。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(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(Jm-2)。,生产量：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、生产力和生产率视为同义语，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，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。,总初级生产与净初级生产,总初级生产(GP)与净初级生产(NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：Jm-2a-1或gDWm-2a-1；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R；NPGPR,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：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；维持大气中二氧化碳的浓度；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；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,分解过程的性质,生态系统中的分解，是死有机物质的逐步降解过程。分解时，无机元素从有机物质中释放出来，称为矿化。从能量而言，是放能。分解过程是由一系列阶段所组成的，从开始分解后，物理和生物的复杂性一般随时间进展而增加，分解者生物的多样性也相应增加。随分解过程的进展，分解速率逐渐降低，待分解的有机物的多样性也降低，直到最后只有矿物质存在。,资源质量,资源的物理和化学性质影响着分解的速度。单糖分解很快，半纤维其次，然后依次为纤维素、木质素、酚。营养物质的含量常成为分解过程的限制因素。N的供应量经常成为限制因素，分解速率在很大程度上取决于N的供应。待分解资源的CN常作为生物降解性能的测度指标。,理化环境对分解的影响,温度高、湿度大的地带分解速率高低温和干燥的地带分解速率低，因而土壤中易积累有机物。,应用生态学,应用生态学的定义理论生态学：研究生命系统、环境系统和社会系统相互作用的基本规律，建立关系模型、预测系统的发展变.应用生态学：将理论生态学的基本规律和关系应用与生态保护、生态管理和生态建设中，使社会实践符合自然生态规律、使人和自然和谐相处、协调发展,全球变化生态学,全球变化是关于区域及全球变化趋势、原因、机制和效应的研究全球变暖：指地球表层大气、土壤、水体及植被温度年际间缓慢上升温室效应：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升,减少温室气体排放的途径,1、改进能源结构2、提高能源效率3、提倡植树种草，保护和发展森林资源,臭氧层破坏和损耗,臭氧层破坏的后果,皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加。破坏生态系统过量的紫外线能使塑料等高分子材料更加容易老化和分解，结果又带来光化学大气污染。,环境污染,环境污染的本质：人类对生态系统的生物地球化学循环过程的过度干扰人类从生态系统中取走的生物量超过了系统可更新和补充的速度，从而使一定时间和空间中某些物质难以被生物吸收和同化，导致生态系统中这些物质的积聚，形成了污染。人类向生态系统中投放过多的物质，超过了生态系统吸收、利用、分解的能力，导致这些物质在系统中的积累，从而酿成了污染。,污染问题,空气污染：如果大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学因素产生可以测量的影响，这就是大气污染。光化学烟雾污染，酸沉降水污染：水体因某种物质的介入造成水质恶化的现象或任何妨碍水资源利用的人类行为。富营养化，耗氧有机物，有毒物质，悬浮物，热土壤污染：指人类活动所产生的污染物质进入土壤，导致土壤的自然功能失调，土壤质量恶化的现象。土壤污染的明显标志是土壤生产力的下降。有机污染物，重金属，放射性元素，病原微生物。固体废物来自人类活动的许多环节，主要包括生产过程和生活过程的一些环节。,人口问题,人口增长的影响对土地资源的压力对能源需求的压力对水资源的压力降低生活水平,地球上的人口正以前所未有的速度急剧增长。2019年10月31日凌晨，世界人口突破70亿大关。,2019年第六次人口普查数据首先反映的是我国人口过快增长的势头继续