第七章生物群落与生态系统.ppt

第七章生物群落与生态系统,第一节地球上的生物界第二节生物与环境第三节生物种群和生物群落第四节生态系统第五节陆地和水域生态系统第六节社会-经济-自然复合生态系统第七节生物多样性及其保护,教学重点认识生物与环境间的关系，掌握生物种群、生物群落、生态系统以及生物多样性的概念、特点、类型及空间分布规律。教学难点生物与环境的关系和生物群落、生态系统以及生物多样性的概念、特点、类型及空间分布规律。教学活动实习与实验：在野外或者实验室、生物博物馆认识生物、环境和生态系统。检索分析：在图书馆文献信息系统或者网络上，检索“生态”、，分题名检索和关键词检索，看有哪些图书、论文和网站与之有关，并了解该领域的新进展。,主要参考书1.北京大学等.植物地理学.北京.人民教育出版社，1980.2.华东师范大学等.动物生态学.北京：人民教育出版社，1981.3.中国植被编辑委员会.中国植被.北京：科学出版社，1980.4.e.p.odum.生态学基础.北京：人民教育出版社，1981.5.孙儒泳，李博等.普通生态学.北京：高等教育出版社，1993.6.蔡晓明等.普通生态学.北京：北京大学出版社，1995.,第一节地球上的生物界,地球的年龄约为45亿46亿年，在它的形成初期，地球表面为还原性大气。大约距今32亿年前地球上出现了最早的单细胞原核生物细菌，从那时候起生物赖以生存的地理环境发生多次重大的变化，与此同时生物在自然选择和自身的遗传与变异的共同控制下不断的、发生分化和发展，由简单到复杂由低级到高级由水生到陆生的演变过程形成了今天地球上十分繁荣的生物界。,人们为了识别地球上浩繁的生物种类，以便更好地利用和保护，对它们进行了分类。生物分类系统是长期以来人们通过比较生物形态与解剖特征的异同、习性的差别和亲缘关系的远近并加以汇同辨异，建立起来的一个能够反映生物碱亲缘关系和进化程度的有规律的分类系统。它采用的等级单位是界、门、纲、目、科、属、种。种又称物种,是生物分界的基本单位。种是起源于共同祖先、具有极为相似的形态特征和生理特征，且能自然交配产生可育后代的，并具有一定自然分布区的生物个体群。,生物五界系统,一、原核生物界,原核生物是一类起源古老、细胞结构简单不具备核膜、没有明显细胞核的原始生物，包括细菌和蓝藻。,细菌是自然界中分布最广繁殖最快个体数目最多的一类单细胞微生物。外形呈球状、螺旋状和杆状。菌体的直径约1微米左右。按营养方式可分为异养的、光自养的和化能自养的三种，绝大部分是异养的。它们分解有机物取得能量和营养物质，未被利用的分解产物以无机物的形式归还到环境中去重新被绿色植物吸收利用，在自然界的物质循环中起着十分重要的作用。,蓝藻是一类细胞中含有叶绿素和蓝藻素可进行光合作用的自养生物。有机体有单细胞的群体的和多细胞丝状体等结构。分布很普遍，有些种类甚至出现于某些极端严酷的环境中。许多蓝藻能固定大气中的氮，当藻体死后释放出较多的含氮化合物，为其他植物提供氮肥。,二、原生生物界,原生生物界是由原核生物进化而来的另一类微生物，有机体以单细胞的为主，也有一些群体。细胞内都具有核膜包围起来的真正的细胞核属真核生物。有些原生生物细胞内含有叶绿素和其他色素为光合作用的自养生物，有些不含有色素为非光合作用的异养生物。原生生物主要生活于水中和潮湿的陆地环境中。,三、植物界,是一种真核多细胞生物，单细胞者很少。绝大多数植物的细胞中含有叶绿素和其他色素，属于能够利用太阳能制造有机物的自养生物，极少数是非绿色的寄生物。包括藻类和高等植物。,藻类是一大群无胚发育、植物体也没有根、茎、叶分化的低等植物。主要生活于碱、淡水中。约有20000种。高等植物可能产生于低等植物中的绿色藻类。,植物分支为两支：1.苔藓植物（化石最早出现于泥盘纪）个体很小，高度一般不超过10有类似于茎叶的分化而无真根，体内无起输导作用的微管束组织，多分布与超市阴暗的地方是高等植物的一个盲枝。2.维管植物（包括蕨类植物、裸子植物和被子植物）是高等植物演化的主干。最大特征是异内出现了维管束组织提高了输导水分和养料的效率，并促使植物体产生了真正的根茎叶等器官，从而使这类植物具有对环境的高度适应能力。其中尤其以被子植物进化程度最高、结构最复杂，对环境的适应能力，最强种类数目也最多。,四、真菌界,真菌属于真核生物，在二界分类系统中划归植物界，但是又具有很多特征故列为一个独立的生物界。主要特征有：体内不含可行光合作用的任何色素而为营腐生或寄生生活的异养生物有机体大都是由多细胞生物的菌丝聚集在一起而形成的菌丝体。外表呈灰色黑色和色或红色等大多数真菌的细胞壁是由几丁质（甲壳质）组成，细胞内贮存的物质主要是脂肪和肝糖。以各种孢子进行繁殖,五、动物界,动物属于体内不含光合色素的真核一样生物。构成躯体的细胞没有细胞壁；体内的细胞因生理功能不同发生了分化，形成了许多组织，一定种类的组织联合起来司某种生理机能而成为器官，许多不同的器官再联合为器官系统。动物界的种类非常繁多形体结构与净化程度差异很大，因此被划分为许多类群，其中主要有环节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物。,第二节生物与环境,从生态学观点看，环境是指生物有机体或生物群体所在空间内的一切事物和要素的总和。生物是主体，环境是相对主体而言的,它包括非生物的所有自然要素也包括主体生物之外的其他一切动植物。环境对于生物的影响很大，控制和塑造着生物的全部生理过程形态结构和地理分布。在环境对生物发生影响的同时，生物有机体特别是他们的群体也对环境产生相当明显的改造作用,一、生态因子作用的一般特点,（一）概念环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有影响的环境要素叫生态因子（ecologicalfactors）.生态因子种生物生存不可缺少的那些因子称作生存条件（existingconditions）.当一个或几个生态因子的质或量低于或高于生物生存所能忍受的临界限度时,生物的生长发育、繁殖就会受到限制，甚至引起死亡，这些接近或超过耐性上下限的生态因子称作限制因子。,（二）生态因子对生物的作用的一般特点,）综合性各种生态因子并非孤独地对生物发生作用，而是相互制约、相互影响，并共同在一起对生物产生影响。）非等价性诸因子中必有个是起关键作用的主导因子而其他因子的作用相对小些。）不可替代性都不可缺少，一个因子的缺失不能用另一个因子来代替。）限制性地球上各种生态因子的变动幅度非常大，而每种生物所能忍受的范围却有一定的限度。,（三）生态幅,生物在其生存过程中对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上限和下限之间就是生物的对这种生态因子的耐受范围或称作生态幅（ecologicalamplitude），其中包括最适宜范围。,各种生物对生态因子的耐受范围不同，有耐受范围很宽广，称作广生态幅生物；有的被限制在一个狭小的环境中生存，为狭生态幅生物。一般的，生物对生态因子的耐受范围越广，它对环境的适应能力越强,广生态幅生物与狭生态幅生物,二、生态因子与生物,生物生态环境中的生态因子只要有光、温度、水、空气、土壤、周围其他生物等。,（一）光和生物,地球上所有生物的生存都必须有能量的供给。太阳辐射被绿色植物所吸收，光能转化为化学能贮存在合成的有机物中，除植物本身消耗外还为其他一切生物提供所需的能量。光的性质、光照强度和光照时间的长短对生物的生长、发育、形态特征、生殖、行为和地理分布都有明显影响。,光的性质即光的波长对植物的生态作用最为明显。红橙光和蓝光被绿色植物吸收得最多，是光合作用中最有效的生理辐射光；红光鱼塘的形成关系密切；蓝光则有利于蛋白质的形成；黄光和绿光多被植物反射；紫外光能抑制茎的伸长和促进花青素的形成，还对生物具有杀伤致死作用。,光照强度因时空而发生变化，各种生物对光照的适应程度不同。有些植物喜欢生长在阳光充足的空旷地方或森林中的最上层，而有些植物只有在阴暗处或森林的最下层才能找到。不同的动物对光强的反应不一样。有的动物是应予在弱光下生活，为夜行性动物，有的则适应于在较强光照下生活，是昼行性动物，第三类动物在拂晓或黄昏时分出巢活动。,日照强度地球上不同纬度地区每天的日照强度即白昼持续时数有差别。日照长短的变化之地球上最严格和最稳定的周期变化，是形成生物节律最可靠的信号系统。长期的适应使各类生物对日照长短或说对昼夜长短比例的反应格式不同，就在生物中普遍存在光周期现象（photoperiodism）。,日照长短对动物的生殖、换毛和迁移有明显影响对植物有影响,（二）温度与生物,各种生物对温度都有一定的适应范围。在此范围内生物体内的生物化学过程才能正常进行。植物一般是045的温度范围。高温的伤害主要在于减弱光合作用而增强呼吸作用，使两者失衡。低温的不利主要是冻害，低于零下的温度会使细胞间隙的自由水结冰，挤压细胞质造成机械损伤并使细胞失水而萎缩。,大多数动物生活在250温度范围。温度对动物生长发育和形态的影响表现在低温可以延缓恒温动物的生长，由于其性成熟延缓，动物可活得更久、长得更大。温度对动物行为的影响在于使动物主动选择适宜的温度环境，以利其生存,贝格曼定律个体大的动物其单位体重散热量较少，有利于保温，个体小者体表面积较大则增加散热量，有利于降低体温。阿伦定律在寒冷地带的哺乳动物类动物，身体上的突出部分如四肢尾巴和外耳有缩短变小的趋势。恒温动物对低温的另一种形态适应是增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度。,（三）水和生物,生命起源于水环境。水是所有生物生存不可缺少的重要因素。首先，水是生物有机体的重要组成成分。其次，生物的一切代谢活动都必须有水为介质，营养物质的吸收和运输、食物的消化、激素的传递以及其他各种生物化学过程都必须在水溶液中进行。第三，水是植物进行光合作用的重要原料。第四，水的热容量大，吸热和放热的进程比较缓慢，为水生生物创造了一个稳定的温度环境。第五，对于生物的热量调节和能量代谢具有重要作用,（四）空气和生物,空气对生物的影响包括空气化学成分和空气运动两方面。空气的化学成分比较复杂，其中氧和二氧化碳对生物的影响显著。氧是动植物呼吸作用所必需的物质，生物正是借助于吸收氧气分解体内贮存的有机物，取得维持生命活动所需的能量。二氧化碳是植物光合作用的原料之一，主要来自于空气，其浓度的高低直接影响光合作用的强度。,绿色植物对大气污染具有净化作用：1.绿色植物对有害气体的吸收具有巨大的叶面积有吸收有害污染物的主要器官。2.绿色植物的减尘作用植物的茎叶以其粗糙的表面、绒毛或分泌的树脂、粘液等滞留空气中的尘埃，净化大气。3.绿色植物的杀菌作用通过绿色植物的减尘作用和植物分泌的杀菌苏都可以减少大气的细菌数量。4.绿色植物减弱噪声、吸滞放射性物质和co2作用,（五）土壤与生物,1.土壤是陆生植物生长发育的基地和营养库，它具有供应和调节植物生活中所需水分养料和空气等条件的双重作用。2.土壤和植物之间以极大的接触面积进行着频繁的物质交换。土壤供应植物的水分和矿质营养元素植物的代谢产物和枯叶又促进土壤的形成和影响其理化性质。3.土壤的酸碱度影响矿质营养盐类的溶解度，从而影响矿质元素被植物吸收利用的有效性。,4.土壤中易溶性盐类含量过高时发生盐渍化现象，使土壤溶液浓度过高，渗透压增大、植物吸收水分困难，出现生理性干旱，种子发芽和植株生长不良，限制了一般植物的生存。5.对动物来说，土壤是不大其更为稳定的生活环境，其温度和湿度的变化幅度小得多，因此土壤常成为动物极好的隐蔽场所，在土壤中可以躲避高温、干燥、大风和阳光直射等不利因素的影响。,（六）生物之间的关系,1.竞争（competition）对事物生存空间和其他条件具有相似或相同要求的不同物种，为了自身生存，相互间都力求抑制对方，从而给对方都带来不利影响，谓之竞争。种间竞争的结果是发生生态分离高斯的竞争排斥原理（competitiveexclusionprinciple）:生态学（或生态位）上相同的两个物种不可能在同一地区内共存。,寄生作用（）一种物种的个体（寄生物）生活在另一个物种个体（寄主）的体内或体表，并从其体液或组织中吸取营养以维持生存。寄生常降低寄主生物的抵抗力，但并不一定导致寄主生物的死亡。,3.捕食作用（）捕食生物袭击并捕杀被捕食者生物作为食物。捕食者生物因获得食物而受益，被捕食者或猎物则受到抑制（植物）或死亡（动物）。捕食并不总是有害的，一方面不是这作为一种自然选择的力量淘汰了有疾病衰老或有其他方面不理想的被捕食者，可以说是一种天然的质量控制法。另一方面通过捕食作用可以调节生物种群的数量，维持生物种群间和生物与环境负荷间的平衡。,原始合作（）与互利共生（mutualism）原始合作又称互助，在一起生活的两个物种彼此从中都受到利益，但他们并不需要互相依赖，可以单独生存。互利共生则是两个不同物种的有机体密切地结合在一起，在共同的生活中双方均获得利益，但彼此不能分开单独生存。,三、生物对环境的适应,生物的适应（）是指生物的形态结构、生理机能、个体发育和行为等特征与其长期生存的一定环境条件相互统一。生物对环境的适应有趋同适应和趋异适应类。,趋同适应（convergentadaptation）是指亲缘关系相当疏远的不同种类的生物，由于长期生活在相同或相似的环境中，通过变异和选择，形成相同或相似的适应特征和适应方式的现象。趋异适应（divergentadaptation）或称辐射适应是指同一种生物的若干个体，在不同环境条件下长期生活，形成了不同的适应特征和适应方式。,注意：不论是趋同适应还是趋异适应都是通过改变生物的形态结构生理生态机能或行为等特征而实现的。生物的适应现象不是固定不变的，而是有节奏的季节变化和昼夜变化，使得适应性具有动态变化的特征。生物能够产生某些生态适应特征与环境相协调，是生物与生物之间以及生物与无机环境之间在长期的生存竞争中通过遗传变异和自然选择逐渐产生和形成的。,第三节生物种群和生物群落,在自然界任何生物种的个体都不可能单一孤立地生存着，总是以同种的许多个体或不同中的许多个体成群而出现在一定的空间中。,一、种群及其一般特征,生态学上把占据着一定空间或地区的同种生物的个体群叫做种群。自然界种群是物种存在物种进化和表达种内关系的基本单位，是生物群落和生态系统的基本组成成分，同时也是生物资源开发利用和保护的具体对象。,（一）种群的数量和密度,在一定的空间中某种生物个体的总体数目为种群的数量或大小；在单位空间或面积内的个体数目叫做种群的密度。,影响因素：物种的繁殖特性种群的年龄结构和性比种内和种间竞争环境条件的不同和变化。,（二）种群的年龄结构和性比,若按龄级（如15龄，510龄等）或繁殖状况（如繁殖前期，繁殖期，繁殖后期）分组，计算各龄级的个体数目与种群总个体数目的比例即为年龄结构。,种群年龄结构类型,（三）种群中个体的水平分布格局,种群的成群分布形式较为普遍。形成因素：环境资源分布不均匀植物的繁殖往往以母株为扩散中心动物的社会行为使其结合成群,（四）出生率和死亡率,出生率（）泛指生物产生新个体的能力，包括生产、孵化、出芽、分裂等多种形式。死亡率（）是指中群中个体死亡的速率，是种群个体数量衰减的因素。,（五）种群增长,是指随时间的变化，一个种群内个体数目的增减变化情况。在自然的条件下，由于制约因素的存在，种群的数量是稳定地在一定的范围。,种群稳定增长与自我调节示意图,（六）种内关系,表现形式：竞争、领域性和婚配制度种内竞争具有调节种群数量动态变化的作用。,二、生物群落及其特征,若干个生物种群有规律地结合在一起，形成为一个多生物种、完整而有序的生物体系，即生态群落。,(一)种类组成,概念1.物种多样性（）生态群落中物种数目的多少（丰富度）和各物种个体数目的多少（均匀度）两个参数的结合。2.多样性梯度（diversitygradient）物种多样性的表现。,生态位（niche）群落中每一个生物中所占据的小生境（住所，空间）和它的功能（作用）结合起来。优势种（）个体数量多生物量大职业覆盖地面的程度也大，生活能力强和对生境具有明显影响的生物种群。建群种（）优势种中的最优势者，即覆盖面积大占有最大空间，在建造群落和改造环境方面作用最突出的生物种。伴生种（companionspecies）群落中的其他次要的种类,（二）群落的外貌与植被的生活型,外貌是认识和区分群落类型的重要特征之一。植物群落的外貌主要决定与群落种优势种的生活型。生活型（lifeform）植物长期受一定环境综合影响所表现出来的生长形态。,（三）群落的结构,群落的垂直结构呈层现象（）生活型不同，对环境有不同需求的植被分别出现于地面以上不同高度和其根系分布于地面以下不同深度，从而使整个群落在垂直空间有了上下不同层次的分化。,群落的水平结构镶嵌性（）形成原因：小地形的起伏变化土壤湿度或盐渍化程度的差异光照状况的不同动物活动植物依靠根蘖或根茎繁殖,群落的生态结构层片（synusia）前苏联著名植物群落学家b.h.苏卡乔夫：“层片具有一定的种类组成，这些种类具有一定的生态生物学一致性，而且特别重要的是它具有一定的小环境，这些小环境构成植物群落环境的一部分。”,（四）群落环境,群落在形成过程中，随着各种生物的逐渐定居，通过植物枝叶的遮荫和挡风，根系不断地分泌有机化合物，枯枝落叶层覆盖地面和较弱地表径流，微生物对有机质的分解以及动物的活动等，不断、地改造原来的物理环境，是群落内部形成了显著不同于其周围裸地的环境，即群落环境。,（五）生物群落的动态,1.植物群落的季节变化季相（)在不同的季节植物发芽、展叶、开花、结果、落叶、休眠等。群落的生产力生物量植物体内的营养成分和群落环境发生周期性变化。,生物群落的演替在一定地段上一种群落被另一种群落所代替的过程叫做演替（o）,分类：按群落所在地的基质状况分为原生演替和次生演替。按群落演替发展方向分为进展演替和逆行演替。,水生演替系列,（六）群落的分类,我国普遍采用的植被分类单位植被型（）群系（）群丛（）,第四节生态系统,一、概念生态系统（）指在一定空间内生物成分（生物群落）和非生物成分（物理环境）通过物质循环和能量流动相互作用相互依存而形成的一个生态学功能单位。,二、性质生态系统是一个开放系统，必须依赖外界环境提供物质和能量的输入和接受输出。生态系统是一个控制系统或反馈系统，在一定范围内具有自我调节和自组织能力保持其相对平衡。生态系统是一个动态系统，要经历由简单到复杂从不成熟到成熟的发育过程。,三、生态系统的组成四类成分1.非生物成分包括太阳辐射能、h2o、co2、o2、各种无机盐类和蛋白质、脂肪、糖类、腐殖质等有机质。2.生产者绿色植物蓝藻和为数不多的光和细菌与化能合成细菌。3.消费者包括各类动物，分类植食动物和肉食动物。4.分解者主要指细菌真菌和一些原生动物。,四、生态系统的结构1.食物链生态系统中以生产者为起点，一些有机体以吃和被吃的关系，即通过食物关系彼此联结而形成的一个能量与物质流动的系列。2.食物网各个食物链彼此交织、错综连接形成复杂的能量与物质流通的网络。3.营养级在食物网中各食物链上凡属于同一级环节上的所有生物种。,五、生态系统的功能单向的能量流动循环式的物质流动信息的传递,（一）生态系统有机质的生产,包括初级生产和次级生产两个主要过程。1.绿色植物的初级生产绿色植物通过光合作用固定太阳能生产有机物，为生态系统的其他成分和生产者本身利用。绿色植物所固定的太阳能活所制造的有机质的数量称为初级生产量或第一性生产量。在单位面积上净初级生产量日积月累所形成的有机质数量叫做生物量（）,消费者动物的次级生产各级消费者动物直接或间接利用初级生产的物质进行同化作用，把植物性物质转换为动物性物质，使自身得到生长、繁殖和物质和能量的贮存。,一级消费者植食动物的次级生产过程,（二）生态系统的能量流动,（三）生态系统的物质循环,生物地球化学大循环（biogeochemicalcycle）三大类型：水循环（hydrologiccycles）气体型循环(gaseouscycles)淀积型循环(sedimentarycycles),1.水循环水分子从水体和陆地表面蒸发以及通过植物的蒸腾进入大气圈，然后遇冷凝结以雨雪等形式不断地回降到地球表面的过程。,2.气体型循环,3.淀积型循环,四、生态系统的反馈调节与生态平衡,当生态系统处于相对稳定状态时，生物之间和生物与环境之间出现高度的相互适应与协调，种群结构与数量比例持久地没有明显变化，能量和物质的输入和输出大致相等以及结构与功能之间相互适应并获得最佳协调关系。，这种状态就是生态平衡（）,反馈机制负反馈：是生态系统在受到一定干扰后恢复和保持其稳定平衡状态。正反馈：生态系统受到内部或外界某因素的干扰引起了一些变化。这些变化反过来又加强了某些因素的干扰和所引起的那些变化，使生态系统远离平衡状态。,第五节陆地和水域生态系统,一、陆地生态系统的主要特征非生物环境具有极大的复杂性和更富于变化的特征。具有较高的平均生物生产量和巨大的生物物质积累量动态变化较明显，包括季节性变化和其他类型的演替。相当明显的有规律的空间分布格局。,二、陆地生态系统的空间分布格局三向地带性纬度地带性：热量气候带的带状分布经度地带性（干湿地带性）：海陆分布和大气环流等因素作用。垂直地带性：海拔升高温度和气体逐渐降低，风速和太阳辐射加强，降水量先增加后减少。,中国东部植被水平分布的纬向变化,三、陆地生态系统的主要类型热带雨林热带稀树草原亚热带常绿阔叶林温带阔叶林北方针叶林温带草原荒漠冻原,四、水域生态系统的主要特征1.环境比较均一，变化比较和缓，并较少出现极端情况（水具有流动性和较大热容量）。2.生物量倒金字塔（各种浮游藻类）。,五、水域生态系统的分类按水化学性质淡水生态系统海洋生态系统,（一）淡水生态系统,包括河流湖泊细流河水库等。按水的运动分类：流水生态系统静水生态系统,（二）海洋生态系统,第六节社会经济自然复合生态系统,概念在一定的社会经济和科学技术条件下，经过人们的干预把自然生态系统分别改造为农业生态系统和城市生态系统，它们以人为核心以自然环境为基础，进行频繁的社会和经济文化活动，并且彼此结合共同形成为一个复杂的整体。,一、农业生态系统,农业生态系统（agroecosystem）是指在人类活动的干预下，一定区域的农业生态群体与其周围自然和社会经济因素彼此联系、相互作用而共同建立起的固定、转化太阳能，获取一系列农副产品的人工生态系统。以作物栽培为主体的农田生态系统最为重要。,农田生态系统的主要特点生物成分显著变化系统结构明显简化是一个能量和物质大量流通的开放系统。生物生产量一般较高具有明显的地域性特点人是农田生态系统的核心，社会因素起重要的导向作用。,生态农业（ecologicalagriculture）按照生态学和生态经济学原