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11地理教育全班必过生态学复习资料第一章 绪论一、生物的多样性地球上生物圈中所有的生物（动物、植物、微生物）生物多样性的三个层次：基因多样性、物种多样性、生态多样性二、生物圈的概念和范围1.地球上存在生命的部分称之为生物圈2.以海平面为标准划分，生物圈向上可到达约10千米的高度，向下可深入约10千米的深处，整个厚度约为20千米。包括：大气圈的底层（对流层）、水圈、岩石圈的上层（风化壳）。三、生态学的定义生态学是研究生物在其生活过程中与环境关系的科学。四、生态学的研究对象及方法 （一）生态学的研究对象可以按不同的研究性质进行多种划分1.根据研究对象的组织水平划分 2.根据研究对象的分类学类群划分出植物生态学动物生态学微生物生态学陆地植物生态学哺乳动物生态学昆虫生态学地衣生态学以及各个主要物种的生态学个体生态学或生理生态学种群生态学群落生态学生态系统生态学景观生态学全球生态学分子生态学 进化生态学3.根据研究对象的生境类别划分 陆地生态学海洋生态学淡水生态学岛屿生态学4.根据研究性质划分理论生态学：涉及生态学进程、生态关系的数学推理及生态学建模。应用生态学 ：A、应用于各类农业资源的管理，产生了农业生态学、森林生态学、草地生态学、家畜生态学、自然资源生态学等；B、应用于城市建设C、应用于环境保护与受损资源的恢复则形成了：保育生物学；恢复生态学；生态工程学；D、应用于人类社会，则产生了：人类生态学；生态伦理学E、还有学科间相互渗透而产生的边缘学科，例如： 数量生态学、化学生态学、物理生态学、经济生态学等。（二）研究方法研究方法：野外、实验和理论野外：是研究方法中的第一位，是通过对自然生态现象的观察和记载收集资料。实验：是分析生态事例因果关系有用的补充手段，实验可以对条件控制严格，重复性强，结果分析可靠，但是实验室可能与野外自然条件有所区别。理论：是最常用的研究方法，主要是利用数学模型进行模拟研究。第二章 个体生态学一、环境的概念与特征环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或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，是一个相对的概念。二、生态因子的概念及分类生态因子：是指环境中对生物生长、发育生殖、行为和分布有直接影响的环境要素。生存因子：在生态因子中，是生物生活和发育不可缺少的因子的总称。主导因子：在一定条件下，其中一个或两个因子对生物的生活起着主导作用，即该因子改变时就会引起其他生态因子的重大改变，从而形成另一种生态类型。生态因子的分类方法：1、按有无生命特征区分：非生物因子和生物因子。2、按性质区分：a 气候因子 b 土壤因子 c 地形因子 d 生物因子 e 人为因子3、按稳定性及其作用特点区分：稳定因子和变动因子（周期性和非周期性） 4、按生态因子对种群数量的变动作用区分：密度制约因子和非密度制约因子。三、生态因子作用的五大特征：1、综合作用：每一个生态因子都是在与其它因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化，如气候的作用。2、主导因子作用：对生物起作用的诸多因子中必有12个是起主要作用的主导因子。主导因子的改变会引起其它因子的变化。3、直接作用和间接作用：生态因子对于生物的生长发育、繁殖及分布的影响，可以是直接的，也可是是间接的。4、阶段性作用：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，生态因子对生物的作用也具有阶段性。5、不可替代性和补偿作用：各种生态因子对生物的作用是不同的，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来替代，但因某一因子的数量不足，有时可以靠另一因子的加强而得到调剂和补偿。四、生态因子的限制性作用（一）限制因子：概念：在众多环境因子中，任何接近或超过某生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因素称为限制因子。一般情况下有两类生态因子最容易起限制作用：(1)有机体十分需要而环境中含量很低的物质和元素；(2)有机体对其耐性限度狭，而在环境中又易变化的因子。限制因子概念的意义：使生态学家掌握了一把研究生物与环境复杂关系的钥匙，找到了影响生物生存和发展的关键性因子。（二）Liebig最小因子定律概念：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。两个补充条件（Odum,1973）：（1）严格的稳定状态；（2）因子补偿作用(factor compensation)：生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用（三）Shelford耐性定律概念：生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。生态幅（生态价）：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。生物对某一生态因子的耐性是长期进化的结果，随着环境条件的变化，生物的耐受性也不断变化。（1）物种的耐受性差异：同种生物对不同的生态因子的耐性限度不同；不同生物对同一生态因子的耐性限度也不相同（2）进化可改变耐受性：自然界中的生物并非都在环境因子的最适范围内生存，同一生物种内的不同品种，长期生活在不同的生态条件下，对多个生态因子的耐性范围也不同。（3）驯化可改变耐受性：一般而言，驯化需要很长时间，但在实验条件下诱发的生理补偿机制，可在短时间内完成。五、光因子及其生态作用1、太阳辐射的变化规律地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的时间长（季节周期）低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度地区接受的能量更少2.光质变化对生物的影响海洋植物 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性: 海水表层植物色素吸收蓝、红光；深水植物光合色素有效地利用绿光。高山植物 对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。动物 不同动物发展不同的色觉。光质的生态作用与生物的适应：植物的生长发育是在日光的全光谱照射下进行的，不同光质对植物的光合作用，色素的形成、向光性、形态建成的诱导等影响是不同的。光合作用的光谱范围只是可见光；可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长、发育等都有影响；不可见光对生物的影响也是多方面的，如昆虫对紫外光有趋光反应等。3.光强度变化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。水生生物 在水中的分布与光照强度有关。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。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。4.光补偿点：在透光带的下部，植物光合作用量等于呼吸作用消耗量时的光照强度。在此处的光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。5.光饱和点：一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度，倘若继续增加光强，光合作用的效率不仅不再增加，或者增加很少，这时的光强度称为光饱和点。6.光周期对植物的花期调控：花期调控的方法是对光敏感植物进行长日照、短日照、光暗颠倒来处理。六、温度因子的生态作用1、温度与生物生长： 三基点温度：最低、最适宜、最高温度；三基点来源于酶系统的活性；不同生物的三基点温度是不同的2、温度与生物发育：植物的春化作用、树木年轮的形成。温度与生物发育最普遍的规律是“有效积温法则”概念：生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。K=N(TT0)K该生物所需的有效积温，它是一个常数N发育历程，生长发育所需时间T发育期间的平均温度T0发育起点温度，又称生物学零度有效积温K和生物学零度T0的计算最简单方法：在两种实验温度（T1和T2），分别观察和记录两个相应的发育时间N1和N2值。 K1=N1(T1-T0) K2=N2(T2-T0) K1=K2 T0=(N2*T2-N1*T1)/(N2-N1) 代入有效积温公式即可求出K。 有效积温法则的意义:预测生物发生的世代数； 预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程度；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。3.、生物对极端温度的影响和适应低温对生物的影响：当温度低于一定数值，生物便会因低温而受害，这个数值称为临界(下限)温度 。低温对生物的伤害可分为冷害、霜害和冻害。高温对生物的影响：当温度超过某一数值，即临界（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：植物 通过特殊的形态适应低温。如寒冷地区植物的芽和叶片通过表面油脂，腊粉，密毛以及个体矮小，蛰状或莲状等，有利于保温，抵抗寒冷减少细胞中的水分并增加糖类、脂肪、色素以降低冰点动物 增大体形，个体大的动物，单位体重的散热量小（贝格曼规律）减少突出部位，以减少散热量（阿伦定律）增加羽毛和皮下脂肪，并具有隔热性良好的皮毛，可不增加或少增加新陈代谢以御寒贝格曼规律：生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。阿伦规律：寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应生物对高温的适应（形态、生理、行为适应）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，背部色素变淡。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，增强原生质抗凝结能力；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。行为上的适应动物：休眠，穴居，避阴，昼伏夜出等。4.渗透作用：两种不同浓度的溶液隔以半透膜（允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜），水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。或水分子从水势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象。七、土壤因子及其生态作用1.土壤因子的生态作用为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；提供生物生活所必需矿质元素和水分；提供植物生长所需的水热肥气；维持丰富的土壤生物区系,生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。2.以土壤为主导的植物生态类型：根据植物对土壤酸度的反应，可以把植物划分为酸性土、中性土、碱性土植物生态类型；根据植物对土壤中矿质盐类的反应，可把植物划分为钙质土植物和嫌钙植物；根据植物对土壤含盐量的反应，可划分出盐土和碱土植物；根据植物对风沙基质的关系，可将沙生植物划分为抗风蚀沙埋、耐沙割、抗日灼、耐干旱、耐贫瘠等一系列生态类型。盐土：盐土所含的盐类主要为NaCl、Na2SO4，这两种 盐类都是中性盐，所以一般盐土的pH是中性的，土壤结构尚未破坏。盐土对植物生长发育的不利影响：引起植物的生理干旱；伤害植物组织；引起细胞中毒；影响植物的正常营养；在高浓度盐类的作用下，气孔保卫细胞的淀粉形成过程受到妨碍，气孔不能关闭，即使在干旱期也是如此，因此植物容易干旱枯萎。碱土：土壤的碱化过程是指土壤胶体中吸附有相当数量的交换性钠。一般，交换性钠占交换性阳离子总量20以上的土壤称为碱土。碱土含Na2CO3较多 ，碱土是强碱性的，其pH一般在8.5以上，碱土上层的结构被破坏，下层常为坚实的柱状结构，通透性和耕作性能极差。碱土对植物不利的影响：土壤的强碱性能毒害植物根系；土壤物理性质恶化，土壤结构受到破坏，质地变劣，尤其是形成了一个透水性极差的碱化层次，湿时膨胀粘重，干时坚硬板结，使水分不能渗滤进去，根系不能透过，种子不易出土，即使出土后也不能很好的生长。第三章 种群生态学一、种群的概念和基本特征概念：是指在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合特征：数量特征、空间特征、遗传特征二、种群密度种群密度:单位面积上的个体数目，以符号N来表示。在生态学上，种群密度通常会分为两种：绝对密度:指单位面积或空间的实有个体数。相对密度:单位面积或空间上个体数量的相对多少程度，常用百分比表示。1、绝对密度的调查方法总数量调查法、样方法、标志重捕法(1)总数量调查法：具体方法是：直接计数某一地区内的某种生物个体的总数，然后除以该地区的总面积，就得到了该种群的绝对密度。（人工现场勘查、航拍）。适用条件：体型特别大，总数量又非常少的那些物种种群的绝对密度的测定，比如冻原上的驯鹿、北极熊，草原上的野牛、斑马、长颈鹿、大象等。(2)样方法：具体方法是：在种群的分布区，抽出一定数量的样方，分别计数各个样本中的某种生物的数量，然后用统计学方法求出样本平均数，进而求出种群的绝对密度。值得注意的是样方的形状是多样的，样方的大小是根据调查对象而定的。样方法早实践中运用最为广泛。适用条件：测定小型动物、小型植物的种群密度。(3)标志重捕法：具体方法是：从待测种群中捕捉一些动物，并给被捕捉住的动物加上某种记号（如涂色、挂环等）。然后，把做上记号的动物放回原来的种群中，经过一段时间后，再重新捕捉一些动物。根据重捕动物中有记号的动物与无记号的动物的比例，进而算出待测种群的绝对密度。即 N : M = n : m其中，N为样地个体总数；M为标志数；n为重捕个数；m为重捕中标志数。适用条件：洞穴居住的爬行动物和鸟类。标志重捕法应满足的条件：标志个体在整个调查种群中均匀分布，标志个体和未标志个体被捕几率相等；调查期限不宜过长和过短；标志的方法要合理。2、相对密度的调查方法具体方法是：先确定样方，再对样方上的各个物种的数量进行统计，然后算出所要调查的那个种群的相对密度。在统计生物个体的数量时，最好是直接统计生物个体数（即直接指标）。 相对密度=（某物种的个体数/所有物种个体的总数）X100%(1)捕捉法 (2)活动痕迹计数 (3)鸣声计数 (4)单位努力捕获量 (5)毛皮收购记录值得注意的是，相对密度的调查结果往往只是作为绝对密度统计时的补充。相对密度可以转换为绝对密度，但是转换必须要有足够的可靠的根据。3、单体生物:个体很清楚，各个个体保持基本一致的形态结构，它们都由一个受精卵发育而成。4、构件生物：由一个合子发育而成一套构件组成的个体。在其生长发育的各个阶段，基本构件单位反复形成，有机体逐渐增加。三、年龄分布1.种群的年龄结构：不同年龄组的个体在种群内的比例或配置状况种群的年龄结构与出生率、死亡率密切相关。如果其他条件相等，种群中具有繁殖能力的个体比例较大，种群的出生率就越高；而种群中缺乏繁殖能力的年老个体比例越大，种群的死亡率就越高。2.年龄金字塔（年龄锥体）：用从自上到下一系列不同宽度的横柱做成的图，横柱的高低表示由幼体到老年的不同年龄组，横柱的宽度表示各个年龄组的个体数或其所占的百分比。年龄金字塔的三种类型：（1）增长型种群：基部宽，顶部窄。表示种群有大量幼体而老年个体较小，反映该种群比较年轻并且种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群（a）（2）稳定型种群：大致呈钟型，从基部到顶部具有缓慢变化或大体相似的结构，说明幼年个体和中老年个体数量大致相等，出生率与死亡率大致相等，种群数量处于相对稳定状态(b)（3）下降型种群：呈壶型，基部比较窄、而顶部比较宽。表示种群中幼体比例很小而老的个体的比例较大，种群的死亡率大于出生率。说明种群数量趋于下降，为衰退种群(c)四、生命表1.生命表是由许多行和列构成的表格，通常第一列表示年龄、年龄组或发育阶段，从低龄到高龄自上而下排列，其他各列为记录种群死亡或存活情况的观察数据或统计数据，并用一定的符号表示。2.意义：综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命；预测某一年龄组的个体能活多少年；显示出不同年龄组的个体比例情况。 总之，生命表可以反映种群的动态特征,是研究种群动态的有力工具。3.生命表的类型：依据收集数据的不同方法，生命表可以分为动态生命表和静态生命表。动态生命表：根据观察一群同一年出生的生物的死亡或存活过程而获得的数据来编制的生命表。 静态生命表：根据某一特定时间对种群做年龄结构调查的资料而编制的生命表。4.净生殖率R0 = SLx Mx（存活率与出生率乘积累加）Ro（世代净增长率）：经过一个世代后的净增长率。5.种群增长率（r）和内禀增长率（rm）种群增长率:lRo / （1）为世代时间，指种群中子代从母体出生到子代再产子的平均时间。(2)从上式来看，r值的大小，随R0 增大而增大，随T值增大而变小。(3)控制人口途径：降低Ro值：降低世代增值率，限制每对夫妇的子女数；（4）值增大：推迟首次生殖时间或晚婚来达到。内禀增长率:指当环境（空间、食物和其他有机体）是无限制的，在该理想条件下，稳定年龄结构的种群所能达到的恒定的、最大增长率（rm）。也称为生物潜能或生殖潜能。五、种群的增长（一）种群在无限环境中的指数式增长在无限环境中，因种群不受任何限制因子的约束，种群的潜在增长能力会得到最大的发挥，种群的数量增长呈指数式增长格局，常用指数模型进行描述，其增长曲线为“J”型。1、世代不重叠种群的离散型增长模型（1）模型的假设a 种群在无限环境中生长，不受食物、空间等条件的限制b 世代不相重叠，种群增长是离散的，无年龄结构c 种群无迁出和迁入Nt+1=Nt或Nt=N0t（2）数学模型其中N为种群大小，t为时间，为种群周限增长率（3）模型的生物学意义a 根据此模型可计算世代不相重叠种群的增长情况；b 根据值可判断其种群动态。 1，种群上升； = 1，种群稳定；1 0,种群下降； = 0，种群无繁殖现象，且在下一代灭亡。2、世代重叠种群的连续增长模型（1）模型的假设a 种群在无限的环境中生长，不受食物、空间等条件的限制b 世代重叠，种群增长是连续的，具有年龄结构。c 种群无迁出和迁入dN/dt = rN（积分形式Nt = N0ert）（2）数学模型其中N为种群大小，t为时间，e为自然对数的底，r为种群的瞬时增长率。（3）模型的生物学意义a 根据此模型可计算世代重叠种群的增长情况；b 根据r值可判断其种群动态。r 0，种群增长；r = 0,种群稳定；r K2/; K2 K1/， K1 K2/时，N2取胜，N1被排挤。输出比例大于输入比例，物种1取胜，输出比例小于输入比例，则物种2取胜5.他感作用（1）概念植物通过向体外分泌化学物质，直接或间接影响其他植物生长发育的现象。这也是种间关系的一部分，是生存竞争的一种特殊形式。（2）他感作用的生态学意义.歇地现象连作影响作物长势，降低产量的现象。影响植物群落中的种类组成影响植物群落的演替他感作用是引起植物群落演替的重要内因。6.捕食作用：一种生物攻击、猎取、食用另一种生物的现象7.寄生：一种生物生活在另一种生物体内或体表，吸收寄主营养维持生活的现象。第四章 生物群落的组成与结构一、生态群落的定义1