「高中生物竞赛辅导-生态学（心理调节）」.ppt

生物竞赛辅导3 生态学 1 身心健康 1 什么是生态学 Ecology 研究生物与环境相互依赖 制约和协调关系的科学 1869 德国进化论者海克尔提出 oecology 1893 美 一次生态学会议 把这个词简化确定为 ecology 1950s后 数学的引入发展成定量科学近代生态破坏所带来的恶果日益严重和明显 生态学才引起全社会的重视 生态学概述 2 身心健康 生态学一览 3 身心健康 1 2生态学的分支学科 基础 纯粹 生态学按组织层次分 个体 种群 群落 生态系统 分子 生态学等按生物类别分动物 植物 微生物 真菌 生态学等按栖息环境分陆地 海洋 河口 淡水 生态学等 4 身心健康 主要范围 一 生物与环境的相互关系 二 种群生态学 三 群落生态学 四 生态系统 五 环境问题 5 身心健康 一 生物与环境的相互关系 一 环境与生态因子的概念 二 生物与生态因子关系的基本规律 三 主要生态因子及其生态作用 环境 是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接 间接影响该生物群体生存的一切事物的总和 包括生物和非生物 环境总是针对某一特定的主体或中心而言的 离开了这个主体或中心也就无所谓环境了 6 身心健康 像温度等环境中对生物的生长 发育 繁殖 行为和分布有着直接或间接影响的环境要素就称为生态因子 除了温度以外还包括湿度 食物 氧气 二氧化碳和其他相关生物等等 生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件 也称生物的生存条件 一 生态因子的概念 例题 以下关于动物对温度的适应的说法正确的是 A 在低温条件下 变温动物的寿命较长 随着温度的增高 其平均寿命缩短B 温暖地区 变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C 恒温动物在低温下保持恒定的体温 而变温动物随环境温度的提高而有相应变化D 温度是动物分布的限制因子 最重要的是地区平均温度 AC 7 身心健康 1 最小因子法则 lawoftheminimum 任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量 因而成为决定该物种生存或分布的根本因素 二 生物与生态因子关系的基本规律 8 身心健康 2 耐受性法则 lawoftolerance 各种生态因子对某一种生物都存在生物学的上限和下限 它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐受范围 耐受性定律可用钟性曲线来表示 9 身心健康 环境梯度 生长 生殖 广生态幅 狭生态幅 狭生态幅 根据生物对环境因子的适应范围的大小 对同一生态因子 不同种类的生物耐受范围是不相同的 有的可耐受很广的温度范围 称广温性动物 有的只能耐受很窄的温度范围 称狭温性生物 10 身心健康 注意 1 一般来说 如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都是广泛的 那么这种生物在自然界的分布也一定很广 2 一种生物的耐受范围越广 对某一特定点的适应能力也就越低 相反狭生态幅的生物 通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力 但却丧失了在其它条件下的生存能力 3 自然界中的动植物很少能够生活在对他们来说是最适宜的地方 而只能生活在它们占有更大竞争优势的地方 例如 很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛 但是它们却只分布在沙漠中 因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势 11 身心健康 生物对生态因子耐受限度的调整 1 驯化 生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围 如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下 久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动 驯化在实验室条件下 一般只需较短时间 而在自然环境中这个变化通常要较长时间 驯化可以理解为生物体内决定代谢速率地酶系统的适应性改变 12 身心健康 2 休眠 休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制 环境条件如果超出了生物的适宜范围 但不能超出致死限度 虽然生物也能维持生活 但却常常以休眠的状态适应这种环境 动植物一旦进入休眠期 它们对环境条件的耐受范围就会比正常活动是宽得多 13 身心健康 3 限制因子定律 limitingfactors 任何一种生态因子 只要接近或超过生物的耐受范围 它就阻止其生长 繁殖 分布 生理机能或者生存的因素就是限制因子 例题 在下列情况下 测定了不同光照强度光合作用速率的影响 4种实验条件 0 10 CO2 30 1 0 10 CO2 20 2 0 03 CO2 30 3 0 03 CO2 20 4 从以上实验可以得知 对实验2 实验4和P点起到限制作用的因素分别是A 光强度 0 03 CO2 温度B 0 10 CO2 光强度 温度C 温度 光强度 CO2浓度D 温度 0 03 CO2 光强度 光强度 光合速率 1 2 3和4 P D 14 身心健康 注意 如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广 窄 而且这种因子又非常稳定 不稳定 那么这种因子就不太可能 很容易 成为限制因子 例如 氧气对陆生动物来说 数量多 含量稳定 因此一般不会成为限制因子 但是氧气在水体中的含量是有限的 而且经常发生波动 因此常常成为水生生物的限制因子 15 身心健康 4 贝格曼定律 Bergman srule 恒温动物 内温动物 在寒冷的气候条件下 体型趋向于大 在温暖的气候条件下 体型趋向于小 因为个体大的动物 其相对表面积小 单位体重散热量相对较少 这样有利于保持体温 5 阿伦定律 Allen srule 恒温动物身体的突出部分如四肢 尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势 在温暖地区有变长的趋势 这也是在寒冷地区减少散热和在温暖地区增加散热的一种形态适应 6 乔丹定律 Jordan srule 栖息于冷水水域中的鱼类 比栖息于温暖水域中的同种鱼的脊椎骨数目多 解释 低温使鱼类的生长和发育速度变慢 因而延长了其性成熟时间 从而产生更大的个体 其脊椎骨的数目也增多 16 身心健康 7 葛洛格定律 Gloger srule 一般来说 在干燥而寒冷的地区 动物的体色较淡 而在潮湿而温暖的地区 其体色较深 解释 温热地区动物毛色较深的原因 可能与色素产生和酶活动有关 较高的湿度和温度能增强酶的活性 提高代谢速率 使皮肤中产生较多的黑色素 体色则较深 8 阿利氏定律动物有一个最适宜的种群密度 种群过密或过疏都可能对自身产生不利影响 随着种群密度过大 将对整个种群带来不利影响 如它将抑制种群的增长率 增大死亡率等 17 身心健康 三 主要生态因子及其生态作用 1 光 光质的变化 光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少 随海拔升高而增加 在时间变化上 冬季长波光增多 夏季短波光增多 一天内中午短波光较多 早晚长波光较多 深水中的红藻 紫菜 能够较有效的利用绿光 紫外光的作用抑制了植物茎的伸长 所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛 18 身心健康 1 光对植物的影响 光合作用和呼吸作用两条线的交叉点就是光补偿点 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 阳生植物和阴生植物有差异 光对植物光合作用的影响 19 身心健康 阳生植物和阴生植物的补偿点和饱和点 一般来说 植物个体对光能的利用率远不如群体高 夏季当阳光最强时 单株植物很难充分利用这些光能 但在植物群体中对反射 散射和透射光的利用要充分的多 20 身心健康 对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素是光合面积 光合时间和光合能力 光合面积主要指叶面积 通常用叶面积指数来表示 即植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值 光合时间是指植物全年进行光合作用的时间 光合时间越长 植物体内就能积累更多的有机物质并增加产量 延长光合时间主要是靠延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期 光合能力是指大气中二氧化碳含量正常和其它生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率 21 身心健康 光对植物其它生理的影响 a 与代谢的关系 对光照强度的要求不同植物分 阳生植物 阴生植物 耐阴植物 阳生植物的光饱和点比阴生植物要高 当然通常光补偿点也会高一些b 与生殖的关系 光周期现象 根据植物对日照长度的反应可分为长日照植物 短日照植物 中日照植物和中间型植物 具体情况请看植物的生殖生理 22 身心健康 2 光对动物的影响影响动物的体色 生长发育 繁殖 行为 视觉 有很多的动物繁殖 行为都由日照长度来决定 原因 光周期变化很有规律 很稳定 以它为信号一般不会 上当 而其它因素如温度等稳定性不强 一年中的同一天日照长短都是一致的 但是温度 湿度 食物等因素可能不一致 23 身心健康 2 温度 最适点 最低点 最高点 在生态学上称为温度的三基点 1 植物和温度a 植物的春化b 昼夜温差与有机物积累 白天温度高有利于光合作用 夜间温度低降低呼吸作用 c 季节变温与物候 生物长期适应于一年中温度的寒暑节律性变化 形成于此相适应的生物发育节律称为物候 实质是生物对季节性变温的适应 d 极端温度对植物的影响 低温对植物的伤害可分为冷害 霜害和冻害三种 24 身心健康 冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡 例如海南岛的热带植物丁子香在气温降到6 1 时叶片便受害 降到3 4 时顶梢干枯 受害严重 冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍 冷害 冻害是指冰点以下的低温使生物体内 细胞内或细胞间隙 形成冰晶而造成的损害 冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性 当温度不低于 3 或 4 时 植物受害主要是由于细胞膜破裂引起的 当温度下降到 8 或 10 时 植物受害则主要是由于生理干燥和水化层的破坏引起的 冻害 25 身心健康 e 高温对植物的影响高温可减弱光合作用 增强呼吸作用 使植物的这两个重要过程失调 例如马铃薯在温度达到40 时 光合作用等于零 而呼吸作用在温度达到50 以前一直随温度的上升而增强 但这种状况只能维持很短的时间 高温还可破坏植物的水分平衡 加速生长发育 促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累 注 高温和低温 极端温度 对植物的致死 使植物的地理分布也受到温度的限制 植物水平分布的南界和北界 垂直分布的海拔高低 26 身心健康 f 植物对极端温度的适应 低温适应 形态的适应 芽叶具有油脂类物质 芽具鳞片 植表有蜡粉密毛 植株矮小 生理的适应 减少细胞内的水 增加糖 脂 色素 以降低冰点 增加吸热 高温适应 加强反光 滤光 形成木栓层 隔热 降低含水量增加糖 盐 减慢代谢速率 增强原生质抗凝结力 加强蒸腾 反射红外线 27 身心健康 2 动物和温度a 影响动物的繁殖 b 温度与生物的发育 有效积温法则 指生物 植物和变温动物 的生长发育过程中 必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育 如 水稻在浙江只能种两季 而在海南岛可以种三季 有效积温法则的应用 预测生物发生的世代数 预测生物地理分布的北界 预测害虫来年发生程度 推算生物的年发生历 c 温度影响动物的形态 贝格曼定律 阿伦法则 d 影响动物的分布 有效积温和极端温度 e 极限温度对动物造成的影响 低温使动物致死 主要是由于细胞内形成冰晶的损伤所致 高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性 使蛋白质凝固变性 造成缺氧 排泄功能失调和神经系统麻痹等 f 动物对极端温度的适应 28 身心健康 例题 以下关于动物对温度的适应的说法正确的是 A 在低温条件下 变温动物的寿命较长 随着温度的增高 其平均寿命缩短B 温暖地区 变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C 恒温动物在低温下保持恒定的体温 而变温动物随环境温度的提高而有相应变化D 温度是动物分布的限制因子 最重要的是地区平均温度 AC 29 身心健康 3 水植物与水 水生植物 沉水植物 浮水植物 挺水植物 陆生植物 湿生植物 中生植物 旱生植物 各种生态类型的植物的形态 解剖学结构特点 具体参照植物形态 解剖学 动物与水 a 影响动物的分布 b 影响动物的体色 葛洛格定律 Gloger srule c 影响动物的繁殖 d 影响动物的行为 e 影响动物的生长发育 30 身心健康 一 水生植物适应特点是体内有发达的通气系统 叶片常呈带状 丝状或极薄 有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收 植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动 淡水植物具有自动调节渗透压的能力 而海水植物则是等渗的 1 沉水植物整株植物沉没在水下 为典型的水生植物 根退化或消失 表皮细胞可直接吸收水中气体 营养物和水分 叶绿体大而多 适应水中的弱光环境 无性繁殖比有性繁殖发达 如狸藻 金鱼藻和黑藻等 2 浮水植物叶片飘浮水面 气孔通常分布在叶的上面 维管束和机械组织不发达 无性繁殖速度快 生产力高 不扎根的浮水植物有凤眼莲 浮萍和无根萍等 扎根的有睡莲和眼子菜等 3 挺水植物植物体大部分挺出水面 如芦苇 香蒲等 31 身心健康 二 陆生植物1 湿生植物抗旱能力小 不能长时间忍受缺水 生长在光照弱 湿度大的森林下层 或生长在日光充足 土壤水分经常饱和的环境中 前者如热带雨林中的各种附生植物 蕨类和兰科植物 和秋海棠等 后者如水稻 毛茛 灯心草和半边莲等 2 中生植物适于生长在水湿条件适中的环境中 其形态结构及适应性均介于湿生植物和旱生植物之间 是种类最多 分布最广和数量最大的陆生植物 3 旱生植物能忍受较长时间干旱 主要分布在干热草原和荒漠地区 又可分为少浆液植物和多浆液植物两类 前者叶面积缩小 根系发达 原生质渗透压高 含水量极少 如刺叶石竹 骆驼刺和夹竹桃等 后者体内有发达的贮水组织 多数种类叶片退化而由绿色茎代行光合作用 如仙人掌 石蒜 景天和猴狲面包树等 32 身心健康 水生动物的渗透压调节生活在海洋中的动物大致有两种渗透压调节类型 一种类型是动物的血液或体液的渗透浓度与海水的总渗透浓度相等或接近 另一种类型是动物的血液或体液大大低于海水的渗透浓度 1 硬骨鱼类和甲壳动物体内的盐是通过鳃排泄出去的 而软骨鱼类则是通过直肠腺排出 2 淡水动物 丢失的溶质从两个方面得到弥补 一方面从食物中获得某些溶质 另一方面动物的鳃或上皮组织的表面也能主动地把钠吸收到动物体内 动物与水 注意 温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子 两者共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局 33 身心健康 二 种群生态学 一 种群的概念 二 种群的基本特征 三 种群的数量变动 种群是指在特定的时间内 由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统 例题 下列生物属于种群的是 A 一水田内的全部水稻 稗草B 一棉田中的幼蚜 无翅 有翅成熟蚜C 某池塘中的所有鱼D 一根朽木上的全部真菌 B 34 身心健康 1 种群密度 种群密度是反映种群大小的一个参数 种群的大小 总数 也可通过标志重捕法来测定 标志重捕法的具体操作是 在调查样地上 捕获一部分个体进行标志 经一定期限进行重捕 根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定 来估计样地中被调查动物的总数 即 N M n m 其中M为标志数 n为再捕个体数 m为再捕中标记数 二 种群的基本特征 种群密度 种群的空间分布格局 出生率与死亡率 迁入与迁出 性别比例 年龄组成 35 身心健康 2 种群的空间分布格局 组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局 分为三类 均匀型 随机型 成群型 集群型 集群型是最常见的一种分布方式 36 身心健康 均匀分布的产生原因 主要是由于种群内个体间的竞争 例如森林中植物为竞争阳光 树冠 和土壤中营养物 根际 分泌有毒物质于土壤中以阻止同种植物籽苗的生长是形成均匀分布的另一原因 注 随机型往往被错误地认为是最多见的 受到独立分配规律的影响 非等位基因之间随机组合 而事实上是最少见的 由于资源均匀分布 种群之间的个体间无吸引 无排拆的现象是不太可能出现的 成群分布是最常见的内分布型 成群分布的形成原因是 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 37 身心健康 2 3 1种群的年龄结构 2 3种群统计 增长型 稳定型 衰退型 老年个体数成体数幼体数 38 身心健康 2 3 2种群存活曲线 概念在各年龄阶段种群的存活率曲线基本类型 型 凸型 哺乳动物 人 型 直线型 鸟类 型 凹型 低等动物 39 身心健康 存活率 年龄 凸型存活曲线 40 身心健康 直线型存活曲线 年龄 存活率 41 身心健康 凹型存活曲线 年龄 存活率 42 身心健康 三 种群的数量变动 1 种群数量变动的基本参数 a 出生率与死亡率 b 迁入与迁出 c 存活曲线 d 生命表 43 身心健康 2 种群的增长模型 种群在无限的环境中 即假定环境中空间 食物等资源是无限的 其增长率不随种群本身的密度而变化 种群呈指数增长格局 其增长曲线为 J 字形 注意 指数增长的情况只有在实验室内 人为控制的环境条件下 才有可能发生 自然条件下一般是不会出现的 由于自然条件的环境都是有限的 种群的指数增长 a 种群的指数增长 数量 44 身心健康 b 种群的阻滞增长 逻辑斯蒂增长 因为野外种群总是处于有限的环境当中 种群增长因此也是有限的 逻辑斯蒂增长曲线的意义 最大持续产量的模型 K 2 防治有害生物 K 种群的阻滞增长 逻辑斯蒂增长 K K 2 K 环境容纳量 逻辑斯蒂增长曲线可划分为5个时期 开始期 加速期 转折期 减速期 饱和期 稳定期 45 身心健康 3 种群的数量波动调节 a 种群的生态对策r 对策 k 对策 两种生态对策的特点 大部分有害动物属于r 对策 大部分珍稀动物属于k 对策 b 种群数量的调节 密度制约 影响种群个体数量的因素中 其作用随种群密度而变化的 包括生物之间的相互作用 即生物因素 生物种群的相对稳定和规则的波动与密度制约因素的作用有关 非密度制约 有些因素虽对种群数量起限制作用 但作用强度和种群密度无关 主要是指气候等非生物因素 种群数量的不规则变动往往同非密度制约因素有关 46 身心健康 下列哪一条线表示动物种群数量变动中的非密度制约 B 种群密度 A B C D 不利效应 死亡个体数 四 种间关系 例题 47 身心健康 2 4种内与种间关系种群是物种在自然界中存在的基本单位 捕食 predation 竞争 competition 寄生 parasitism 共栖 commensalism 合作 protocooperation 与互利共生 mutualism 化学互助和拮抗 48 身心健康 山猫正在追捕雪兔 49 身心健康 山猫和雪兔在90年间的数量消长 50 身心健康 两种草履虫 分开培养和混合培养 出现不同生长曲线 51 身心健康 一只鸟里里外外寄生物大20多种 52 身心健康 左 兰花栖生在树干上 右 双锯鱼和海葵共栖 53 身心健康 蚂蚁和蚜虫合作 54 身心健康 牛尾鸟帮助河马清除寄生小虫 55 身心健康 白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑 互利共生 56 身心健康 57 身心健康 一种鼠尾草分泌化学物质 使周围成为不毛之地 58 身心健康 类型AB特点竞争 彼此互相抑制捕食 A种杀死或吃掉B种中性OO彼此互不影响共生 彼此有利 分开后不能生活合作 彼此有利 分开能独立生活附生 OA种有益 B种无影响偏害 O对A有害 对B无利也无害寄生 对A有利 对B有害 种群关系总结 59 身心健康 例题 曲线1和曲线2 图5 4 代表物种1和物种2的耐热范围 在什么温度情况下物种2能竞争过物种1 A 温度在t1 t2范围内B 温度在t2 t3范围内C 温度在t1以下D 温度变化幅度很大时E 温度在t3以上 B 60 身心健康 例题 在一实验室中进行了两类细菌对食物竞争的实验 实验中 测定了第 类细菌在第一代存活期间混合培养中所占总数的百分比 Zt 与第 类细菌在第二代存活期间混合培养中所占总数的百分比 Zt 1 之间的对应关系 如右图所示 实线表示观察到的Zt 1和Zt的关系 虚线表示Zt 1 Zt时的情况 在较长的时间里 第 类细菌和第 类细菌会发生什么情况 D A第 类细菌和第 类细菌共存B第 类细菌和第 类细菌共同生长C第 类细菌把第 类细菌排除掉D第 类细菌把第 类细菌排除掉 思考 这条曲线如果改称凸形的 结果又会怎么样 61 身心健康 例题 将甲 乙两种植物混种 若设定 N M 收获的种子再播种 连续进行若干代后将M对N作图 有下列几种可能的结果 请回答 M N M N a b M N c M N d M N M N M N 1 甲与乙的竞争中 若甲取胜 可用图表示 那么MN 2 甲与乙的竞争中 出现稳定平衡时 可用图表示 其平衡点为 e A B C D B A b 62 身心健康 三 群落生态学 群落 community 在一定地理区域内 生活在同一环境下的各种动物 植物和微生物等的种群 彼此相互作用 组成具有独特成分 结构和功能的不同种群集合体 63 身心健康 群落生态学 一 群落中物种的多样性和优势种 三 群落结构 五 群落演替 四 陆地植物群落分布的地带性 二 生态位 64 身心健康 群落ABCD种15092750种2304525种3100520种4100520种501520种60155种70100种80100 例题 生态群落K到N包含以数字1到8代表的物种 每个物种的密度不同 表5 5中给出了这些物种得密度 每平方米的个体数 当受到大规模害虫袭击 危害程度逐步增加 时 这些群落中的哪一个受到的影响最小 一 群落中物种的多样性和优势种 D 65 身心健康 1 群落多样性的含义 生物多样性一般有三个水平 遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 生态系统多样性中包含群落多样性 而群落多样性包含两方面的含义 种的数目或丰富度 种的均匀度 66 身心健康 二 生态位 1 生态位的概念 生态位是指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色 生态位重叠 基础生态位 实际生态位 D 67 身心健康 2 生态位分化 同一地区共存的物种 它们生态位的关系从理论上有三种情况 生态位完全分离 生态位彼此部分重叠 生态位基本上重叠 二 生态位 1 生态位的概念 生态位是指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色 生态位重叠 基础生态位 实际生态位 68 身心健康 三 群落结构 群落结构是指群落中各种生物在空间上的配置状况 包括垂直结构和水平结构 垂直结构 指群落的分层现象 群落中植物的分层导致动物的分层 群落的分层结构是自然选择的结果 它显著提高了利用环境资源的能力 水平结构 群落内水平的二维空间中生态因子常常不均匀 或由于人类和动物活动的影响 使群落在外形上表现为斑块相间 我们称之为镶嵌性 每一斑块就是一个小群落 四 陆地植物群落分布的地带性 1 经度地带性 2 纬度地带性3 垂直地带性 69 身心健康 五 群落演替 1 概念不同的群落在同一地方相继出现 即一种群落转变为另一种群落的过程 叫做群落演替 70 身心健康 3 按基质的性质划分 可分为 a 水生演替 演替开始于水生环境中 但一般都发展到陆地群落 如淡水湖或池塘中水生群落向中生群落的转变过程 b 旱生演替 演替从干旱缺水的基质上开始 如裸露的岩石表面上生物群落的形成过程 4 按群落代谢特征来划分 可分为 a 自养性演替 自养性演替中 光合作用所固定的生物量积累越来越多 例如由裸岩 地衣 苔藓 草本 灌木 乔木的演替过程 b 异养性演替 有机物质是随演替而减少的 如 出现有机污染的水体 由于细菌和真菌分解作用特别强 有机物质是随演替而减少 71 身心健康 5 按控制演替的主要因素划分 a 内因性演替 群落中生物生命活动的结果首先使它的生境得到改造 然后被改造了的生境又反作用于群落本身 如此相互促进 使演替不断向前发展 b 外因性演替 这种演替是由于外界环境因素的作用所引起的群落变化 其中包括气候发生演替 地貌发生演替 土壤发生演替 火成演替和人为发生演替 注意 一切源于外因的演替最终都是通过内因生态演替来实现的 所以说 内因生态演替是群落演替的最基本和最普遍的形式 72 身心健康 3 演替顶极1 单元顶极论 无论是水生演替 还是旱生演替 最后都发展成为一个与当地气候相适应的相对稳定的中性群落 气候顶极群落 2 多元顶极论 在一个气候区内 群落演替的最终结果不一定都形成一个相同的气候顶极群落 除了气候顶极外 还可有土壤顶极 地形顶极 火烧顶极等 3 顶极 格局假说 实际是多元顶极的一个变型 认为随着环境梯度的变化 构成一个顶极群落连续变化的格局 73 身心健康 四 生态系统 二 生态系统的营养结构 三 生态系统的功能 一 生态系统的概述 1 概念 生态系统是指在一定的时间和空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动而相互作用 相互依存所形成的一个生态学功能单位 生态系统内部具有自我调节能力 能量流动 物质循环和信息传递是生态系统的三大功能 74 身心健康 食物链和食物网的概念生态系统中储存于有机物中的化学能 通过一系列吃与被吃的关系 把生物与生物紧密地联系起来 这种以食物营养关系彼此联系起来的生物序列 称为食物链 foodchain 生物群落中错综复杂的食物关系 使多条食物链彼此交联 形成食物网 foodweb 二 生态系统的营养结构 75 身心健康 食物链 76 身心健康 77 身心健康 4 2 2食物链中的功能类群 生产者 producers 消费者 consumers 还原者或称分解者 decomposer 78 身心健康 1 食物链和食物网 碎屑食物链 以死生物或腐屑为起点的食物链 在大多数陆地生态系统和浅水生态系统中 生物量的大部分不是被取食 因此能流是以通过碎屑食物链为主 捕食食物链 又叫活食链 直接以生产者为基础 捕食食物链虽然是人们最容易看到的 但只在某些水域生态系统中才能成为能流的主要渠道 寄生食物链 是以寄生方式取食活有机体而构成的食物链 79 身心健康 4 2 4食物链的基本特点 同一食物链中常包含有食性和其它生活习性极不相同的多种生物 同一生态系统中 可能有多条食物链 长短不同 营养级数目不等 不同生态系统 各类食物链的比重不同 生态系统中 各类食物链总是协同起作用的 食物网不仅维持生态系统的相对平衡 并推动生物进化 是自然界发展演化的动力 80 身心健康 2 营养级和生态金字塔 营养级 一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物物种的总和 通常一条食物链上的营养级只有4 5级 为什么 生态金字塔 数量金字塔 是利用各营养级所包含的各种生物的总数的多少来构成的生态金字塔生物量金字塔 以生物组织的干重表示每一个营养级中生物的总重量能量金字塔 是利用各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔 81 身心健康 注意 生态金字塔一般都是上窄下宽的 但是也有例外的 比如 前一营养级的个体比后一营养级的个体明显大的多 就又可能构成上宽下窄的倒置金字塔 数量金字塔 还有在湖泊和开阔海洋的水域生态系统中常常出现上宽下窄的倒置的生物量金字塔 注 能量金字塔不可能出现上宽下窄的倒置金字塔 82 身心健康 3 生态效率 a 同化效率 固定的日光能 吸收的日光能 植物 同化的食物能 摄取的食物能 动物 b 生长效率 n营养级的净生产量能量 n营养级的同化能量c 利用效率 n 1营养级的摄食能量 n营养级的净生产量d 林德曼效率 n 1营养级的摄食能量 n营养级的摄食能量 注 一般大型动物的生长效率要低于小型动物 老年动物的生长效率要低于幼年动物 肉食动物的同化效率要高于植食动物 但随着营养级的增加 呼吸消耗所占的比例也相应增加 因而导致在肉食动物营养级净生产量的相应下降 但是林德曼效率在各个营养级之间的统计几乎都是一个常数 即10 以上也可以看出每个营养级的净生产量都绝大多数通向碎屑食物链 83 身心健康 4 生态系统的反馈调节和生态平衡 反馈调节分为负反馈调节和正反馈调节 负反馈调节 较常见的一种反馈 它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡或稳态 反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化 正反馈调节 比较少见 它的作用刚好与负反馈调节相反 即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化 反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化 因此正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态或稳态 由于生态系统具有自我调节能力 所以在通常情况下 生态系统会保持自身的生态平衡 生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况 它包括结构上的稳定 功能上的稳定 能量输入和输出的稳定 当生态系统达到稳定状态时 它能在很大程度上克服和消除外来的干扰 保持自身的稳定性 这一现象就是生态系统的反馈调节 84 身心健康 三 生态系统的功能 1 生态系统的能量流动 a 生态系统的初级生产和次级生产 生产量 或称生产力 在一段时间内 生态系统中某个种群或群落生产出来的有机物总量 初级生产量 绿色植物通过光合作用 把太阳能转变成植物体内的化学能 这过程称为 初级生产 它所固定的总能量 或形成的有机物总量 称为初级生产量 又分 总初级生产量 在某单位时间内生产者所固定的全部太阳能 净初级生产量 总初级生产量减去生产者自身呼吸消耗后余下的数值 次级生产量 在单位时间内动物体的同化量减去其呼吸量余下的值 实际上它就是动物用于生长 发育和繁殖的那部分能量 一级 二级 三级消费者的生产量都属于次级生产量 次级生产量 同化量 次级呼吸量 个体增重 新个体重量 85 身心健康 b 能量流动特点 单向流动 不可逆转 逐级递减 2 物质循环 又称生物地化循环 特点 反复出现 循环流动 水循环 全球性 气体型循环 沉积物循环 86 身心健康 能流和营养水平 trophiclevels 各类生物以地球生态系统初级生产者的总生产量 年为起点 能量按食物链顺序的流动 即能流能流过程中 各类生物所处的地位称为营养水平 营养水平和食物链的环节是有限的 通常4 5个 87 身心健康 4 3 1 4能量转化效率和生态金字塔能量转化效率 指某一营养级所固定的能量与上一营养级所携有的能量之比 十分之一定律 营养水平每上升一级所得能量只有原来营养水平的10 生态金字塔 ecologicalpyramid 生态系统中 当能量传递其营养级由低向高推进时 每级的个体数目 生物量或所含能量呈递减式塔型分布 称生态金字塔 88 身心健康 素食者比肉食者节约能源 89 身心健康 2 物质循环 又称生物地化循环 特点 反复出现 循环流动 水循环 全球性 气体型循环 沉积物循环 90 身心健康 生物地球化学循环 biogeochemicalcycle 在生态系统乃至生物圈内 各种化学元素沿特定途径 从环境到生物体 又从生物体再回归到环境 这种不断流动和循环过程 生物富集作用 biologicalenrichment 生态系统中同一营养级上众多种群或个体 从环境中积蓄某种元素或难于分解的化合物 致使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象 例 DDT的富集现象 91 身心健康 DDT经食物链浓缩107倍 水中DDT浓度3x10 6ppm 鹰体内DDT浓度25ppm 92 身心健康 水循环 气体循环 碳 氧 氮的循环 碳的循环 氮的循环 沉淀循环 钙 钾 纳 镁 磷等盐类的循环 磷的循环 93 身心健康 水循环 94 身心健康 碳循环 95 身心健康 氮循环 96 身心健康 3 生态系统中的信息传递生态系统中信息流 传递 接受和感应 存在于不同组织水平 是生物长期进化的结果 生态系统中的信息种类 物理信息 声 光 电 热等 化学信息 代谢分泌物 植物次生代谢物等 营养信息 影响生物的迁徙等 行为信息生态系统中信息传递的特征 具有可传扩性 永续性 具有时效性 分享性与转化性 97 身心健康 印随学习 imprinting 98 身心健康 生态系统中的信息传递 动物之间的信息传递是通过神经系统和内分泌系统进行的 动物之间的信息传递决定生物的多种行为 取食 视觉 味觉 听觉信号对动物取食的影响 居住 物理信号和食物信号影响栖息地的选择 防护行为 拟态 imicry 警戒色 保护色 性行为 性外激素 pheromone 生物的群集作用 食物 环境和信息素的作用 99 身心健康 防卫 甲壳虫喷出毒液 100 身心健康 蝴蝶用鲜艳的 眼睛 吓走敌人 防卫 101 身心健康 拟态 102 身心健康 西番莲是热带藤本植物 展足蛾产卵于叶面 西番莲的蜜腺象卵 叶子起到保护的作用 103 身心健康 一种像石头样的植物 不易被动物发现 104 身心健康 信息在生产实践中应用 光信息的应用 调节控制生物的发生发展 化学信息的应用 趋光性和趋化性的利用 迷向法 防治害虫 声信息的应用 超声处理种子 声纳捕鱼 番茄听音乐 105 身心健康 五 环境问题 一 人类对大气层的破坏 1 酸雨污染 不是单纯的雨 他还包括雪 雾 尘埃等各种含有酸性物质的沉降物 a 形成原因 SO2 NOb 酸雨的危害 c 酸雨的防治 2 光化学烟雾 a 形成原因 NO和碳氢化合物在阳光中的紫外线的作用下 b 光化学烟雾的成分 O3 NO2 醛类 过氧乙酰基硝酸酯 PAN 与大气的粒状污染物混合 形成前蓝色烟雾 c 光化学烟雾的危害 空气污染达到毒害的程度常常伴随着一种气候条件 逆温现象 106 身心健康 107 身心健康 a 温室气体 CO2 CH4 氮氧化物 氯氟烃 温室气体能无阻挡地让太阳的短波辐射设想地面 并部分吸收地表向外辐射的长波辐射 红外线 全球增温作用中以CO2为主 约占60 以上 但是CO2并不是温室效果最强的气体 比如N2O的温室效应要比CO2高的多 200倍左右 但是由于浓度比较低 所以 b 温室效应与气候变暖的危害 影响植被分布 海平面上升 陆地减少c 温室效应与气候变暖的防治 提高森林覆盖率 改善生态环境 4 臭氧层的破坏a 臭氧层的作用 b 臭氧层破坏的原因 氯原子能催化分解O3 制冷剂氟里昂 CFCl3 CCl4 此外超音速飞机 汽车废气以及氮氧化合物也能分解臭氧 3 温室效应与气候变暖 108 身心健康 二 水体污染 1 有机污染 有机污染物在水中分解时需要消耗大量的氧 固又称需氧污染物 被有机物严重污染的水体中 溶解氧急剧下降 甚至产生无氧层 大部分鱼类会窒息死亡 同时 水中厌氧菌迅速发展 分解有机物并放出CH4和H2S等有毒气体 发出臭气 2 水体富营养化 由于生活污水 工业废水和农田排水中含较多的N P等元素 这些元素大量的进入水体后使藻类植物等大量繁殖 这些生物死亡后 先被需氧微生物分解 使水体中溶解氧的含量明显减少 接着 生物遗体又会被厌氧微生物分解 产生出CH4和H2S等有毒气体 使鱼类和其他水生生物窒息或中毒死亡 水体变臭 富营养化发生在淡水中叫 水华或水花 发生在海水中叫做 赤潮 109 身心健康 3 有毒污染物与生物富集作用 水体中的有毒污染物有两类 重金属 汞 铅 镉 铬 砷 类金属 等等 人工合成的有机物 有机氯 有机磷 多氯联苯和芳香族氨基化合物 有毒污染物的危害除造成生物急性中毒外 还有一种重要危害是生物富集作用带来的不良后果 生物从环境摄取重金属和脂溶性的DDT 六六六等有机氯杀虫剂后 在体内积累 并延食物链转移 其结果是污染物的浓缩 营养级越高 富集能力越强 积累越多 呈现倒金字塔形 著名例子是 水俣病 4 海洋石油污染 污染石油的来源 河流 油轮事故 海底油田的泄漏和大气降雨 5 水体热污染 许多工厂向水体排放废热水及其它形式的 废热 使水体温度显著上升 影响水生生物的生存 可以从生态幅的角度考虑 110 身心健康 四 其它环境问题 淡水资源短缺 土地荒漠化 生物多样性遭受严重破坏 五 人口增长与环境问题 六 生物在环境保护中的作用a 森林在环保中的作用 涵养水源 调节气候 保持水土 防风固沙 b 生物监测 监测植物 如烟草对低浓度的光化学烟雾极为敏感 且叶片伤害程度与臭氧浓度正相关 地衣 苔藓等许多植物都可作为监测植物 c 生物的净化作用 有些污染物能被生物吸收 在体内积累或转化成无害的物质 这一过程称为生物的净化 或称为环境的自净 如柳杉 悬铃木 橙能释放杀菌素 三 土壤污染 是指人类活动产生的污染物通过各种途径输入土壤 其数量和速度超过了土壤净化作用的速度 导致土壤正常功能失调 111 身心健康 不同污水中生物体系和指示生物 112 身心健康 六 生态平衡及其重大问题 5 1生态平衡 ecologicalequilibrium 概念 一个生态系统在长时间内 其结构和功能相对稳定