强化班生态学讲义.ppt

生态学部分辅导 2008年6月 强化班 主要内容安排 一 生态学基础知识二 个体生态学三 植物种群四 植物群落五 生态系统六 生物多样性七 湿地八 土壤 一 生态学基础知识 1 生态学的概念生态学 Ecology Oikos 是生物学的一个分支学科 研究生物与环境相互关系的科学 由于生物具有适应能力 环境又是复杂多变的 所以生态学研究是十分困难的 也引人入胜 2 发展阶段18世纪至20世纪50年代 个体与群体生态学研究时期20世纪60 70年代 生态系统时期20世纪70年代 人与生物圈时期 一 生态学基础知识 3 生物组织层次谱个体 种群 群落 生态系统 生物圈 宇宙 外环境 个体 器官 组织 细胞 分子结构 内环境 4 分类依据生物分类 动物生态学 植物生态学 微生物生态学 昆虫生态学 鸟类生态学 兽类生态学等等 依据生物栖息地分 陆地生态学 森林生态学 草原生态学和沙漠生态学等 水域生态学 海水生态学和淡水生态学等 生态学与学科结合 化学生态学 能量生态学 数学生态学等 生态学与应用结合 产生应用科学 农业生态学 森林生态学 渔业生态学 污染生态学 城市生态学 人类生态学和自然资源保护生态学等等 一 生态学基础知识 5 学习和研究生态学的目的 1 应用 渔业 水产业 畜牧业 污染防治等 2 增强人类生态意识人是地球上的栖息者 食物链末端的消费者 人口数量 空间 资源有限 处理好人与自然的关系 二 个体生态学 掌握 植物与光照 水分 温度 土壤 污染的关系 侧重与植物密切相关的内容 如植物耐荫性 影响植物越冬的温度类型 影响上海植物分布生长的土壤因素 常见植物对污染物的抗性等 概念 研究生物个体与自然环境之间的相互关系的科学 相互 环境因子对生物个体的影响 生物个体对环境产生适应 环境因子 非生物因子 光 温度 气候 土壤等生物因子 同种和异种的生物 二 个体生态学 一 光因子生态作用及生物的适应1 光强饱和点 在一定范围内 光合作用的效率与光强成正比 达到一定强度 也就饱和了 继续增加光强 光合效率不仅不增加 反而降低 这点叫饱和点 补偿点 植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用 在某一光强条件下 光合作用的积累等于呼吸作用的消耗 这一点叫补偿点 根据植物饱和点和补偿点的高低 可以把植物分成阳生植物和阴生植物 阳生植物一般要在强光下才能生长 其饱和点较高 荫生植物利用弱光就像光合作用 其补偿点较低 界于两者之间的叫中生植物 2 光质不同波长 红 橙 黄 绿 青 兰 紫植物吸收最多的是红和橙光 其次是兰和紫光 绿光吸收最少 生理无效光 二 个体生态学 3 光周期地球不停公转和自转 造成太阳高度的角度变化 因而也带来地球上的日照长短变化 虽然不同纬度各不相同 但它都是周期性的 这种现象称为光周期 光照长度超过12 14小时 日 长日照日照不足8 10小时 日 短日照植物在开花之前必须要经过一个短日照阶段的植物 叫短日照植物 例如 菊花 大豆晚稻等 一般起源北方 必须要经过一个长日照才能完成开花结果 叫长日照植物 例如冬麦 油菜等 一般起源南方 植物也有一些一年四季都开花结果 与日照几乎没有关系 四季豆 黄瓜等 二 个体生态学 4 应用 引种问题一般来说 短日照植物由南向北引种 由于生长季日照时数延长 营养生长期增加 易受冻害 一般来说 长日照植物由北向南引种 虽能生长 但由于生长季日照时数缩短 可能提早休眠 发育期延迟 甚至不开花结实 二 个体生态学 二 温度因子的生态作用及生物的适应1 温度与生长生命活动每一过程都有酶系统的参与 每一种酶的活性都有它的最低度 最适温度和最高温度 相应的则是生物生长的 三基点 三基点 最低温度 最适温度 最高温度多数植物在0 35 的温度范围内 随着温度上升 可促进细胞分裂 延伸 增加树木生长量 种子发芽 既需要一定的高温 又要一定量的低温 如育苗时种子的层积处理 寒害 零上低温冻害 零下低温抗寒锻炼 植物随着气温降低 体内发生一些适宜低温的生理变化 抗寒能力加强 这一过程叫抗寒锻炼 高温引起植物伤害的现象 叫热害热害病症 树干干燥 裂开 叶片死亡 变褐 变黄 鲜果烧伤 花序脱落等 皮烧和根颈灼伤都属于高温危害 相同树种不同生长发育阶段抗高温性不同 休眠期最强 生长发育期最弱 以后渐强 二 个体生态学 2 温度与发育春化作用 某些植物一定要经过一个低温阶段 才能开花结果 有效积温的应用K N T T0 K 代表该生物的所需有效积温 为常数 T 为当地平均温度 度 T0 为该生物生长活动所需的最低临界温度 生物零度 N 天数 二 个体生态学 3 生物对环境温度的适应分布 决定植物的分布区 温度是一个重要因子 主要受极端温度 最高和最低温度 的限制 物候 与一年温度节律性变化 形成的相应的发育节律 休眠 一种物候现象 适应外界严酷环境的极端温度有特殊意义 植物的休眠主要是指繁殖体的休眠 动物的休眠有两种 冬眠和夏眠 夏眠主要是无脊椎动物 二 个体生态学 4 形态对温度的适应植物对低温的适应表现芽和叶片常有油脂物质保护 芽具有鳞片 器官上有蜡粉和密毛等 植株矮小 常匍匐 垫状或莲座状 植物对高温的适应表现植物体具有密生的绒毛 过滤一部分阳光 叶片发亮 植物叶片垂直排列或折叠等等 二 个体生态学 三 水因子的生态作用及生物适应植物体一般含水量60 80 只有在吸收 输导和蒸腾三者比例恰当时 才能维持水分平衡 暂时萎焉 不浇水也能恢复永久萎焉 浇水也不能恢复 时间一长 植物死亡干旱锻炼 幼苗植物比较容易适宜不良环境条件 可以提高抗旱能力根据依靠水因子的程度划分为水生植物和陆生植物水生植物 沉水植物 浮叶植物和挺水植物陆生植物 湿生植物 中生植物和旱生植物 二 个体生态学 四 生物趋同与趋异趋同作用 生活型 指亲缘关系相当疏远的生物 由于长期生活在相同的环境之中 通过变异 选择和适应 在器官形态等方面出现相似的现象 趋异作用 生态型 一个物种对某一特定生境发生基因型反应而产生的产物 即种内适应不同生境条件或区域的遗传类型 三 植物种群 掌握 涉及植物种群概念 动态 种内竞争与共存等内容 侧重植物种群的特点 绿地植物栽植的密度适宜性 影响因子和调控技术等 三 植物种群 一 种群特征1 种群的概念 1 种群 Population 是占据特定空间有机体的集合体注意 种群由个体组成 但不等于个体简单相加 具有本层次的特征 2 三个特征空间特征 具有一定分布区和分布形式 数量特征 单位面积个体数随时间变化 遗传特征 具有一定基组成 系一个基因库 三 植物种群 2 种群的统计特征 1 密度与相对丰度一个种群的全体数目多少 即种群大小 size 单位面积的个体数即密度 density 相对丰度是一种人为的标准指标 可以用时间来表示等 2 出生率和死亡率出生率 最大出生率和实际出生率或生态出生率 死亡率 最低死亡率和实际死亡率或生态死亡率 最大出生率和最小死亡率是种群的常数 三 植物种群 3 迁入与迁出 4 年龄结构一个种群具有不同年龄个体组成 各个龄级的个体数与总数的比例 叫年龄比例 按从小到大龄级比例绘图 即年龄金字塔 年龄结构分布 种群个体分为三个时期 繁殖前期 繁殖期和繁殖后期 因此 年龄金字塔有增长型 稳定型和下降型 5 空间分布 格局随机分布均匀分布集群分布 三 植物种群 二 种内竞争1 种内竞争特征同种个体间为有限的资源发生着的竞争 竞争是密度制约的结果是限制个体潜能发挥竞争的资源有限的物种内竞争个体平等性2 种内竞争的类型 1 争夺竞争 竞争失败者把必需品让给竞争胜利者 2 分摊竞争 种群所有个体有均等机会去接近资源 参与竞争 三 植物种群 三 种间竞争1 种间一般关系 1 中性关系 两个物种彼此不受影响 2 竞争 直接干扰型 直接抑制另一个物种 3 竞争 资源利用型 资源缺乏时抑制 4 偏害型 一个受抑制 一个无影响 5 寄生型 6 捕食型 7 偏利型 一个有利 一个无影响 8 原始合作 都有利 但不是必然的 9 互利共生 互相作用都有利 三 植物种群 2 生态位生态位 一个种只有在一定温度范围内才能生长 这个温度范围就是这个种一维的生态位 如果考虑湿度因子 则是二维生态位 如果考虑第三个环境因子 则是三维的生态位 等等 生态位不同于生境 生态位被生境限制 生境使生态位部分内缺失 四 植物群落 一 植物群落的概念 二 植物群落的种类组成 三 植物群落的结构 四 植物群落的动态 五 植物群落的分布 四 植物群落 一 植物群落的概念植物群落 Phytocoenosium Phytocommunity Plantcommunity 是由一些植物在一定的生境条件下所构成的一个总体 在一个植物群落内 植物与植物之间 植物与环境之间都具有一定的相互关系 并形成一个特有的内部环境或植物环境 如森林 草地 农田等 植被 Vegetation 植物的覆被 指地球表面的活的植物覆盖 一个地区的植被是该地区所有植物群落的总和 是由一个或多个植物群落组成的 四 植物群落 二 植物群落的种类组成种类的数量特征 一般用以下几个参数来表证 种的多度 abundance 表示某一种在群落中个体数的多少或丰富程度 通常多度为某一种类的个体数与同一生活型植物种类个体数的总和之比 密度 density 指单位面积上的植物个体数 它由某种植物的个体数与样方面积之比求得 盖度 coverage 指植物在地面上覆盖的面积比例 表示植物实际所占据的水平空间的面积 它可分为投影盖度和基部盖度 投影盖度指植物枝叶所覆盖的土地面积 而基部盖度是指植物基部所占的地面面积 通常用基面积或胸高处断面积来表征 频度 frequency 是指某一种类的个体在群落中水平分布的均匀程度 表示个体与不同空间部分的关系 为某种植物出现的样方数与全部样方之比 四 植物群落 二 植物群落的种类组成群落成员型 在群落种类成分的研究中 不少学者根据植物在群落中的作用 划分出很多类别 或称为群落成员型 目前 我国对群落的成员型概括划分为优势种和伴生种两类 优势种 dominant 是指群落中占优势的种类 它包括群落每层中在数量 体积上最大 对生境影响最大的种类 群落主要层 如森林的乔木层 的优势种 称为建群种 如在主要层中有两个以上的种共占优势 则把它们称为共建种 伴生种 companion 偶遇种 标志种 优势种和伴生种的具体种类组成不是固定不变的 或者说某种起着优势种作用的植物常常只是一定条件下的产物 随着时间和环境的变化 两种成员型的地位也可能变动 甚至在此群落中消失 群落的综合特征 在对植物群落进行分类时 需要对某综合特征进行量化 主要用以下几种参数 存在度 presence 恒有度 constancy 确限度 fidelity 优势度 dominance 重要值 importancevalue 重要值 相对密度 D 相对频度 F 相对显著度 乔木种类 D 或相对盖度 灌木 草本种类 C 重要值越大的种 在群落中越重要 四 植物群落 三 植物群落的结构群落结构 structure 是指群落的所有种类及其个体在空间中的配置状态 它包括层片结构 垂直结构 水平结构 时间结构等 任何植物群落都有垂直方向和水平方向上的结构 在垂直方向上表现为成层现象 在水平方向上的不均匀性表现为斑块划分 形成群落内部的不一致性或差别 即群落的镶嵌性 这两种结构均具有深刻的生态学意义 四 植物群落 四 植物群落的演替植物群落 也象植物个体一样 有一个发生 发展到死亡的过耗 其演替方向不外乎是 对于目前陆地来说 由森林开始 森林 灌丛 草地 人工群落 或者是人工群落 草地 灌丛 森林 这么个进展或进退演替的过程 具体到湿地生态系统来说 顺向演替是沉水植物群落 漂浮植物群落 挺水植物群落 湿地植物群落 反之则是逆向演替 演替系列 水生 旱生演替系列 原生演替 次生演替 四 植物群落 五 植物群落的类型通常用群丛 群系和植被型作为分类的单位 苏联学派 北欧学派 法瑞学派 英美学派等植物生态学学派均有自己的分类系统 中国植被的分类系统 中国植被分类的依据是 在划分植被的高级类型时 侧重于外貌 结构和生态地理等方面 而在确定中有以下分类单位时 主要着重于植物种类组成 采用的主要分类单位有三级 即植被型 高级单位 群系 中级单位 和群丛 基本单位 每一级分类单位之上 各设一个辅助单位 之下设亚级 分类系统为 植被型组 如阔叶林 植被型 如常绿阔叶林 植被亚型 如典型常绿阔叶林 群系组 如青冈林 群系 如青冈 红楠林 亚群系 大多数无 和群丛 五 生态系统 一 生态系统的概念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相互作用 相互依存而构成的一个生态学功能单位 它把生物及其非生物环境看成是互相影响 彼此依存的统一整体 生态系统不论是自然的还是人工的 都具下列共同特性 1 生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位 属于生态学研究的最高层次 2 生态系统内部具有自我调节能力 其结构越复杂 物种数越多 自我调节能力越强 3 能量流动 物质循环是生态系统的两大功能 4 生态系统营养级的数目因生产者固定能值所限及能流过程中能量的损失 一般不超过5 6个 5 生态系统是一个动态系统 要经历一个从简单到复杂 从不成熟到成熟的发育过程 五 生态系统 二 生态系统的组成 五 生态系统 三 生态系统的功能生态系统主要有三大功能 分别是物质循环 能量流动和信息传递生态系统服务 EcosystemServices 功能是指人类直接或间接从生态系统得到的利益 主要包括向经济社会系统输入有用物质和能量 接受和转化来自经济社会系统的废弃物 以及直接向人类社会成员提供服务 生态系统功能的强弱决定于系统的结构 结构越复杂 功能越强大 五 生态系统 四 生态系统的动态 生态平衡 生态平衡是相对的平衡 动态的平衡 在系统各组分之间 生物与环境之间不断的物质 能量与信息的流动 使得生态系统中旧的平衡不断打破 新的平衡不断建立 生态系统的动态变化 生态系统是动态的系统 与植物群落的演替系列一样 处于不断变化和发展之中 生态系统的动态包括演替和进化 生态系统的演替 生态系统的自我调节能力 六 生物多样性 一 生物多样性基本内涵生物多样性包括数以百万计的动物 植物 微生及其与环境形成的生态复合体 以及与此相关的各种生态过程 它是生命系统的基本特征 生命系统是一个等级系统 每个等级或水平上都存在着多样性 其中比较重要的有基因多样性 物种多样性 生态系统多样性和景观多样性四个层次 一 生物多样性基本内涵 1 遗传多样性指种内基因的变化 包括种内显著不同的种群间和同一种群内的遗传变异 主要包括三个方面即染色体多态性 蛋白质多态性和DNA多态性 染色体多态性主要从染色体数目 组型及其减数分裂时的行为等方面 蛋白质多态性一是氨基酸序列分析 二是同工酶或等位酶电泳 DNA多态性主要是通过RFLP 限制片段长度多态性 DNA指纹 RAPD 随机扩增多态DNA 和PCR 聚合酶式反应 2 物种多样性指物种水平的生物多样性 主要是从分类学 系统学和生物地理学角度对一定区域内物种的状况进行研究 3 生态系统多样性指生物圈内生境 生物群落和生态过程的多样性以及生态系统内生境差异 生态过程变化的惊人的多样性 此处的生境主要指无机环境 生境多样性是生物群落多样性甚至是整个生物多样性形成的基本条件 生物群落多样性主要指群落组成 结构和动态方面的多样性 生态多样性指数 多样性指数 多样性指数和 多样性指数 生态过程主要是指生态系统的组成 结构与功能在时间上的变化以及生态系统的生物组分之间及其环境之间的相互关系 4 景观多样性指不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构 功能机制和时间动态方面的多样性或变异性 景观是一个大尺度的宏观区域 是由相互作用的景观要素组成的 具有高度空间异质性的区域 景观要素可分为向嵌块体 廊道和基质 一 生物多样性基本内涵 二 人类活动对生物多样性的影响 生境的破坏或片段化 过度掠取动物和植物 外源种的引入 由上述三个原因导致的次生灭绝效益 环境污染 农业和林业的品种单一化 二 人类活动对生物多样性的影响 关于外来种 外来种的引入 外来种的定居与建群 外来种的时滞阶段 外来种的扩散与爆发 外来物种是指在一定区域内历史上没有自然发生分布而由人类活动直接或间接引入 在当地自然或人工生态系统中建立了可自我维持种群的物种 造成自然生态系统或景观的明显变化 或给当地的自然或人为生态系统造成损害的外来物种才是入侵种 但不是所有外来种都是入侵种 三 自然保护区 1 基本概念自然保护区是将具有代表性的自然景观地域 如珍稀动植物的天然分布区 重要的天然风景林 水源涵养林 具有特殊意义的自然地质剖面和重要的自然遗迹等 以及其它为了科研 教育 文化娱乐目的而划出的保护地域的总称 2 保护对象自然保护区主要保护具有代表性的 自然的 近自然的 半自然的 人工的以及破环或退化后能够恢复的生态系统 保护濒危 刁遗 珍稀的遗传资源 保护山地 河流 水源 保护国家和地方公园及自然景观 历史遗迹等 三 自然保护区 就地保护是生物多样性保护的途径 建立自然保护区 建立各种类型的风景名胜保护区 恢复已经遭到破坏的生境或生物群落 迁地保护是生物多样性保护的途径 建立树木园 建立动物园 建立种子库 回归引种是生物多样性保护的途径之一 指将一种植物释放到它以前曾经生存过但现在已经灭绝的地方并加以管理 三 自然保护区 3 重要意义 1 生态系统的天然 本底 2 物种基因库 3 科学研究的天然实验室 4 进行宣传教育的博物馆 5 旅游价值 6 维持生态平衡 三 自然保护区 4 功能分区核心区 保护区的核心 严禁任何采伐和狩猎等 只能限于观察和监测 不能采用试验处理方法 缓冲区 一般位于核心区周围 可以包括一部分原生性生态系统类型和由演替类型占据的半开发的地段 一方面防治核心区受到外界的影响和破坏 起到一定缓冲作用 另一方面可用试验性和生产性的科学实验研究 但不破坏群落环境 实验区 缓冲区周围相当面积的保护区 主要用作发展本底特有的生物资源 三 自然保护区 5 全球性的生态问题 10大生态危机 大气臭氧层破坏温室效益及全球气候变化酸雨的危害全球淡水资源危机森林锐减土地沙漠化水土流失物种灭绝垃圾成灾有毒化学品污染 七 湿地 一 湿地基础知识 1 湿地的概念湿地是以水为基本要素的地方 控制着环境以及相连的植物和动物 湿地表现为水体在陆地表面或临近陆地表面 或那些被浅水域覆盖的陆地 湿地公约 采用更广泛的定义 湿地系指天然或人造 长久或暂时之死亡或流水 淡水 微咸水或咸水沼泽地 泥炭地或水域 包括低潮时水深不超过6米的深海区 湿地 可包括与湿地比邻的河岸和海岸地区 以及位于湿地内的岛屿或低潮时水深不超过6米的海洋水体 从寒带到热带 所有的国家都有湿地 世界保护检测中心估计世界湿地面积约为5 7 108hm2 约占陆地面积的6 一 湿地基础知识 2 为什么保护湿地 湿地是世界上最具生产力的生态系统之一 湿地是生物多样性的发源地 提供了水和基本的生产力 无数种类的植物和动物依赖湿地生存 湿地是重要的植物遗传基因库 例如 水稻是湿地植物 湿地具有生态服务功能 湿地的物理 化学和生物组成部分的交互作用 使湿地发挥了许多至关重要的作用 例如 涵养水源 防治暴风雨和减缓洪水 稳定海岸线以及控制土壤侵蚀 补给地下水 排除地下水 并通过保持营养 沉积和污染物起到净化作用 自然之肾 对地区气候条件 特别是降雨量和气候的稳定起到重要作用 一 湿地基础知识 3 湿地的价值湿地提供了巨大的经济效益 例如水的供应 水的数量和质量 渔业 全球2 3以上的捕鱼量与沿海和内陆湿地的健康有关 通过维持水体和保持泛洪平原的营养为农业服务 木材生产 能源生产 野生动植物资源 交通以及娱乐和旅游等 据研究 每公顷湿地生态系统每年创造的价值达4000美元至14000美元以上 分别是热带雨林和农田生态系统的2 7倍和45 160倍 此外 湿地作为人类文化遗产的一部分 与宗教和信仰有关 构成了审美灵感的源泉 为野生动物提供了庇护所 并形成了地方重要传统的基础 二 国际重要湿地的分类 湿地公约 全称为具有国际意义的湿地特别是作为水禽栖息地的湿地公约 伊朗的拉姆萨尔 1971年2月2日 一 天然湿地1 海洋 海岸湿地永久性浅水海域 海草层 珊瑚礁 岩石性海岸 沙滩 滩涂 河口水域 盐沼 潮间带森林湿地 咸水泻湖 海岸淡水湖和海滨岩溶洞穴水系 2 内陆湿地永久性内陆三角洲 永久性河流 时令河 湖泊 时令湖 盐湖 时令盐湖 内陆盐沼 时令碱咸水盐沼 永久性淡水草本沼泽 泛滥地 草本泥炭地 高山湿地 苔原湿地 灌丛湿地 淡水森林湿地 森林泥炭地 淡水泉及绿洲 地热湿地和内陆岩溶洞穴水系 二 国际重要湿地的分类 二 人工湿地水产池塘 水塘 灌溉地 稻田 农用洪泛湿地 盐田 蓄水区 采掘区 废水处理场所 运河 排水渠 地下输水系统 一般湖沼中 水深超过4m时 只有一些浮游生物活动 由于从湖岸上冲刷下来的矿物质淤积以及浮游生物大量的残体堆积 湖底逐步抬高 依次出现下列群落的水生演替 沉水植物群落阶段 漂浮植物群落阶段 苇塘阶段 苔草草甸阶段 疏林阶段 中生森林阶段 三 上海湿地概况 上海