山大生态考试

论述单元顶极、多元顶极和顶极格局三种理论，并找出三者间的异同点地球上各种生态系统的总初级生产量占总入射日光能得比率都不高，那么初级生产量的限制因素有哪些？试比较水域和陆地两大类生态系统论述陆地生物群落的地带性分布规律并举例用热力学第一、第二定律分析生态系统中的能流过程论述生态系统的能流的途径全球气候变化是当今生态学研究的热点，试论述全球气候变化与水循环、碳循环和氮循环的联系。试阐述物种多样性在空间上的变化规律，并用5种不同的学说对物种多样性空间变化规律进行解释。(一般来说，热带地区的生物多样性高于温带及极地，请从时间、进化、种间关系、空间、生产力等方面进行说明。)论述单元顶极、多元顶极和顶极格局三种理论，并找出三者间的异同点。、论述单元顶极、多元顶极和顶极格局三种理论，并找出三者间的异同点。(1)单元顶极①代表人物：Clements②主要观点：在同一气候区域内，无论演替初期条件如何，经演替最终都停止在一个最适应大气候的群落上，只要气候不变，人为或其他因素不干扰，此群落一致存在，一个气候区只有一个气候顶极群落，区域内其他生境给以充分的时间，最终都会演替到气候顶极。(2)多元顶极①代表人物：Tansley②主要观点：一个气候区内除有气候顶极外，还有土壤顶极，定型顶极等多个顶极。(3)顶极一格局①代表人物:Whittaker②主要观点：赞成多顶极论，但认为各种顶极不呈离散状态而呈连续变化，形成一个以气候顶极为中心的顶极群落连续变化格局。(4)共性和区别①共性：A.都承认顶极群落是经过单向变化而达到稳定状态的群落。B.都承认顶极群落在时间上的变化和空间上的分布都是和时间相适应的。②区别：A.单元论认为，只有气候顶极是演替的决定因素，多元论认为，除气候顶极外，其他因素也可以成为演替决定因素。B.单元论认为，一个气候区最终只形成一个气候顶极，多元论认为，除气候顶极外，还有土壤、地形等顶极。［答］(1)单元顶极假说：Clements(1916)认为，一个地区的全部演替都将汇聚为一个单一、稳定、成熟的植物群落或顶极群落。这种顶极群落的特征只取决于气候。给以充分时间，演替过程和群落造成环境的改变将克服地形位置和母质差异的影响。多元顶极理论：A.G.Tansley(1954)认为.如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作是顶极群落。在一个气候区域内，群落演替的最终结果。不一定都要汇集于一个共同的气候顶极终点。除了气候顶极之外，还可以有土壤顶极、地形顶极、火烧顶极、动物顶极；同时还可以存在一些复合型的顶极，如地形一土壤顶极和火烧一动物顶极等等。顶极一格局假说：Whittaker(1953)认为，植物群落虽然由于地形、土壤的显著差异及干扰，必然产生某些不连续，但从整体上看，植物群落是一个相互交织的连续体。其次，认为景观中的种各以自己的方式对环境因素进行独特的反应，种常常以许多不同的方式结合到一个景观的多数群落中去，并以不同方式参与构成不同的群落，种并不是简单地属于特殊群落相应明确的类群。共性和区别：①共性：都承认顶极群落是经过单向变化而达到稳定状态的群落；都承认顶极群落在时间上的变化和空间上的分布都是和时间相适应的。②区别：单元沦认为，只有气候顶极是演替的决定因素，多元论认为，除气候顶极外，其他因素也可以成为演替决定因素；单元论认为，一个气候区最终只形成一个气候顶极，多元论认为，除气候顶极外，还有土壤、地形等顶极。2地球上各种生态系统的总初级生产量占总入射日光能的比率都不高，那么初级生产量的限制因素有哪些分析水域和陆地生态系统限制因素的差异.答：影响初级生产量的因素除了日光外，还有三个重要的物质因素（水、二氧化碳和营养物质）和两个重要的环境调节因素（温度和氧气）.在陆地生态系统中最易成为限制因子的是水,各地区降水量与初级生产量有最密切的关系，特别是在干旱地区，植物的初级生产量几乎与降水量有线形关系.其次是光和温度.在水域生态系统中起重要作用的是光和二氧化碳，对于水域生态系统来说水总是过剩的,而光强度随水深度而减弱,二氧化碳在水中的含量也比陆地少，从而限制水生生物的呼吸.在水域生态系统中水中叶绿素含量，营养物质（如N、P）也是初级生产量的限制因素.地球上各种生态系统的总初级生产量占总入射日光能的比率都不高，那么初级生产量的限制因素有哪些？试比较水域和陆地两大类生态系统。初级生产量的限制因素有光、CO2、取食、H2O、营养、光合作用途径。在陆地生态系统中，光、CO2、水和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影响光和效率的主要因素，而食草动物的捕食会减少光合作用生物量。在干旱地区，植物的净初级生产量几乎与降水量有线性关系；温度与初级生产量的关系比较复杂：温度上升，总光合速率升高，但超过最适温度则又转为下降；而呼吸率随温度上升而呈指数上升。在水域生态系统中，光是影响水体初级生产力的最重要的因子，莱赛尔提出预测海洋初级生产力的公式：P=RXCX3.7，这个公式表明，海洋浮游植物的净初级生产力，取决于太阳的日总辐射量，水中的k叶绿素含量和光强度随水深度而减弱的衰变系数；决定淡水生态系统初级生产量的限制因素，主要是营养物质、光和食草动物的捕食，营养物质中，最重要的是N和P。3.陆地生物群落地带性分布规律有水平地带性和垂直地带性，水平地带性又包括纬度地带性和经度地带性：（1） 纬度地带性是由于热量带沿纬度变化而变化，导致群落类型也随纬度变化依次更替，如亚洲大陆东岸从赤道向北极依次是热带雨林一常绿阔叶林一落叶阔叶林一北方针叶林一苔原。（2） 经度地带性是由于降水自沿海向内陆依次减少导致群落类型沿经度方向依次更替，如亚洲温带大陆东岸，由沿海向内陆依次是森林一草原一荒漠。（3） 垂直地带性是由于山地随海拔升高，温度和降水依次变化从而导致群落类型自下而上依次更替，如马来西亚的基那巴卢山，从下向上依次是山地雨林一山地常绿阔叶林一山地落叶阔叶林一山地针叶林一高山灌丛。4热力学第一定律指的是能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。热力学第二定律指的当能量从一种形式转化为另一种形式的时候，转化率并非百分之百，一部分以热的形式消散于环境中。生态系统中的能量来自于太阳发出的光能，被绿色植物转化为植物体内的化学能，经食物链再转化为消费者和分解者体内的化学能。在能流过程中，一部分化学能转变为供生物取食和运动的机械能并进一步以热能形式散失于环境中。由于能量的转化率不是百分之百，在上一个营养级向下一个营养级转化过程中，能量逐级减少，因此，各营养级所能维持的生物量也逐级减少，营养级的个数一般不超过4〜5级。5.论述生态系统的能流的途径。一生态系统的能量流动始于初级生产者（绿色植物）对太阳辐射能的捕获，通过光合作用将日光能转化为储存在植物有机物质中的化学潜能，这些被暂时储存起来的化学潜能由于后来的去向不同而形成了生态系统能流的不同路径。第一条路径（主路径）：植物有机体被一级消费者（食草动物）取食消化，一级消费者又被二级消费者（食肉动物）所取食消化，还有三级、四级消费者等。能量沿食物链各营养级流动，每一营养级都将上一级转化而来的部分能量固定在本营养级的生物有机体中，但最终随着生物体的衰老死亡，经微生物分解将全部能量散逸归还于非生物环境。第二条路径：在各个营养级中都有一部分死亡的生物有机体，以及排泄物或残留体进入到腐食食物链，在分解者（微生物）的作用下，这些复杂的有机化合物被还原为简单的C02、H20和其他无机物质。有机物质中的能量以热量的形式散发于非生物环境。第三条路径：无论哪一级生物有机体在其生命代谢过程中都要进行呼吸作用，在这个过程中生物有机体中存储的化学潜能做功，维持了生命的代谢，并驱动了生态系统中物质流动和信息传递，生物化学潜能也转化为热能，散发于非生物环境中。7.物种多样性在空间上的变化规律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。此规律无论在陆地、海洋和淡水坏境，都有类似趋势，有充分的数据可以说明这一点。如北半球从南到北，随着纬度的增加，植物群落依次出现为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林、寒带苔原，伴随着植物群落有规律的变化，物种丰富度和多样性逐渐降低。当然也有例外，如企鹅和海豹在极地种类最多，而针叶树和姬蜂在温带物种最丰富。多样性随海拔的变化如果在赤道地区登山，随海拔的增高，能见到热带、温带、寒带的环境，同样也能发现物种多样性随海拔增加而逐渐降低。在海洋或淡水水体，物种多样性有随深度增加而降低的趋势显然，在大型湖泊中，温度低、含氧少、黑暗的深水层，其水生生物种类明显低于浅水区；同样，海洋中植物分布也仅限于光线能透入的光亮区，一般很少超过30米。我国土地辽阔，南北跨越30余个纬度，由东南向西北干旱度逐渐增加，而西南则是高寒的青藏高原。张荣祖（1985）曾对我国陆生哺乳类（除翼手目外）的种数作过统计比较，发现如下规律：①种数与纬度关系。在北纬40〜45。之间，平均种数最低，由40°往更低纬度地区，种数随纬度的降低而增加。②种数与内陆干旱地区的年降水量关系。随着年降水量由50毫米、上升到500毫米，平均种数亦随之而增加。③青藏喜马拉服横断山脉地区的种数与海拔高度的关系。随着海拔由850米上升到4750米，平均种数随海拔的升高而降低。决定多样性梯度的因素为什么热带地区生物群落的物种多样性高于温带和极地？这是由什么因素决定的？对此有不同学说，简介如下：进化时间学说热带群落比较古老，进化时间较长，并且在地质年代中环境条件稳定，很少遭受灾害性气候变化（如冰期），所以群落的多样性较高。相反，温带和极地群落从地质年代上讲是比较年轻的，遭受灾难性气候变化较多，所以多样性较低。这就是说，所有群落随时间的推移其种数越来越多，比较年轻的群落可能没有足够的时间发展到高多样化的程度。有些事实能为此学说提供证据，如北半球白垩纪的浮游性有孔虫化石，也和现存有孔虫类一样，从热带到极地，物种多样性逐渐降低。生态时间学说考虑更短的时间尺度，认为物种分布区的扩大也需要一定时间。根据这个学说，温带地区的群落与热带的相比是未充分饱和的。从热带扩展到温带不仅需要足够时间，有的种还可能被某种障碍所阻挡，另一些种可能已从热带进入温带。例如牛背鹭就是从非洲经南美而扩展到北美的。空间异质性学说当人们由寒带经温带到热带旅行时就能得到一个明显的感觉，环境的复杂性随之而增加。物理环境越复杂，或叫空间异质性程度越高，动植物群落的复杂性也越高，物种多样性也越大。空间异质性有不同的尺度，属于宏观尺度的如地形的变化，山区的物种多样性明显地高于平原区，因为山区有更多样的生境，支持更多样的物种生存。岩石、土壤、植被垂直结构的变化是微观的空间异质性，群落中因这些变化使小生境丰富多样，物种多样性亦高。支持这种学说的证据如群落的垂直结构越复杂，那里的鸟类和昆虫的种类就越丰富。气候稳定学说气候越稳定，变化越小，动植物的种类就越丰富，在生物进化的地质年代中，地球上唯有热带的气候可能是最稳定的。所以，通过自然选择，那里出现了大量狭生态位和特化的种类。热带有许多狭食性昆虫，有的甚至只吃一种植物。在高纬度地区，自然选择有利于具广适应性的生物。竞争学说在物理环境严酷的地区，例如极地和温带，自然选择主要受物理因素控制，但在气候温和而稳定的热带地区，如热带，生物之间的竞争则成为进化和生态位分化的主要动力。由于生态位分化，热带动植物要求的生境条件往往很狭隘，其食性也较特化，物种之间的生态位重叠也比较多。因此，热带动植物较温带的常有更精细的适应性。捕食学说因为热带的捕食者比其他地区多，促使Paine提出捕食说。他认为，捕食者将被食者的种群数量压到较低水平，从而减轻了被食者的种间竞争。竞争的减弱允许有更多的被食者种的共存。较丰富的种数又支持了更多的捕食者种类，Paine认为捕食者促进物种多样性的提高，对于每一营养级都适用。Paine在具岩石底的潮间带去除了顶极捕食动物（海星），使物种多样性由15种降为8种，实验证实了捕食者在维持群落多样性