普通生态学 第一章绪论 第二章个体生态学课件

普通生态学主要参考书孙儒泳,李庆芬,牛翠娟，娄安如，2002.基础生态学,高等教育出版社。曹凑贵，2002.生态学概论，高等教育出版社。姜汉桥，段昌群，杨树华，王崇云.2004.植物生态学，高等教育出版社。杨持，2008.生态学，高等教育出版社。林文雄，2010.生态学，科学出版社。蔡晓明，2000.生态系统生态学，科学出版社。邬建国，2000.景观生态学—格局、过程、尺度与等级.北京:高等教育出版社。郑师章，吴千红，王海波等，2000.普通生态学—原理、方法和应用.上海.复旦大学出版社。王焕校，2000.污染生杰学，高等教育出版社。ManuelC&MollesJr,2006.Ecology:Conceptsandapplications.McGraw-HillCompanies,Inc.MackenzieA,BallAS&VirdeeSR,2002.Instantnotesinecology.BiosScientificPublishersLimited.第一章绪论1.1生态学的产生及发展

1.1.1生态学的定义

1.1.2生态学的发展简史1.2生态学的学科体系

1.2.1生态学的研究对象及内容

1.2.2生态学的分支学科

1.2.3生态学的研究方法1.3现代生态学发展的背景生态学定义Ecology（生态学）一词源于希腊文eco-：住所或栖息地Logos：学问生态学与经济学（economics）的词根相同，经济学最初是研究“家庭”管理的科学，而生态学可理解为研究生物生存的“经济”管理的科学。

生态学作为一个学科名词，是德国博物学家ErnstHaeckel于1866年在其所著《普通生物形态学》(GenerelleMorphologiederOrganismen)一书中首先提出的，他强调生态学是研究有机体与其周围环境相互关系的科学。环境包括非生物和生物环境。后来，由于研究背景和研究对象的不同，一些著名生态学家也对生态学进行了定义。英国生态学家Elton（1927）定义为“科学的自然史”。前苏联生态学家KaIIIkapoB（1945）认为，生态学是研究“生物的形态、生理和行为的适应性”。澳大利亚生态学家Andrewartha（1954）认为，生态学是研究有机体的分布和多度的科学；Krebs（1972）修正为，生态学是研究有机体分布和多度与环境的相互作用的科学。植物生态学家Warming（1909）认为生态学是研究影响植物生活的外界因子及其对植物的影响；Braun-Blaquet（1932）把植物生态学称为植物社会学，是一门研究植物群落的科学。美国生态学家E.P.Odum（1958）提出的定义是：生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。著名教科书《生态学基础》（1953，1959，1971，1983）1977年获得美国生态学的最高荣誉——泰勒生态学奖。我国生态学家马世骏先生认为，生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。研究重点是自然历史和适应性；动物的种群生态学和植物的群落生态学；生态系统生态学生态学的形成与发展生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪末）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）现代生态学时期（20世纪60年代至现在）生态学的萌芽时期早在公元前1200年，我国《尔雅》一书中就有草、木两章，记载了176种木本植物和50多种草本植物的形态与生态环境。我国古籍《管子·地员篇》(约公元前200年)曾详细记载了江淮平原上沼泽植物沿水分梯度的带状分布与水文土质环境的生态关系。公元前一二百年的秦汉时期，我国农历已确立了24节气，它反映了作物、昆虫等物候现象与气候之间的关系。明代李时珍所著《本草纲目》中，描述了药用动植物生态习性与生态环境的关系。生态学的建立时期科学家分别从个体和群体两个方面研究生物与环境的相互关系。著名化学家R.Boyle在1670年发表了低气压对动物效应的试验，标志着动物生理生态学的开端。德国植物学家C.L.Willdenow于1792年在《草学基础》一书中详细讨论了气候、水分与高山深谷对植物分布的影响，他的学生A.Humboldt于1807年出版《植物地理学知识》一书，揭示了植物分布与气候条件的相关关系，创立了植物地理学。Malthus于1798年发表了他的《人口论》，并提出人口在无妨碍时，以1、2、4、8、16、32、64、128、256、512……的几何级数率增长，而生活资料则以1、2、3、4、5、6、7、8、9、10……的算术级数率增长。当人口增加超过生活资料的增加时，就会发生贫困和罪恶，从而限制人口增长，使二者保持平衡。贫穷和罪恶是人口规律作用的结果，而不是社会经济和政治制度造成的。1859年达尔文《物种起源》的问世，对生态学发展是个巨大的推动，使不少生物学家开展了环境诱导生态变异的实验生态学工作；1895年丹麦植物学家E.Warming发表了具有划时代意义的巨著《植物分布学》，1909年改名为《植物生态学》；波恩大学教授Schimper于1898年出版了《植物地理学》。该两本书全面总结了19世纪末叶之前生态学的研究成就，标志着生态学作为一门生物学分支学科的诞生。生态学的巩固时期20世纪，生态学研究渗透到生物学领域的各个学科。Shelford(1913)出版了《温带美洲的动物群落》；A.J.Lotka(1925)将统计学引入生态学，提出了有关种群增长的数学模型；C.Elton(1927)的《动物生态学》中提出食物链、动物数量金字塔、生态位等概念；Chapman(1931)在《动物生态学》一书中提出环境阻力的概念；Allee,Emersonetal（1949）出版《动物生态学原理》，标志着动物生态学的发展进入成熟期。现代生态学时期

到20世纪60年代末70年代初，由于科学技术的飞速发展，生产力得到不断的提高，与此同时人类对生物圈的影响和干扰也不断加强，人类与环境之间的矛盾日益突出，全世界面临着人口爆炸、资源短缺、能源危机、粮食不足、环境污染五大问题的挑战。生态学的研究对象及内容生态学作为宏观生物学主要以个体、种群、群落等不同的生命体系为研究对象。现代生态学研究的重点在于生态系统中各组成成分之间，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用。种群(population)：种群是在同一时期内占有同一地域的同种生物个体的集合。

群落(community)：在相同时间聚集在同一地域中的各物种种群的集合。生态系统(ecosystem)：生态系统就是在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断地进行物质循环、能量流动和信息传递而形成的统一整体。生物圈(biosphere)：指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所，它包括岩石圈的上层、全部水圈和大气圈的下层。生态学的分支学科1.按研究对象的生物组织水平划分，可分为个体生态学(anecology)，种群生态学(synecology)，群落生态学(communityecology)，生态系统生态学(ecosytemecology)，景观生态学(landscapeecology)，此外，还有区域生态学(regionalecology)和全球生态学(globalecology)。2.按生物分类类群划分，可分为普通生态学、动物生态学、植物生态学、微生物生态学;还有更具体的生物类群，如昆虫生态学、鱼类生态学、鸟类生态学；此外，还有独立的人类生态学。

3.按生物栖息场所划分，可分为陆地生态学，又包括森林生态学、草原生态学、沙漠生态学等；水域生态学，包括海洋生态学、淡水生态学。4.按生态学与其他科学的交叉划分，可分为生理生态学、进化生态学、分子生态学、数学生态学、化学生态学、能量生态学等。

5按应用领域划分，可分为农业生态学、污染生态学、自然资源生态学、城市生态学、生态经济学、恢复生态学、生态工程学、人类生态学、生态伦理学等。生态学的研究方法1.野外与现场调查；指在自然界原生境对生物与环境关系的考察。包括野外考察、定位观测和原地实验等3种。

2.实验室分析；

3.模拟实验；

4.数学模型与计算机模拟；

5.生态网络及综合分析。Biosphere21991年在美国亚利桑那州图森市东北占地面积约3.4英亩的农场内建起了一个世界中的世界——生物圈2号。其底部是一层金属板，四周的墙壁及屋顶由白色的钢构件和玻璃嵌板构成，高约26米，容积为1400万立方米，内部人为建造了一个模拟世界各地景观的小生态系统，包括一片热带雨林、热带草原、沙漠、多刺灌木丛、沼泽和一个水深7.5米的小海洋。In1991eightpeople,fourmenandfourwomen,fromAmerica,England,GermanandBelgium,weresealedinsidetheenclosureforatwoyearexperiment.Theyweretoliveofftheland,growtheirfoodandevenproducetheirownoxygen.Buttheoxygenleveldroppedandhadtobesupplementedandtheirfoodconsistedmostlyofvegetablesandbananasbecausethatisalltheycouldgrow.Theeightparticipantscompletedtheirtwoyearstaybuteachlostatleastfortypoundsofweight.In1994asecondcrewofsevenpeople,fivemenandtwowomen,weresealedinsidetobeginasecondexperiment.Afterafewmonthstherewerephysicalandsocialproblemsandtheexperimentwasabandoned.Since1996ColumbiaUniversityhasmanagedBiosphere2.Todayexperimentsareconductedonglobalwarming,oxygendepletionandcarbondioxidelevelsinplantgrowingenvironments.生态学研究方法的发展趋势(1)计算机辅助的方法和技术。。

(2)遥感(remotesensing,RS)，主要指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外线、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，研究地面物体的形状、大小、位置及其与环境的相互关系与变化的现代科学技术。(3)地理信息系统(geographicinformationsystems,GIS)，是借助于计算机存储、分析和展示数字化的地理信息的计算机硬件和软件系统。主要用于数据的处理，通常与遥感技术配套使用。

(4)全球定位系统(globalpositioningsystem,GPS)。主要用于经度、纬度和海拔高度的准确定位。(5)分子生物学技术。可以促进进化生态学的发展和提高进化思想在生态学研究中的位置。

(6)物理和化学技术。如同位素技术在生态系统物质循环研究中的应用。

(7)统计学方法。现代生态学发展的主要特点现代生态学向宏观和微观两极发展，虽然宏观是主流，但微观的成就同样重大而不容忽视;研究手段的更新：广泛使用野外自计的电子仪器、同位素示踪、3S技术等；研究范围的扩展：从纯自然现象研究扩展到自然－经济－社会复合系统的研究；应用生态学迅速发展：生态工程学、生态学与环境管理、生态规划与设计、恢复生态学等。。现代生态学发展的背景人口问题全球变暖酸雨臭氧层破坏富营养化荒漠化人口问题人口增长动态人口增长的特点人口分布人口增长动态据估计1492年哥伦布发现美洲新大陆时，地球上只有2.5亿人。第一个10亿花了几千年时间;

第二个10亿，从1850到1930年，花了80年;

第三个10亿，从1930到1960年，花了30年;

第四个10亿，从1960到1975年，花了15年;

第五个10亿，从1975到1988年，花了13年;

第六个10亿，从1988到1998年，花了10年。按目前的年龄结构和增长率估计，到2025年世界人口将超过80亿，并继续增长，直到22世纪初世界人口才能达到稳定值。人口增长的特点1数量增长不平衡

“老年型人口”的国际通用标准是，年龄65岁以上人口占总人口的7%以上，或60岁以上人口占总人口的10%以上，即为“老年型人口国家”。2.人口老龄化2.人口老龄化人口老龄化是一个世界性问题。欧洲人口老龄化现象最为严重，发展中国家年龄结构虽较年轻，但老年人增长速度在加快。中国不仅是人口大国，同时还是世界老年人口最多的国家。2000年第五次人口普查结果表明，60岁及以上人口占总人口的10.33%,

65岁及以上人口占总人口的6.96%，2010年第6次人口普查中分别上升为13.26%和8.87%,在不到20年的时间便进入发达国家近百年才出现的人口老龄化状态。据中国老龄协会提供的数据，中国的人口老龄高峰将于2030年左右到来，并持续20余年，特别引人注意的还有高龄化问题，80岁及以上的老年人将可能超过１亿，是现在的10倍左右。3.性别比例失调我国五次人口普查的性别比（以女性为100，男性对女性的比例）分别为：107.6（1953年），105.5（1964年），106.3（1982年），106.6（1990年），106.7（2000年）,105.2（2010年）。据2000年第五次人口普查，男女婴儿比已达到114:100，在农村可达120:100。4.人口城市化地球上60亿人口中，有30亿集中在城市。全世界超过500万人口的城市有60座，超过1000万人口的城市有25座。我国第五次人口普查显示，居住在城镇的人口占总人口的36.22%，第六次人口普查显示，城镇人口比重上升了13.46个百分点，达49.68%。人口分布

目前，地球陆地尚有35%-40%基本上无人居住，平均每平方千米居住不到2人的占地球陆地一大半，全部人口的三分之二集中在七分之一的土地上。

我国的人口分布也极不均匀，这次人口普查，东部地区人口占常住人口的37.98%，中部地区占26.76%，西部地区占27.04%，东北地区占8.22%。与2000年人口普查相比，东部地区的人口比重上升2.41个百分点。按常住人口分，排在前五位的是广东省、山东省、河南省、四川省和江苏省。我国人口的几大特点1、人口增长趋缓。全国总人口为1339724852人，十年增加7390万人，增长5.84%，年平均增长0.57%，比1990年到2000年的年平均增长率1.07%下降0.5个百分点。2、总人口性别比下降。总人口性别比由2000年人口普查的106.74下降为105.20，我国男性比女性多3400万！3、老龄化加速。特别是沿海发达地区、人多地少矛盾突出的地区，老龄化问题更加突出。4、大学生比例依然不高。这次人口普查，与2000年相比，每十万人中具有大学文化程度的由3611人上升为8930人，文盲率为4.08%，比2000年下降2.64个百分点。1、俄罗斯：54%

2、加拿大：48.3%

3、以色列：43.6%

4、日本、新西兰：41%

6、美国：40.3%

7、芬兰：36.4%8、韩国：34.6%

9、挪威：34.2%

10、澳大利亚：33.7%11、爱沙尼亚：33.3%

12、爱尔兰、丹麦：32.2%

14、比利时：32.1%

15、英国：31.8%

16、瑞士：31.3%5、城镇人口比重上升，流动人口增加。同2000年人口普查相比，居住在城镇的人口占总人口的49.68%，上升13.46%；居住地与户口登记地所在的乡镇街道不一致且离开户口登记地半年以上的人口增加11700万人，增长81.03%。6、少子化严重。0-14岁人口占16.60%，比2000年人口普查下降6.29个百分点。（0～14岁人口占总人口的比例在15%以下，为超少子化；15%～18%，为严重少子化；18%～20%，为少子化；20%～23%，为正常；23%～30%，为多子化；30%～40%，为严重多子化；40%以上，为超多子化。）温室效应（Greenhouseeffect）大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、N2O、O3

、CFCs、水蒸气等可使短波几乎无衰减地通过，但却可以吸收太阳能在近地面的长波辐射从而使大气增温的作用，称之为温室效应，具有这种效应的气体称为温室气体。二氧化碳一般不吸收短波光而极易吸收长波光，正好入射地球的太阳辐射大多是波长1.5μm以下的短波光，而地球反射的大多为波长4-20μm的长波光。

最重要的温室气体除了二氧化碳外，还包括甲烷、氧化氮和氟氯烃化物、臭氧等。其中二氧化碳的作用约占全部温室气体作用的50%以上(IPCC,1996)，大气中的水蒸气也对温室效应起着重要作用。全球变暖对生态系统的影响1.气候变暖的两个最严重的后果是北冰洋飘浮海冰和南极西部冰山的融化。前一结果会大大提高海面温度并使主要气候带北移200km以上，海平面上升，使许多沿海和低洼地区受到淹没。预计如果二氧化碳浓度增加一倍，全球将变暖4oC左右。2.世界生物群落的分布主要取决于气候，尤其是温度和降雨。如果二氧化碳导致气候持续几十年变暖，一种生物群落会通过改变顶极结构，甚至演替成一种新的生物群落来适应新的气候条件。

3.由于沿岸和表层水温升高，造成海洋上升流减少，相应产生表层水体营养不足，可能造成沿海捕鱼量的下降。

4.全球变暖可能造成某些疾病发病率的升高。近年来，一些热带疾病已开始向高纬度地区扩散，霍乱、疟疾等的传播范围扩大。

5.气候变暖将大大影响食物生产的分布和稳定性，农业生产力和贸易都可能受到影响。CO2浓度升高对植物影响的研究手段控制环境实验（controlledenvironment,CE）开顶式同化箱（open-topchambers,OTC)自由二氧化碳气体施肥实验（free-airCO2enrichment，FACE）移地实验（transposingofsurfacesoilwithvegetation,TSSV）光合作用气孔与水分利用效率植物化学成分生殖生长生物量与产量根系大气CO2浓度升高

与植物的生理反应生物量与产量

世界上20种主要粮食作物中，有16种为Ｃ3植物，它们对CO2

浓度较敏感，随着CO2

浓度的增加，包括小麦、水稻、棉花在内的许多Ｃ3作物产量将有不同程度的提高。

Kimball(1993)及其同事们的FACE实验表明，棉花产量将随CO2加倍提高50%，小麦10%。一些学者认为，过去一个世纪以来，增产粮食中的10%左右是由于CO2

气体施肥效应带来的(Allenetal,1987)。

对农业而言，全球CO2浓度增加看来是个好消息。然而，在多数发展中国家，人们无法支付肥料高昂的费用，故得不到最大的收成。即使C3作物受高浓度CO2的影响而提高了生物量，但其含氮量却下降（Culotta,1995），因而会造成一系列不良效应。

效应一：在CO2

浓度倍增条件下，大豆籽粒氨基酸和粗蛋白含量(g/100g)分别下降2.32和0.83，而粗脂肪、饱和脂肪酸及不饱和脂肪酸含量（g/100g）分别增加1.22、0.34、2.02(Kuangetal,1995)。冬小麦在CO2

浓度倍增的条件下，粗淀粉含量增加2.2%，而粗蛋白和赖氨酸含量分别下降12.8%和4%。效应二：如果捕食者的取食倾向和C/N比值有关的话，那么因CO2

倍增引发的C/N比值的变化将会导致取食结构的变化，Fajer(1989)研究表明，以生长在高浓度CO2

下的植物（C/N比升高）为食的幼虫，其生长速度比以通常条件下生长的植物为食的幼虫慢，并且具有较高的死亡率。效应三：Parrish和Bazzaz(1985)也指出种子中的含氮量将会影响到一年生植物之间的竞争结果。

酸雨（Acidrain)——空中死神雨水中含有一定数量酸性物质的自然降水现象，包括雨、雪、雹、雾等，其pH值一般都小于5.6。酸雨的形成

直接引起酸雨的主要物质是人为排放和天然排放的SOx

和NOx

。化石燃料燃烧是大气中硫含量高的原因，它约占人为硫排放量的85%，矿石冶炼和石油精炼分别占有另外的11%和4%。NOx的人为排放源集中在北半球各人口聚居区，发电厂和交通运输的排放贡献最大，如欧共体机动车的NOx排放量约占人为总排放量的50%，发电厂占5%~33%。酸雨的危害1.酸雨能破坏农作物和森林，受到酸雨侵蚀的农作物叶子，叶绿素含量降低，叶子萎缩和畸形，使产量下降。酸雨还会破坏森林，使森林生长缓慢，甚至凋谢。世界上有1/4的森林程度不同地受到酸雨的侵袭，每年价值数百万美元的林木被毁坏。2.酸雨对水域生态系统的危害也是很严重的。酸雨使河流、湖泊的水体酸化，抑制水生生物的生长和繁殖，甚至导致鱼苗窒息死亡。据报道，“千湖之国”瑞典因酸雨，从七十年代初到八十年代中，有1.8万个湖泊酸化。3.酸雨对人体健康产生一定的危害。很多国家由于酸雨的影响，地下水中的铅、铜、锌的浓度已上升到正常值的10-100倍。含酸的空气使多种呼吸道疾病增加，酸雨特别是在形成酸雾的情况下，其微粒侵入人体肺部，可引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。

4.酸雨的腐蚀性很强，大大加速了建筑物、金属、纺织品、皮革、纸张、油漆、橡胶等物质的腐蚀速度。它还是摧残文物古迹的元凶，使人类几千年的艺术瑰宝黯然失色。

控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的人为排放量。酸雨危害是一个全球性问题，具有跨国界的特点，受害最重的北欧等国其实不是酸雨的主要制造国，因此，解决酸雨，需要协同配合，要有全球战略观点。臭氧层破坏(Ozonedepletion)

平流层中最重要的化学组分就是臭氧，它保存了大气中90%的臭氧，臭氧对太阳的紫外辐射有很强的吸收作用，能有效地阻挡对地面生物有伤害作用的短波紫外线。在过去10-15年间，极地上空臭氧层的中心地带，近95%的臭氧被破坏，臭氧层变得极其稀薄，与周围相比较象是形成了一个“洞”，臭氧洞被定义为臭氧浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的区域。

臭氧洞形成的主要原因是人工合成的一些含氯和含溴的物质，它们在强烈紫外线照射下离解释放的高活性原子态氯和溴通过催化过程破坏臭氧造成的，一个氯原子可以破坏104~105个臭氧分子。

Cl+O3ClO+O2CIO+O•Cl+O2

使臭氧层遭到破坏的气体除了氟氯烷烃和哈龙外，甲烷、氧化亚氮，一氧化碳和二氧化碳浓度的增加，也可能间接影响臭氧层的破坏。臭氧层破坏造成的危害1.对人体健康的影响。潜在的危害包括引发和加剧眼部疾病、皮肤癌和传染性疾病。据分析，平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增加0.6%-0.8%，全世界由于白内障而引起失明的人数将增加10000~15000人。2.对生态系统的影响。已经研究过的植物品种中，超过50%的植物有来自UVB的负影响。对森林和草地，可能会改变物种的组成，进而影响不同生态系统的生物多样性分布。3.对空气质量及全球变暖的影响。臭氧减少的一个直接结果是到达低层大气的UV-B增加，由于UV-B的高能量，这一变化将导致对流层的大气化学更加活跃。UV-B的增加会促进对流层臭氧和其他相关的氧化剂，如过氧化氢等的生成。

4.对材料的影响。UV-B的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。富营养化（Eutrophication）人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖、水体溶氧量迅速下降、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。水华（waterbloom）赤潮（redtide）近年危害较严重的赤潮事件海区赤潮发生次数累计发生面积（平方公里）2002年2003年2005年2006年2002年2003年2005年2006年黄海351323104101780420渤海141291130046053202980东海518651639000129901927015170南海11169175406907001270合计79119829310150145502707019840昆明滇池海埂一线的岸边，湖水如绿油漆一般安徽巢湖蓝藻局部爆发绵延数十公里在太湖边拍摄到的死鱼。有关人员在把蓝藻抽送到废弃的石宕。有关人员在打捞蓝藻。富营养化的危害表层密集的藻类使阳光难以透射进入水域的深层，深层水体的光合作用减弱使溶解氧的来源随之减少。同时，藻类死亡后的腐化分解，加速了水体中溶解氧的消耗速度，水体缺氧成为必然，需氧生物难以生存。富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素会伤害水生动物。富营养化水体常常散发出腥臭味，大大降低了水体的质量。富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒。水体富营养化，常导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。

如：昆明滇池水质在20世纪50年代处于贫营养状态，到80年代则处于富营养化状态，大型水生植物种数由50年代的44种降至20种，浮游植物属数由87属降至45属，土著鱼种数由15种降至4种。2006年，杭嘉湖平原，水葫芦疯狂生长，铺盖了整个河面,阻塞了河道，影响了航运......荒漠化（desertification）

荒漠化是指气候变化和人类活动导致的干旱、半干旱和偏干亚湿润地区的土地退化。荒漠化受害面涉及世界各大陆，最为严重的是非洲大陆，其次是亚洲。荒漠化的主要表现形式草原退化——我国草地面积约占国土总面积的41%，为现有农田的4倍左右，在20世纪90年代初期，退化面积约为51%，到90年代末期，北方草原的退化面积发展到约62%。沙漠化——随着土地沙漠化的加速发展，突然性风沙灾害如强沙尘暴的发生频率越来越高。据统计，我国北方20世纪50年代发生大范围强沙尘暴灾害5次，60年代8次，70年代13次，80年代14次，90年代23次。2001年春季仅北京地区就遭受12次沙尘暴袭击土地利用变化，最重要的变化就是森林转化为农田，其中热带森林的砍伐尤为严重（大气二氧化碳浓度增加、影响区域气候特征）。大面积的温带森林被砍伐荒漠化的成因1.土地资源利用不合理；

2.植被资源不合理利用；

3.干旱、半干旱地区水资源的不合理利用。例如，上游地区由于过量灌溉造成大片土地次生盐渍化;下游则因农田得不到及时灌溉，进而风蚀沙化；

4.其他活动。如矿产资源的开发、石油勘探、道路修筑、旅游等。中国生态学家面临的七大挑战全球变化与区域生态安全外来种入侵与有效控制重要生态区与生物多样性保护流域生态学与科学管理湿地生态系统保护与水资源安全农业生态系统健康与食物安全植被恢复与生态灾害防治第二章个体生态学

个体生态学是以生物个体为研究对象，研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地适应的形态、生理及生化机制。1环境与生态因子1.1环境与生态因子的概念1.2生态因子的分类1.3生态因子作用的几个特点1.4生态因子作用的规律2环境因子及其生态作用2.1生物与光的关系2.2生物与温度的关系2.3生物与水的关系2.4生物与土壤的关系3生物对生态因子的适应生态型生活型4生物的环境改造作用环境的概念广义的环境（environment)是指某一主体周围一切事物的总和。在生态学中，环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体，环境指某一特定生物体或群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存与活动的外部条件的总和。生态因子的概念构成环境的各要素称为环境因子。环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子则称生态因子(ecologicalfactor)。具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称为生境(habitat)。生态因子的分类1)气候因子(climaticfactors)，如光、温、湿度、降水量和大气运动等因子。2)土壤因子(edaphicfactors)，主要指土壤物理、化学性质、营养状况等。3)地形因子(topographicfactors)，指地表特征，如地形起伏、海拔、坡度、坡向、高度等。4)生物因子(bioticfactors),指同种或异种生物之间的相互关系，如种群结构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。

5)人为因子(anthropogenicfactors)，即指人类活动对生物和环境的影响。生态因子作用的几个特点综合性非等价性不可替代性和互补性阶段性生态因子作用的规律最小因子定律

1840年德国化学家Liebig提出，作物的产量往往取决于最小量矿质营养元素的供应状况。耐性定律耐性定律也称谢尔福德耐性定律(Shelford'slawoftolerance).1913年美国生态学家V.E.Shelford经大量调查后指出，生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量和最大量的界限，生物只有处于这两个限度范围之间才能生存，这个最小到最大的限度称为生物的耐性范围。生物对环境的适应存在耐性限度的法则称耐性定律。生态幅(ecologicalamplitude)

每一个物种对环境因子适应范围的大小即生态幅。生态学中常常使用一系列名词以表示生态幅的相对宽度。例如，窄食性、窄温性、窄水性、窄盐性等。Bergmam规律生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬地区的同类个体大，因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少，这就是Bergmam规律。中国南北方几种兽类颅骨长度的比较种类（北方）颅骨长/mm种类（南方）颅骨长/mm东北虎331～345华南虎273～313华北赤狐148～160华南赤狐127～140东北野猪400～472华南野猪295～354雪兔95～97华南兔77～

86东北草兔85～89Allen规律恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴、外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，这也是减少散热的一种形态适应，这一适应常被称为Allen规律。生物与光的关系影响太阳辐射的因素和光的分布规律光的生态作用以及生物对光的适应1光质的生态作用和生物的适应-光质的生态作用-生物对光质的适应2光照强度的生态作用和生物的适应

-光照强度的生态作用-植物对光照强度的适应3生物对光周期的适应

-生物的昼夜节律-生物的光周期现象影响太阳辐射的因素和光的分布规律影响地表太阳辐射的因素：大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向等。光质(光谱成分)

-低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多

-夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多日照时间

-夏季昼长夜短、冬季昼短夜长

-纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜光照强度

-低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大

-夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱-(北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱光质的生态作用叶绿素的吸收光谱-蓝紫光：430～450nm；红光：640～660nm不同光质的作用-蓝紫光促进蛋白质的合成，红光促进糖的合成

-青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感

-紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成-红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长和发育等都有影响不可见光对动物的影响也是多方面的-昆虫对紫外线有趋光反应，而草履虫则表现为避光反应-紫外线是昆虫新陈代谢所必须的生物对光质的适应绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异生活在高山上的动物体色较暗，植物的茎叶富含花青素、叶面缩小、毛绒发达，与短波光较多有关。光照强度的生态作用影响动物的生长发育-鲑鱼卵、蛙卵在有光情况下孵化快，而贻贝和生活在海洋深处的浮游生物则在黑暗情况下长得较快。影响动物的体色影响植物的形态建成影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化影响植物花果的数量和质量植物对光照强度的适应C3植物和C4植物阳性植物和阴性植物、耐阴植物

-阳性植物（heliophytes），在强光下才能生长发育良好，而在荫蔽和弱光下生长发育不良的植物。

-阴性植物（sciophytes），需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的植物。

-耐阴植物（shadeplants），它们既可以在强光下良好生长，又能忍受不同程度的遮荫，但最适宜的还是在完全的光照下生长。植物光合作用的昼夜周期生物的昼夜节律植物的光周期现象植物开花对日照长度的反应

-长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等

-短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等

-中日照植物：甘蔗等少数热带植物

-日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄植物光周期的应用：人为控制开花时间、异地种植植物光周期特性与植物起源和原产地密切相关，一般认为短日照植物起源于低纬地区(南方)，长日照植物起源于高纬地区(北方)。了解植物的光周期现象对植物的引种驯化工作非常重要。动物的光周期现象鸟类的迁徙、每年开始生殖的时间均与日照长度的变化有关，在鸟类生殖期间人为改变光周期可以控制鸟类的产卵量，人类采取在夜晚给予人工光照提高母鸡产蛋量的历史已有200多年了。日照长度的变化对哺乳动物的换毛和生殖也有十分明显的影响。-长日照兽类：雪貂、野兔、刺猬等-短日照兽类：绵羊、山羊、鹿等

生物与温度的关系地表大气温度的分布与变化温度对生物的影响-温度与生物生长-积温对生物的影响极端温度以及生物对极端温度的适应

-生物对低温的适应

-生物对高温的适应温度节律对生物的影响地表大气温度的分布与变化空间分布与变化

-纬度升高1°，气温降低0.5℃

-沿海地区气温变化小，内陆地区变化大

-南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温

降低0.6～1℃时间变化-年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强

越大温度与生物生长积温对生物的影响植物在生长发育过程中，需从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数，这个总热量可用有效积温表示。有效积温是一定生育期内有效温度的总和，即:K：某生物全生育期(或某一发育阶段)所需的有效积温，它是一个常数;Ti：某生物某发育阶段的日平均温度;T0：某生物生长活动的起点温度;n：某生物某发育阶段历经的天数。有效积温的意义预测生物发生的代数；预测生物地理分布的北界；预测某种害虫可能发生的时期、分布区；预报农时。北纬45o45’的哈尔滨年平均温度是3.5oC,比北纬51o的伦敦低6oC以上，但10oC以上的有效积温，哈尔滨比伦敦多500多度，故哈尔滨是种植水稻纬度最北的地方，而英国只能种植麦类、马铃薯和甜菜。低温对生物的伤害低温对生物的伤害分为冷害和冻害。冷害一般指零上低温对喜温生物的伤害。如橡胶树在10℃左右时便不能生长，香蕉低于15℃时不能结果，水稻低于18℃时花粉育性和结实率大幅降低等。冻害指冰点以下低温对生物的伤害，如造成生物体内结冰，细胞原生质膜破裂和酶蛋白失活与变性。植物对低温的适应生长习性：-一年生植物以种子越冬-多数多年生草本植物以地下茎、根等越冬-落叶木本植物以休眠芽越冬形态结构

-芽和叶片常受到油脂类物质的保护；

-芽具鳞片；

-植物体表面生有蜡粉和密毛

-植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等。仙女木——一种生长在严寒环境下的植物含水量降低，束缚水/自由水的比值增加利于抗寒；呼吸减弱，利于糖分的积累；保护物质累积，使可溶性糖、脂肪等含量增加。可溶性糖能降低冰点，保护蛋白质胶体不致遇冷变性；脂肪可以集中在细胞质表面，使水分不易透过，亦能防止过渡脱水；极地和高山植物能吸收更多的红外线，一些植物的叶片在冬季变为红色，有利于吸收更多的热量。生理适应动物对低温的适应形态恒温动物增加毛的数量和改善羽毛的质量，或增加皮下脂肪的厚度，从而提高身体的隔热性能；生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬地区的同类个体大，身体的突出部分有变小变短的趋势。生理：增加体内产热量、身体异温等-一只站在冰面上的鸥，其脚部的温度为0-5℃，温度自下而上逐渐升高，体温达38-41℃。行为：迁徙、冬眠、滞育、集群等。植物对高温的适应形态上的适应密绒毛和鳞片；有些植物体呈白色、银白色；叶片革质发亮；叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠；树干和根茎生有很厚的木栓层。生理上的适应降低细胞含水量，增加可溶性糖或盐的浓度，以减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；旺盛的蒸腾作用；有些植物具有反射红外线的能力。动物对高温环境的一个重要适应就是适当放松恒温性，使体温有较大的变幅。如骆驼体温的昼夜波动可达7℃，即34-41℃之间。夏眠、昼伏夜出动物对高温的适应ThermoregulationandcirculationinManducasexta（烟草天蛾）胸温度节律对生物的影响温周期现象植物对温度有节奏的昼夜变化的反应称为温周期现象。变温对种子萌发、个体形态分化和协调生长有促进作用。多数植物，日温差越大，干物质积累越多，品质也好，表现在蛋白质、糖分含量提高等。生物与水的关系以水为主导因子的植物生态类型干旱以及旱生生物的适应特征

干旱对生物的伤害生物对干旱的适应性水生生物的适应特征陆生植物干旱类型大气干旱土壤干旱生理干旱干旱对植物的伤害细胞膜结构破坏；生长受到抑制；光合作用减弱（气孔限制和非气孔限制）；破坏了正常的代谢过程，抑制了合成代谢，加强了分解代谢；植物体内水分重新分配，幼叶从老叶夺取水分，地上部分从根系夺水，幼叶从花蕾或果实吸水旱生植物对干旱的适应形态结构-增加水分摄取-减少水分丢失-具贮水组织生理方面

-气孔运动调节

-渗透调节（脯氨酸、甜菜碱、有机酸等）

-植物对干旱胁迫信息的感知及传递（ABA）Changingleafarea:a,followingrainfallocotilloplantsoftheSonoranDesertdevelopleavesandflowers;b,duringdryperiodstheylosetheirleavesandblossoms墨西哥刺木种类丰富的沙地景观陆生动物对干旱的生态适应形态适应。昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌黏液以保持湿润；爬行动物具有很厚的角质层；鸟类具有羽毛和尾脂腺；哺乳动物有皮脂腺和毛，都能防止体内水分过分蒸发。生理适应。骆驼不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏有丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。另一方面，骆驼在夏季的沙漠中能耐受使体重减少25-30%的脱水。行为适应。沙漠动物昼伏夜出、迁徙。Dissimilarorganismswithsimilarapproachestodesertliving.水生植物对水分的适应发达的通气组织机械组织不发达甚至退化水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状动物对水分的生态适应水生动物

-保持盐分与水分的平衡是水生动物适

应环境的基础

-主要通过调节体内的渗透压来维持与

环境的水分平衡

-淡水动物和海洋动物的差异淡水动物对水环境的适应淡水动物对环境是高渗性(淡水的渗透浓度为2-3mmol/l，而动物体液或血液渗透浓度高)，导致水不断渗入动物体内，过剩的水不断排出体外，保持水分平衡补充丢失的盐分方法：食物鳃主动吸收盐类海洋动物对水环境的适应等渗动物

-不会由于渗透作用而失水或得水，但随代谢废物的排泄损失一部分水。

-补充水分方法：从食物中得到；饮用海水并排出海水中的溶质；食物氧化过程中产生代谢水。低渗动物

-渗透作用失去一些水，会从食物、代谢等摄入更多的水，其中喝水是主要来源。喝水同时吸入盐，通过尿液、鳃主动作用把多余的盐类排出体外。高渗动物

-体外的水会渗透到体内，不需要饮水、食物和代谢过程中摄取水，而是借助于排泄器官把过剩水排出。生物与土壤的关系土壤的生态学意义土壤质地与结构对生物的影响土壤的物理化学性质对生物的影响（1）土壤温度

（2）土壤水分

（3）土壤空气

（4）土壤酸碱度植物对土壤因子的适应盐碱土的分布及概况

土壤的生态学意义土壤是陆地生态系统的基础土壤是具有决定性意义的生命支持系统土壤是许多生物的栖息场所土壤是植物生长的基质和营养库土壤是污染物转化的重要场地土壤质地

土粒按直径大小分为粗砂（2.0-0.2mm）、细砂（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和黏粒（0.002mm以下）。这些大小不同的土粒的组合称为土壤质地。

根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和黏土三大类。砂土以粗砂和细砂为主，粉砂和黏粒所占比例不到10%；黏土以粉砂和黏粒为主，约占60%以上，甚至可超过85%；壤土质地比较均匀，砂粒、粉砂和黏粒所占比重大体相等。土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。最重要的土壤结构是团粒结构（直径0.25-10mm），团粒结构具有水稳定性，由其组成的土壤，能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质。

土壤结构土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响；通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。土壤水分土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化，促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。土壤空气土壤中O2的含量只有10-12%，在不良条件下，可以降至10%以下，这时就可能抑制植物根系的呼吸作用。土壤中CO2浓度则比大气高几十到上千倍，植物光合作用所需的CO2有一半来自土壤。但是，当土壤中CO2含量过高时（如达到10-15%），根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。土壤酸碱度土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。植物对土壤因子的适应根据植物对土壤酸碱度的反应

-酸性土植物、中性土植物和碱性土植物根据植物对土壤钙质的反应

-喜钙植物和嫌钙植物根据植物对土壤含盐量的反应的植物分类

-盐土植物和碱土植物盐土：含可溶性盐(氯化钠、硫酸钠盐等)1%以上，pH中性，土壤结构未被破坏。碱土：含弱酸强碱盐(碳酸盐类)较多，pH8.5以上，

土壤结构被破坏。酸性土植物：pH<6.5：茶树、油茶、柃木、杜鹃、马尾松、桃金娘等；钙质土植物：pH>7.5：柏木、枧木、南天竺、金丝李、乌桕、棕竹等； 中性土植物：pH6.5-7.5，多数乔木树种；盐碱土植物：柽柳、盐爪爪、碱蓬、盐蒿等。盐碱土的分布和概况盐碱土是盐土和碱土以及各种盐化土和碱化土的总称，又称为盐渍土。世界上存在着大面积盐渍土和次生盐渍化土壤，严重危害植物生长，影响生态环境。我国盐渍土的面积很大，总面积约有33万km2。全国100万km2耕地中的1／10为盐渍土，另有20余万km2盐渍土荒地。天津市的盐渍土面积为813km2左右，占全市土壤面积的73％。天津经济技术开发区占地面积约33km2，全部为重盐渍土。干旱化和不合理的灌溉，使盐渍化的土地在不断的扩大。盐土和碱土盐渍土中的盐分主要的是NaCl、Na2SO4、Na2CO3以及可熔性的钙盐和镁盐。盐土所含的盐分主要是NaCl和Na2SO4，属于中性盐，土壤结构尚未破坏。碱土是指土壤胶体中吸附有相当数量的交换性钠，一般以交换性钠占交换性阳离子总量的20％以上为碱土。碱土中主要是Na2CO3，有的含NaHCO3或K2CO3较多。碱土的pH为强碱性，一般在8.5以上，碱土的上层结构被破坏，下层为坚实的柱状结构，通透性极差，一般植物不能生长。各种盐分对植物的伤害程度在阳离子中，钠盐的毒害作用大于钙盐，钠盐中Na2CO3和NaHCO3对植物的毒害最强。在阴离子中，毒害作用的顺序为：CO32->HCO3->Cl->SO42-土壤表层含盐量超过0.6％时，大多数植物已不能生长。当土壤中可熔性盐含量达到1％时，只有一些特殊适应于盐土的植物才能生长。盐土对植物生长的不良影响引起植物的生理干旱；危害植物组织。土壤含盐