林宏辉普通生物学第七章--生态学.ppt

1、生态学概述,一、生态学定义 生态学（Ecology） 研究生物与其周围环境，包括非生物环境和生物环境相互关系的科学,生物圈,生态学概述,大气圈,水圈,岩石圈,生 物 圈,生态学一览,生态学概述,基础(纯粹)生态学,按组织层次分：个体生态学，种群生态学，群落生态学，生态系统生态学等,按生物类别分 动物生态学（昆虫生态学、鸟类生态学），植物生态学，微生物生态学，真菌生态学等,按栖息环境分 陆地生态学，海洋生态学，河口生态学，淡水生态学等,二、生态学的分支学科,应用生态学 污染生态学 人类生态学 城市生态学 农业生态学 资源生态学,二、生态学的分支学科,三、生态因子(Ecological facto

2、rs),生态因子 环境中对生物的生长、发育、生殖、行为、分布有着直接或间接影响的环境要素 非生物因子(abiotic factors) 光、温度、湿度、降水、土壤、大气等 生物因子（biotic factors) 包括同种生物的其他有机体和异种生物的有机体（种内关系和种间关系）,第一节 种群,一、种群定义,种群（population) 在一定时间和空间中同种个体的集合群,种群生态,二、种群的空间结构,种群分布型 群聚分布 随机分布 均匀分布,种群生态,群聚分布,均匀分布,随机分布,种群分布的类型图,三、种群统计学,种群密度 一定时间内，单位面积上或单位空间内的个体个数 种群的年龄结构:增长型、

3、稳定型、衰退型 种群存活曲线(survivorship curve):在各年龄阶段种群的存活率曲线 种群增长率 种群增长的形式,种群的出生率和死亡率,1.出生率 生理出生率(最大出生率):在理想条件下所能达到的最大出生数量. 生态出生率(实际出生率):在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量.内外因素共同作用影响的结果. 影响出生率的因素: a.性成熟速度; b.每次产仔数; c.每年生殖次数; d.生殖年龄的长短.,第三节 种群的基本特征,2.死亡率 生理死亡率(最小死亡率):在最适条件下个体因衰老而死亡,其种群死亡率降到最低. 生态死亡率(实际死亡率):在一定条件下的实际死亡率.许多个体

4、死于各种生物或非生物影响的因素. 出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示.,三、种群的出生率和死亡率,第三节 种群的基本特征,四、种群的年龄结构 种群的年龄分为三种生态年龄,即3个年龄组: 生殖前期、生殖期、生殖后期 3种主要的年龄结构类型: 增长型、稳定型、衰老型,第三节 种群的基本特征,五、性比 大多数生物的自然种群内个体比率常为1:1 出生时雄性多于雌性,随年龄增长,雌性多于雄性. 性比也受环境因素影响,如食物的丰歉. 如赤眼蜂,当食物短缺时,雌性比例下降.,第三节 种群的基本特征,六、多型现象 种群内的个体在形态、生殖力、体重及其他生理生态习性上产生

5、差异,而出现种群内不同生物型. 这种不同不单表现在相异,同性个体也有不同. 如飞虱长短翅; 社会性昆虫等,生物间相互关系的类型,类型 A B 特 点 中性作用(neutralism) 0 0 彼此互不影响 偏利共生(commensalism) + 0 对A有利， B种无影响 原始协作(protocooperation) + + 彼此有利，分开能独立生活 互利共生(mutualism) + + 彼此有利，分开后不能生活 竞争(competition) - - 彼此互相抑制 捕食(predation) + - A种杀死或吃掉B种 寄生(parasitism) + - 对A有利，对B有害 偏害作用

6、(amensalism) - 0 对A有害，对 B无利也无害,四、种群关系,种群生态,大草履虫单独培养,小草履虫单独培养,混合培养,种间竞争,种群密度,高 低,/d,/d,/d,种群生态,捕食,年,数量,捕食关系中种群数量的周期变化,种群生态,北美美洲兔和猞猁的种群数量周期性变动,种群生态,捕食,(a) A Venus flytrap (Dionaea muscipula). This carnivorous plant makes up for scarce nutrients by turning the dinner table on animals that alight upon i

7、ts leaves. (b) A fly stuck in sugary goo on a lobed leaf. (c) It brushes against hairlike triggers on the leaf surface; the base of one is shown here. (d) Activated, the leaf snaps shut.,a,b,d,c,Base of hairlike projection,Secretory gland,原始协作,种群生态,鸟类啄食有蹄类身上的体外寄生虫，而当食肉动物来临时，又能为其报警,偏利共生（共栖）,在热带地区，兰花通

8、常以树干作支撑,种群生态,双锯鱼(小丑鱼)以海葵作庇护的场所,白蚁消化道中原生动物帮助白蚁消化木屑,互利共生,寄生,黄蜂产卵于蛾幼虫体内，将幼虫致死 图为黄蜂蛹覆在虫体上，以幼虫内部组织为生,种群生态,寄生,种群生态,Packed inside the small intestine of a host pig, adult roundworms (Ascaris), a type of endoparasite.,人蛔虫,体内移行：口小肠门静脉肝脏右心肺脏气管咽食管胃小肠 病症表现: 1. 掠夺营养与影响吸收。 2. 变态反应： IgE倡导的变态反应。荨麻疹、皮肤瘙痒、血管神经性水肿和结膜炎

9、等症状。 3. 并发症： 由蛔虫的钻孔性所致。,一种鼠尾草分泌化学物质，使周围成为不毛之地,偏害作用,种群生态,第二节 群落,按植物生活型分为： 森林 草原 荒漠 按地理气候分为： 热带群落 亚热带群落 温带群落,群落生态,二、生物群落的分类,森林 热带雨林 tropical rain forest 亚热带常绿阔叶林 subtropical evergreen forest 温带落叶阔叶林 temperate deciduous forest 泰加林（针叶林、山地森林） boreal coniferous forest or taiga forest,三、主要群落类型,群落生态,群落生态,热带

10、雨林,白颊长臂猿,亚洲象,亚洲东南部、非洲中部和西部，以及南美洲和大洋洲以北的赤道附近 代表动物：灵长类、鸟类和各种昆虫,温带落叶阔叶林,群落生态,藏酋猴,白唇鹿,黑熊,主要分布在北美、西欧、中欧的温带湿润海洋性气候区， 中国的华北和东北沿海地区,群落生态,针叶林,驼鹿,紫貂,雪兔,分布在北半球高纬度的温带到亚寒带地区 中国东北大兴安岭地区 代表动物：松鼠、鹿、狼、熊、各种鸟类,群落生态,草原 grassland 稀树草原（热带萨王纳 savanna） warm grasslands with scattered stands of shrubs and trees 温带草原 temperat

11、e grassland 冻原 (苔原）tundra,三、主要群落类型,稀树草原,群落生态,主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的热带季节性干旱地区 代表动物：野兔、斑马、长颈鹿、羚牛、野驴、猎豹、狮子,稀树草原,群落生态,The African savanna-warm grasslands with scattered stands of shrubs and trees. More varieties and greater numbers of large ungulates live here than anywhere else. They include migratory wildeb

12、eests (shown in this photograph), giraffes, Cape buffalo, zebras, and impalas.,群落生态,温带草原,高鼻羚羊,野牛,主要分布在欧亚大陆、南美洲、北美， 中国的黄河中游、内蒙古和东北大兴安岭以西地区 代表动物：羚羊、黄羊、野牛等,群落生态,冻原,野牦牛,藏羚羊,北极圈以南环绕 北冰洋的严寒地带 代表动物：驯鹿、 麝牛、旅鼠、 北极狐、 狼等,群落生态,北极冻原,极地冻原主要位于北极地区，那里终年冰雪覆盖，动物仅有北极熊、企鹅等少数以海洋动物为食物的极端耐寒性种类,北极熊,荒漠,群落生态,代表植物,野马,野骆驼,非洲撒哈

13、拉沙漠 中东的阿拉伯沙漠 中国的戈壁沙漠,三、主要群落类型,海洋生物群落 淡水生物群落 流水和静水,海洋,海洋,淡水,池塘,河流,四、群落的基本特征,种类特征 种组成是区别不同群落的首要特征 物种间的相互影响 构成群落的种群之间必须相互协调、平衡，群落是生物种群组合的有机实体,群落生态,结构特征 生物群落具有一系列的结构特点，包括形态结构、生态结构和营养结构 动态特征 生物群落的运动形式包括昼夜动态、季节动态、年际动态、演替,群落生态,四、群落的基本特征,演替,定义: (教材: P. 586) 演替 顶级群落 初级演替 (荒漠治理) 次级演替,群落生态,群落初生演替经历的地衣阶段、苔藓阶段、草

14、本植物阶段、灌木阶段和森林阶段,群落演替示例,次级群落演替图,裸底阶段,浮叶根生植物阶段,挺水植物和沼泽植物阶段,沉水植物阶段,群落生态,群落生态,裸底阶段,沉水植物阶段,浮叶根生 植物阶段,挺水植物和沼泽植物阶段,群落演替示例,第三节 生态系统,一、生态系统定义,生态系统,生态系统(ecosystem) 生物群落与其生存环境之间, 以及生物种群相互之间密切联系、相互作用，通过物质交换、能量转换和信息传递，成为占据一定空间、具有一定结构、执行一定功能的动态平衡整体，称为生态系统,二、生态系统的基本组分,非生物成分太阳辐射能，无机物质(大气、水)，有机物质 生物成分 生产者，消费者，还原者,生态

15、系统,四、食物链和食物网,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（food chain）。 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（food web）。,生态系统,生态系统,食物链,北极地区食物网,生态系统,五、生态系统的类型,从环境性质：陆地、淡水、海洋生态系统 从人类的影响大小：自然、半自然和人工生态系统 从物理角度：隔离、封闭和开放生态系统,生态系统,五、生态系统的类型,湿地生态系统（wetland ecosystem） 是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地

16、区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有其独特的结构和功能。湿地公约指出：湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的海域。 功能特点：湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带；是天然的基因库、潜在资源（湿地生态系统是许多粮食植物的重要生境）、净化功能（被誉为自然界的“肾脏”）、气候和水文调节等功能。,生态系统,生态系统,森林沼泽,若尔盖高原沼泽,芦苇沼泽,丹顶鹤,黑颈鹤,六、生态系统的能量流动,能量流动遵循的热力学定律 能量守恒与转化（热力学第一

17、定律） 生态系统是一个开放系统，通过光合作用，引入负熵；通过呼吸，把正熵转到环境,生态系统,六、生态系统的能量流动,能流特征 逐级减少 单方向性 能流路径,生态系统,生态系统,生态金字塔,类型 数量金字塔 生物量金字塔 能量金字塔,生态系统,能量,能量流失,七、生态系统物质循环,特点 可循环利用 质能守恒,生态系统,生态系统,DDT经 食 物 链 浓 缩 107 倍,水中 DDT浓度 3 x 106ppm,鹰体内DDT浓度 25ppm,七、生态系统物质循环,水循环,七、生态系统物质循环,碳循环,七、生态系统物质循环,氮循环,七、生态系统物质循环,磷循环,第四节 人类与环境,一、人类与环境的关系

18、,人类通过生产和消费活动影响环境，环境的变化又反过来制约人类活动,人类活动对环境与生态的影响,物质,能量,三废,人 类,环 境,二、人类活动对环境的影响,大气污染 污染源：工业企业排气、燃煤排气、汽车排气 污染物：CO，SO2，NO2，碳氢化合物、粉尘、金属及其氧化物等 排放量：全世界每年排放有毒气体达6.14108t 全球煤炭产量：40亿吨（5-50kg硫/T，9-11kg粉尘/T，25-30kg/T烟灰） 1952年12月5-8日“伦敦烟雾事件”4 000人中毒,二、人类活动对环境的影响,酸雨 酸雨空中的死神：pH值5.6的雨雪或其他形式的大气降水称酸雨，主要来自工业燃煤和燃油生成的SO2

19、 和 NOX 全球SO2 年排放量1.47亿吨 加拿大53个湖泊, 被称“水沙漠” 我国SO2 年排放量1 500万吨, 平均1.6吨/km2 (全球平均负荷1.0吨/km2) 我国南方44.5%的降雨为酸雨,酸雨造成死亡之湖（纽约州）,酸雨毁坏德国森林的 50,酸雨带来一片凄凉景象,北美酸雨地区,二、人类活动对环境的影响,臭氧空洞 地球上空17-25km之间是臭氧层，臭氧层吸收掉太阳光中紫外线的99 破坏臭氧层的化学反应数目约1万种，工业废气、飞机废气、氮肥分解物（氧化氮）、氯氟烃（氟氯化碳CFCs） （1个氯能破坏100 000 个臭氧分子）、卤代烃类化合物等,臭氧层保护人类,臭氧层减少1

20、%，UV增加2%，人类的皮肤癌发病率将增加5.5。 有人推断：北美只要臭氧层减少5%，每年皮肤癌发病人数将增加8 000人。 在接近南极臭氧空洞的澳大利亚和新西兰，皮肤癌发病率明显增加。在智利南部的牧场上，已出现因受到过量紫外线的照射而双目失明的羊。,臭氧层保护人类,二、人类活动对环境的影响,臭氧空洞 1990 年南极上空平流层臭氧洞面积达9x106 平方英里，大约是美国国土面积三倍,1993 年又扩大 25 蒙特利尔协议签字国承诺逐年减少氟氯化碳的产量，直至完全停产,1979-1984南极上空臭氧洞,到1987年 臭 氧 洞 显 著 增 大,不断扩大的臭氧层空洞,1994年: 臭氧层空洞面积

21、为2400万平方公里。 2000年9月3日: 臭氧层空洞面积为2830万平方公里。,二、人类活动对环境的影响,温室效应（green house effect） 大量CO2排放，导致热污染。大气中CO2含量增加，引起温度升高的现象。 CO2含量增加，对光合作用的正、副面影响：增加光合效率；C3植物发展，排挤C4植物。,二、人类活动对环境的影响,全球气候变暖导致的海平面上升使太平洋岛国图瓦卢(Tuvalu)面临“灭顶之灾”，该国政府于2001年11月15日正式宣布放弃自己的家园，其1.1万国民将全部移民到新西兰。,二、人类活动对环境的影响,土地在呼救 “民以食为天”，农业永远是人类必要的生产活动 农业劳动的结果减少生态系统的多性 土地所承受的压力来自人口的增长；人类可利用的土地人均耕地面积迅速减少农业生态系统不堪负重,二、人类活动对环境的影响,森林的采伐和利用变小的绿肺 森林的作用“大自然的总调度室” 森林是长期生态演替形成的顶极群落 热带雨林正在以11万km2/年的速度减少,二、人类活动对环境的影响,水体污染 水污染主要来源于生活污水和工业污水 富营养化（eutrophication）及其影响 蓝藻“水化”和“赤潮”公害,The photo shows excessive algae growth in Lake Okeechobee (Florida, USA)