生态学笔记_李博.doc

《生态学笔记_李博.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生态学笔记_李博.doc（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生态学笔记_李博.精品文档.生态学第一章 生态学是一门科学一生态学的定义 1生态学（ecology）是研究生物与周围环境和无机环境相互关系及机理的科学。（E.Haeckel，1866）（2）学派的形成：主要有 北欧学派：以注重群落结构分析为特点。代表人物：G.E.Du Rietz 法瑞学派：注重群落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet 英美学派：以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley 俄国学派（前苏联学派）：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb第二章 生物与环境

2、环境概述 生态因子生态因子对生物的生态作用 一环境概述 二 生态因子1、定义：生态因子（ecological factors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。 2. 生态因子作用的一般特征（一般规律）（1）综合作用；（2）主导因子作用；（3）直接作用和间接作用；（4）阶段性作用；（5）可调节（补偿）作用但不可代替性；（6）限制性作用耐度限制及耐度限制的调节。限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的关键性因子。在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁殖或扩散甚至生存的因素。最小因素定律（law of

3、minimum）： 能够影响生物的无数因子中，总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖。耐性定律（law of tolerance）： 耐性（tolerance）：指生物能够忍受外界极端条件的能力；指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。 又称shelford 耐性定律。任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受性限制时，而使该种生物衰退或不能生存。2. 生态因子作用的一般特征（一般规律）耐性限度（the limits of tolerance）： 每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。也即生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限与下限，两

4、者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度。 生物种的耐性曲线（见图例）： 耐性限制用曲线表示，称为耐性曲线（tolerance curve）。广幅分布生物与狭幅分布生物分布耐性曲线。耐度限制的调节通过下列主要方式：新环境适应：驯化培育休眠“逃避”限制生理节律变化和其他周期性补偿变化 调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。 三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（1） 光强的作用：生长发育、形态建构作用。典型例子植物黄化现象（eitiolationphenomenon）。（2）光质的作用：光合作用影响 红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被

5、植物吸收称“生理无效辐射”。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。 光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。 紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。 三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象生物对光的生态反应与适应 定义：生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。 生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生

6、命活动的定时器和启动器。表1 不同纬度地区的日照时间单位：h 三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象生物对光的生态反应与适应植物的光周期现象：长日照植物、短日照植物、中日照植物、日照中植物。（不同光照时间对开花的作用而定）动物的光周期现象： 鸟类的光周期现象最为明显，它的迁徙是由日照长短变化所引起的；鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短有关，如雪貂、野兔和刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖（称为长日照兽类）；绵羊、山羊和鹿等总随着秋天短日照的到来而进入生殖期（称短日照兽类）。三生态因子对生物的生态作用（1）温度与生物生长发育 生长：“三基点”最低、最适、最高温度。 发育：植物的春化作用（

7、某些植物要经过一个“低温“阶段才能开花结果）。（2）生物对极端温度的适应 对低温适应在形态、生理和行为方面的表现 中国南北方几种兽类颅骨长度的比较：三生态因子对生物的生态作用说明了生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。个体大的动物，其单位体重散热量相对减少（贝格曼Begman定律）（表）。阿伦（Allen）规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小的趋势。在生理方面，生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。动物对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系中的热中性区宽，下临界点温度以

8、下的曲线率小等几个方面（图）。（3）物候节律：物候又称物候现象（phenological phenomenon），是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。物候学（pheology）则是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。三生态因子对生物的生态作用（1）水因子对生物生长发育的作用： 水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠。某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆发性开花结果”。（2）生物对水因子的适应三生态因子对生物的生态作用（2）生物对水因子的适应植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。各类型下又分别划

9、分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。（图解）陆生动物对水因子的适应形态结构上的适应：以各种不同形态结构，使体内水分平衡。行为上的适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。生理上的适应：“沙漠之舟”骆驼可以17天喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。 三生态因子对生物的生态作用（1）氧的生态作用； （2）氮的生态作用；（3）CO2的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。CO2 浓度相对提高，使C3植物光合作用不断增加（

10、C4植物达到饱和点后则不随CO2 浓度提高，光合作用增加）。CO2 能促进植物的生长植物生长速率随全球CO2 浓度的提高而增加。高浓度的CO2 能改变植物形态结构幼苗分枝增多，叶面积指数加大等。三生态因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物；大气主要污染物对植物的危害（影响）二氧化硫（SO2 ）对植物的影响：伤害阈值为0.250.55ppm，28小时；典型症状叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。氟化氢（HF）对植物的影响：伤害阈值40ppm；典型症状叶尖和叶缘坏死。臭氧（O3）对植物的影响：伤害阈值0.050.15ppm 0.58小时；典型症状叶面上出现密集的细小斑点。乙烯对植物的影响：

11、伤害阈值10100ppb；典型症状“偏上生长”致使叶片、花、果脱落。植物对大气的净化作用吸收CO2，放出O2 ：造林绿化与人类维系呼吸；吸收有毒气体：吸收二氧化硫（SO2 ）及氟化氢（HF）最优；驱菌杀菌作用：有些植物分泌杀菌素，如1ha松柏林24小时分泌34kg杀菌素；阻滞粉尘：针叶林阻粉尘量3234吨/年，阔叶林68吨/年；吸收放射性物质：吸收中子-射线。 三生态因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物；大气污染监测指示植物a.作为指示植物的基本条件：能够综合反映大气污染对生态系统影响的强度；能够较早地发现污染（对大气污染敏感）；能够同时检测多种大气污染物；能够反映出一个地区的污染历史（基

12、本年轮的化学分析）。b常见（用）的指示植物：地衣最敏感，0.0150.105ppm二氧化硫下无法生存（但反应慢）。大气污染的植物监测形态及生长量观测：IA=Wo/Wm；群落生活力调查（见城市生态学孟德政等译，1986）；现场盆栽定点监测；生理生化指标测定光合作用，呼吸作用，气孔开放度，细胞膜透性，叶液PH值变化，植物体内酶体变化等。 三生态因子对生物的生态作用（1）土壤化学性质与植物的关系 PH值9对根系严重伤害 矿质营养元素与植物（2）植物的盐害和抗盐性植物的抗盐方式： 排除盐分泌盐植物； 稀盐植物（稀释盐分）； 富集盐分； 拒绝吸收（3）植物对土壤适应的生态类型 对PH值的适应嗜酸性植物、

13、嗜酸耐碱植物、嗜碱耐酸植物、嗜碱植物。 钙土植物、盐生植物、抗盐植物（4）土壤污染的植物监测 土壤污染重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等。 监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析第三章 种群种群的基本特征 种群的增长与调节 种群生活史 一、种群的基本特征 1、种群的定义（population） 种群是占据特定空间（地理位置）的同种有机体的集合群。种群是占据某一地区的某个种的个体总和（Friederich，1930）某一特定时间占据某一特定空间的一群同种有机体（Merrile,1981）种群是物种在自然界中存在的基本单位，又是生物群落的基本组成单位。种群是一种特殊组合，具有独特性质、

14、结构、机能，有自动调节大小的能力。种群生态学（population ecology）研究同种生物个体群数量动态、特性分化及其发生发展的科学。（种群生物学population biology） 一、种群的基本特征 1、种群的定义（population）种群生态学历史发展概况及主要代表作：JLHarper， 1977，Population Biology of PlantAcademic press，London and New YorkJWSilvertown，1982Introduction to plant population ecologyLongman London and New Y

15、ork王伯荪等，1995，植物种群学广州：广东高等教育出版社 2种群的基本特征（1）分布格局（distribution pattern）种群内个体空间分布方式或配置特点。(图)均匀分布（uniform distribution） 随机分布 (random distribution) 集群分布 (contagious distribution)种群分布格局最简易的判断方法，通过公式S2=(x-m)2/n-1计算 其中：n调查时样方数 m每个样方中个体平均数 x样方中的个体总数 S2 方差（分散度） 根据S2 的值可判断： 当S2=0即S2m 时为集群分布2种群的基本特征 (2)年龄结构（age

16、structure）种群内不同年龄的个体数量分布情况。根据年龄结构划分三种种群类型：增长型、稳定型、衰退型。(见图) 增长型种群（increasing population）年龄结构成典型金字塔型，表示种群有大量幼体，老龄个体小，出生率大于死亡率。稳定型种群（stable population）出生率与死亡率大致平衡，种群稳定。下降（衰退）种群（declining population）倒金字塔型。种群中幼体减少，老体比例增大，死亡率大于出生率。种群（特别是优势种）年龄结构，直接关系着其本身及其所在群落的发展趋势，是种群及其所在群落的动态趋势的主要指标。测定种群的年龄结构，便可分析它的自然动态

17、，推知它及其所在群落的历史，预测它们的未来。 2种群的基本特征（3）性比（sex ration）性比是种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。受精卵的/大致是50：50，这叫第一性比。由于种种原因，/比继续变化，到个体成熟时为正的/比例叫第二性比。最后还有充分成熟的个体性比，叫第三性比。性比对种群配偶关系及繁殖潜力有很大的影响。2种群的基本特征（4）生命表（life table）是指列举同生群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张清单。同生群(cohort)同时出生的个体种群。类型：图解生命表（diagrammatic life table）以图解来表示生物一个世代的历程。常规生命表 （conve

18、ntional life table) 动态生命表(dynamic life table)真实记录生物个体存活情况。静态生命表(static life table) 记录某一特定时间获得的各龄级个体数情 况而编制成的。作用（意义）：综合记录了生物体生命过程的重要数据；系统表示出种群完整生命过程；研究种群数量动态必不可少的方法。二种群的增长与调节1种群增长的模型（1）马尔萨斯（Malthus）方程：又称指数增长模型。Nt=N0ert指数增长；ln Nt =ln N0trt 对数增长（2）逻辑斯蒂增长（Logistic growth）模型：是比利时学者Verhulst 1838年创立的。逻辑斯蒂增

19、长模型是指种群在有限环境下，受环境制约且与密度相 关的增长方式。Nt=k/1+(1- Nt/k)e-rt（3）LeslieLefkorich矩阵模型： nt+1=Mtnt Mt是m、p、i的距阵，nt 和nt+1 分别是在t和t+1时种群各阶段个体数的列向量，从中计算值。当=1，表示种群稳定；当1，表示种群正在增长；BCD玉米水稻柱花草黄瓜豆角。对挥发物的敏感顺序是：萝卜柱花草玉米水稻黄瓜豆角。表现出低促高抑现象。例如，柠檬桉挥发油在0.005%低浓度下对萝卜幼苗生长起促进作用，当浓度超过0.08%又表现出显著的抑制作用。他感作用与环境因子关系：不同月份（季节）水抽提物的他感作用不同；各月份水

20、抽提物的他感作用与降水量明显相关。 (5) 他感作用的机理 生物体化学生理活性物质（他感作用物）的作用。如木麻黄的他感作用有5个黄酮衍生物和一个阿魏酸衍生物；螃蜞菊的地上部分他感作用物有2个倍半萜内酯类化合物；茶树他感作用及自毒作用的主要物质是茶多酚及咖啡因。 他感作用物主要是对细胞、亚细胞结构的影响。如使细胞壁变宽、弯曲；高尔基体变形，内质网和核糖体数量减少；致使整个细胞液泡化。(6) 他感作用在群落中的作用（要深入探讨此关系）对种群在群落中形成干扰邻近植物的生长，保持种群地位。在群落演替中的作用“自毒”使本身衰退，加速更新演替；干扰邻近及入侵物种，保持自身优势地位，保持群落的正常运作。(7

21、) 他感作用在农林业中的作用防止经济作物“自毒”衰退，保持高产。“以草治草”、“以草治虫”，并合成他感化学活性物质，选择新一代无污染农药。 第四章生 物 群 落 （2）一生物群落的特征二生态位三生物群落内的种间关系四生物群落的演替五生物群落的分类六生物群落主要类型及其分布四生物群落的演替1演替的表征、原因及类型定义、表征、原因、类型2演替顶极及其基本理论定义演替顶级基本理论3演替过程及机制的主要理论演替的两种哲学观 主要理论学说 演替的数学模型 1演替的表征、原因及类型定义：演替（Succession）是指一个生物群落被另一个生物群落所代替的过程。表征：群落结构与功能的定向性变化；优势种的变更

22、；在顶级群落形成之前其演替过程持续进行。原因：环境变化；繁殖体的散布；物种间相互作用；新种类不断发生； 人类活动的影响。类型：按演替的起始条件划分为：原始演替（primary succession）开始于原生裸地上的群落演替。次生演替（secondary succession）开始与次生裸地（如森林砍伐迹地、弃耕地）上的群落演替。 2演替顶极及其基本理论（1）定义：演替顶级（Climax）是Clements首先提出。Oosting(1956)给予完整概念。演替顶级就是这样的一个群落，它们的种类在综合彼此之间发展起来的环境中很好地互相适合；它们能够在群落内繁殖而且能排除新的种类，特别是可能成为优

23、势种的种类在群落内的定居。也就是说，演替顶级是群落演替的最终阶段。（2）演替顶级基本理论单元顶级学说。 Clements为代表多元顶级学说。 Tansley为代表演替顶级格局学说。 Whittaker为代表3演替过程及机制的主要理论(1) 演替的两种哲学观有机体论整体论强调环境的作用（观察尺度大，对现象作解释），强调系统的整体特征、综合特征和超特征。主要代表人物是美国生态学家E.P.Odum。整体论者认为，生态系统演替是有序的，定向的，从而可预见的群落内部控制过程，而且终止于具有内控自调特征的稳定阶段（即顶级）。个体论简化论整体等于其组分之和，系统可以简化或分解到组分水平，最终可根据物理或化学原理加以解释。主要代表人物是美国人H.A.Gleason。简化论者认为，群落演替只不过是种群动态的总和，因而它的演替并不是有序的或预见的。3演替过程及机制的主要理论(2) 主要理论学说：接力植物区系学说：若干演替系列群落循序渐进逐步取代的过程。包括6个步骤或阶段，即立地裸化、迁移、定居、竞争、反应、稳定态的过程。意味着在此过程中，植物种是以组或批的形式出现或消失的。初始植物区系组成说：演替