普通生物學(xué)生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

1、16.1 生物與環(huán)境16.2 種群生態(tài)16.3 生物群落16.4 生態(tài)系統(tǒng)16.5 人口、資源與生態(tài)平衡n 環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次 生態(tài)系統(tǒng)是指在一定空間中各類生物以及與其相關(guān)聯(lián)的環(huán)境因子的集合。 在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，各種生命通過一張極其復(fù)雜的食物網(wǎng)來獲取和傳遞太陽的能量，同時(shí)完成物質(zhì)的循環(huán)。 全球生態(tài)系統(tǒng)的總和稱為生物圈。 16.1 生物與環(huán)境 生態(tài)學(xué)的層次從個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到整個(gè)生物圈逐級(jí)放大，其涉及到的環(huán)境范圍也越來越廣。n 環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次 在一定環(huán)境中的一群同種生物個(gè)體稱為種群。 n 環(huán)境的范圍與生態(tài)學(xué)的層次 在一個(gè)特定的環(huán)境區(qū)域內(nèi)生存的多種不同的種群便組成為群落

2、。 對于一個(gè)生物，其周圍一切客觀存在都是它的環(huán)境。 一個(gè)生物的環(huán)境因素按性質(zhì)可分為非生物因素和生物因素兩大類。 生物生存不可缺少的環(huán)境條件稱為生態(tài)因子，而對于生物體外部的全部環(huán)境要素則稱為環(huán)境因子。 n 環(huán)境與生態(tài)因子n 氣候因子 在各類環(huán)境和生態(tài)因子中，氣候因素包括了影響生物活動(dòng)和生命過程最重要的物理和化學(xué)因子。 各種生物對生態(tài)因子（如溫度）所能耐受的上限與下限之間的幅度稱為生態(tài)幅，它反映了生物對環(huán)境因素的適應(yīng)能力。n 氣候因子 降雨和濕度影響著生物的生長、發(fā)育、行為和壽命。 全球的氣候特征主要是由太陽能的輸入和地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)決定的。地球表面各處太陽光照不均衡。 n 氣候因子 6類氣候區(qū)

3、 全球大陸不同地區(qū)的氣候類型也有該地區(qū)的生物群落型（9種陸生生物群落型）大雁東南飛n 環(huán)境對生物習(xí)性和行為的影響 動(dòng)物的許多有規(guī)律的行為就是動(dòng)物適應(yīng)其環(huán)境定向進(jìn)化的結(jié)果。 動(dòng)物的許多復(fù)雜應(yīng)變行為體現(xiàn)了物種內(nèi)和物種間特殊的生態(tài)關(guān)系。東非的角馬群居生活并集體大規(guī)模遷移 n 種群的結(jié)構(gòu) 種群的大小是指種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量的多少，單位面積或體積中個(gè)體的數(shù)量稱為種群密度。 研究野生動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)的采樣技術(shù)： 野外拉樣方采樣 標(biāo)記-再捕捉方法16.2 種群生態(tài)n 種群的結(jié)構(gòu) 種群分布型是指全部個(gè)體在種群界定范圍內(nèi)的空間分布類型。 群集型 平均型 隨機(jī)型n 種群的結(jié)構(gòu) 種群的年齡結(jié)構(gòu)從生態(tài)學(xué)的角度可以分成增長型、穩(wěn)

4、定型和衰退型3類 。 種群的性別結(jié)構(gòu)和生存能力的性別差異也是種群結(jié)構(gòu)的一個(gè)方面。 各種生物的生存策略影響著該物種的生存和年齡分布，也反映了種群結(jié)構(gòu)的重要特征。n 種群增長特征 在沒有限制的指數(shù)增長中，增長速度（G）與個(gè)體數(shù)量（N）成正比，也就是說，個(gè)體數(shù)量越大，增長速度越快。 指數(shù)增長模式只是一種理想的狀態(tài)n 種群增長特征 在細(xì)菌實(shí)際增長曲線，分為三段：最初的階段，個(gè)體數(shù)量的增長在加速；減速階段 ；動(dòng)態(tài)平衡 。 種群生長限制因子、環(huán)境限制因子 環(huán)境對一個(gè)物種的承受容量決定于這個(gè)物種對環(huán)境的需求和該物種繁衍的各種決定因素。 正常情況下，大多數(shù)種群個(gè)體的數(shù)量基本都是穩(wěn)定的，種群的數(shù)量在環(huán)境承受容量

5、K值上下波動(dòng)。n 種群增長的調(diào)節(jié) 種群中個(gè)體數(shù)量的變化與其天敵有直接的關(guān)系。n 人口的結(jié)構(gòu)和增長 地球上每20 min，人類就增加3500個(gè)新成員。同樣這20 min內(nèi)，地球上便有一種動(dòng)物或者植物絕滅。 世界人口的指數(shù)增長曲線。 人口的年齡結(jié)構(gòu)分析也可以幫助我們預(yù)測不同國家未來人口增長的趨勢。 n 人口的結(jié)構(gòu)和增長 完全家庭尺度方法、人口慣性、計(jì)劃生育 n 群落的基本特征與結(jié)構(gòu) 占據(jù)特定空間和時(shí)間的多種生物種群的集合體和功能單位被稱為群落。 群落具有一定的結(jié)構(gòu)、一定的種類組成和一定的種間相互關(guān)系。 群落的基本特征包括生物組成的多樣性、群落的外貌、優(yōu)勢種群、各物種的相對數(shù)量與比例、群落的穩(wěn)定性等

6、5個(gè)方面。物種數(shù)量相同、各物種相對數(shù)量不同的兩種森林群落16.3 生物群落n 群落的基本特征與結(jié)構(gòu) 群落的穩(wěn)定性是指群落受到一定外界因素作用后恢復(fù)到原來種群組成能力的情況。群落穩(wěn)定性取決于群落本身特性和環(huán)境的相對穩(wěn)定性兩個(gè)方面。松樹林具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性 對一個(gè)群落的剖析可以從物理結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行。群落的物理結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在其垂直層次上，陸地群落的分層與光的最大程度利用有關(guān)。群落的生物結(jié)構(gòu)主要是指群落內(nèi)各物種之間的取食關(guān)系和各自所處的位置，這種取食關(guān)系決定了物質(zhì)和能量的流動(dòng)方向，也決定了群落中各物種的相對數(shù)量和比例及其變化。熱帶雨林分布在亞洲東南部、非洲中部和西部以及南美洲和大洋洲以北赤道附

7、近。 垂直分布明顯 生物種類多高大常綠喬木、灌木層、草本層、藤本植物靈長類、鳥類、各種昆蟲n 地球上的主要群落類型 稀樹草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的熱帶季節(jié)性干旱地區(qū)。 大量草本植物、有些散生矮小的小片闊葉叢林 草食性動(dòng)物和肉食性動(dòng)物、鳥類、爬行動(dòng)物 周期性的雨季和旱季n 地球上的主要群落類型 沙漠：非洲的撒哈拉沙漠、中東的阿拉伯沙漠和中國的戈壁沙漠呈不連續(xù)的條狀分布橫貫非洲和亞洲大陸 n 地球上的主要群落類型 年降雨量少，溫差大 植被少：仙人掌、仙人球 動(dòng)物種類少：駱駝、黃羊、沙漠兔等 動(dòng)植物發(fā)育了適應(yīng)干旱少水的特殊機(jī)能極地冰原主要位于北極地區(qū)，那里終年冰雪覆蓋，動(dòng)物僅有北極熊、企鵝

8、等少數(shù)以海洋動(dòng)物為食物的極端耐寒性種類。 n 地球上的主要群落類型 灌木林主要發(fā)生在中緯度靠近海岸的地區(qū)，氣候特征為冬季多雨，夏季干熱。致密常綠的矮生灌木為優(yōu)勢種群。 n 地球上的主要群落類型 溫帶草原主要分布在歐亞大陸、南美洲、北美，中國黃河中游、內(nèi)蒙古和東北大興安嶺以西，屬于溫帶大陸性氣候地區(qū)旱生草本植物群落。n 地球上的主要群落類型 溫帶草原喬木很少，以草本植物為主。代表動(dòng)物有羚羊、黃羊和各種鼠類等。 溫帶落葉林主要分布在北美、西歐、中歐的溫帶濕潤海洋性氣候地區(qū)，中國的華北和東北沿海地區(qū)也有分布。 n 地球上的主要群落類型 濕度高，四季分明，雨水集中在夏季。 以闊葉喬木為主，樹種多，林下

9、分布各種灌木和闊葉草本植物。 優(yōu)勢草食性動(dòng)物是鹿，優(yōu)勢肉食性動(dòng)物為黑熊。多種多樣的鳥類、爬行類動(dòng)物和昆蟲等針葉林主要由常綠的針葉樹如松、杉、柏等樹種所組成，大部分分布在北半球高緯度的溫帶到亞寒帶地區(qū)。 n 地球上的主要群落類型 林下植被不發(fā)達(dá)，地表常被枯枝落葉所覆蓋。 動(dòng)物種類較多，如野雞、松鼠、鹿、狼、熊和各種鳥類。針葉林中昆蟲的種類也很多。凍原又稱為苔原，分布于北極圈以南環(huán)繞北冰洋的嚴(yán)寒地帶），大約占地球陸地面積的20%。 n 地球上的主要群落類型 氣候嚴(yán)寒，降雨少，凍原區(qū)的土壤終年凍結(jié) 沒有樹木，典型植物是地衣，偶然有很矮小的植物和苔草。 動(dòng)物也較少，有馴鹿、麝牛、旅鼠、北極狐和狼等。淡

10、水生物群落包括溪流、河流、池塘、湖泊和沼澤等類型。 n 地球上的主要群落類型 植物包括浮游藻類、漂浮植物和挺水植物 動(dòng)物包括各種蛤、蚌、魚、蝦等。 一些爬行類和兩棲類動(dòng)物大都棲息在沿岸地帶。海洋生物群落根據(jù)位置和海水的深度分為海岸帶、淺海帶、遠(yuǎn)洋帶和海底帶等類型。n 地球上的主要群落類型 不同的海洋帶分布的海藻類植物和海洋動(dòng)物的類群差別很大。例：兩種藻類競爭利用同一種營養(yǎng)鹽。微藻生長速率及其營養(yǎng)吸收速率在營養(yǎng)鹽濃度增大到一定程度時(shí)有飽和現(xiàn)象。 n 群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系 競爭、捕食、寄生和共生4種主要類型。 可能存在以下狀態(tài)：互惠，一方受益一方無害，一方受益一方有害，一方有害一方無益，雙方都

11、有害，對雙方既無害也無益。n 群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系 生活在同一環(huán)境中的兩種微藻同時(shí)競爭利用某一種營養(yǎng)鹽時(shí)可能出現(xiàn)的結(jié)果： 由于對資源不平等的利用，兩個(gè)物種競爭的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致競爭利用資源能力較弱的物種種群數(shù)量下降，激烈的競爭甚至可導(dǎo)致一個(gè)物種從該區(qū)域完全被排除。l 捕食也是群落中普遍存在的種群間的一種相互關(guān)系。 n 群落內(nèi)生物之間的相互關(guān)系 l 寄生是指一種生物生存于另一種生物的體內(nèi)或體表并從中獲利。l 共生是另一類種群間互利的相互關(guān)系，這種互利的關(guān)系被固定以后，如果失去一方，另一方便不能生存，例如地衣就是藻類和真菌的共生體。l 群落中物種的相互關(guān)系和相互作用還包括互惠、共棲、抗生等多種形式。

12、n 群落的演替和擾動(dòng) 群落是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。 湖泊的演替、群落的擾動(dòng)、次生演替 群落的演替與生物的進(jìn)化是一個(gè)協(xié)同的過程，其間穿插著生物多樣性的變化。 一種群落取代另一種群落的過程稱為群落的演替或生態(tài)演替，演替達(dá)到的最終相對穩(wěn)定狀態(tài)，就是頂級(jí)群落。 只要?dú)夂驐l件合適，從裸露的巖石最終演變到出現(xiàn)頂級(jí)群落通常要經(jīng)歷地衣階段、苔蘚階段、草本植物階段、灌木階段和森林階段。這一自然發(fā)生的完整過程稱為初生演替。n 生態(tài)系統(tǒng)的概念 生態(tài)系統(tǒng)是生物群落與非生物因子通過能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)相互作用而構(gòu)成的生態(tài)集合體。 16.4 生態(tài)系統(tǒng)n 生態(tài)系統(tǒng)的概念生態(tài)系統(tǒng)的共同特征包括：（1）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部在一定范圍和限度下具有

13、自我調(diào)節(jié)的能力，這種自我調(diào)節(jié)的能力與生物多樣性程度成正比；（2）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部始終處于運(yùn)動(dòng)之中，能量的流動(dòng)是單向的，物質(zhì)流動(dòng)是循環(huán)式的；（3）生態(tài)系統(tǒng)吸收的太陽能量一般都通過45個(gè)不同營養(yǎng)等級(jí)的生物進(jìn)行傳遞；（4）從地球上生物起源到現(xiàn)在，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的發(fā)育階段。n 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 通過處于不同營養(yǎng)水平的生物之間的食物傳遞形成了一環(huán)套一環(huán)的鏈條式關(guān)系結(jié)構(gòu)，稱為食物鏈.n 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 在生態(tài)系統(tǒng)中，一種生物往往并不只固定在一條食物鏈上，它們可以同時(shí)加入幾條食物鏈。 生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)關(guān)系是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此稱

14、為食物網(wǎng)。 食物網(wǎng)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)就越穩(wěn)定；食物網(wǎng)越簡單，生態(tài)系統(tǒng)就越容易發(fā)生波動(dòng)或遭受毀滅。n 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng) 生態(tài)系統(tǒng)中總的有機(jī)體物質(zhì)稱為生物量。 光合細(xì)菌和植物等生產(chǎn)者所制造的有機(jī)質(zhì)被稱為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力。 地球上總的初級(jí)生產(chǎn)力是一定的，因此，生態(tài)系統(tǒng)中的能量分配和利用也是有限度的。n 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)是單一方向的。 輸入生態(tài)系統(tǒng)中的能量（太陽能）總是和生物有機(jī)體貯存、轉(zhuǎn)換的能量和釋放的熱量相等。 以熱的形式散失的能量不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動(dòng)和被利用n 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng) 由于通過食物鏈后能量的逐級(jí)損失，食物鏈中的能量也由下向上呈現(xiàn)下寬上窄的金字塔

15、型，稱為能量金字塔 。 從能量的角度考慮，生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，不斷的能量輸入和能量的散失，使該開放系統(tǒng)維持一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。n 與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 碳、氮、磷和水等許多與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)以多種形式生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式等在自然界中循環(huán)，這些物質(zhì)的循環(huán)叫生物地球化學(xué)循環(huán)。（1）碳、氮、磷和水等都有一個(gè)非生物的庫；（2）有一些物質(zhì)的一部分可以完全通過地學(xué)過程進(jìn)行循環(huán)；（3）有些需要經(jīng)過微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物對各級(jí)別營養(yǎng)水平生物有機(jī)質(zhì)的分解作用是生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 生態(tài)系統(tǒng)中所有物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)共同的特點(diǎn)：n 與生

16、命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 水的循環(huán)涉及非生物過程和生物過程 從陸地上看，凡是水的循環(huán)越活躍的地方，生命的活動(dòng)就越活躍n 與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 碳循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中具有特殊重要的作用 每年海洋中浮游植物（包括藻類和光合細(xì)菌）和陸生植物通過光合作用將大量的無機(jī)碳轉(zhuǎn)化成為有機(jī)碳，這些有機(jī)碳在全球范圍的食物網(wǎng)中流動(dòng)。n 與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 固氮細(xì)菌的作用 各類生物通過體內(nèi)的呼吸與氧化作用來分解蛋白質(zhì)等，使之轉(zhuǎn)變成NH3再排出體外。這些又可以再次被植物所吸收利用。n 與生命活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 植物一般只利用H2PO4-形式的磷 陸地的異養(yǎng)動(dòng)物主要依靠攝食植物和其他動(dòng)物獲得其所需要的磷

17、。 n 人口增長和生態(tài)環(huán)境的人口承載容量 1999年世界人口突破了60億大關(guān)。到2050年將達(dá)到100多億 。 從1800年到2000年間，中國人口增長總體上是按指數(shù)增長模型進(jìn)行的。 按照中國人口戰(zhàn)略的第一個(gè)目標(biāo)，到2030年，將爭取實(shí)現(xiàn)人口數(shù)量的“零增長”地球上的自然資源對于人口的供養(yǎng)是有限的！16.5 人口、資源與生態(tài)平衡 土地資源壓力 水資源壓力 能源危機(jī) 森林資源減少 環(huán)境污染加劇n 資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化大氣中CO2捕捉熱量的方法與溫室類似，大氣中的二氧化碳能夠阻止地面向空間輻射熱量，導(dǎo)致大氣層增溫，形成了溫室效應(yīng)。n 資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化 環(huán)境污染加劇 許多化學(xué)物質(zhì)對食物鏈上的影響正在增強(qiáng)。例如DDT可以聚集在生物組織內(nèi)，特別是動(dòng)物的脂肪中。n 資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化 環(huán)境污染加劇 當(dāng)這些物質(zhì)進(jìn)入人體后將增加人類患癌癥和其他疾病的可能性，并對大腦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長期影響 n 生態(tài)平衡和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的策略 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與信息交流總是不斷地進(jìn)行著，在一定時(shí)間內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物種類與數(shù)量相對穩(wěn)定，它們之間及它們與環(huán)境之間的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)與信息交流也保持穩(wěn)定，達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的狀態(tài)，這種平衡狀態(tài)就叫生態(tài)平衡。 生態(tài)