農(nóng)業(yè)生態(tài)學第二章：基本生物結(jié)構(gòu)

第二章

基本生態(tài)關(guān)系教學目的與要求：通過本章學習，要求學生●

了解自然生態(tài)環(huán)境、種、種群、群落的概念及其相互之間的關(guān)系●了解并掌握環(huán)境與生物之間的相互關(guān)系以及形成的規(guī)律、理論和原理●了解農(nóng)業(yè)生物多樣性的重要意義及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用●掌握種群和群落有關(guān)的基本理論、原理、規(guī)律及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用教學重點：●種、種群和群落相關(guān)的基本理論、原理、規(guī)律2/1/2023一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境與生物１、環(huán)境(environment)１）定義：指某一特定生物體或生物群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物總合。２）分類：大小主體自然環(huán)境人工環(huán)境宇宙環(huán)境地球環(huán)境區(qū)域環(huán)境微環(huán)境內(nèi)環(huán)境土壤水分溫度光照大氣生物2/1/20233）農(nóng)業(yè)環(huán)境(agriculturalentironment):是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的非生物因素，即指農(nóng)作物、林木、果樹、畜禽和魚類等農(nóng)業(yè)生物賴以生存、發(fā)育、繁殖的自然環(huán)境。包括農(nóng)田土壤、農(nóng)業(yè)用水、空氣、日光和溫度等。從當前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境情況上，土地退化、土壤荒漠化及鹽堿化、水土流失現(xiàn)象十分嚴重，農(nóng)業(yè)用水污染及由此導致的農(nóng)田土壤污染、農(nóng)藥和化肥污染也時有發(fā)生。這一切均嚴重影響著農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和糧食的安全。所以，農(nóng)業(yè)環(huán)境保護已成為迫在眉睫的重要問題。2/1/2023４）生態(tài)因子（ecologicalfactor）：指環(huán)境中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。所有生態(tài)因子構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境。生境（habitat）：具體生物個體和群體生活地段上的生態(tài)環(huán)境。生態(tài)因子一般作用綜合作用主導因子作用直接和間接作用不可替代性和補償作用階段性作用生態(tài)因子限制作用限制因子最小因子定律:耐性定律:184019132/1/2023E.P.Odum(1973)等對耐性定律的補充：

1）同一物種對各種生態(tài)因子的生態(tài)幅不同。

2）不同種生物對同一生態(tài)因子的生態(tài)幅不同。3）同一生物在不同的生長發(fā)育階段對生態(tài)因子的耐性范圍不同。4）當某個因子不在適宜狀態(tài)時，則生物對其它生態(tài)因子的耐性范圍將縮小。5）同一物種的不同品種，長期生活在不同的生態(tài)環(huán)境下，對多個生態(tài)因子會形成有差異的耐性范圍。生態(tài)幅：每一個生物種對環(huán)境因子適應(yīng)范圍的大小，也叫耐性范圍。2/1/2023２、生物對環(huán)境的適應(yīng)光水土壤溫度光強光質(zhì)光周期極端溫度溫周期變溫金屬污染堿土鹽土水澇干旱１）生態(tài)位（niche）：指生物完成其正常生活周期所表現(xiàn)的對特定生態(tài)因子的綜合適應(yīng)位置。指示生物生態(tài)位空間營養(yǎng)超體積或基礎(chǔ)現(xiàn)實實際2/1/20232）生態(tài)型(lifeform)和生活型（ecotype）區(qū)別：氣候、土壤和生物生態(tài)型植物生活型生態(tài)型不同種生物同種生物長期生存在相同自然環(huán)境和人為培育條件下發(fā)生趨同適應(yīng)發(fā)生趨異適應(yīng)經(jīng)自然和人工選擇分化形成形態(tài)、生理和生態(tài)特征物種類群不同的可遺傳物種類群種以上概念種內(nèi)概念象、海獅、海豹等2/1/2023二、種群1、種（species）：彼此能互配產(chǎn)生后代的種群不同種存在生殖上的隔離。2、種群（population）：指在某一特定時間中占據(jù)某一特定空間同種生物的集合體。種群是物種存在的具體形式，它是物種繁殖的單位，群落構(gòu)成的單位，物種進化的單位。種種群群落生態(tài)系統(tǒng)2/1/20233、種群結(jié)構(gòu)1）密度：單位面積或容積內(nèi)種群的個體數(shù)。2）年齡結(jié)構(gòu)：種群中不同年齡段間的比例。3）性比（sexratio）：指一個♀♂異體的種群所有個體或某個齡級的個體中♂對♀的比率。密度粗密度、生態(tài)密度最適密度、飽和密度相對密度、絕對密度類型增長型穩(wěn)定型衰退型生態(tài)年齡組氣候型生理型土壤型2/1/20234）種群的出生率和死亡率：出生率影響出生率的因素生理（最大）出生率生態(tài)（實際）出生率死亡率生理（最小）死亡率生態(tài)（實際）死亡率性成熟速度每次產(chǎn)仔數(shù)每年生殖次數(shù)生殖年齡的長短2/1/20235）種群分布分布類型隨機分布均勻分布聚集分布核心(奈曼)分布型負二項(嵌紋)分布型阿里（Allee）群聚原則：每個生物個體或種群都有自己最適的密度，避免過度緊密，也避免過度稀疏。2/1/20234、種群動態(tài)：１）生命表（lifetable）：按種群生長的時間，或按種群的年齡(發(fā)育階段)的程序編制的，系統(tǒng)記述了種群的死亡或生存率和生殖率。

是最清楚、最直接地展示種群死亡和存活過程的一覽表。分為靜態(tài)和動態(tài)生命表。生命表方法是研究種群數(shù)量變動機制和制定數(shù)量預(yù)測模型的一種重要方法，最初用于人壽保險。對研究人口現(xiàn)象和人口的生命過程有重要的意義。2/1/2023２)種群增長（種群的生長速率和生長型）指數(shù)增長幾何級數(shù)增長種群增長邏輯斯諦增長世代離散性生長模型世代連續(xù)性生長模型有限環(huán)境中生長模型Nt=N0λtNt=N0ert

N0ertNt=1+N0/K(1-ert)2/1/20233)生命參數(shù)的計算：★延伸思考:中國人口計劃生育的理論基礎(chǔ)是什么？如何理解？★世代平均歷期(周期)：T=∑lxmxx/∑lxmx★凈增殖率：每過一個世代種群數(shù)量增長倍數(shù)

R0=∑lxmx★周限增長率：

λ=erm

★內(nèi)稟增長率(intrinsicgrowthrate)：在沒有任何環(huán)境因素限制的條件下，由種群內(nèi)在因素決定的穩(wěn)定的最大增殖速度。

rm

r

=

lnR0/T（r>0,r<0）

T為世代時間，R0為世代凈增殖率2/1/20235、種群間關(guān)系關(guān)系類型關(guān)系特點

競爭(--)

彼此互相抑制捕食(+-)

種群A殺死或吃掉種群B一些個體

寄生(+-)

種群A寄生于種群B，并有害于后者中性(00)

彼此互不影響

共生(++)

彼此互相有利，專性

互惠(++)

彼此互相有利，兼性

偏利(+0)

對A種群有利，對種群B無利害偏害(-0)

對A種群有害，對種群B無利害正相互關(guān)系負相互關(guān)系2/1/2023１）物種競爭（competition）：

指生活在同一地區(qū)的兩個物種，由于利用相同的資源而產(chǎn)生的對抗作用，即兩種群彼此發(fā)生有害影響。２）高斯原理，也叫競爭排斥原理（competitionexclusionprinciple）

：具有相同生態(tài)位的不同物種，在同一生境中不能長期共存。競爭資源利用型競爭直接干涉型競爭３）特征替代現(xiàn)象:同地分布的近緣種之間差異往往比異地分布時所表現(xiàn)的差異大。因同地分布時，彼此由于競爭而發(fā)生分化，而異地分布時，由于無競爭而分化不明顯。2/1/2023４）生態(tài)分離：具有相似要求的種群之間為了爭奪有限的資源和空間，各方面都力求抑制對方。

種間競爭的結(jié)果：一方取得優(yōu)勢，另一方受到抑制甚至被消滅；兩個物種占據(jù)不同的空間（地理分隔）、吃不同的食物（食性特化）、或其他生態(tài)習性上的分隔（時間分隔）。５）化感作用（allelopathy）：德國科學家Molisch（1937）提出化感作用一詞，意指植物（包括微生物）間的生物化學相互作用。★生物化學相互作用既包括抑制作用，也包括促進作用?！锔叩茸魑锏幕形镔|(zhì)（allelochemicals）通過水淋溶、根分泌、殘體分解和氣體揮發(fā)4種途徑釋放到周圍環(huán)境中影響鄰近植物的生長發(fā)育。

2/1/20236）密度制約因素和非密度制約因素

密度制約因素非密度制約因素一般情況下,只涉及種群的對種群中各個體的影一些個體(如:捕食、寄生)響基本上是一致的其影響與種群密度有關(guān)。如:其影響與種群密度無關(guān)密度大時，更易尋得寄主種群個體與密度制約因素種群個體對非密度制約表現(xiàn)出相互適應(yīng)的關(guān)系.因素只有單方面的適應(yīng)對群落中的其他種群也發(fā)其不同影響是不同種群對生態(tài)生不同程度的影響條件要求不同而表現(xiàn)出來的2/1/2023生態(tài)對策６、種群生活史對策(bionomicstrategies)：

也叫生態(tài)對策，指生物以何種形態(tài)和功能特征的適應(yīng)而在其生境中生存和繁殖后代的進化過程。K-對策

-對策能量主要用于生殖能量用于生殖以外的其它各種活動★討論：

A、生物種群與其環(huán)境是如何相互制約的？請舉例分析說明！

B、種群為什么不能無限增長r2/1/2023r類與k類對策特征比較：

r類k類氣候條件

可變，不確定的穩(wěn)定或可測，較為確定死亡率

災(zāi)難性，非直接，非密較為直接，密度制約的

度制約的種群大小

可變,不平衡,常小于K值，穩(wěn)定,平衡的,常處K值附

不飽和，每年需移植近，飽和，不必重新移植競爭

松弛，可變常保持選擇有利性

快速發(fā)育,rm高,生育提早緩慢發(fā)育,競爭力強,S曲線，

體型小，繁殖1次延遲發(fā)育,體型大,多次繁殖壽命

短，常少于一年長，常長于一年

2/1/2023３、群落結(jié)構(gòu)２、群落基本特征

三、群落1、定義：群落（community）指在一定地段或生境中各種生物種群所構(gòu)成的集合。具有一定的種類組成

具有一定的結(jié)構(gòu)

具有一定的動態(tài)特征

不同物種之間存在相互影響

具有一定的分布范圍

形成一定的群落環(huán)境

具有特定的群落邊界特征

水平結(jié)構(gòu)

垂直結(jié)構(gòu)

時間結(jié)構(gòu)

2/1/2023４、群落交錯區(qū)（ecotone）：

是兩個或多個群落或生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域。交錯帶類型城鄉(xiāng)交錯帶干濕交錯帶農(nóng)牧交錯帶水陸交錯帶群落交錯帶開發(fā)邊緣地帶2/1/2023５、群落邊緣效應(yīng)（edgeeffect）：

由于群落交錯區(qū)生境條件的特殊性、異質(zhì)性和不穩(wěn)定性，使得毗鄰群落的生物可能聚集在這一生境重疊的交錯區(qū)域中，不但增大了交錯區(qū)中物種的多樣性和種群密度，而且增大了某些生物種的活動強度和生產(chǎn)力的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因、意義？過渡帶自然界群落自然界群落2/1/2023６、群落演替１）定義：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物群落隨時間推移，一些物種消失，另一些物種侵入，群落組成及其環(huán)境向一定方向產(chǎn)生有順序的發(fā)展變化。２）自然群落演替的趨勢無論原生演替或次生演替，生物群落總是由低級到高級，由簡單向復雜的方向發(fā)展，經(jīng)過長期不斷的演化，最后達到一種相對穩(wěn)定狀態(tài)。在演替過程中，生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生著一系列的變化。

錄象2/1/2023演替分類

３）頂級群落（climax）：

指生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落通過復雜的發(fā)展演替，達到最后成熟階段的群落是與周圍物理環(huán)境取得相對平衡的穩(wěn)定的群落。

原生演替(primarysuccession)次生演替(secondarysuccession)頂級群落形成種理論

多元頂級理論：英國生態(tài)學家A.G.Tansley，氣候、土壤、地形等頂級單元頂級理論：美國生態(tài)學家F.E.Clements（1916），氣候頂級

R.H.Whittaker

，強調(diào)各個頂級群落類型的連續(xù)性2/1/2023４）協(xié)同進化（coevolution）：是指在種間相互作用的影響下，不同種生物間相關(guān)性狀在進化中得以形成和加強的過程。５）群落多樣性：是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標。群落的多樣性與物種的豐富度及物種的均勻度密切相關(guān)，群落內(nèi)組成物種越豐富，物種均勻性越大，則多樣性越大。６）群落穩(wěn)定性指群落在一定時間過程中維持物種互相結(jié)合及各物種數(shù)量關(guān)系的能力，以及在受到擾動的情況下恢復到原來平衡狀態(tài)的能力。包括現(xiàn)狀的穩(wěn)定、時間過程的穩(wěn)定、抗變動能力和變動后恢復原狀的能力。

★討論:如何利用群落演替原理建造農(nóng)業(yè)群落？

2/1/2023四、生物多樣性（biodiversity）：

1、定義：是生物與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和。層次基因/遺傳多樣性：分子水平的種內(nèi)基因變化物種多樣性：分類、系統(tǒng)、生物地理學的區(qū)域物種水平生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生物圈內(nèi)生境、生物群落、生態(tài)過程的差異2、景觀多樣性（landscapediversity）：指由不同類型的景觀