普通生物學生態(tài)學基礎

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雜的食物網(wǎng)來獲取和傳遞太陽的能量，同時完成物質(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)學的層次從個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)到整個生物圈逐級放大，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)學的層次 在一定環(huán)境中的一群同種生物個體稱為種群。 n 環(huán)境的范圍與生態(tài)學的層次 在一個特定的環(huán)境區(qū)域內(nèi)生存的多種不同的種群便組成為群落

2、。 對于一個生物，其周圍一切客觀存在都是它的環(huán)境。 一個生物的環(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和生命過程最重要的物理和化學因子。 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動決定的。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)境對生物習性和行為的影響 動物的許多有規(guī)律的行為就是動物適應其環(huán)境定向進化的結果。 動物的許多復雜應變行為體現(xiàn)了物種內(nèi)和物種間特殊的生態(tài)關系。東非的角馬群居生活并集體大規(guī)模遷移 n 種群的結構 種群的大小是指種群內(nèi)個體數(shù)量的多少，單位面積或體積中個體的數(shù)量稱為種群密度。 研究野生動物種群結構的采樣技術： 野外拉樣方采樣 標記-再捕捉方法16.2 種群生態(tài)n 種群的結構 種群分布型是指全部個體在種群界定范圍內(nèi)的空間分布類型。 群集型 平均型 隨機型n 種群的結構 種群的年齡結構從生態(tài)學的角度可以分成增長型、穩(wěn)

4、定型和衰退型3類 。 種群的性別結構和生存能力的性別差異也是種群結構的一個方面。 各種生物的生存策略影響著該物種的生存和年齡分布，也反映了種群結構的重要特征。n 種群增長特征 在沒有限制的指數(shù)增長中，增長速度（G）與個體數(shù)量（N）成正比，也就是說，個體數(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 在細菌實際增長曲線，分為三段：最初的階段，個體數(shù)量的增長在加速；減速階段 ；動態(tài)平衡 。 種群生長限制因子、環(huán)境限制因子 環(huán)境對一個物種的承受容量決定于這個物種對環(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。n 種群增長的調(diào)節(jié) 種群中個體數(shù)量的變化與其天敵有直接的關系。n 人口的結構和增長 地球上每20 min，人類就增加3500個新成員。同樣這20 min內(nèi)，地球上便有一種動物或者植物絕滅。 世界人口的指數(shù)增長曲線。 人口的年齡結構分析也可以幫助我們預測不同國家未來人口增長的趨勢。 n 人口的結構和增長 完全家庭尺度方法、人口慣性、計劃生育 n 群落的基本特征與結構 占據(jù)特定空間和時間的多種生物種群的集合體和功能單位被稱為群落。 群落具有一定的結構、一定的種類組成和一定的種間相互關系。 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構 群落的穩(wěn)定性是指群落受到一定外界因素作用后恢復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)定性兩個方面。松樹林具有較強的穩(wěn)定性 對一個群落的剖析可以從物理結構和生物結構兩方面進行。群落的物理結構主要體現(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。群落的生物結構主要是指群落內(nèi)各物種之間的取食關系和各自所處的位置，這種取食關系決定了物質(zhì)和能量的流動方向，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 草食性動物和肉食性動物、鳥類、爬行動物 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 動物種類少：駱駝、黃羊、沙漠兔等 動植物發(fā)育了適應干旱少水的特殊機能極地冰原主要位于北極地區(qū)，那里終年冰雪覆蓋，動物僅有北極熊、企鵝

8、等少數(shù)以海洋動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)勢草食性動物是鹿，優(yōu)勢肉食性動物為黑熊。多種多樣的鳥類、爬行類動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，地表常被枯枝落葉所覆蓋。 動物種類較多，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 氣候嚴寒，降雨少，凍原區(qū)的土壤終年凍結 沒有樹木，典型植物是地衣，偶然有很矮小的植物和苔草。 動物也較少，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 動物包括各種蛤、蚌、魚、蝦等。 一些爬行類和兩棲類動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有飽和現(xiàn)象。 n 群落內(nèi)生物之間的相互關系 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)生物之間的相互關系 生活在同一環(huán)境中的兩種微藻同時競爭利用某一種營養(yǎng)鹽時可能出現(xiàn)的結果： 由于對資源不平等的利用，兩個物種競爭的結果會導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致一個物種從該區(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系。 n 群落內(nèi)生物之間的相互關系 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系，這種互利的關系被固定以后，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 群落是一個動態(tài)系統(tǒng)。 湖泊的演替、群落的擾動、次生演替 群落的演替與生物的進化是一個協(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，演替達到的最終相對穩(wěn)定狀態(tài)，就是頂級群落。 只要氣候條件合適，從裸露的巖石最終演變到出現(xiàn)頂級群落通常要經(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和物質(zhì)循環(huán)相互作用而構成的生態(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、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的動力學特征，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部始終處于運動之中，能量的流動是單向的，物質(zhì)流動是循環(huán)式的；（3）生態(tài)系統(tǒng)吸收的太陽能量一般都通過45個不同營養(yǎng)等級的生物進行傳遞；（4）從地球上生物起源到現(xiàn)在，生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復雜的發(fā)育階段。n 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構 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)的鏈條式關系結構，稱為食物鏈.n 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構 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，它們可以同時加入幾條食物鏈。 生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)關系是一種網(wǎng)狀結構，因此稱

14、為食物網(wǎng)。 食物網(wǎng)越復雜，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)生波動或遭受毀滅。n 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 生態(tài)系統(tǒng)中總的有機體物質(zhì)稱為生物量。 光合細菌和植物等生產(chǎn)者所制造的有機質(zhì)被稱為生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力。 地球上總的初級生產(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 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單一方向的。 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)參與流動和被利用n 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 由于通過食物鏈后能量的逐級損失，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 與生命活動相關聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 碳、氮、磷和水等許多與生命活動相關聯(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)叫生物地球化學循環(huán)。（1）碳、氮、磷和水等都有一個非生物的庫；（2）有一些物質(zhì)的一部分可以完全通過地學過程進行循環(huán)；（3）有些需要經(jīng)過微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物對各級別營養(yǎng)水平生物有機質(zhì)的分解作用是生物地球化學循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)。 生態(tài)系統(tǒng)中所有物質(zhì)的生物地球化學循環(huán)共同的特點：n 與生

16、命活動相關聯(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，生命的活動就越活躍n 與生命活動相關聯(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（包括藻類和光合細菌）和陸生植物通過光合作用將大量的無機碳轉(zhuǎn)化成為有機碳，這些有機碳在全球范圍的食物網(wǎng)中流動。n 與生命活動相關聯(lián)的物質(zhì)循環(huán) 固氮細菌的作用 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 與生命活動相關聯(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)動物主要依靠攝食植物和其他動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。到2050年將達到100多億 。 從1800年到2000年間，中國人口增長總體上是按指數(shù)增長模型進行的。 按照中國人口戰(zhàn)略的第一個目標，到2030年，將爭取實現(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 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，導致大氣層增溫，形成了溫室效應。n 資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化 環(huán)境污染加劇 許多化學物質(zhì)對食物鏈上的影響正在增強。例如DDT可以聚集在生物組織內(nèi)，特別是動物的脂肪中。n 資源壓力及生態(tài)環(huán)境惡化 環(huán)境污染加劇 當這些物質(zhì)進入人體后將增加人類患癌癥和其他疾病的可能性，并對大腦結構產(chǎn)生長期影響 n 生態(tài)平衡和人類社會可持續(xù)發(fā)展的策略 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動、物質(zhì)循環(huán)與信息交流總是不斷地進行著，在一定時間內(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、物質(zhì)循環(huán)與信息交流也保持穩(wěn)定，達到統(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)