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②水是良好的溶剂;
③水为生物创造了稳定的体温和环境温度;
④水为生物体创造循环。
4.生物与土壤的关系
4.1土壤的生态作用
①土壤为土壤生物提供栖息场所;
②土壤提供所需要的水、热、肥和气
~土壤肥力——土壤及时的满足生物对水、热、肥和气要求的能力。
③提供必需的基质、矿物质元素;
④构成土壤生物作用,改变土壤物化性质;
~土壤生物作用——土壤中有机物质进行转化和分解,促进元素的循环,并能影响,改变土壤的化学性质和物理结构。
3、生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行的
*三、生物与环境关系的基本原理
生态因子的作用和特点:
生态因子对生物的作用具有综合性、非等价性、阶段性、不可替代性和互补性等基本特征。
(书P65—66)
环境因子的限制性作用:
限制因子——生物的生存和繁殖依赖于各种环境因子的综合作用,但是其中必有一种或少数几种因子是限制其生存和繁殖的关键性因子。
~任何一种环境因子只要接近或超过生物的耐受范围,它就会成为这种生物的限制因子。
Liebig最小因子定律——植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养成分。
Shelford耐受性定律——任何一个生态因子在数量或质量上不足或过多,当这种不足或过多接近或超过某种生物的上限或下限时就会使该生物衰退或不能生存下来。
(书P67图2—5)
Shelford耐受性定律的作用:
①可以解释生物的自然分布规律
②生物通常在繁殖阶段对生态因子要求比较严格
③生物对生态因子耐受限度可以调整
~Def:
驯化——驯化过程实际上是生物体内决定代谢速率的酶系统的适应性改变过程。
第3章种群生态学
1、种群及其结构
种群——指在一定空间中生活、相互影响、彼此能交配繁殖的同种个体的集合。
1.种群的基本特征
1.1数量特征;
①种群密度
②初级种群参数:
出生率:
单位时间内出生率=出生个数/种群总数;
死亡率:
单位时间内死亡率=死亡个数/种群总数;
迁移率:
迁入率、迁出率
③次级种群密度:
*年龄结构:
①增长型种群;
②稳定型种群;
③下降型种群;
(书P78图3-3)
性比;
1.2空间分布特征;
(①均匀分布;
②随机分布;
③聚群分布)
1.3遗传特征;
2.生命表(书P79表3-1)
2.1分类:
①动态生命表(同时出生的个体);
②静态生命表(不同年龄的个体);
③综合生命表;
2.2获得信息:
存活曲线(书P80图3-4)
Ⅰ型:
曲线凸型,表示接近生理寿命前只有少数个体死亡;
Ⅱ型:
曲线成对角线,表示各年龄死亡率相等;
Ⅲ型:
曲线凹型,幼年期死亡率很高;
二、种群增长模型
1.种群在无限条件下的指数增长
Def:
无限环境——种群不受任何限制因子的约束。
*1.1种群离散增长模型
1.1.1假设条件:
①世代不重叠;
②无迁入迁出;
③无限环境;
④无年龄结构;
1.1.2公式:
式中,
为种群大小,
为时间,
为种群的周期增长率。
1.1.3意义:
计算世代不重叠种群增长情况;
根据
可以判断种群动态;
1.2种群连续增长模型
1.2.1假设条件:
①世代重叠;
1.2.2公式:
为瞬时增长率,
为自然数。
种群增长曲线呈“J”字型。
1.2.3意义:
①求人口增长率;
②预测种群数目动态;
③以作为估计受干扰后恢复平衡的时间;
③用生命表数据求瞬时增长率
2.种群在有限环境下逻辑斯蒂增长
种群增长而是“S”型曲线(书P84图3-8),其有两个特点:
①曲线渐近于K值,即平衡密度;
②曲线上升是平滑的;
2.1逻辑斯蒂方程:
→
为自然数,
为参数取决于
;
环境容纳量;
*2.1.1①
——环境容纳量;
②
——环境阻力(随增大而增大);
③
——剩余空间(随增大而减小);
④斜率——增长速率(先增大后减小);
⑤
——个体空间;
2.1.2逻辑斯蒂曲线变化可分为五个时期:
开始期、加速期、转折期、减速期和饱和期;
2.1.3意义:
①两个相互作用种群增长模型的基础;
②渔业、林业、农业等实践领域中,确定最大持续产量;
③r、K是生物进化对策理论中的重要概念
3.生态对策
生态对策——生物在生长进化和自然选择过程中,为适应环境而采取的行为。
3.1K—选择和r—选择
①r—选择:
环境不稳定,有利于较高
繁殖能力的补偿;
②K—选择:
环境稳定,有利于增加竞争能力的选择;
r—选择
K—选择
气候
多变,难以预测,不确定
稳定
死亡率
无规律,高,非密度制约
有规律,低,密度制约
种群大小
低于K值
K值附近
竞争
通常不紧张
紧张
寿命
短,<1年
长,>1年
体型
小
大
生殖
一次生殖
多次生殖
发育
快
慢
值
高
低
对后代抚养
不抚养
抚养
3.1.2优缺点:
①K—选择优点:
对子代有抚养;
存活率高,寿命长
缺点:
种群一旦被破坏,恢复能力有限
②r—选择优点:
恢复能力强;
死亡率高;
种群不稳定;
3.2r—对策者多适应于严酷、易变的环境,是新生环境的开拓者,高生育力、快速发育、成熟个体小、寿命短且单次生殖多而小的后代;
3.3K—对策者具有成年个体大、发育慢、迟生殖、产仔(卵)少而大但多次生殖、寿命长、存活率高的生物学特性
~K对策者在生存竞争中以“质”取胜,r对策者则以“量”取胜。
3.4r、K对策者动态曲线(书P107图3-26)
①平衡点数量不同;
②r选择增长率>K选择增长率;
③低密度K对策者趋于灭绝;
④高密度K选择趋于平衡,r选择剧烈波动;
3.5意义:
①大多数有害动物为r对策者,防治方面一两次灭绝只能暂时控制;
②大多数珍稀动物为K对策者,拯救方面不断给予保护;
~r—K连续体——两者是进化方向的不同类型,其间有一个连续的谱系
三、种群动态
1.自然种群的数量变动方式:
①种群稳定;
——种群平衡——长时间维持在同一水平上;
接近K值;
②种群衰落;
——长久生活在不利环境,人类过度捕猎使种群数量持久下降;
原因:
种群密度低;
生物栖息环境改变;
植物的减少和消失;
③季节波动;
——生殖季节的种类,随季节发生的增长和下降;
④规则波动;
⑤不规则波动;
⑥种群爆发;
⑦种群崩溃;
2.种群调节理论
①密度调节——种间竞争,捕食,寄生等生物因素随着种群本身的密度而变化
②非密度调节——天气、污染物等非生物因素,与种群密度有关
3.种群空间动态
种群的空间动态——种群的个体,在空间的分布格局(随机型、均匀型、集群型)和位置变化(迁移、扩散)
4、种群关系
1.种内关系
1.1集群
1.1.1集群效应
集群效应——同一种动物在一起生活所产生的有利作用
生态学意义:
①有利于提高捕食效率;
②集群可以共同防御敌害;
③有利于改变小生境;
④有利于提高某些动物种类的学习效率;
⑤促进繁殖;
~只有满足最小种群原则才能产生集群效应
*1.1.2最小种群原则——一些集群生活的动物种类,若数量低于种群的临界下限,则该动物种群不能正常生活,甚至不能生存。
*1.1.3拥挤效应——随着群体中个体数的增加,密度过高时,由于食物和空间等资源缺乏,排泄物的毒害以及心理和生理反应,则会对群体带来不利的影响,导致死亡率上升,抑制种群增长率。
(种群密度过高,对种群产生不利影响。
)
*1.1.4阿利规律——在一定条件下,当种群密度处于适度的情况时,种群增长最快,密度太低或太高都会对种群的增长起限制作用。
1.2竞争
竞争——同种或不同种生物因争夺食物、空间等资源而发生的负面影响。
主要方式:
资源利用性竞争和相互干涉性竞争
种间竞争和种内竞争
种间竞争——两种或更多种生物共同利用同一资源而产生的相互妨碍作用
种内竞争——同种个体间利用同一资源而发生的相互妨碍作用
2.种间关系
种间相互作用的分类:
①正相互作用——偏离作用、互利共生;
②负相互作用——竞争、捕食、寄生、偏害;
2.1种间竞争
2.1.1竞争结局指标:
种内竞争结局指标:
,越小种内竞争强度越小
种间竞争强度指标:
物种1对物种2的强度指标
物种2对物种1的强度指标
2.1.2竞争结果:
物种1在竞争中的种群增长方程:
物种2在竞争中的种群增长方程:
①
>
或
,两种都可能获胜;
②
和
<
,物种1将被排斥,物种2获胜;
③
,物种2将被排斥,物种1获胜;
④
,两个物种共存,达到某种平衡;
2.2捕食:
捕食者对猎物种群数量起调节作用;
捕食者促进猎物种群的良种的延续;
捕食者对猎物种群起稳定作用;
2.3寄生——一种生物从另一种生物的体液、组织或已消化物质中获取营养而生存的现象;
2.4共生:
①偏利共生——两个物种生活在一起,对一方有利,对另一方无利也无害的共生现象;
②互利共生——两个物种长期生活在一起,相互依赖,双方获利且达到了彼此离开不能独立生存程度的一种共生现象。
*2.5高斯假说:
生态位相同的两个物种不可能在同一地区内共存,生态位分化的两者可以共存。
2.6生态位
生态位——生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度,这种梯度空间被某生物占据利用
①基础生态位:
在生物群落中,若无任何竞争者存在时,物种所占据的全部空间,即理论最大空间;
②实际生态位:
当有竞争者存在时,物种仅占据基础生态位的一部分;
生态位分化→种内竞争剧烈→生态位扩大→生态位重叠
生态位重叠→种间竞争剧烈→生态位缩小→生态位分化
意义:
①探讨竞争与进化;
②人工群落建立种群配置有指导意义
2.3.1生态位理论:
①一个稳定的群落中,由于各种群在群落中具有各自的生态位,种群间能避免直接的竞争,从而保证了群落的稳定;
②一个相互起作用的生态位分化的种群系统,各种群在他们对群落的时间、空间和资源的利用方面都趋向于互相补充而不是直接竞争。
因此,由多个种群组成的生物群落,要比单一种群的群落更能有效的利用环境资源,维持长期较高的生产力,具有更大的稳定性。
五、群落生态学
生物群落——特定时间内聚集在一定区域或生境中各种生物种群的集合。
5.1生物群落的基本特征:
①具有一定的物种组成;
②具有一定的外貌及内部结构;
③形成群落环境;
④不同物种之间的相互影响;
⑤具有一定的动态特征;
⑥具有一定的分布范围;
⑦群落的边界特征;
*群落成员型分类:
①优势种和建群种;
②亚优势种;
③伴生种;
④偶见种或罕见种
~Def:
优势种——对群落其他种有很大影响而本身受其他种的影响最小的物种
建群种——在乔木层的优势种起着构建群落的作用的物种
群落数量特征:
①密度;
②多度;
③盖度;
④频度;
⑤高度或长度;
⑥质量;
⑦体积;
*群落综合特征:
①优势度;
②重要值;
重要值=相对多度+相对频度+相对优势度
③综合优势比;
群落生态学的意义:
①提高群落的生产力;
②维持生态系统的稳定性;
③生态恢复;
④合理利用资源
5.2生物群落的结构:
5.2.1生活型、生态型和生长型
生活型——生物对外界环境适应的外部表现形式。
*陆生植物五类生活型:
高位芽植物(环境特点:
夏季炎热、温暖、潮湿)
地上芽植物(环境特点:
寒带、高山地带)
地面芽植物(环境特点:
冬日长、寒冷地区)
隐芽植物(环境特点:
气候湿冷)
一年生植物(环境特点:
干旱气候)
~生活型与生长型决定群落的外貌,而外貌是群落分类的重要指标之一。
5.2.2垂直结构和水平结构:
典型森林垂直结构:
林冠层—下木层—灌木层—草本层—地被层
水平结构是指群落在空间水平分化和内部小聚群的镶嵌现象。
决定群落水平格局主要有三方面因素,即亲代的扩散分布习性、环境异质性、种间相互作用的结果。
5.2.3边缘效应:
在不同群落的过渡地带,常常生物种类,种群密度增加的趋势。
5.3影响群落组成的因素
*5.3.1空间异质性理论:
非生物环境的空间异质性
异质性越高,小生物环境越多,共存物种越多。
生物环境的空间的异质性
*5.3.2Canell中等干扰理论:
干扰频繁→多样性不高
干扰间隔长→多样性基本不变干扰并不都是有害的
干扰适中→多样性升高
5.3.3岛屿效应:
,式中,S为物种数,A为岛屿面积,Z、C为常数;
*岛屿面积越大,物种数越多,称为岛屿效应。
*MacArthur的平衡说:
①岛屿的物种数不随时间变化;
②平衡是一种动态平衡;
③大岛屿比小岛屿能维持更多的物种数;
④随岛屿距离大陆的远近,平衡点的种数逐渐降低;
5.4生物群落演替
演替——一个群落代替另一个群落的过程。
特点:
朝着一个反向连续变化的过程。
演替类型:
时间划分:
起始条件划分:
性质划分:
主导因素划分:
代谢特征划分:
世纪演替原生演替水生演替内因性演替自养演替
长期演替外因性演替
快速演替次生演替旱生演替群落发生演替异养演替
旱生演替阶段:
水生演替阶段:
①地衣阶段①自由漂浮植物阶段;
②苔藓阶段②沉水植物阶段;
③草本植物阶段③浮叶根生植物阶段
④灌木阶段④挺水植物和沼泽植物阶段
⑤森林阶段⑤中生植物阶段
次生演替:
次生灌木从→针叶林(耐旱)→以针叶林为主的针阔(喜光)叶混交林→以阳性阔叶林为主的针阔叶混交林→以阳性植物为主的常绿阔叶林→以中生植物(耐阴)为主的常绿阔叶林→中生群落(顶级)
*生物演替理论
1.单元顶级理论
无论水生型的生境还是旱生型的生境,最终都趋向于中生型的生境,并均会发展成为一个相对稳定的气候顶级群落。
(单元——单一因素:
气候)
2.多元顶级理论
除气候顶级外,还有可能土壤顶级、地形顶级、火烧等级、动物顶级,同时还存在一些复合型的顶级。
3.顶级—格局假说
随环境的梯度变化,各种类型的顶级群落,如气候顶级、土壤顶级、地形顶级、火烧顶级等,不是截然呈离散状态而是连续的,因而形成连续的顶级类型,构成顶级群落连续变化的格局。
多元顶级和单元顶级学说的异同:
同:
顶级群落是经过单项变化而达到的稳定状态的群落;
顶级群落在时间和空间上与生境相适应;
异:
气候因素←→多种因素;
单元具有趋同性←→多元不具有趋同性;
演替的制约因素:
生物因素:
1.植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动性;
2.群落内部环境的变化;
3.种内和种间关系的改变;
非生物因素:
4.外界环境条件的变化
人为因素:
5.人为干扰
演替时间长短的影响因素:
干扰强度和持续时间。
应用:
①一定经济价值的种类,留优去劣;
②常用人工播种对群落进行改造;
第4章生态系统生态学
4.1生态系统的结构和组成
生态系统=生物群落+环境条件
4.1.1生态系统的组成:
生产者
生物部分消费者
两大部分分解者
非生物部分——非生物环境
4.1.2生态系统的物种结构:
①关键种:
对群落结构和功能有重要影响的物种称为关键种。
②冗余种:
相对于需求有过多的剩余,冗余种的去除并不会使群落发生改变。
4.1.3生态系统的营养结构:
食物链:
①捕食食物链——以活得动植物为起点;
②碎屑食物链——以死的生物或腐屑为起点;
食物网;
4.2生态系统的基本功能
生态系统的基本功能主要包括生物生产、能量流动、物质循环和信息传递。
4.2.1生物生产:
摄取量(I)——表示生物所摄取的能量
同化量(A)——消化后吸收的能量
(
)——对植物而言
呼吸量(R)——生物消耗的全部能量
生产量(P)——生物消耗后净利的同化能量;
P=A-R
)对植物而言;
=
-R
4.2.1.1初级生产量的计算
制约因素:
光照时间、光质、光强、温度、降雨、人类干扰
*群落净生产量:
=
-R-
——群落净生产量;
——消费者消耗部分的能量;
~一般而言,森林的叶面积指数达到4时,净生产量最高。
群落演替
早期:
、R、
三者都很小,
不会太低;
青壮年期:
叶面积指数为4,
最大;
顶级期:
三者很大,
最小;
4.2.1.2次级生产(书P151图4-6)
*4.2.2能量流动
能量流动图(见笔记)
能量在生态系统中的流动特点:
1.能量流是单向流;
2.能量在生态系统中流动的过程是不断递减的过程;
能量流动渠道:
食物链和食物网
4.2.3物质循环
分类:
①水循环;
意义——①生物体组分,生命活动不可或缺的成分;
②影响各类营养物质在地球的分布;
③防止环境温度发生剧烈波动;
②气体循环;
③沉积型循环;
4.2.4信息传递
信息在传递中伴随着能量的消耗。
物理信息:
光、声、电、磁、热;
化学信息:
动物与植物之间、动物与动物之间、植物与植物之间;
行为信息:
植物的异常表现、动物的异常表现;
营养信息:
食物链中的营养级间能量流动和物质循环关系;
~物质流——循环;
能量流——单向;
信息流——双向;
4.3生态系统的服务功能
①生物多样性的产生与维护;
②传粉播种;
③生物防治;
④维持土壤作用;
⑤减缓干旱和洪涝灾害;
⑥净化空气和调节气候;
5.4生态系统的平衡及调控
Def:
生态平衡——指生态系统通过发育和调节所达到的一种动态的稳定状况,包括结构上、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定。
生态系统的稳定性包括:
抵抗性——与系统的发育阶段情况有关;
恢复力——与系统的结构难易有关;
反馈调节:
正反馈:
使系统偏离加剧
反馈——系统的输出变成了决定系统未来功能的输入
负反馈:
使系统保持稳定
第6章景观生态学和干扰生态学
6.1景观生态学
景观——由若干生态系统组成的异质区域;
景观生态学——研究景观单元的类型组成、空间配置及生态学过程相互作用的综合性学科。
6.2尺度及有关概念
尺度——一般指某一研究对象或现象在时空上的量度;
6.2.1尺度用粒度和幅度来表达
空间粒度——景观中最小可辨识单元所代表的面积、长度、体积;
在某一观察距离上最小可辨识单元代表该景观的空间粒度;
时间粒度——某一现象或某一干扰事件发生的频率;
幅度——研究区域的大小或需要考虑的时间长度;
6.2.2尺度和比例尺
大尺度指范围较大的景观,对应小比例尺,低分辨率;
小尺度指范围较小的景观,对应大比例尺,高分辨率;
6.3格局和过程
空间格局——描述为随机、规则、聚集。
过程——强调事件的发展程序和动态特征
6.4空间异质性和斑块性
空间异质性——指生态过程和格局在空间分布上的不均匀性及复杂性;
理解为空间斑块性和梯度的总和。
*空间异质性表现对尺度的依赖性。
斑块性——主要强调斑块种类组成特征及空间分布与配置关系。
*物种丰富度(或种数)=
(生境多样性,干扰,斑块面积,演替阶段,基质特征,斑块隔离度)
6.5廊道
廊道——指与其两侧相邻区域有差异的线性或带状结构。
6.6基质
基质——景观中的本底依赖类型
*空间格局,空间异质性,斑块性都强调非均匀性及对尺度的依赖性
6.7岛屿生物地理学理论:
式中,I表示迁入率,E表示灭绝率,S表示物种数。
6.8等级理论
作用:
简化复杂系统以便达到对其结构、功能和行为的理解和预测。
低等级层次的生态过程表现为,小尺度、高频率、快速度
高等级层次的生态过程表现为,大尺度,低频率、慢速度
6.9干扰和干扰生态学
干扰——指群落外部不连续的存在,间断发生的因子突然作用或连续存在因子超“正常”范围的波动,这种作用或波动能引起机体、种群或群落发生全部或部分的明显变化,使其结构和功能受到损害或发生改变。
按动因:
人为干扰;
自然干扰;
(人为干扰是演替加速或减缓,改变方向以至于演替向反向进行)
按来源:
内源干扰;
外源干扰;
按性质:
破坏性干扰;
增益性干扰;
(说明干扰的双重性,关键取决于时间和强度)
~伤害,作用范围,持续时间,发生频率,人为干扰都强于自然干扰。
6.10退化生态系统
退化生态系统——在一定时空背景下,生态系统都自然因素,人为因素或二者共同干
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