生态学概论

生态学概论

第3版曹凑贵展茗主编

第一至四章核心内容

第一章绪论

1.1生态学的产生及发展

（1）生态学的定义：是研究生物与环境及其相互关系的科学。

（2）生态学的发展简史:生态学的萌芽时期（-1866年）、创立及发展时期（1866年-19世纪末）、巩固及学派分化期（20世纪初-30年代）、生态系统生态学时期（20世纪30年代-60年代）、人类生态学时期（20世纪70年代-）。

（3）现在生态学及其发展趋势：

A、系统生态学的研究成为主流；

B、从描述性科学走向实验、机制和定量研究；

C、现代生态学向宏观和微观两极发展；

D、应用生态学发展迅速，实践应用性更强；

E、人类生态学的兴起与社会科学交叉融合。

1.2生态学的科学体系

（1）生态学研究对象：生态学作为宏观生物学主要以个体、种群、群落等不同等级的生命体系为研究对象。

（2）生物系统：是由生物与环境相互作用构成的整体。

（3）生态系的研究内容：个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、全球生态学。

（4）生态学的研究方法：

A、野外与现场调查；

B、实验室分析；

C、模拟实验；

D、数学模型与计算机模拟；

E、生态网络及综合分析。

（5）生态学观察方法：层次观、整体观、系统观、综合观、进化观。

1.3生态学的任务

（1）人类生态五大危机：人口危机、粮食危机、能源危机、资源危机、能源危机、环境危机。

（2）世界生态危机：人口问题、粮食问题、能源问题、资源问题、环境问题。（3）十大环境问题:人口、粮食、酸雨、污染、荒漠化、全球变暖、臭氧层破坏、

能源短缺、资源破坏、生物多样性丧失。

（4）可持续发展：是指既能满足当代人的需要，又不对后代人满足需求的能力构成危害的发展。

（5）可持续发展内容：

A 、经济、社会、生态的可持续发展。

B社会：和谐的人际关系、人与自然关系，稳定的社会结构；

C生态：恰当的人口增长，资源开发和污染物排放不超过环境的承载能力；D经济：持续的资源利用和能源供给，使资源的开发不大于资源的再生速度，达到资源的再生利用；

（6）可持续发展基本原则：

A 可持续、共同性、公正性原则；

B 共同性：人类生活在同一地球上，地球的完整性和人类相互依存表现了人类根本利益的共同性；

C公正性：代内、代际公正，和环境公正。

第二章:生态系统

2.1 系统与生态系统

系统的定义：系统(system)是由相互作用和相互依赖的若干组成部分，结合而成的具有一定结构的功能整体。Bertalanffy，钱学森

（1）系统的三要素:A 两个以上的组分、B各组分相互联系，具有一定结构、C具有独立的、特定的功能。

（2）系统的基本性质:A系统组分的整体性、B系统结构的有序性、C.系统功能的整合特性、D系统结构、功能的可控性。

（3）系统分析：是在明确研究目的和系统边界的基础上，分析系统组成要素、层次结构及各组分间相互影响的定量关系，建立系统的数学模型，并利用计算机对系统结构优化，使系统具有功能整合作用的研究过程。

（4）系统研究方法:A黑箱法、B白箱法、C灰箱法

（5）生态系统含义：生态系统是在一定时间、空间范围内，生物与生存环境、生物与生物之间密切联系、相互作用，通过能量流动、物质循环、信息传递构成的具有一定结构的功能整体。

2.2生态系统的一般特征

生态系统的4个基本组成成分：无机环境、生产者、消费者、分解者。三大功能：生产者、消费者、分解者。

（1）生产者:是指能利用无机物制造有机物的自养生物(Autotrophs)，主要是

绿色植物，也包括一些蓝绿藻、光合细菌及化能合成细菌。它们都能将环境中的无机物合成有机物，并把环境中的能量以化学的形式固定到有机体内。

（2）消费者：是指直接或间接利用绿色植物有机物作为食物源的异养生物(Heterotrophs)，主要是指动物(草食动物、肉食动物、腐生动物、杂食动物)和寄生性生物。

（3）分解者:又称还原者，主要细菌、真菌等微生物，也包某些营腐生生活的原生动物。

（4）非生物环境:是生态系统中生物赖以生存的物质和能量的源泉及活动的场所。

2.3生态系统基本功能及过程

（1）生态系统的基本功能：能量流动、物质循环和信息传递。

（2）生产者与有机物的合成过程：绿色植物是自然界有机物质的主要生产者。（3）消费者与有机物的转化过程：从理论上讲，仅有生产者和分解者。

2.4 生态系统特点

（1）具有生命成分

（2）具有空间结构

（3）具有时间变化

（4）具有自动调控功能

（5）是开放系统具有生命成分

2.5生态系统类型

生态系统的分类

（1）按环境性质分：水生生态系统、陆地生态系统。

（2）按人类对生态系统的影响程度分：自然生态系统、人工生态系统、半自然生态系统。

2.6 一般生态系统概述

生物圈生态系统：生物圈(Biospere)也叫生态圈，它由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈以及活动于其中的生物组成。是地球表面最大的生态系统。

（1）水域生态系统：A海洋生态系统：A影响全球物质循环B为人类提供丰富的产品C对人类环境产生重大影响（调节大气水热运动、调节气候；调节大气CO2 、O2平衡；净化环境）。B淡水生态系统

（2）湿地生态系统：湿地(Wetland)是介于陆地和水生环境之间的过渡带，并兼有两种系统的某些特征。

2.7农业生态系统

（1）农业生态系统：人类有目的地利用农业生物与非生物环境之间、生物种群之间的相互作用规律，通过建立合理的生态系统结构和高效的生态机能，进行物质循环、能量转化和信息传递，并按人类社会需求进行物质生产的综合体系。（2）农业生态系统特点:

A受人类强烈干预

B较高的净生产力和经济价值

C抗逆性较差

D受自然与社会经济规律制约

E综合生产系统

F具有明显的地域性

2.8 生态系统服务与管理

（1）生态系统服务（Ecosystem Services）是指人类直接或间接从生态系统得到的利益，是对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品(goods)和服务(services)。产品是在市场上用货币表现的商品，如食物、原材料等；服务是不能在市场上买卖，但具有重要价值的生态系统性能，如净化环境、保持水土、减轻灾害等。

（2）生态系统服务的内容

A生产(包括生态系统的产品及生物多样性的维持等) ,

B基本功能(包括传粉、传播种子、生物防治和土壤形成等) ,

C环境效益(包括改良减缓干旱和洪涝灾害、调节气候、净化空气、废物处理等)

D娱乐价值(休闲、娱乐、文化、艺术和生态美学等) 。

第三章生物与环境

3.1 生物与环境关系的基本概念

物种：一类生物个体的集合，个体之间在自然条件下具有交配生殖能力，是自然界的一个基本进化单位和功能单位

个体生态学：是以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。

环境：在生态学中，环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体。

环境因子：构成环境的各要素。

生态因子(Ecological factor)：环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子。

生境：具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境。

生态作用：环境对生命系统的影响。

生态适应：生物为了适应环境，从形态、生理及生化机制上作出有利于生存的改变。

生态反作用：生物反过来对环境的影响和改变。

3.2 生态作用的基本规律

（1）限制因子定律：

A.最小因子定律

B.限制因子

（2）生态因子综合作用定律

A.生态因子的综合作用

B.生态因子的交互作用

C.生态因子作用的主次

D.直接作用和间接作用

E.生态因子的阶段性作用

F..不可代替性和补偿作用

（3）生态因子的时空变化规律

A.生态因子的纬向递变性

B.生态因子的经向递变性

C.生态因子的垂直递变性

D.生态因子非地带性变化

3.3生态适应的基本规律

（1）生物的耐受性

耐性定律：生物对环境的适应存在耐性限度的法则称耐性定律。

耐性的变化:生物对某一生态因子的耐性是生态适应和长期进化的结果.

生态幅:每个种对环境因子适应范围的大小。

（2）协迫与生态适应

胁迫：自然界中的生物并非都在环境因子的最适范围内生存，在适宜区之外到最低点或最高点之间的区域称为耐受区,此时生命活动要遭受一定程度的限制,即胁迫。

环境胁迫与生物体响应过程：

A.预警阶段

B.抗性阶段

C.耗尽阶段

D.再生阶段

胁迫下个体的反应与存活:生物体如果能够防止胁迫，或者其最易受伤害和不可缺少的器官的胁迫抗性足够强，或有恢复能力足以修复损伤的话，那么该个体在胁迫生境下存活是可能的。

植物对逆境的抵抗方式:

A.逆境逃避（避逆性）

B.逆境忍耐（耐逆性）

C.恢复

生物体对环境胁迫适应能力的调节：A.驯化 B.耐受性的节律变化 C.休眠 D.内稳态与生态适应

（3）生态适应方式与机制

生态适应的方式:A.形态适应B.行为适应C.生理生化适应 D.生态适应的分子机制 E.适应组合

趋同适应与生活型：

不同生物适应相同环境产生了相同的适应叫趋同适应。

趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群叫生活型。

趋异适应与生态型

同种生物适应不同的环境产生了不同的适应叫趋异适应。

趋异适应产生的同种生物的不同基因型类群叫生态型。

（4）生态位：从生物来看，生物在环境中占据的独特的位置。

生态位宽度:指物种利用资源多样性的一个指标。生态位宽度也就是有机体单位所利用的各种各样资源的总和。

3.4光的生态作用及生物的适应性

（2）光强的生态作用

（3）光长的生态作用

植物对光长的适应：光周期现象

长日照植物：牛旁、紫苑、凤仙花和除虫菊等，作物中有冬小麦、大麦、油菜、菠菜、甜菜、甘蓝和萝卜等。

短日照植物：牵牛、苍耳和菊类，作物中则有水稻、玉米、大豆、烟草、麻、棉等。

日中性植物：黄瓜、番薯、四季豆和蒲公英等.

光长对动物的影响

日照长度的变化对哺乳动物的换毛和生殖，对鸟的迁飞等有十分明显的影响。

长日照兽类：雪貂、野兔和刺猬等

短日照兽类：绵羊、山羊和鹿

（4）温度的生态作用及生物的适应性

三基点温度：最低温度、最适温度和最高温度

冷害(chilling injury)：冰点以上的低温对植物造成的伤害

冻害(freezing injury)：是指冰点以下的低温使植物组织内结冰而引起的伤害植物对低温的形态适应：芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，植物体表面生有腊粉和密毛，植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等。

植物对低温的生理生化适应：减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。可见光谱中的吸收带较宽，并能吸收更多的红外线，一些植物的叶片在冬季由于叶绿素破坏和其他色素增加而变为红色，有利于吸收更多的热量。

（5）水分的生态作用及生物的适应性

A、水的生理生态作用：生物起源于水环境

B、水是生物体不可缺少的组成成分

C、水是生物代谢过程中的重要原料

D、生是生物新陈代谢的介质

E、水分保持植物的固有姿态、保持动物体水分平衡

F、水能调节体温

（7）土壤的作用及生物的适应

土壤盐胁迫对植物的伤害

吸水困难:土壤盐分过多，降低土壤溶液的渗透势，植物吸水困难, 形成生理干旱。

生物膜破坏:高浓度的 NaCl 可置换细胞膜结合的Ca2+，膜结构破坏，功能也改变。

生理紊乱:降低蛋白质合成速率，加速贮藏蛋白质的水解，氨积累。

抑制光合:光合速率、呼吸速率降低, 缺乏营养。

植物对盐胁迫的适应

泌盐：把盐分从茎叶表面的盐腺排出体外，本身不积存盐分;

拒盐：根细胞对盐离子的透性很小,不吸收;

稀盐：快速生长胞内区域化作用（液泡）;

耐盐：Pro,甜菜碱等,降低水势,增加耐盐性

第四章生态系统中的生物种群

4.1生物种群及种群生态学

（1）定义

生物种群：在一定的时间内，占据特定空间的同种生物个体的总和。

种群生态学：就以生物种群及其环境为研究对象，研究这些群体属性，包括种群的基本特征、种群的统计特征、数量动态及调节规律、种群内个体分布及种内、种间关系。

种群的内禀增长率：在无限制环境条件下，种群内在因素决定的稳定的最大相对增殖速度称为内禀增长率（rm）又称为生物潜能。

种群的环境容纳量:某种群在一个生态系统中，即一个有限的环境中所能稳定达到的最大数量（或最大密度），称为系统的环境容纳量（Carrying capacity）,常用K表示。

生态入侵:由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，这种过程称生态入侵（Ecological invasion）。

种群平衡:种群较长期地维持在几乎同一水平上，称为种群平衡。

最小种群原则:一些营群聚生活的生物，其群聚的程度有一个下限的要求，如果低于临界下限，该生物种就不能正常生活，甚至不能生存。

阿利氏原则: 一个物种种群的聚集程度和密度一样，随种类和条件而变化，过疏(缺乏群聚)或过密, 都可能有限制性影响。种群总是避免过份分散和过份拥挤，使种群内个体能获得最佳的生活和生存条件。

协同进化：生态系统中生物与生物、生物与环境相互作用、相互选择，共同进化的过程。

（2）逻辑斯蒂方程

成立的假设条件：

A.环境阻力一开始就出现；

B.环境阻力的大小与种群大小成直线关系，每增加一个个体都产生相同的压力；

C.K为渐近线，最终种群数量在K水平稳定下来。

（3）种群的分布类型

随机分布(Random)：如果每个个体的位置不受其他个体分布的影响，所形成的分布格局称为随机分布。随机分布是罕见的，只有当环境均一，资源在全年平均分布而且种群内成员之间的相互作用并不导致任何形式的吸引和排斥时，才能出现随机分布。

均匀分布(Uniform):种群内个体在空间上呈等距离分布即为均匀分布，均匀分布是由于种群成员间进行种内竞争所引起的。例如，在相当匀质的环境中，领域现象经常导致均匀分布。

集群分布(clumped):种群内个体在空间的分布极不均匀，常成群、成簇或呈斑点状密集分布，种群的这种分布格局即为集群分布，也叫成群分布或聚群分布。

4.2群聚与阿利氏原则

群聚(clumped) 的产生是个体群聚的结果，群聚能使种群的存活力提高。

生物群聚的作用：

A提高警惕性，有助于及早发现捕食者

B稀释效应：每个个体被攻击的几率缩小。

C 集体防御

D有利于提高捕食效率

E有利于改变小生境

F有利于信息交流和学习

G有利于繁殖

4.3种群的种间关系

（1）种间相互作用的类型：无影响、竞争、偏害作用、寄生、捕食、偏利共生、原始合作、互利共生。

（2）种间正相互作用：偏利共生、原始合作、互利共生

（3）种间负相互作用：竞争、偏害作用、寄生、捕食

（4）种间协同进化