植物生态学

植物生态学生态学：是研究有机体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的科学。

目前已经发展为“研究生物与其环境之间的相互关系的科学”。

有自己的研究对象、任务和方法的比较完整和独立的学科。

它们的研究方法经过描述——实验——物质定量三个过程。

系统论、控制论、信息论的概念和方法的引入，促进了生态学理论的发展。

环境：人类生存的空间及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种自然因素称为环境。

生态因子：指对生物有影响的各种环境因子。

常直接作用于个体和群体，主要影响个体生存和繁殖、种群分布和数量、群落结构和功能等。

各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子。

作用形式大体有3类：①构成维持生物代谢和繁殖所必需的营养物质和理化条件。

这些理化条件也都表现为能量或物质，如日照、温度、pH值、渗透压等。

②构成种种破坏力量。

例如天敌、自然灾害（超限的理化条件）及某些人类活动（滥垦滥牧、工业污染等）。

③仅仅作为信息，诱发生物的节律性反应。

例如日照和温度的昼夜或季节变化，能引起植物的萌发、生长、开花等阶段变化和动物的冬眠、迁徙等周期活动。

生态因子作用的直接对象是生物个体，但通过生物间的交互作用会影响到群体。

同种动物的集群活动可以增加取食和避敌能力。

群落食物中某环节的增减，常导致连锁反应，例如天气变化造成蝗群增长及其相变，继而导致迁飞，破坏迁入地的大片植被。

生态因子的作用与生物的适应性密切相关。

对于温度,各物种反应不同,有些物种能适应的温度却可能使另一些物种死亡。

一般说，生物在不同发育阶段的适应性也不大相同。

环境在变，生物的适应性也随之改变。

一个物种可能通过生理过程适应一个新环境，当新旧环境差别太显著时，可能需要较长时期的适应过程，引种驯化便属此类。

在生物发展史中，生态因子作为选择因素淘汰掉不适应的物种。

生态因子还可能直接诱发基因突变或重组，促进生物进化的进程。

（1）李比希最小因子定律1840年农业化学家J. Liebig在研究营养元素与植物生长的关系时发现，植物生长并非经常受到大量需要的自然界中丰富的营养物质如水和CO2的限制，而是受到一些需要量小的微量元素如硼的影响。

因此他提出“植物的生长取决于那些处于最少量因素的营养元素”，（2）耐受定理生态学家V. E. Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。

这就是耐受定律。

后来的研究对耐受定律也进行了补充：每种生物对每个生态因子都有一个耐受范围，耐受范围有宽有窄；对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广；生物在整个发育过程中，耐受性不同，繁殖期通常是一个敏感期；在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。

最小因子定律和耐受性定律的关系，可以从以下三个方面理解，首先,最小因子定律只考虑了因子量的过少,而耐受性定律既考虑了因子量的过少,也考虑了因子量的过多;其次,耐受性定律不仅估计了限制因子量的变化,而且估计了生物本身的耐受性问题。

生物耐受性不仅随种类不同，且在同一种内，耐受性也因年龄、季节、栖息地的不同而有差异；同时，耐受性定律允许生态因子之间的相互作用，如因子替换作用和因子补偿作用。

生态系统：指在自然界的一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。

生态系统的范围可大可小，相互交错，太阳系就是一个生态系统，太阳就像一台发动机，源源不断给太阳系提供能量。

地球最大的生态系统是生物圈；最为复杂的生态系统是热带雨林生态系统，人类主要生活在以城市和农田为主的人工生态系统中。

生态系统是开放系统，为了维系自身的稳定，生态系统需要不断输入能量，否则就有崩溃的危险；许多基础物质在生态系统中不断循环，其中碳循环与全球温室效应密切相关，生态系统是生态学领域的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次。

生态系统的组成成分:非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。

其中生产者为主要成分。

不同的生态系统有：森林生态系统、草原生态系统、海洋生态系统、淡水生态系统（分为湖泊生态系统、池塘生态系统、河流生态系统等)、农田生态系统、冻原生态系统、湿地生态系统、城市生态系统。

其中，无机环境是一个生态系统的基础，其条件的好坏直接决定生态系统的复杂程度和其中生物群落的丰富度；生物群落反作用于无机环境，生物群落在生态系统中既在适应环境，也在改变着周边环境的面貌，各种基础物质将生物群落与无机环境紧密联系在一起，而生物群落的初生演替甚至可以把一片荒凉的裸地变为水草丰美的绿洲。

生态系统各个成分的紧密联系，这使生态系统成为具有一定功能的有机整体。

生物与环境是一个不可分割的整体，我们把这个整体叫生态系统。

生态系统功能是生态系统所体现的各种功效或作用。

主要表现在生物生产、能量流动、物质循环和信息传递等方面，它们是通过生态系统的核心——生物群落来实现的。

生物生产是生态系统的基本功能之一。

生物生产就是把太阳能转变为化学能，生产有机物，经过动物的生命活动转化为动物能的过程。

生物生产经历了两个过程：植物性生产和动物性生产。

两种生产彼此联系，进行着能量和物质交换，同时，两者又各自独立进行。

植物多样性包括物种多样性、遗传多样性、生态环境多样性。

物种多样性地球上的植物约有55万种，其中有花植物为23.5万种；西班牙植物园主任戴维布拉姆韦尔（2002）估计地球的有花植物应为419 682种。

植物种类多样性是植物有机体与环境长期的相互作用下，通过遗传和变异，适应和自然选择而形成的。

植物进化仍在继续，新的植物种类还会出现。

生境多样性平原，高山，沙漠，戈壁滩，盐碱地，赤道，极地，江河湖海及大气，无一处无植物生长。

一滴水、生物体内外，都有可能是某些植物生活的场所。

植物和动物、微生物与环境相结合，构成一个自我维持、自我更新、综合协调的生物系统。

营养方式多样性绝大多数植物都具有叶绿素及类似的色素，能够利用光能进行光合作用，自行制造养料，他们被称为自养植物或绿色植物。

另外有一部分植物，其体内无叶绿素，不能自行制造养料，他们寄生在其他植物体上，从寄主身上吸取现成的养料而生活，如菟丝子，被称为寄生植物。

还有些植物是从动植物尸体上摄取养料，称为腐生植物。

寄生植物和腐生植物也称为异养植物。

异养植物不含叶绿素，通常称为非绿色植物。

非绿色植物中也有少数种类，如硫细菌、铁细菌，以氧化无机物获得能量自行制造养分，他们属于化学自养植物。

生命周期多样性有的细菌仅生活20—30min，即可分裂产生新个体。

种子植物有木本和草本两种类型。

木本植物都是多年生的，有的木本植物的树龄可长达数百年至上千年，如松、柏。

龙血树等。

草本植物根据植株生存年限长短，可分为一年生、两年生和多年生三类。

在一个生长季完成全部发育周期，也就是说，从种子萌发到开花结实直至枯萎死亡都在一个生长季完成的植物，称为一年生植物，如水稻、玉米、高粱、黄瓜、大豆、烟草和向日葵等。

有些草本植物，需要经过两个生长季才能完成他们的发育周期。

第一年只有根茎叶等营养器官的生长，把养分贮积起来，越冬后第二年才开花结实直至死亡，这些植物称为二年生植物，如白菜、萝卜、胡萝卜、菠菜和洋葱等。

还有些草本植物，每年开花结实，果实成熟后，地上部分虽然枯死，地下部分却仍然活着，来年又出芽，产生地上枝这样可生活两年以上的植物，称为多年生植物，如菊、大丽花、薄荷、百合、马铃薯、棉花和莎草等。

遗传多样性每一种植物都具有其独特的基因库和遗传组成。

植物生长发育中基因表达在时间上和空间上调节控制的复杂性，是植物遗传多样性成多层次的表现，即表现在植物体的外部形态上，生理代谢和染色体的DNA分子水平上。

藻类、菌类、地衣、苔藓、蕨类和种子植物他们都具有各自独立的遗传系统。

生态平衡（ecological equilibrium）是指在一定时间内生态系统中的生物和环境之间、生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互之间达到高度适应、协调和统一的状态。

也就是说当生态系统处于平衡状态时，系统内各组成成分之间保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定状态，在受到外来干扰时，能通过自我调节恢复到初始的稳定状态。

在生态系统内部，生产者、消费者、分解者和非生物环境之间，在一定时间内保持能量与物质输入、输出动态的相对稳定状态。

负反馈调节：使生态系统达到或保持平衡或稳态，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分的变化。

负反馈的特点可以从“负”字上得到很好的理解，它主要是通过输入、输出之间的差值作用于控制系统的其他部分。

这个差值就反映了我们要求的输出和实际的输出之间的差别。

控制器的控制策略是不停减小这个差值，以使差值变小。

负反馈形成的系统，控制精度高，系统运行稳定。

我们通过介绍自动化原理时用到的例子来说明负反馈的工作过程。

当人打算要拿桌子上的水杯时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离，然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。

同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器）的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。

直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。

从上面的例子可以看出，由负反馈形成的偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。

如果这个差值不能得到的话，整个动作也就没有办法完成了。

这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。

负反馈一般是由测量元件测得输出值后，送入比较元件与输入值进行比较而得到的。

群落生态学（community ecology）是研究群落与环境相互关系的科学，是生态学的一个重要分支学科，群落生态学不是以一种生物作为对象，而是把群落作为研究对象。

[植物群落（plant community）是指生活在一定区域内所有植物的集合, 它是每个植物个体通过互惠、竞争等相互作用而形成的一个巧妙组合, 是适应其共同生存环境的结果。

例如一片森林、一个生有水草或藻类的水塘等。

每一相对稳定的植物群落都有一定的种类组成和结构。

外貌特征植物群落的外貌（physiognomy）指群落的外表形态或相貌。

它是群落与环境长期适应的结果，主要取决于植物种类的形态习性、生活型组成、周期性等。

层片是植物群落结构的一种基本单位，由相同生活型或相似生态要求的种组成的机能群落层片的特点：同一层片的植物是同一个生活型类别。

每个层片在群落中都具有一定小环境。