普通生态学

普通生态学（General Ecology）绪论（Introduction）一、生态学的定义：z Haeckel：生态学是研究有机体与其周围环境（非生物和生物环境）相互关系的科学。

z Elton（1927）：Scientific Natural Historyz前苏联生态学家（1945）：生物的形态、生理和行为的适应性。

z澳大利亚Andrewartha（1954）：研究有机体的分布和多度的科学，强调种群生态学。

z植物生态学家Warming（1909）：既包括个体，也包括群落。

z Odum（1956）生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。

以生态系统为中心。

（马世骏）二、生态学的研究对象：z经典的观点：生物与环境的相互关系，包括：基因、细胞、组织、个体、种群、群落、生态系统等不同水平。

z生态学概念外延的扩展：在研究生态系统时，要涉及其他自然科学及社会科学（社会和经济），强调综合的分析和解决当今世界的重大问题。

Noosystem（智慧性系统）、自然-经济-社会复合系统。

z当今生态学是一门研究内容广泛，分支学科众多，综合性很强的学科。

生态学是一门年轻的学科，还在继续向前发展，尽管有人怀疑他的独立性。

三、生态学的分支学科第一篇：个体生态学 (Individual Ecology)第一章、生物与环境一、环境与生态因子（Environment and Ecological factor）1、环境的概念：主体(Subject)2、生态因子的概念与分类z生态因子是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接和间接影响的环境要素。

z生态因子的分类：气候因子：如温度、光、降水、雷电等土壤因子：土壤结构、土壤成分等地形因子：坡度、阴坡生物因子：捕食、竞争等人为因子：人类活动Smith （1935）提出密度制约因子（density dependent factors）和非密度制约因子（density independent factors）稳定因子（地磁、地心引力、太阳辐射常数：影响生物的分布）和变动因子（周期性变动因子和非周期性变动因子：影响生物的的数量）3、生态因子的作用方式z综合作用：生态因子的作用是相互联系、相互促进和相互制约。

z非等价性，主导（关键）因子：主导因子的改变可引起其他因子的重大改变z不可替代性和可补偿性：增加CO2可补偿由于光照减弱引起的光合强度降低的效应z限定性：生物在生长发育的不同阶段需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。

二、生物与环境关系的基本原理1．基本概念：z限制因子(Limiting factors)：在众多的生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁殖或扩散，甚至生存的因素。

z最小因子定律：植物的生长取决于那些处于最少量状态z耐受性定律：任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受性限度时，就会使生物衰退或不能生存。

2．生物对各生态因子耐受性之间的相互关系z对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响。

z生物对非生物因子的生理耐受范围对植物和动物分布显然具有重要影响，提示动植物不能分布在哪里。

（1）生理分布区和生理最适分布区（2）生态分布区和生态最适分布区3．大环境和小环境对生物的不同影响大环境：地区环境（不同气候和植被特点的地理区域）、地球环境和宇宙环境。

小环境：对生物有着直接影响的邻近环境，如土壤环境，动物洞穴中的小气候。

注重在小环境层次对非生物因子的研究。

4．生物对生态因子耐受限度的调整（1）驯化：一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，导致生物耐受曲线的位置移动。

其实质是生物体内决定代谢速率酶系统的适应性改变。

Table 1-1 The change on CTmin and CTmax of golden fish under different acclimation treatmentsAcclimation temperature Critical temperature minimum Critical temperature maximum24 5 3537.5 15 41z Acclimation: 实验条件下诱发的生理补偿机制（时间短）z Acclimatisation: 自然条件下诱发的生理补偿机制（时间长）不同植物有不同的驯化能力（2）休眠休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。

植物种子的休眠，几十年后仍能保持萌发能力。

昆虫的滞育（diapause），恒温动物的蛰伏（torpor）冬眠（hibernation）夏眠（aestivation）休眠的生物学意义：使动物最大限度地减少能量消耗。

抵御极端不利环境。

（3）昼夜节律和其他周期性的补偿变化z生物在不同的季节表现出不同的生理最适状态，是对生态因子周期性变化适应的结果。

一般认为这种耐受性的节律变化是由外在因素决定的。

z例外的是：某些耐受性的周期变化至少有一部分是由生物自身的内在节律引起的。

蜥蜴（Lacerta sicula）适宜温度下限在白天的12小时内从4.5 变化到7.5，即使环境条件固定不变，这种周期性也会表现出来。

壁虎的喜好温度（preferred temperature）在傍晚时达到最高，白天较低，这种日周期变化也会表现出来。

5．内稳态生物和非内稳态生物内稳态（homeostasis）机制，生物控制自身的体内环境使其保持相对稳定，减少生物对外界条件的依赖性。

是一种更进步的机制。

存在生理（产热和散热）和行为（穿梭行为）基础。

维持内环境的稳定性是生物扩大环境耐受限度的一种主要机制。

图1-16．生物保持内稳态的行为机制植物的运动：向日葵、叶子、花瓣的昼夜运动动物的日晒行为、阴阳穿梭行为创造小环境：澳大利亚斑雉7．适应组合生物长期生活在特定的环境条件下，形成了一整套协同的适应特征，称为适应组合（adaptive suites）（1）沙漠植物的适应组合旱生植物：储存水分，减少蒸腾作用，（2）沙漠动物的适应组合第二章、温度的生态作用1.The distribution of temperature on earthz Solar radiation affects temperatures at different part of earth, such as the difference between arctic pole and equator.z Temperatures on location with different altitude or underground depth varied significantly.z Temperature variation on land is quite different from that on sea.z MicroclimateGlobal maps of temperature, wind and rain hide a great deal of variation at the local level. For example, the sinking of dense, cold air into the bottom of a valley at night can reduce the airtemperature by some 30 °C below the air temperature 100m above the valleyOn a yet smaller scale, air in the immediate vicinity of a low alpine plant may be 20 °C higher than air only 0.3m above the plantFig1 Aquatic microclimate.2.The biological significance of temperaturez Temperature is one of the most important environmental factors.z A suitable temperature range that benefits the survival of individual exists in each organism. Temperatures beyond this range will damage and even destroy the organismas.z The change of temperature can lead the variations on other environmental factors, such as humidity, wind, rain etc, in turn affects the activity and behavior of organisms.3. Temperature and metabolismz Conception comparison:Cold-blooded and warm-bloodedEctotherms and endotherms;Endotherms regulate their body temperature by producing heat within their own bodies (birds and mammals); ectotherms rely on an external heat source.homeotherms and poikilothermsAs environmental temperature rises, homeotherms maintain an approximately constant body temperature, while the body temperature of poikilotherms varies with environmental temperature.z Heat exchangeAll organisms gain heat from and lose heat to their environment as well as producing heat.Despite the mechanisms, including behavior and physiology, the body temperature of an ectotherm varies signifcantly with environmental temperature for three main reasons:The ability of many ectotherms to regulate temperature is very low;Ectotherms are to some extent always dependent on the external source of heat;Energy must be expended to modify the heat budget, the extent to which an organism regulates its temperature will therefore be a compromise between cost and benefit.Fig 2 The avenues of heat exchange between an ectotherm and the physical environment.z Temperature thresholds:高温主要破坏酶的活性，使蛋白质变性，造成缺氧，排泄功能失调和神经系统麻痹。