高中生物竞赛辅导资料：第6章__生态学

高中生物竞赛辅导资料：第六章生态学第一节生态因素一、基本概念1．生态因素对于每个生物来说，它周围的一切都属于它的环境。

环境因素，就其性质来说，可以分为三类，一类是无机或物理因素，包括光照、温度、湿度、土壤等因素；另一类是有机或生物因素，包括各种生物之间的关系(种内和种间)；第三类是人的因素，即人类活动的影响，这其实也属于生物因素，只是由于人类对于环境的影响越来越大，因而，人的因素被划出而列为第三类。

各种因素对于生物可以单独地直接起作用，也可联合起来发生作用。

如将一些长日照的植物放在短日照的地区，就不能开花结果。

但如人为地延长日照时间，就能开花结果。

而热带雨林植物既需要高气温也需要高湿度；又如某些植物需要锌，但如放在阴湿处，对锌的需要量就降低了。

所以在研究环境对生物的影响时，既要分析单个因素的作用，同时也不能忽视多个因素的共同作用。

2.生态幅生态幅是指每种生物对每一种环境因素都要求有适宜的量，过多或不足都可能使其生命活动受到抑制，乃至死亡，或者说，每一种生物对每一种因，素都有一个耐受范围，这个范围称为生态幅。

一般说来，在生态幅的中间为最适区，它的两端为两个生理受抑区，再向外延伸，超出生态幅，则为不能耐受区(图1-6-1)。

3.限制因素生物进行生长发育需要从环境中摄取多种因素，在这些因素中，如果某一因素的量只是某一生物所需的最低量，而其他因素的量都比较丰富，则这一最低量的因素就是该生物生长的限制因素。

降低这一因素的含量，这一生物就不能生长。

限制因素可以是一个，也可以是2个或多个。

例如，在培养一种细菌时，如果别的条件不变，提高培养液中蛋白质的含量，细菌就长得快，否则就长得慢。

在这里蛋白质的量就是一个限制因素。

如果蛋白质和其他条件不变，把温度从20℃提高到25℃，细菌繁殖加快，那么温度也是一个限制因素了。

4.最低量定律所谓最低量定律是指各种生物的生长速度受它所需的环境因素中最低因素的限制。

如谷物产量往往不受水和C02含量的限制，而是受一些需要量很少的因素如硼、锰等的限制。

二、非生物因素1．光2．温度3．水4．化学因素5．土壤因素三、生物因素1．种内斗争2。

种内互助3．捕食捕食者不仅仅是动物，有些真菌也是捕食性的，如土壤中的指状节菌(图1-6-3A)能捕食土壤或水中的线虫。

捕食与被捕食者不是固定不变的。

两者的关系总是维持一个波动的平衡状态。

应当指出，生物彼此之间以及它们与环境的关系是十分复杂的，种群数量的变动不一定总是受捕食者的影响。

加拿大兔和捕食兔的山猫的种群变动曲线表明，这两种动物之间是存在着互为消长的关系，但是在加拿大一些没有山猫的地区，兔群也同样出现十年一轮的消长。

北极地区的旅鼠在没有捕食者的情况下也存在着三四年一轮的周期性消长。

所以，动物种群的消长，除捕食者一个因素外，还受其他多种因素如食物、出生率、死亡率等的影响。

4．竞争竞争是两种不同种的生物个体之间因争夺同一食物或同一栖息地等共同资源而发生的相互关系。

从理论上讲，两种生物的需求越相近竞争越激烈。

竞争的结果可能是一个物种获得生存发展，另一个被淘汰；也可能导致两．者的生态需求发生分化而长期共存。

前一种情况在实验室里比较单线性的实验种群中是可以出现的。

5．寄生两种生物生活在一起，一种生物以消耗另一种生物体内的有机物质为主，前者(寄生物) 受益，后者(寄主)受损，这种现象叫寄生。

寄生现象在生物界非常普遍。

6．共栖两种生物生活在一起，一种生物为另一种生物提供栖息的场所，对一个物种有益，对另一个物种无影响，这种现象就是共栖。

这种现象在海洋生物中最多，如硅质海绵偕老同穴，又名天女之花篮，生于深海，底生、附着(图1—6-8)。

幼年时2只小虾，即俪虾，一雌一雄，双双进人偕老同穴的水管腔中，以海绵水流中的浮游生物为食，逐渐长大，由于海绵水管腔的开口处长有筛样横板，因而再也不能走出，直至死亡，这种虾叫“俪虾’，海绵也因此获得“偕老同穴”的美名，这种海绵与俪虾的关系就是共栖。

再如僧帽水母是海洋漂浮的群体腔肠动物，以一种特化的水母体，即漂浮体，漂在海面上。

水母体的底面有许多触手，上面有刺囊，可捕食各种小生物，但有一种小鱼，经常徘徊于漂浮体之下、触手之间，它们不受僧帽水母刺囊的攻击，反而以僧帽水母为“保护伞”，有时游出漂浮体之外，遇到紧急情况就又游回来。

海参直肠中经常有小鱼栖息，有时从海参肛孔游出，但迅速游回，以免被其他大鱼吞食。

这两种关系也是共栖关系。

7 原始合作两种生物共同生活，互相有利，如分开时，各自都能生活，此种关系即合作关系。

8．互利共生如果二种生物共同生活，互相有利，彼此都要依靠对方才能生活，分开后双方的生活都要受到很大影响，甚至不能生活而死亡，那么这两种生物之间的关系就是互利共生。

9．化学互助和拮抗动植物之间可以通过化学物质而实现互助或拮抗关系，如一种生物产生的化学物质促进另一种生物的生长繁殖，称之为化学互助。

如果某种生物产生并释放某些物质，抑制另一些生物的生长繁殖，则称为化学对抗或拮抗。

四、生物对环境的适应生物在长期的自然选择过程中形成了许多典型的适应色，如保护色、警戒色、拟态等，这部分内容第四章已述。

第二节种群一、种群动态1．种群种群是一定的时间和空间范围内的、占有一定地域(空间)的同种所有个体的自然组合。

例如，一个池塘中全部大大小小的青鱼，它们组成一个基因库，彼此间可以进行有性繁殖，这就是一个种群。

2．种群密度一个种群在单位面积或单位体积的个体数目，叫种群密度，用于显示种群的大小。

种群密度与出生率、死亡率、迁移率有关。

出生率大于死亡率时，种群密度将会增加，迁人多于迁出时，种群密度也会增加，反之种群密度将减少。

出生率是种群在单位时间内所出生的后代个体占种群总个体数的百分数；死亡率是种群在单位时间内死亡个体占种群总个体数的百分数。

理论上最大的出生率等于种群的繁殖力或繁殖潜能，即在理想的最适条件下种群不受外界因素限制时的出生率，最小的死亡率是指只有年老而自然死亡时的死亡率。

但事实上，永不可能有理想的最适条件，并且由于生存竞争等因素的存在，繁殖力总要受到多方面的抑制；由于竞争而出现的食物缺少，气候变动，影响生殖力；由于疾病、饥饿、冻死、被捕食以及各种意外事件而夭折。

所以实际的出生率或称生态出生率总是低于理想的最大出生率的，实际死亡率或生态死亡率总是远远大于最小死亡率。

年龄组成也能预测种群密度变化趋势。

年龄组成有三种类型：增长型、稳定型和衰退型(图1-6-10)。

3．种群增长在有充分的食物供应，并且没有其他生物与之竞争的适宜环境中，种群的增长是呈直线上升的，这种增长方式称为指数增长。

如细菌的繁殖速度很快，如果它的生长繁殖不受限制，一个细菌36小时就可产生出2108或1023个后代，这是一个天文数字。

象的繁殖是很慢的，但是按达尔文的估计，一对象，如果保证食物和其他条件，在没有其他生长或天敌危害的情况下，740—750年后就可繁殖成19 000000头的巨大种群。

这些事例都表明，种群是具有巨大的生殖潜力的。

种群的指数增长可用下式表示：其中dN／dt为种群的生长速度，也即在一定时间中个体数的变化；N为种群原有的个体数；t为时间；r为增长率，在这里即出生率减去死亡率，也可写成下式：其中Nt为t时间后的数量，n0为开始时间的数量，r为增长率，t为时间；e为自然对数的底。

这一公式可用来预测在某一时间种群增长的数量。

但是，尽管物种具有如此巨大的增长潜力，在自然界中，种群却不能无限制地增长。

因为，随着种群数量的增长，制约因素的作用也在增大。

种群密度增高会引起传染病流行而使死亡率增加，捕食者也会因捕食对象增多而更多捕食，而更重要的是食物的供应将越来越不足，所以在自然界，种群总是在增长到一定限度后，出生率和死亡率逐渐达到平衡。

在自然环境中所有生物的种群增长曲线不是直线而是一个S形曲线(图1-6-11)，即开始时经过一适应环境的延滞期后，即进入指数增长期(即个体呈指数增长)，然后增长速度变慢，最后出生率和死亡率相等，种群不再增长而进入最高密度的稳定期。

这时种群的密度是环境所能负担的最高密度，即环境的满载量，或负载能力。

在实验室内培养酵母、草履虫等单细胞生物，就可得到种群指数生长的曲线。

但是继续生长下去，酵母或草履虫等的生长速度就会因食物不足等因素的制约而减慢下来，最后生长停止而达到环境的满载量，如图1-6-11所示。

种群生长全过程的S形曲线称为逻辑斯谛曲线。

它的数学公式是其中r为增长率，N为某一时间原有的个体数，K为负荷能力或满载量，即环境所能接受的种群数量。

K—N为种群在某一时间的数量与满载量之差，表示这一种群还能继续增加多少数量。

当时，即在种群开始生长，N值很小时(如开始接种酵母时，酵母很少)，种群生长快。

当N值达到K／2时，种群减速增长。

当种群密度很高时，即N值很大时，接近于K时，，种群即不再增长，此时种群即达到了满载量的平衡状态。

二、种群密度的调节1．密度制约因素影响种群个体数量的因素很多。

有些因素的作用是随种群密度的变化而变化，这种因素称为密度制约因素。

例如，传染病在密度大的种群中更容易传播，因种群密度越大，其对种群数量的影响就越大，反之，种群密度小，对种群的影响就小。

2．非密度制约因素有些因素虽对种群数量起限制作用，但其作用强度与种群密度无关，如气候因素就是这样，刮风、下雨、降雪、气温都会对种群的数量产生影响，但这种因素起多大作用与种群密度是无关的，这类因素称为非密度制约因素。

无论是密度制约因素还是非密度制约因素，它们都是通过影响种群出生率、死亡率或迁移率而起着控制种群密度的作用。

生物种群数量的不规则变动往往同非密度制约因素有关。

非密度制约因素对种群数量的作用一般总是很猛烈的，灾难性的。

例如，我国历史上屡有记载的蝗灾是由东亚飞蝗引起的。

引起蝗虫大发生的一个物理因素是干旱，东亚飞蝗在禾本科植物的荒草地中产卵，如果雨水多，虫卵因水淹或霉菌感染而大量死亡，因而不能成灾，只有气候干旱蝗虫才能大发生，所以我国历史上干旱常伴随蝗灾。

第三节生物群落一、基本概念群落是指在一定时间内，居住在一定地区中的各种有直接或间接关系的所有动、植物和微生物种群的集合体。

二、群落的基本特征1．多样性生物多样性是指生物中的多样化和变异性以及物种生境的复杂性，包括三个层次：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。

对于一个群落来说多样性越高，其稳定性越高，反之就越低。

自然群落包括的物种极多，有人调查过，一个森林群落的生物，在一英亩(约0．4公顷)中大约平均有400多个物种，还不包括原生生物及微生物在内。

这些物种之间的关系错综复杂，使自然群落成为一个有内在联系和自我调节能力的整体，能够保持相对的稳定，任何一个物种都不易突然增多，也不易突然消失。

相反，一些人为的群落，由于物种数目极少，各物种的数量可以很容易地改变。