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1、第三章 生态学基础,Ecological Principles,3,生态学的含义、研究内容及其发展,第一节,本章内容,生态系统,第三节,生态系统的功能,第四节,生态平衡与失衡,第五节,生态学的一般规律,第六节,生态学在环境保护中的应用,第七节,种群、群落的基本知识,第二节,环境学和生态学有何关系？,非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不
2、会飞、跑不快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一只渡渡鸟也被人类杀死了！,案例,奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这种树木就要从地球上消失了。 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中
3、排出种子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。,第一节 生态学的含义、研究内容及其发展,一、生态学的含义,生态学（Ecology）一词最早是由德国生物学家黑格尔于1869年提出的。他把生态学定义为“自然界的经济学”。其英文词首和经济学（Economics）是相同的，均来自于希腊文，表示家庭居处或环境的意思，可见，生态学与经济学、家庭、环境等有着密切的关系。后来有的学者把生态学定义为“研究生物或生物群体与其环境的关系，或生活着的生物与其环境之间相互联系的科学”。,我国著名生态学家马世骏把生态学定义为“研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学”。生态学中所说的生物包含植物、动物和微生
4、物。最近，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学也扩展到人类生活和社会形态等方面，把人类这一生物物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生 物圈内生态系统的相互关系问题。,二、生态学的研究内容,1、以自然生态系统为对象：探索环境对生物的作用，以及生物对环境的反作用，及其相互关系的规律。,2、以人工生态系统或半自然生态系统为对象：研究不同区域系统的组成、结构、功能。当前研究的主要内容。纯粹自然生态系统已很少，大多为受干扰的（disturbed）生态系统。,3、以社会生态系统为对象：生态学与社会经济的结合。,生态学原是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的重要分科之一。初期主要研究植物
5、，后来逐渐涉及动物和人类。目前，随着现代科学技术的发展并向生态学的不断渗透，赋予它新的内容和动力，使其成为多学科、较活跃的科学领域之一。,三、生态学的发展,生态学发展过程中的三个主要特点： 从定性探索生物与环境的关系，到定量研究。 从个体生态系统到复杂生态系统，由单一到综合，由静态到动态地认识自然界的物质循环与转化规律。 与基础科学、应用科学相结合，发展了生态学，扩展了生态学的领域。,第二节 种群、群落的基本知识,种群（Population）：某特定时间，栖居在某个自然区域内的同种有机体的组合（一定空间里某种个体的组合）。 种群大小: 指一个种群的个体数目多少。可以用以下指标来衡量。 种群数量
6、：一定面积或容积中某个种的个体总数。 种群密度：单位面积或单位容积内的个体数目。,一、种群的定义及其数量变动原因,迁出 （）,迁入 （）,出生 （）,种群 数量,死亡 （）,种群数量变动取决于出生率和死亡率，迁入和迁出这两组因素。,种群数量变动的因素,A型（凸型）：绝大多数个体都能活到生理年龄，早期死亡率极低 ，但一旦达到一定生理年龄时，短期内几乎全部死亡。 B型（对角线型）：种群各年龄的死亡基本相同。 C型（凹型）：生命早期有极高的死亡率，但是一旦活到某一年龄，死亡率就变得很低而且稳定。,以存活数量的对数值为纵坐标，以年龄为横坐标作图，从而把每一个种群的死亡存活情况绘成一条曲线，这条曲线即是
7、存活曲线（survivorship curve ）。,存活曲线,性比（sex ratio）:种群中雌性与雄性在数量上的比例,是推测种群未来发展趋势的一项指标。 年龄结构（年龄组成、年龄分布,age ratio）：种群内各个体的年龄分布状况，即各个年龄级的个体数在整个种群个体总数中占的百分数，可反映种群当时的发育阶段，并预示种群数量变化动态和发展趋势。,性比和年龄结构,A增长型：幼年个体占最大百分数，老年最少，总数呈上升趋势。 B稳定型：各年龄级的个体数分布比较均匀，种群的大小趋于稳定。 C衰退型：与A相反,老年个体数很大,幼年个体数很少，种群数量趋于减少。,二、种群数量变动规律,时间t之末的种
8、群数NtN0(b-d） N0为起始种群数，b为出生数，d为死亡数。 种群在单位时间内或某一瞬间增长率（r） r（）（Nt-N0）/N0100 dN/dt=rN （设环境资源不受限制，增长率r为一恒值） 其指数式为Nt = N0ert (e为自然对数的底），表示 种群在这种环境状况下呈指数式增长。 按指数当r0时，种群曲线形式无限制地增长，呈“J”字型指数生长曲线；当r=0时，则Nt=N0；当r0时，种群衰退。,逻辑斯谛增长方程（Logistic growth equation）曲线,环境负荷量：实际上，在一定的空间时间下，环境条件（包括资源、食物、生活空间等）是有限的，它所能支持的种群最大数量
9、也是有限的，其极限值，即环境负荷量用K表示。 Verhulst(1839)及Pearl和Reed(1920)最早提出描述公式，即逻辑斯谛增长方程：dN/dt=rN(K-N)/K;K为环境负荷量 当KN0,种群增长； 当KN0,种群个体数目减少； 当KN=0,种群大小基本处于稳定的平衡状态； 上式积分得：NK/(1+ea-rt);式中a=r/K 此方程画出的曲线开始时呈指数增长趋势，后来增长趋势 逐渐缓慢，最后（在接近环境负荷量K时）达到比较稳定的停滞 水平，呈现“S”形。,生物势：生物在没有任何限制的环境中增长的潜在速率。又称内禀增长率（r）。,环境阻力：环境因素限制生物增殖的力量。（KN）/
10、K表示在J形和S形曲线之间。,生物势与环境阻力,三、群落的基本概念,群落（population ）：由不同种的种群有规律的集合体。 “有规律”体现在: 1、通过一定的发展过程,植物群落是强调在长期历史过程中发展而成。 一定的外貌 结构 种类组成。,群落并不是各种生物杂乱的堆积或相加。注意区别偶然的“群聚”。,一个池塘生物群落,多种水生植物种群 多种浮游动物种群 多种浮游植物种群 多种底栖生物种群 多种细菌种群 多种鱼类种群 ,外貌 结构 种类组成,具有一定功能，并与环境相互影响,2、群落内种群和种群之间，种群和环境之间已建立一定的联系。,外部的“样子”（外观），是群落长期适应外界环境的一种外部
11、表征。 生活型：指植物在外界综合环境的长期作用下，所显示的适应形态。 生活型谱：不同的气候区域中的植物区系里，各种植物类型（生活型）的对比关系是不同的， 这种对比关系，叫生活型谱。,植物群落的外貌,若恩开尔生活型（C. Raunkiaer）：分类基础是以植物渡过不利时期对恶劣条件的适应形式，即根据抵抗芽（休眠芽）所处的位置高低来划分，把高等植物划分成5类： 高位芽植物：乔、灌木、热带草本；15亚类 地上芽植物：抵抗芽离地不超过30 cm；4亚类 地面芽植物：仅地面处有芽；3亚类 地下芽（隐芽）植物：土表之下或水面之下有芽存活；7亚类 一年生种子植物：以种子的形式渡过不良季节。,群落的水平结构：
12、群落的水平结构主要表现特征是镶嵌性。镶嵌性表明植物种类在水平方向上的不均匀配置，它使群落在外形上表现为斑块相间的现象，具有这种特征的群落叫做镶嵌群落。在镶嵌群落中，每一个斑块就是一个小群落，小群落具有一定的种类成分和生活型组成，它们是整个群落的一小部分。 生态位（niche）：指生态系统中（或群落中）一个生物种群的功能作用以及它在时间和空间上的地位。,四、群落的结构与分布,群落的垂直结构：大多数群落的内部都有垂直分化现象，即成层现象。,演替（succession）是指群落经过一定历史发展的时期，由一种类型变为另一种类型的顺序进程。 演替的动力 内因动态演替 外因动态演替 演替的基本类型 原生演
13、替（primary succession ） 次生演替（secondary succession）,五、群落的演替与环境因子的关系,原生演替,次生演替,演替的顶级理论,演替顶级（Climax）是Clements首先提出。Oosting(1956)给予完整概念。 演替顶级就是这样的一个群落，它们的种类在综合彼此之间发展起来的环境中很好地互相适合；它们能够在群落内繁殖而且能排除新的种类，特别是可能成为优势种的种类在群落内的定居。也就是说，群演替顶级是群落演替的最终阶段。,第三节 生态系统,1935年，英国生态学家，阿瑟乔治坦斯利爵士受丹麦植物学家叶夫根尼温的影响，首次提出生态系统的概念。认为：生态
14、系统是一个“系统的”整体。这个系统不仅包括有机复合体，而且包括形成环境的整个物理因子复合体这种系统是地球表面上自然界的基本单位，它们有各种大小和种类）。,一、生态系统概述,海洋生态系统,湿地生态系统,森林生态系统,城市生态系统,生态系统的组成成分是指系统内所包括的若干类相互联系的各种因素。生态系统是由两大部分、四个基本成分组成。 两大部分：生物和非生物环境，也称之为生命系统和环境系统或称生命成分和非生命成分； 四个基本成分：生产者，消费者，还原者和非生物环境。其中前三者属于生命成分部分，后者为非生命成分部分。,二、生态系统的组成,生态系统的组成成分及其相互关系,生产者：主要是绿色植物，凡能进行
15、光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者之列。,消费者:主要是动物，又分为：一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；等等。,分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。,微生物（真菌）橙盖伞分解者,无生命物质：指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。,岩石,矿物,土壤,空气,水体,三、生态系统的结构,生态系统的群落结构,生态系统中，由食物关系把多种生物联接起来，一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食，
16、彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系，称为食物链。 在一个生态系统中，食物关系往往复杂，各种食物链相互交错，形成所谓食物网。,生态系统的营养结构,营养级：指处于食物链某一环节上的全部生物种的 总和，因此营养级之间的关系是指一类生物和处于不 同营养层次上另一类生物之间的关系。,生态金字塔：指 各个营养级之间某 种数量关系，这种 数量关系可采用生 物量单位、能量单 位或个体数量单位， 采用这些单位构成 的生态金字塔分别 称为生物量金字塔、 能量金字塔和数金 字塔。,为什么肉类食品的价格比小白菜价格高? 为什么说“一山不容二虎”？ 食物链一般不超过五个营养级？,生态系统的空间结构,1、按生态系统空间环境性质 即按生态系统所处的地 理区域的空间性质分类： （1）淡水生态系统 （2）海洋生态系统 （3）陆地生态系统 根据植被类型和地貌的不 同，陆地生态系统又可分为 森林、草原、荒漠、湿地等 生态系统。,四、生态系统的类型,淡水生态系统,海洋生态系统,森林生态系统,草原生态系统,荒漠生态系统,湿地生态系统,
