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第一节生物圈和生态系统第二节人类与环境第三节保护生物多样性第十四章生物与环境个体生态学(Autecology)，研究物种个体的生长发育与环境各因子的关系；群体生态学(Synecology)，又可分为3支1.种群生态学(Populationecology)，研究种群的发展改变及其与环境的关系；2.群落生态学(Communityecology)，研究生物群落的发展与改变及其与环境的关系；3.生态系统生态学(Ecosystemecology)，研究生态系统的结构、功能、平衡及调节机制。一、生物圈二、环境分析第一节生物圈和生态系统三、种群四、群落五、生态系统地球的外壳是一层坚硬的岩石，称为岩石圈。土壤是岩石圈表面的一个薄层。一、生物圈岩石圈的外部有水的地方称为水圈。地球周围的大气称为大气圈。生物圈(biosphere)是地球上的生物和它们所生活的环境的总称。地球大气层光线和贸易风洋流四季气候生物地理土壤春夏秋冬阿利桑那的温带沙漠圣地亚哥山地茂密的丛林落基山的草甸帕拉狄的草地热带雨林极地冻土带湖泊海洋海洋分区深海鱼(一)非生物因子及其对生物体的作用(二)生物因子及其对生物体的作用二、环境分析1.温度(一)非生物因子及其对生物体的作用繁殖：低温抑制，高温也抑制发育：气温低时，发育时间就要长一些，高时就短一些。最适温度发育快，变温比恒温发育快.生长：生长发育一般都是随温度上升而加快，在最适温度中生长发育最快，超过最适温度时，生长发育就要有所下降。形态：南方鸟类比北方鸟类体小，突出部分大；贝格曼定律：身体大小与气温的关系北方种类颅骨长(mm)南方种类颅骨长(mm)东北虎331－345华南虎273－318华北赤狐148－160华南赤狐127－318东北野猪400－472华南野猪295－354雪兔95－97华南兔67－86华北草兔85－89阿伦定律：恒温动物身体突出部分与气温的关系。生活状态：变温动物的夏眠(aestivation)和冬眠(hibernation)。生存：细菌孢子能耐受－250℃～130℃；一般动物生命活动的低限是冰冻，高限是45℃；最适温度在20℃~25℃之间。家蝇的耐受温度为5℃~45℃。行为：温度变化还可引起动物的迁徒。团身取暖，集群取暖分布：动物和植物的分布主要决定于温度。代谢：恒温动物有较高的热能代谢水平，能靠自身代谢产热维持体温，因而受外界温度的影响较小，且抗寒力也较大。数量：温度极限处，种类少、个体少；2.光地球每年从日光接受约4.539×1024J热量其中约有30％被云层、灰尘等反射到外层空间，20％为大气层中水蒸汽、CO2、O2、O3等所吸收，只有50％到达地球表面。而在这50％中，生物所利用的不过0.1％。绿色植物把这0.1％的光能转化为化学能，储存于有机分子之中。迁徙：可能与光周期有关换羽和毛：生长与发育：体色动物的繁殖：视觉和视觉器官行为等都有影响。3.水一般高等植物体含有60％~80％的水分，有的达90％以上。一株玉米每天消耗水2kg。小麦亩产干物质(根、茎、叶、籽粒总和)3500kg时，即需水1.05×106kg~1.4×106kg。但另一方面，水分过多对植物反而不利，水多时土壤通气不良，含气量减少，影响植物根部的呼吸。(1)渗透压：不同渗透压(不同浓度的水)的环境生物的分布、种群形成和数量变动都不同。(2)降水直接影响：冲击动物栖息地(淹死)，破坏热代谢，从而影响生长、发育和繁殖。间接影响：影响温度，湿度，食物和水分从而间接影响动物。(3)雪和冰的覆盖，导热率低，起隔热作用，保护土壤，土层不至于冻得太深，土壤温度变化不至于太大觅食：田鼠在地下生活，无碍，但冰雪覆盖引起缺氧；对短脚动物是灾难。避敌：毛色白色或浅色的动物可藉白雪掩蔽自己。(4)湿度：动物对湿度的适应，表现为体形构造上、行为、生理等方面。影响生物的形态、体色、繁殖、生长发育、代谢、行为、寿命和分布等。4.盐类:5.气体:O2,CO2,6.基底:7.气候:风，雨，等8.火:食物问题植物除了部分种类有捕食现象，另一些腐生，寄生种类有取食现象外，都是利用光合作用和化能合成作用制造食物，供机体活动之用。微生物能分解一些物质为自己所用。动物需取食，草食的食草，肉食的食肉。(二)生物因子及其对生物体的作用食肉动物食草食的动物，食草食的动物食取食植物，就形成一条食物链。许多条纵横交叉的食物链就形成一个食物网。食物问题生物之间的其它问题作用类型ABA和B的关系竞争－－A，B大小相似，为食物，空间而竞争。偏害－0共同生活，A受抑制，B不受影响。捕食+－A大，B小，A捕食B，A得利。寄生+－A小，B大，A吸取B的养料，但常常不杀死B。偏利+0共同生活，A偏利者，宿主B不受影响。共栖+0共栖一处，A主动，受益。B被动，无害也无益。互利共生++共同生活，双方有利，分开不能生活。原始合作++共同生活，双方有利，分开也能正常生活。中性现象00生活在一起，彼此互不影响。猞猁每9~10年，数量达到高峰，然后急剧下降。兔则在猞猁高峰之前一或二年，出现高蜂，然后在猞猁数量上升时急剧下降。1.捕食(predation)指状节菌接触到线虫时，菌丝立刻膨涨，环绕在线虫体上，菌丝伸入线虫体内而将线虫消化吸收。食肉动物捕食食草动物时，最易被捉到的是体弱或有病的个体。在美国北部边界一小岛上，狼所捕杀的动物几乎一半都患有肺部疾病，比种群中患病的比率(＜2％)高得多。欧洲雷鸟常遭猛禽捕食，人们保护雷鸟不让猛禽捕食，结果雷鸟数量反而减少。后发现是鸟类球虫病所至。捕食者与被捕食者的关系不仅是简单的数量消长的关系。捕食者虽然消灭了很多被捕食者，被捕食者却因淘汰了弱劣个体而提高了种群基因库的质量。一种生物在为食物、营养、生活空间或其他共同需要的斗争中对另一种生物产生不利或有害的影响。它可能发生在种间，也可以发生在种内。2.竞争(competition)一种生物生活在另一种生物的体表或体内而从宿主获得营养的生活方式杜鹃、黄莺等鸟将卵产在其他鸟巢里的社会寄生现象。3.寄生(parastism)2种生物生活在一起，一种受益，一种无影响的一种关系。猪龙草“杯”内的水中生活着许多昆虫。4.共栖(Commensalism)猪龙草“杯”内的水中生活着许多昆虫。2种生物生活在一起，互受其益，二者之间并非是不能分离的。寄居蟹5.原始合作(protocooperation)2种生物的个体联系在一起，相互受益，相互依存的关系。白蚁和鞭毛虫6.互利共生(mutualism)白蚁的肠内的很多原生动物门，鞭毛虫纲的多鞭毛虫。这些多鞭毛虫能分泌纤维素酶和纤维二糖酶，能将木质纤维分解成葡萄糖及其他产物，为白蚁提供了高级营养物。白蚁则为多鞭毛虫提供了住处和食物，这在生物学上称为共生。定义：种群是指某一特定的时间占据特定的空间的有联系的同种有机体的集合。研究内容：种群生态学是研究种群的数量和分布的学科。种群是物种存在的基本单位，也是物种繁殖的基本单位。三、种群(一)种群的基本特征种群的个体出生率出生死亡率死亡性比性别年龄分布年龄密度迁移空间分布自然种群具有三个特征：1.空间特征，即种群具有一定的分布区域和分布形式；3.遗传特征，种群具有一定的基因组成，即系一个基因库，以区别于其他物种，但基因组成同样是处于变动之中的。2.数量特征，每单位面积(或空间)上的个体数量(即密度)将随时间而发生变动；种群数量统计是研究种群数量的变动的重要方法。(二)种群的数量变动在若干样方中计数全部个体然后将其平均数推广，来估计种群整体。样方必需具有良好的代表性，这可以通过随机取样法来保证。样方法(useofquadrats)在调查地段中，捕获一部分个体进行标志然后放回，经一定期限后进行重捕。根据重捕中标志数的比例估计该地段中个体的总数。标志重捕法(mark-recapturemethods)该地段全部个体数记作N，其中标志数为M，再捕个体数为n，再捕中标记数为m，根据总数中标志的比例与重捕取样中比例相同的假定就可以估计出N,即N：M=n：m．N=M×n/m例如，标志39只鼠，再捕34只中，有标志鼠15只，那么根据公式，该地段原有总鼠数为N=M×n/m=39×34/15＝88标记法：点、图、色彩标记法：1.种群数量变动的因素(1)出生率与死亡率种群出生率(natality)是种群在单位时间内所出生的后代个体的百分数。死亡率(mortality)是种群在单位时间内死亡个体占种群总个体数的百分数。(2)性比：在种群中，雌性个体多的种群出生率显然要比雄性个体多的种群高。(3)年龄分布：也都能影响种群数量，生长快的种群，年轻个体多；衰退的种群中，老年个体多；稳定的种群具有比较均匀的年龄分布。所以可以由每一种群内年龄组的相对分布来说明该种群的数量的增长趋向。种群增长率＝(出生＋迁入)－(死亡＋迁出)2.种群增长和环境负载能力在实验室中，给以充分的食物和其他条件，来培养单一的生物如细菌或原生动物等，就可看出，生物的出生率多是大于死亡率的。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，种群的增长是指数上升的。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，增量和减量的差异逐渐消失而达到平衡。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。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(carryingcapacity)。1.密度制约因素和非密度制约因素密度制约因素：因素的作用是随种群密度而变化的。传染病在密度大的种群中更容易传播，因而对种群数量的影响就大，反之，在密度小的种群中影响就小。食物、生殖力、抑制物也是密度制约因素(三)种群的数量调节气候因素：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。飞蝗成灾于雨水有关非密度制约因素:作用强度和种群密度无关.当种群数量的增长超过环境的负载能力时，密度制约因素对种群的作用增强，使死亡率增加，而把种群数量压到满载量以下。当种群数量在负载能力以下时，密度制约因素作用减弱，而使种群数量增长。2.密度制约因素的反馈调节旅鼠(Lemmas)过多时，它们在草原大面积地吃草，草原植被遭到破坏，结果食物缺乏(加上其他因素，如食物缺乏导致生殖力降低，植被破坏容易暴露给天敌等)。种群数量因而减少，但数量减少后，植被又逐渐恢复，旅鼠数量也随着恢复过来。美国阿拉斯加旅鼠种群3～4a周期性消长加拿大猞猁和雪兔加拿大猞猁和雪兔种群9a周期性消长3.非密度制约因素的作用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。我国历史上屡有记载的蝗灾是由东亚飞蝗(Locustamigratoriamanilensis)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，虫卵或因水淹或因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，所以我国历史上连年干旱常同时伴随虫灾。东亚飞蝗(Locustamigratoriamanilensis)的种群周期性变化(一)群落的基本概念：生物群落是在一定区域或一定生境里各个生物种群相互松散结合的一种结构单元。群落生态学是研究群落中生物种群之间的关系。四、群落1.群落中的物种多样性自然群落包含的物种极多，有人调查过，一个森林群落中的生物，在一英亩中大约平均有400多个物种，4千万个个体，还不包括原生生物及微生物在内。(二)群落的基本特征这些物种形成的各种种群，它们彼此之间的关系十分错综复杂。这些错综复杂关系的存在，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，也不易突然消灭。2.群落中主要类型的生长形式(1)垂直分层地下层(underground)、地表层(ground)、草被层(herb)、灌丛(shrub)、下木层(understory)树冠层(canopy)垂直分层(2)水平分布①随机分布型。在这种分布中，各