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海南大学2016年博士生入学考试《现代生态学》科目考试大纲二、考试的形式与试卷结构1）考试方式：闭卷，笔试2）答题时间：180分钟3）题型：简答题（4道题，共计50分），论述题（1道题20分），应用题（1道题30分，含计算、实验设计和程序设计等形式）4）试卷满分为100分三、考试内容1）植物生理生态学了解光合作用的主要过程及其数学模型（重点是Farquhar生化模型），叶片的能量平衡模式（重点是叶片温度），主要气孔模型及其特征（Jarvis类和Ball-Berry-Leuning类）。1.1叶片的能量平衡模式1.2光合作用的主要过程绿色植物利用光能,同化CO2和H2O,制造有机物释放O2的过程,称为光合作用(photosynthesis)。光合作用所产生的有机物质主要是糖类,贮藏着能量。光合作用的过程,可用下列方程式来表示。CO2+H2O（CH2O）+O2光合作用的重要性：1.光合作用是制造有机物的重要途径2.光合作用将太阳能转变为可贮存的化学能3.光合作用可维持大气中氧和二氧化碳的平衡1.2Farquhar生化模型1.4Jarvis类和Ball-Berry-Leuning类Jarvis类最大优点为形式直观2）生物多样性与保护生物学种-面积曲线，生物多样性的维持机制及其主要假说（主要是生态位假说和中性理论），群落数量分析，代谢生态学2.1种—面积曲线通常，采用最小面积的方法来统计一个群落或一个地区的生物种类名录。现以植物群落为例来具体阐述。通过绘制种—面积曲线来确定最小面积的大小。具体作法是：逐渐扩大样地面积，随着样地面积的增大，样地内植物的种数也在增加，但当物种增加到一定程度时，曲线则有明显变缓的趋势，通常把曲线陡度开始变缓处所对应的面积，作为最小面积。2.2生态位假说和中性理论2.3代谢生态学定义：生态学代谢理论（metabolictheoryofecology），主要研究生物的各种性状随个体大小和温度变化的规律。代谢理论的历史：2/3律——德国生理学家Rubner发现，新陈代谢率正比于体重的2/3次方3/4律——Kleiber发现，新陈代谢率与体重的3/4次方成正比West和生态学家Brown在2004年提出了生态学代谢理论。3个假设：1.资源供给网络要充满生物体才能给生物体内所有的生命单元提供营养。2.资源供给网络的末端大小（比如，循环系统的毛细血管）与个体大小无关。3.该网络在供给资源时使得资源分配和输运所消耗的能量最小。3）全球变化生态学生态系统生产力的形成与碳循环，陆地生态系统的蒸散，CO2施肥效应，光合作用的最适温度，生态系统的氮饱和生态系统生产力的形成碳循环在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;生态系统净初级生产力(NPP)是指单位时间、单位面积上植物光合产物与植物自养呼吸的差值,它是陆地生态系统最主要的碳输入方式。陆地生态系统的蒸散蒸散,包括植被蒸腾、土壤蒸发和林冠截留蒸发三个组分,是水圈、大气圈和生物圈水分和能量的主要交换过程,是指土壤水由植物茎、叶面和植株间土面转移到大气中生成水汽的过程,蒸散量为植被蒸腾量、土壤蒸发量与林间截获蒸发量之和。CO2施肥效应所谓CO2的施肥效应是指CO2浓度增加对植物生长的助长作用。研究发现，以CO2浓度净增量为自变量，以粮食产量变化百分比为因变量，通过回归分析发现:1、对于不同国家和不同的粮食作物，CO2施肥效应是不同的。例如，CO2浓度增加会提高泰国玉米的产量(即CO2施肥效应为正)，但会降低美国和尼日利亚的水稻和中国的小麦产量(即CO2施肥效应为负)。2、就某一个国家而言，不同粮食作物对CO2施肥效应的响应各不相同。例如，中国的小麦产量受CO2施肥负效应影响，但玉米会受其正效应影响而增产不少。3、就20个主要粮食生产国的总体状况而言，CO2施肥对水稻产量具有负效应，而对小麦和玉米产量具有正效应。光合作用的最适温度最适温度通常是指酶的最适温度。温度过高或过低会影响植物体内参与光合作用的酶的活性，从而影响植物光合作用强度。不同植物适宜的温度都不同，促进则可以提高二氧化碳浓度，提高到适宜温度，增加肥料，增加根部可吸收的氧气。温度对于温带树木，净光合作用可在零下3开始，随温度增加到15～25℃时出现高峰，随后速率随温度升高而下降，到最高温度时，净光合为零。生态系统的氮饱和氮饱和定义为当氮流失等于氮沉降时,系统没有更多的能力来存留氮的状态。输入生态系统的氮超过生态系统需求，导致氮饱和，过量氮输入并不会引起生产力的增加，反而可能导致生态系统退化甚至崩溃。在受氮限制的森林生态系统中,氮有效性增大的初期会促进生产力增长,即施肥效应;随着氮饱和程度加大,铝毒害和养分不平衡使得初级生产力降低.树木对胁迫(霜冻、病原体)的敏感性因这些变化而增大或受铝毒害的影响,导致树木死亡。有研究表明，酸性增强使得德国云杉林和冷杉林衰退，而且造成美国东北部云杉林锐减。氮饱和早期阶段,随氮输入增加,森林生产力和生长变大.增高氮有效性使得叶片和细根氮含量升高.氮饱和后期阶段,养分不平衡、氮有效性过高和其他生物地球化学变化导致生产力降低,死亡率增大.此外,由于森林生态系统存在碳氮循环的相互作用,多余无机氮的同化作用会消耗用于生长和维持作用的碳,增大根枝比;干旱、风灾害和病虫害的幅度和频度也增加.4）植被遥感与生态模型植被指数的主要类型及其优缺点，生态系统过程模型的基本结构（如Biome-BGC）植被指数4.1RVI——比值植被指数RVI=ρn/ρr(1)ρn和ρr分别是近红外波段和红光波段的反射率。RVI是绿色植物的灵敏指示参数，可用于检测和估算植物生物量RVI受大气条件影响，大气效应大大降低对植被检测的灵敏度，而且当植被覆盖不够浓密时(小于50%),它的分辨能力也很弱,4.2归一化差值植被指数NDVINDVI=(ρn-ρr）/(ρn+ρr)由于NDVI可以消除大部分与仪器定标、太阳角、地形、云阴影和大气条件有关辐照度的变化,增强了对植被的响应能力,是目前已有的40多种植被指数中应用最广的一种,常被用来进行区域和全球的植被状态研究.NDVI的局限性表现在在植被高覆盖区容易饱和,对大气干扰所做的校正有限;有考虑树冠背景对植被指数的影响.4.3增强型植被指数MODIS-EVI对原始数据经过较好的大气校正,所以EVI的设计避免了基于比值的植被指数的饱和问题4.4GVI——绿度植被指数受外界条件影响大。4.5PVI——垂直植被指数较好的消除了土壤背景的影响，对大气的敏感度小于其他VIBiome-BGC在ＢＩＯＭＥ－ＢＧＣ中，模拟的植被生产力在林分相对较早的时期会大于实际生产力，而在林分相对较晚的时期会小于实际生产力。将生态系统看做一个单一的冠层，即＂一片大叶＂。模型假设这个单一的冠层完全覆盖一定面积的样地，这种处理会让ＢＩＯＭＥ－ＢＧＣ的模拟变得简便，但在实际情况中会引发许多问题，比如对于混合林地这种处理会出现模拟偏差。5）环境生态学水体、大气和土壤污染的主要防治技术，污染物在环境中迁移与转化，环境毒理学、农药残留及生物降解水体污染的主要防治技术一是外源阻断技术。外源阻断包括城市截污纳管和面源控制两种情况。二是内源控制技术。清淤疏浚技术三是水质净化技术。城市黑臭水体的水质净化技术主要包括：人工曝气充氧四是水动力改善技术。调水不仅可借助大量清洁水源稀释黑臭水体中污染物的浓度，而且可加强污染物的扩散、净化和输出，五是生态恢复技术，构建岸边绿化带大气污染的主要防治技术（1）充分应用国家技术《大气污染防治先进技术汇编》，我国现已有无组织排放源处理技术，包括生物纳膜抑尘技术（生物纳米抑尘技术）、云雾抑尘技术、湿式收尘技术等，（2）工业布局合理：工厂不宜过分集中，以减少一个地区内污染物的排放量。（3）区域采暖和集中供热：用设立在郊外的几个大的、具有高效率除尘设备的热电厂代替千家万户的炉灶，以消除煤烟。（4）减少交通废气的污染：改进发动机的燃烧设计和提高汽油的燃烧质量，使油得到充分的燃烧。5（5）改变燃料构成：实行燃煤向燃气的转化，同时加紧研究和开辟其它新的能源，如太阳能、氢燃料、地热资源等。6（6）绿化造林：茂密的丛林能降低风速，使空气中携带的大粒灰尘下降，树叶表面粗糙不平，能吸附大量飘尘。（1）改善能源结构，积极开发新能源和可再生能源，如太阳能、风能、生物质能、海洋能、小水电及地热能等。（2）提高能源的利用率，对燃料进行预处理，推广清洁煤技术。图4.8燃煤蒸汽电厂的大气污染控制系统（3）实行清洁生产，推广循环经济。包括改革生产工艺，优先采用无污染或少污染的工艺路线、原料路线和设备；加强企业管理开展综合利用，企业内部或各企业间相互利用原材料和废弃物实现废物资源化、产品化，减少污染物的排放。（4）对烟气进行净化处理。土壤污染防治技术1污染土壤的生物修复方法。土壤污染物质可以通过生物降解或植物吸收而被净化。蚯蚓是一种能提高土壤自净能力的动物，利用它还能处理城市垃圾和工业废弃物以及农药、重金属等有害物质。积极推广使用农药污染的微生物降解菌剂，以减少农药残留量。利用植物吸收去除污染:严重污染的土壤可改种某些非食用的植物如花卉、林木、纤维作物等，也可种植一些非食用的吸收重金属能力强的植物，如羊齿类铁角蕨属植物对土壤重金属有较强的吸收聚集能力，对镉的吸收率可达到10%，连续种植多年则能有效降低土壤含镉量。2污染土壤治理的化学方法。对于重金属轻度污染的土壤，使用化学改良剂可使重金属转为难溶性物质，减少植物对它们的吸收。酸性土壤施用石灰，可提高土壤pH值，使镉、锌、铜、汞等形成氢氧化物沉淀，从而降低它们在土壤中的浓度，减少对植物的危害。对于硝态氮积累过多并已流入地下水体的土壤，一则大幅度减少氮肥施用量，二则配施脲酶抑制剂、硝化抑制剂等化学抑制剂，以控制硝酸盐和亚硝酸盐的大量累积。3增施有机肥料。增施有机肥料可增加土壤有机质和养分含量，既能改善土壤理化性质特别是土壤胶体性质，又能增大土壤容量，提高土壤净化能力。受到重金属和农药污染的土壤，增施有机肥料可增加土壤胶体对其的吸附能力，同时土壤腐殖质可络合污染物质，显著提高土壤钝化污染物的能力，从而减弱其对植物的毒害。4调控土壤氧化还原条件。调节土壤氧化还原状况在很大程度上影响重金属变价元素在土壤中的行为，能使某些重金属污染物转化为难溶态沉淀物，控制其迁移和转化，从而降低污染物危害程度。调节土壤氧化还原电位即Eh值，主要通过调节土壤水、气比例来实现。在生产实践中往往通过土壤水分管理和耕作措施来实施，如水田淹灌，Eh值可降至160mv时，许多重金属都可生成难溶性的硫化物而降低其毒性。5改变轮作制度。改变耕作制度会引起土壤条件的变化，可消除某些污染物的毒害。据研究，实行水旱轮作是减轻和消除农药污染的有效措施。如DDT、六六六农药在棉田中的降解速度很慢，残留量大，而棉田改水后，可大大加速DDT和六六六的降解。6换土和翻土。对于轻度污染的土壤，采取深翻土或换无污染的客土的方法。对于污染严重的土壤，可采取铲除表土或换客土的方法。这些方法的优点是改良较彻底，适用于小面积改良。但对于大面积污染土壤的改良，非常费事，难以推行。7实施针对性措施。对于重金属污染土壤的治理，主要通过生物修复、使用石灰、增施有机肥、灌水调节土壤Eh、换客土等措施，降低或消除污染。对于有机污染物的防治，通过增施有机肥料、使用微生物降解菌剂、调控土壤pH和Eh等措施，加速污染物的降解，从而消除污染。总之，按照预