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生态学复习资料一、绪论生态学定义：广泛：生态学是研究生物与其生活环境之间相互关系及作用机理的科学。德国博物学家Haeckel(1869)：研究生物（特别是动物）对有机和无机环境的全部关系的科学。英国埃尔顿(CharlesElton,1927)：“科学的自然历史”（ScientificNaturalHistory）澳大利亚安德列沃斯（Andrewartha，1954）：研究有机体的分布和多度的科学，强调了对种群动态的研究法国的布朗布伦奎特（Braun-Blanquet，1932）认为植物生态学是一门研究植物群落的科学。美国奥德姆（E.Odum,1954,1959,1971,1983)：研究生态系统的结构和功能的科学。自然历史－种群生态学－生态系统生态学生态学萌芽时期公元前2世纪——公元16世纪生态学成长期16世纪——20世纪40年代现代生态学发展期20世纪50年代至今研究方法：现场调查，实验室分析，模拟试验，数学模型与计算机模拟，生态网络和综合分析。二、生物与环境１．生物种及个体生态学物种：内在因素（生殖等生理行为特性）联系起来的集合，生态学的最小单位。物种性状包括基因型和表型。2.环境与生态因子环境：某一特定生物体或生物群体周围一切的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。生境(habitat):特定生物体或群体的栖息地的生态环境称为生境。生态因子(ecologicalfactor):环境要素中对生物起作用的因子。生态因子分类1）按性质分类：气候因子土壤因子地形因子生物因子人为因子2）生命特征：生物因子非生物因子3）生态因子对种群数量变动的作用:密度制约因子非密度制约因子4）稳定性及其作用特定:稳定因子变动因子（说明一个因子属于哪一类）生态因子的作用特征1）综合作用2）主导因子作用3）阶段性作用4）不可替代性和补偿作用5）直接作用和间接作用3.生态因子的作用规律生态因子作用规律：利比希最小因子定律：低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。限制因子定律（Blackman）生态因子低于最低状态时，生物的生理现象就停止；最适状态下显示为生理现象的最大观测值；在最大状态时生理现象又停止。耐受性定律（Shelford’lawoftolerance)：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限度时会使该种生物衰退或者不能生存。限制因子：任何生态因子当接近或达到某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，该因子就称为限制因子。生态幅（ecologicalamplitude）：每一个种对环境因子适应范围的大小即生态幅。（会用生态幅解释例子）内稳态homeostasis：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。（举例说明哪些生物是内稳态/非内稳态，如恒温，渗透压调节等）4.生态因子对生物的影响及适应光：光强（光合作用强度，光饱和点，光补偿点），光质（光谱和光合作用效率），光周期（节律，长日照，短日照）。温度：三基点温度：最适温度、低温限度和高温限度。有效积温法则：生物在生长发育过程中必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且各发育阶段所需要的总热量是一个常数。有效积温（分布和种植）：Ｋ有效积温＝Ｎ一年内超过最低生长温度的天数（Ｔ平均温度－Ｔ０最低生长温度)。极端温度影响：低温－植物冷伤，冰冻伤；高温植物光合作用停止，呼吸加快，酶破坏，产生毒物，动物酶破坏，缺氧，神经损坏。极端低温适应：形态（Ｐ油脂，鳞片，蜡，毛，木栓，匍匐；Ａ毛，个体大小，末端结构大小），生理（Ｐ减少水分，增加糖；Ａ产热，减小末端供血），行为（Ｐ休眠；Ａ冬眠迁徙）。极端高温适应：Ｐ叶片排列，低水，加强蒸腾，高糖高离子；Ａ降低恒温性，夏眠，穴居，夜间活动。水：植物水生：沉水（封闭式的通气组织），浮水（机械组织不发达。叶表面有气孔，或有特化气囊），挺水；陆生：湿生，中生，旱生（根系发达，叶片化成刺状、针状或鳞片状，且气孔下陷）。水生植物特点：（1）发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要。根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。（2）机械组织不发达甚至退化。水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状。如荷花从叶片气孔进入的空气，通过叶柄、茎进入地下茎和根部的气室，形成了一个完整的通气组织。动物水生：等渗（从食物中获得、饮用海水并排除溶质、食物同化过程中产生代谢水），低渗（体液浓度远远低于海水，需大量饮水。例：鲱、鲑），低盐，变渗，淡水；水生动物：主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡。陆生动物：动物对水因子的适应与植物不同之处在于动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。（考点：动植物以何种器官或何种方式来适应水环境）5.生物对环境的适应机制趋同适应（Convergentadaptation）:指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同的环境中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面出现相似特征的现象。这些具有一定共同特征的由不同种生物构成的类群就是生活型（Biotype）。趋同适应导致不同种生物具有相同或相似的生活型.例1：鲸、海豚、海象、海豹属哺乳动物，但形似鱼类。趋异适应（divergenadaptation）：同一种生物的不同个体群长期生长于不同的环境条件下，在个体群之间会产生相应的生态变异和分化。这种现象称为趋异适应。趋异适应导致生态型的形成。例：艾蒿（Artemisiavulgaris）有三个生态型，横穿美国加利福尼亚中部，其中：★局限于西侧海滨生长的，n=9；★内陆地区生长的，n=27；★东部大盆地和大平原上生长的，n=18。鸭茅（Dactylisglomerata）有低洼地和碎石滩两个土壤生态型；羊茅（Festucaovina）有耐铅的生态型；细弱剪股颖（Agrostistenuis）有耐多种金属的不同生态型。生态型（ecotype）：一个物种对于某一特定生境发生基因型反应的产物（Turesson,1922）。三、种群生态学种群：一定时间内占有一定空间的同种个体的组合。出生率（natality）:单位时间内新出生的个体数。死亡率（mortality）：死亡个体数占总个体数的百分比。结构特征：年龄金字塔空间特征：组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群空间格局或内分布型。①均匀型（uniform）②随机型（random）③成群型（clumped）逻辑斯蒂方程：r:物种潜在的增殖能力K：环境容纳量应用：最大可持续捕获量r,K在进化对策理论中的应用“S”生长曲线：停滞期、指数期、静止期繁殖生物形成新个体的所有方式的总称：无性繁殖营养繁殖孢子繁殖有性繁殖扩散：有机体扩展种群空间的一种行为。分为主动扩散与被动扩散。（1）植物的扩散植物多为固着生长（浮游植物除外），只有繁殖体可以移动，多需借助媒介。繁殖体：孢子、鳞茎、根茎、果实、块根、块茎、种子等。（2）动物的扩散多为主动扩散（可动性）原因：食物资源不足、社会结构及领域性、自然环境与气候季节性变化、躲避天敌、追寻配偶、生境突变、环境污染等。形式：迁出emigration、迁入immigration、迁移migration(外因性迁移：环境变化；内因性迁移：繁殖、密度控制等)动植物扩散的意义：•1）可以使种群内和种群间个体得以交换、防止近亲繁殖。•2）可以补充或维持在正常分布区以外暂时性分布区域的种群数量；•3）扩大种群分布区。r-选择和K-选择•1.K-选择：K-选择的生物种群比较稳定，种群密度常处于K-值周围，可称为K-对策者。慢速发育，大型成体，数量少但体型大的后代，低繁殖能量分配，长世代周期。扩散能力弱，适应于稳定的栖息生境。K对策种特征：个体大、寿命长，出生率低，死亡率低，稳定环境下竞争能力较高，对每个后代投资巨大。•2.r-选择：快速发育，小型成体，数量多而个体小的后代，高繁殖能量分配和短的世代周期。扩散能力强，适应于多变的栖息生境。R对策种特征：个体小，寿命短，出生率高，死亡率高，在裸地生境具有很强的占有能力，对后代的投资不注重质量，更多的是考虑其数量。在植物界表现为种子小，结实量大，能够远距离传播种子。植物种群种内关系：最后产量恒值法则c=w·d，-3/2自疏定律w=c•d-3/2动物种群种内关系：领域性、社会等级种间关系：1.原始合作2.偏利共生3.互利共生4.竞争竞争排斥原理表述：两个对同一资源产生竞争的种，不能长期在一起共存，最后要导致一个种占优势，一个种被淘汰，也称之为竞争排斥原理（大草履虫和双小核草履虫共同培养）。5.捕食6.寄生7.偏害四、群落生态学生物群落：在相同时间聚集在同一地段上的各物种种群的集合。群落的基本特征(1)一定的外貌：生活型、（种类组成）生长类型反映植物群落的外貌。(2)一定的种类组成：是区别不同群落的首要特征。(3)一定的群落结构：形态、生态结构与营养结构。例如，生活型组成、种的分布格局、成层性、季相、捕食者和被食者的关系等。(4)形成群落环境。(5)不同物种之间的相互影响。(6)动态特征：如季节动态、年际动态、演替与演化等。(7)分布范围。(8)群落的边界特征群落交错区(ecotone)：不同群落之间存在过渡带环境变化较陡&环境梯度连续变化边缘效应：群落交错区能导致明显的边缘效应(edgeeffect)，（生产力高、物种丰富，信息交换活跃）。群落的组成：优势种(dominantspecies):对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种。个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积较大、生活能力较强。建群种(constructivespecies):群落的不同层次可以有各自的优势种，其中优势层的优势种称为建群种。亚优势种伴生种偶见种或稀见种频度(frequency)是指群落中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比。生物多样性：遗传多样性(geneticbiodiversity)物种多样性(speciesbiodiversity)生态系统多样性(ecosystembiodiversity)生态位的定义：有机体在其群落中的机能作用和地位。群落的垂直结构：群落分层现象群落的成层性包括地上成层与地下成层，层(layer)的分化主要决定于植物的生活型，因生活型决定了该种处于地面以上不同的高度和地面以上不同的深度。成层结构是自然选择的结果，它显著提高了植物利用环境资源的能力。群落的水平结构：群落的配置状况或水平格局（群落的二维结构）。群落的时间格局：季相随着气候季节性交替，群落呈现不同的外貌更替的现象。中度干扰假说：中等程度的干扰水平能维持高多样性群落演替：原生演替(primarysuccession):发生在原生裸地上的演替。原生裸地(primarybarearea)：从来没有植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但被彻底消灭了（包括原有植被下的土壤）的地段。次生演替(secondarysuccession)：发生在次生裸地上的演替。次生裸地(secondarybarearea)：原有植被已不存在，但原有植被下的土壤条件基本保留，甚至还有曾经生长在此的种子或其他繁殖体的地段。（要求会区分原生，次生演替）演替系列：水生演替系列：自由漂浮-沉水-浮水-挺水-湿生草本-旱生草本-木本旱生演替系列：地衣-苔藓-草本-灌木-乔木演替顶级单元顶极学说：一个气候区只有一个潜在的气候顶极群落，这一区域之内的任何一种生境，如果给予充分长的时间，最终都能发展到该地区的顶极群落。多元顶极学说：如果一个群落在某种生境中基本稳定，能自行繁殖并结束它的演替过程，就可看作顶极群落。在一个气候区域内，群落演替的最终结果，不一定都汇集于一个共同的气候顶极终点。顶极—格局学说：在任何一个区域内，环境因子都是连续不断地变化的。随着环境梯度的变化，各种类型的顶极群落，如气候顶极、土壤极极、地形顶极、火烧顶极等，不是截然呈离散状态，而是连续变化，形成