生态习题

1.论述单元顶级、多元顶级、顶级格局三种理论，并找出三者间的异同。

（1）单元顶级①代表人物：Clements②主要观点：一个地区的全部演替都将汇聚为一个单一、稳定、成熟的植物群落或顶极群落。

这种顶极群落的特征只取决于气候。

给以充分时间，演替过程和群落造成环境的改变将克服地形位置和母质差异的影响。

（2）多元顶极①代表人物：Tansley②主要观点：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，就可看作是顶极群落。

在一个气候区域内，群落演替的最终结果。

不一定都要汇集于一个共同的气候顶极终点。

除了气候顶极之外，还可以有土壤顶极、地形顶极、火烧顶极、动物顶极；同时还可以存在一些复合型的顶极，如地形一土壤顶极和火烧一动物顶极等等。

（3）顶极——格局①代表人物：Whittaker②主要观点：植物群落虽然由于地形、土壤的显著差异及干扰，必然产生某些不连续，但从整体上看，植物群落是一个相互交织的连续体。

其次，认为景观中的种各以自己的方式对环境因素进行独特的反应，种常常以许多不同的方式结合到一个景观的多数群落中去，并以不同方式参与构成不同的群落，种并不是简单地属于特殊群落相应明确的类群。

（4）共性和区别①共性：A.都承认顶极群落是经过单向变化而达到稳定状态的群落；B.都承认顶极群落在时间上的变化和空间上的分布都是和生境相适应。

②区别：A.单元论认为，只有气候是演替的决定因素，多元论认为，除气候外，其他因素也可成为演替决定因素；B.单元论认为，一个气候区最终只形成一个气候顶极，多元论认为，除气候顶极，还有土壤、地形等顶极。

2.地球上各种生态系统的总初级生产量占总入射日光能的比率都不高，那么初级生产量的限制因素有哪些?分析水域和陆地生态系统限制因素的差异。

①影响初级生产量的因素除了日光外，还有三个重要的物质因素（水﹑二氧化碳和营养物质如N, P, K）和两个重要的环境调节因素（温度和氧气）。

②在陆地生态系统中最易成为限制因子的是水，各地区降水量与初级生产量有最密切的关系，特别是在干旱地区，植物的初级生产量几乎与降水量有线形关系。

其次是光和温度。

温度与初级生产关系复杂，温度升高有利于光合，但超过生理最适温度后，反而因呼吸速率大增而使光合物质积累下降。

③水域生态系统中，光照、CO2和养分是主要限制因素。

对于水域生态系统来说水总是过剩的，而光强度随水深度而减弱，二氧化碳在水中的含量也比陆地少，从而限制水生生物的呼吸。

在水域生态系统中水中叶绿素含量，营养物质（如N﹑P）也是初级生产量的限制因素。

3.论述陆地生物群落的地带性分布规律并举例。

陆地生物群落地带性分布规律有水平地带性和垂直地带性，水平地带性又包括纬度地带性和经度地带性。

（1）纬度地带性是由于热量带沿纬度变化而变化，导致群落类型也随纬度变化依次更替，如亚洲大陆东岸从赤道向北极依次是热带雨林－常绿阔叶林－落叶阔叶林－北方针叶林－苔原。

（2）经度地带性是由于降水自沿海向内陆依次减少导致群落类型沿经度方向依次更替，如亚洲温带大陆东岸，由沿海向内陆依次是森林－草原－荒漠。

（3）垂直地带性是由于山地随海拔升高，温度和降水依次变化从而导致群落类型自下而上依次更替，如马来西亚的基那巴卢山，从下向上依次是山地雨林－山地常绿阔叶林－山地落叶阔叶林－山地针叶林－高山灌丛。

4.用热力学第一、第二定律分析生态系统中的能流过程。

①热力学第一定律指的是能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

②热力学第二定律指的当能量从一种形式转化为另一种形式的时候，转化率并非百分之百，一部分以热的形式消散于环境中。

③生态系统中能量流动的主要路径为，能量以日光（Sunlight)形式进入生态系统，以植物物质形式贮存起来的能量，沿着食物链和食物网流动通过生态系统，以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生态系统，或经消费者和分解者生物有机体呼吸释放的热能自系统中丢失。

④在生态系统中，能量的形式不断转换，如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能。

在这些过程中，能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式。

⑤生态系统中能量通过食物链在不同营养级间传递过程中，很大部分的能量以热能方式消散。

而且由于能量的转化率不是百分之百，在上一个营养级向下一个营养级转化过程中，能量逐级减少，因此，各营养级所能维持的生物量也逐级减少，营养级的个数一般不超过4～5级。

5.论述生态系统的能流途经生态系统的能量流动始于初级生产者(绿色植物)对太阳辐射能的捕获，通过光合作用将日光能转化为储存在植物有机物质中的化学潜能，这些被暂时储存起来的化学潜能由于后来的去向不同而形成了生态系统能流的不同路径。

第一条路径(主路径)：植物有机体被一级消费者(食草动物)取食消化，一级消费者又被二级消费者(食肉动物)所取食消化，还有三级、四级消费者等。

能量沿食物链各营养级流动，每一营养级都将上一级转化而来的部分能量固定在本营养级的生物有机体中，但最终随着生物体的衰老死亡，经微生物分解将全部能量散逸归还于非生物环境。

第二条路径：在各个营养级中都有一部分死亡的生物有机体，以及排泄物或残留体进入到腐食食物链，在分解者(微生物)的作用下，这些复杂的有机化合物被还原为简单的C02、H 20和其他无机物质。

有机物质中的能量以热量的形式散发于非生物环境。

第三条路径：无论哪一级生物有机体在其生命代谢过程中都要进行呼吸作用，在这个过程中生物有机体中存储的化学潜能做功，维持了生命的代谢，并驱动了生态系统中物质流动和信息传递，生物化学潜能也转化为热能，散发于非生物环境中。

①生态系统中能量流动的主要路径为，能量以日光形式进入生态系统，以植物物质形式贮存起来的能量，沿着食物链和食物网流动通过生态系统，以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生态系统，或经消费者和分解者生物有机体呼吸释放的热能自系统中丢失。

②生态系统是开放的系统，某些物质还可通过系统的边界输入如动物迁移，水流的携带，人为的补充等。

③生态系统能量的流动是单一方向的。

能量以光能的状态进入状态进入生态系统后，就不能再以光的形式存在，而是以热的形式不断地逸散于环境中。

④从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，再到大型肉食动物，能量是逐级递减的过程，这是因为：（1）各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量；（2）各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一部分不被同化；（3）生物在维持生命过程中进行新陈代谢，总要消耗一部分能量。

⑤能量在生态系统内的传递和转化严格遵循热力学(thermodynamics)的两个基本定律。

6.全球气候变化是当今生态学研究的热点，试论述全球气候变化与水循环、碳循环和氮循环的联系。

全球气候变化广义上来讲，包括温室气体导致的气候变暖，臭氧层破坏，海平面上升等多方面的内容，从狭义上来讲，主要是指气候变暖。

水循环对于生态系统具有重要的意义，水将岩石浸蚀，带至别处将浸蚀物沉降，带来明显的地理和地质变化。

水是许多元素及化合物的溶剂，携带化学物质（各种盐和气体）周而复始地循环，影响各类营养物质在地球上的分布。

没有水循环就没有生物地球化学循环。

水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈，又经降水回到地球表面。

这两个相反的过程达到了一种平衡状态。

陆地降水量大于蒸发量，而海洋蒸发量大于降水量，陆地每年把多余的水通过江河流入大海，以弥补海洋水量的亏损。

太阳能是推动水的全球循环的主要动力。

生物在全球水循环过程中起的作用很小。

研究意义：碳是构成生物有机体的最重要元素，碳循环是系统能量流动核心问题。

人类大规模应用化石燃料，严重影响了碳循环，造成全球气候变化。

主要过程：生物的光合作用和呼吸作用；大气和海洋之间的二氧化碳交换；碳酸盐的沉淀作用。

虽然最大量的C被固结在岩石圈中，但C的循环具有典型的气体循环性质，因为通过光合作用进入生物体内的碳素来自于空气中的CO2碳循环的基本路线是从大气蓄库到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气中去。

植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率和通过呼吸和分解作用而把碳释放给大气的速率大体相等。

大气中CO2的含量(约0.03%)在人类干扰以前是相当稳定的，然而晚近工业化以来人类燃烧化石燃料等造成大气中CO2含量每年增加7.5109t。

大气中CO2含量的变化与持续增长及由此产生的温室效应(green house effect)，给地球生态环境带来的后果难以预料!氮是蛋白质和核酸的基本成分，因此是一切生命的原料。

虽然大气中不乏(79%)，但N只能以硝酸盐(NO3-+R)或氨(NH3,NH4+)态化合物的形式为植物所利用大气中游离的分子氮不能被植物直接利用。

固氮细菌和某些蓝藻，以及闪电和工业生产都可以把分子氮转化为氨或硝酸盐被植物吸收，用于合成蛋白质等有机物质，进入食物链。

动植物的排泄物和尸体经氨化细菌等微生物分解产生氨，或氨再经过亚硝酸盐而形成硝酸盐被植物所利用。

另一部分硝酸盐被反硝化细菌转变为分子氮返回大气中。

还有一部分硝酸盐随水流进入海洋或以生物遗体形式保存在沉积岩中。

7.试阐述物种多样性在空间上的变化规律，并用5种不同的学说对物种多样性空间变化规律进行解释。

物种多样性在空间上的变化规律1.多样性随纬度的变化从热带到两极随纬度的增加，物种多样性有逐渐减少的趋势。

此规律无论在陆地、海洋和淡水坏境，都有类似趋势，有充分的数据可以说明这一点。

如北半球从南到北，随着纬度的增加，植物群落依次出现为热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带落叶阔叶林、寒温带针叶林、寒带苔原，伴随着植物群落有规律的变化，物种丰富度和多样性逐渐降低。

当然也有例外，如企鹅和海豹在极地种类最多，而针叶树和姬蜂在温带物种最丰富。

2.多样性随海拔的变化如果在赤道地区登山，随海拔的增高，能见到热带、温带、寒带的环境，同样也能发现物种多样性随海拔增加而逐渐降低。

3.在海洋或淡水水体，物种多样性有随深度增加而降低的趋势显然，在大型湖泊中，温度低、含氧少、黑暗的深水层，其水生生物种类明显低于浅水区；同样，海洋中植物分布也仅限于光线能透入的光亮区，一般很少超过30米。

我国土地辽阔，南北跨越30余个纬度，由东南向西北干旱度逐渐增加，而西南则是高寒的青藏高原。

张荣祖（1985）曾对我国陆生哺乳类（除翼手目外）的种数作过统计比较，发现如下规律：①种数与纬度关系。

在北纬40～45°之间，平均种数最低，由40°往更低纬度地区，种数随纬度的降低而增加。

②种数与内陆干旱地区的年降水量关系。