生态学18.ppt

人口增长曲线
世界人口翻番所用时间
200多年
• 5亿
小于100年
10亿 20亿
小于70年
• 10亿 • 20亿
40年
40亿 60亿
• 30亿
• 增长速度 7300万/年，翻番时间越来越短
四个稠密区共有人口44亿人
• 亚洲东部 • 亚洲南部 • 欧洲大部 • 北美洲东部 19亿（中国、印度尼西亚、日本、菲律宾等） 14亿（印度、孟加拉、巴基斯坦） 7亿（43国、法罗群岛、布罗陀 地区 ） 4亿（美国、墨西哥）
种群生态学
• 种群（population） 种群指生活在一个特定地理区域内同一 物种的个体集合体。 • 主要研究影响种群密度和种群增长的各种 因素 • 例如：什么因素限制生活在特定区域内的 条文鼠的数量？
群落生态学
• 群落（community） 群落是由生活在一个特定地区的所有生 物构成的，它是不同物种种群的一个集合体。 • 主要研究物种之间是如何相互作用的 捕食、竞争和共生对群落结构和组织的影响， 如：什么因素影响着构成某一森林树木种类 的多样性。
• 共同祖先和自然选择
生物与环境相互作用的层次
• • • • 个体 生态学 种群 生态学 群落 生态学 生态系统 生态学
个体生态学 autecology
个体生态学主要研究生物的进化适应 • 生物个体如何适应非生物环境，例如： A. 鲸为什么能长时间潜于水下？是某个器 官起作用？ B. 蚯蚓的皮肤不能防止脱水 当土壤中的水分达到10%一 17 ％时， 则十分适宜于蚯蚓的生活。 自然环境和土壤过湿或过干，均对蚯蚓 生活不利。
1. 集团分布
• 种群内个体聚集成斑块状（成群分布最常见） • 三角叶杨沿流溪斑块分布（斑状湿土沙质土） • 蚊虫、鱼类结群分布（增加交配机会） • 动物集团分布（食物分布不均）
2. 均匀分布
• 种群内个体相互作用（竞争）引起 • 森林中植物竞争阳光和土壤中的营养 • 沙漠中植物竞争水分 • 小岛上大量拥挤的鸟巢因社会相互作用而 均匀分布
周期性干扰
• 火烧 • 火山爆发 • 龙卷风 • 风
暴 风 雨 就 要 来 了
四、生物的进化适应
• • • • 进化适应是种群在环境中较长时间内的变化 在进化中对种群基因库产生影响 生物与环境在自然选择中产生进化适应（保护色） 进化适应在个体表现在生理的，形态的和行 为的反应
（一）生理反应
• • • • 毛皮隔热保温（毛竖立、血管收缩） 高原低氧刺激造血 恒温（鸟类、哺乳）与变温动物（爬行） 驯化能力 较长期的生理反应称为驯化
风在生态系统的作用
• • • • • 利于夏日降温 产生冬天寒流 增加生物的失水率（水份蒸发） 植物靠风传播花粉和种子 细菌、原生动物、多数昆虫依赖风传送食物
岩石和土壤
• 地表岩石在风化、化学和生物作用下转变 为土壤 • 岩石和土壤的物理结构和化学成分决定动 植物的分布 • 河流基底构成成分影响水质，进而影响水 中生物类型 • 植物萌芽、支撑和腐烂 • 水和营养物的储存场所 • 污物转化的重要基地
生态系统生态学
• 生态系统（ecosystem） 生态系统包括某一特定地区的群落加上全 部非生物因素。 • 主要研究在各种生物和非生物成分之间的 能量流动和物质循环 如：什么过程促成了稀树草原生态系统内重 要化学物质（如氮）的再循环？
生物圈
• 所有生命及其栖息地的总和为生物圈 • 数千米大气圈 1500m含水岩石层
中国、印度、美国、印度尼西亚、俄罗斯联邦、巴 西、日本、尼日利亚、巴基斯坦和孟加拉。
Байду номын сангаас
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中国总人口13亿 印度10.5亿 美国约4亿 印度尼西亚2.1亿 巴基斯坦有1.5亿 孟加拉国有1.4亿 墨西哥 菲律宾 越南 1亿左右
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中国 13亿 印度10.5亿 美国约3.5亿 印度尼西亚2.1亿 巴西1.9亿 巴基斯坦有1.5亿 俄罗斯联邦 1.5亿 孟加拉国有1.4亿 尼日利亚1.4 日本1.3亿 墨西哥1亿 菲律宾 越南 德国 1亿左右 3000人/20min
前384—前322年
达尔文
（1809-1882 年）
• • • • • •
英国博物学家，进化论的奠基人 1831—1836年五年的科学考察 1859年出版了震动当时学术界的《物种起源》 1868年发表《动物和植物在家养下的变异 》 1871年发表《人类由来及性的选择 》 1872年发表《人类和动物的表情 》
逻辑斯谛曲线
• 开始期 种群个体数少，密度增长缓慢 • 加速期 随个体数增加，密度增长逐渐加快 • 转折期 个体数达饱和密度一半，密度增长 最快 • 减速期 个体数超过饱和密度一半后，密度 增长逐渐变慢 • 饱和期 个体数达到环境容纳量而饱和。
比较逻辑增长和指数增长
个 体 数 量
逻辑斯谛增长的特点和意义
3. 随机分布
• 种群内个体之间无固定格式和不可预测的 • 随机分布比较少见，种群内个体间没有彼 此吸引或排斥才产生随机分布 • 森林地被中的一些蜘蛛 • 面粉中的黄粉虫
（四）种群增长
1.种群增长模型 * 指数增长模型 种群在理想的无调控条件下的爆炸式 增长称之。如细菌繁殖20min一次，则21， 22，23，24……,36h后细菌数可铺满地球表 面0.3m厚（像银行存款拿取的复利） *重要特点：种群增长速度决定于种群中已 有的个体数量，数量越多，种群增长越快。
生态学与环境保护
• 上世纪30年代使用新型化肥和杀虫剂（DDT） 消除虫媒疾病，提高农业生产力 • 上世纪50年代后发现化肥和农药的毒害 • 1962年出版的《寂静的春天》 强调自然独立于人类的内在价值,抨击征服自 然、改造自然的观念,反对为了经济利益对自然进 行过度掠夺。对绿色运动的推动起了重要作用。 • 环保运动的兴起
蜥蜴
蛇
（二）形态反应
• 以体形或身体结构改变适应环境变化 哺乳动物或鸟类冬季长出重厚的毛皮或 羽毛 • 体色随季节改变 • 植物的形态比动物具有更大的可塑性
体形改变高手章鱼
章 鱼 的 变 色 和 拟 态 特 性
北极狐等季节性变换体色的动物
变 色 专 家 —— 蜥 蜴
（三）行为反应
• 迁移栖息地 • 穿衣御寒 • 挖洞盖房
亚洲非洲欧洲拉丁美洲北美洲大洋洲人口年龄结构相对均匀的年龄分布可保持人口稳定即生殖期和生殖前期人口所占比例适当人口增长的社会学经济学和政治学上图中肯尼亚未来适龄人口就业问题是个很大的社会问题意大利和美国将会出现退休人口逐渐上升老年公民的福利医疗保健等社会保障系统任务社会负担越来越重人口增长的独有特征是可以人为控制实行计划生育推迟结婚和生育降低出生率比较两组人口群生育时间15总人数第一组人类对决定自己物种和地球上其他生物的命运有着不可取代的责任六生活史及其进化生活史能影响生物生殖和死亡时间安排的那些特征就构成了这种生物的生活史lifehistory生命表记录和跟踪人口的存活和死亡绘制的表格早期是根据人寿保险业研究人口用存活曲线survivorshipcurve类型开始相当平缓中后期曲线向下陡降死亡增加类型介于型之间整个一生中死亡率变化不大类型生命早期死亡率很高少数存活到一定年龄个体的死亡率大大降低作为进化适应的生活史特征影响种群增长的一些生活史特征自然选择能使生物产生最大量有活力和有生育力的后代机会型生活史opportunisticlifehistory在适合环境中呈指数增长迅速产生大量后代平衡性生活史equilibriallifehistory种群大小只在环境容纳量附近作微小波动种群稳定属类型存活曲线相对可预测p353表182检验达尔文的假说种群的生活史特征是由自然选择所塑造的进化适应加利福尼亚大学的davidreznick和圣巴巴拉加利福尼亚大学的johnendler在加勒比海的trinidad岛从事11年虹鳉种群生活史研究
南来北往的候鸟
五、种群生态学
（一）种群生态学概念 • 种群——生活在特定时间和特定地区的同 一物种个体的集合体。 • 种群生态学——研究种群的数量、分布以 及种群与其栖息环境中的非生物因素和其 他生物种群的相互作用。 • 种群的地理边界可以是自然的 如：一个湖泊中的某种鲑鱼；一个潮水池 塘中的某种海葵；一个州的鹿；一个国家 人口中某种病感染率，等等。
三、生物圈中非生物因素
（一）阳光 • 太阳能是生态系统的动力 • 阳光对藻类生长和分布有很大影响 • 光合作用只发生在水面附近 • 在陆地，林下植物激烈竞争阳光
（二）水
• 水生生物体内水份取决于体内与环境中溶质 浓度情况 • 陆生生物有减少水份损失的外被层（蜡质层） • 人和哺乳动物皮肤表面有护水层 • 肾脏分泌浓缩尿的功能（排毒保水）
（二）种群密度
• 种群密度——一个物种在单位面积（或体 积）内的个体数量。 • 绝对密度 可以统计种群分布边界内全部个体数， 如10只/hm2， • 相对密度 用估算方法得到的数量，如：10个鼠洞 数/hm2；用少数几个单位（1km2）鳄鱼数 估算整个沼泽草地鳄鱼的种群密度。
• 标志重捕法 捕捉器 动物 标记 释放 重捕 记录已标记和未标记的动物个 数 估算种群的总个体数。
主要内容 • 生物学与社会：人口爆炸 • 生态学概述 • 生物的进化适应 • 种群生态学 • 生活史及其进化 • 和进化的联系：检验达尔文的假说
一、人口爆炸
• • • • • • 400多年前 1990年 1999年 2006年3月 2007年 2008年11月 4亿 52亿 60亿 65亿 65.8亿 67亿
菌落增长数据表
澳大利亚的野兔种群增长
• 1859年，维多利亚引入12对野兔。
*6年内的指数增长率在每年1.5左右（倍增期约为 5.5个月） *实际情况是：野兔种群一年平均下来既未增长也未 下降。 *野兔种群是如何保持稳定的？ *说明指数增长模型是理想状态下的情况
* 逻辑斯谛增长模型 • 种群限制因素 指限制种群增长的环境因素 • 逻辑斯谛增长是指一个理想的种群增长受 到限制因子而减缓种群的增长速度 • 决定两个重要因素 种群的潜在增殖能力和环境容纳量 • 环境容纳量（carrying capacity） 环境容纳量指物种在特定环境中的平衡 密度。达环境容纳量时没有净增加或净减 少。
• 3000人/20min, 同时有1种植物或动物消失 • 人口剧增与生物灭绝相互关联 空间、食物、住所、燃料、水等资源 • 人类生存环境与生物圈的破坏 生物栖息地 • 环境组成 生物因素和非生物因素 生物因素：人、动物、植物、细菌微生物 非生物因素：温度、光、水、矿物质和空气 总之，人口增长关系到粮食、耕地、淡水、海洋捕 捞、肉类产品、自然保护区、森林、生物多样性、 气候变化、能源、废弃物、就业、收入、住房、 教育、城市等多方面。
温度
• • • • 环境温度0~50℃ 酶的最适温度 耐温与耐寒生物 《温度决定生老病死》是马悦凌保健养生 研究的最新成果
风
（the wind）
• 风是空气分子的运动。相对于地表面的空 气运动,通常指它的水平分量，以风向、风 速或风力表示 • 风向指气流的来向， • 风速（风力）是空气在单位时间内移动的 水平距离，大气中水平风速一般为 1.0～10 米／秒， • 风与食物传送、花粉传播和水份蒸发有关
生态学
Ecology
Ecology
• 源于希腊文，由词根“oiko”“和“logos”演化 而来 • “oikos”表示住所， “logos”表示学问 • 原意：生态学是研究生物“住所”的科学 。 • “科学的自然历史” （英） • 研究有机体的分布与多度的科学 （澳） • 研究生态系统的结构与功能的科学 （美） • 研究生命系统和环境系统相互关系的科学 （中）
生态学的发展趋势
• 微观方向 个体生态学、器官生态学、细胞生态
学、分子生态学、基因生态学方向发展
• 宏观方向 种群生态学、群落生态学、生态系统、
地球生态学、宇宙生态学方向发展
• 综合方向 城市生态学、人口生态学、经济生态
学、化学生态学、污染生态学、环境生态学等多 学科、交叉学科方向发展
个体和种群生态学
• 种群数量很少或很多，种群增长率很低 • 在环境容纳量中值，种群增长率最高 • 达到环境容纳量时，出生率等于死亡率 • 是两个相互作用种群增长模型的基础 • 是渔捞、林业和农业等实践中确定最大持 续产量的主要模型
生态学定义
• 1866年，德国博物学家E. Haeckel在其著书 《普通生物形态学》中首次提出生态学概念 • 生态学是研究生物及环境间相互关系的科学 • 研究对象 生物大分子－基因－细胞－个体 －种群－群落－生态系统－景观－生物圈 （全球）都是生态学的研究对象
生态学的发展简史
• ①发展初期 1900年以前，是发展初期。有 关生态学的研究散见于自然本体论述。 • ②发展中期 1900～1950年是发展时期， 在此时期内，生态学的定性研究进一步得 到完善和系统化。 • ③发展盛期 1950年以后，是发展盛期。表 现为生态学方法论，生态系统的研究表现 在进化生态和系统分析的成绩上。
蟑 捕 捉 捉 器 捕 螂
（三）分布型
• 组成种群的个体在其生活空间中的位置状 态或布局为种群的分布型 • 三种分布型： a .随机分布（ random distribution ） b.均匀分布（uniform distribution ） c. 集团分布（ group distribution ）
二、科学研究的生态学
• 史前时期的猎人和采食者 • 亚里士多德（前384—前322年 ） • 达尔文（1809-1882年）
科学方法提出假说
观察、实验
验证假说
亚里士多德
（前384-前322年）
• 古希腊斯吉塔拉人，哲学家、科 学家、教育家 • 五百多种不同的植物动物进行了 分类 • 五十多种动物进行了解剖研究 • 在勒斯波斯岛居住过三年 ，研 究海洋生物 • 将生物学分门别类的第一个人