中科院地理资源所生态学考试真题及答案

1 什么是生物多样性？生物多样性保护与可持续发展的关系。

生物多样性保护的生态学和经济学意义。

生物多样性包括了多个层次，主要是：遗传多样、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。

遗传多样性：又称基因多样性，是指广泛存在于生物体内、物种内和物种间的基因多样性。

任何一个特定个体的物种都保持着大量的遗传类型，是个基因库。

遗传多样性主要包括分子、细胞和个体三个方面的遗传变异的多样性。

物种多样性：即物种水平的多样性。

对一个地区内的物种多样性的研究可以通过分类学、生物地理学方法进行。

生态系统多样性：是指生境多样性、生物群落多样和生态过程多样性，生境多样性主要是指无机环境，如地形、地貌、气候、水文等，生境多样性是生物群落多样性的基础。

生物群落多样性是指群落的组成、结构和功能的多样性。

它们的过程是指生态系统组成、结构和功能在时间和空间上的变化，主要包括物种流、能量流、物质循环、水分循环、生物间的竞争、捕食和寄生等。

景观多样性：是指不同类型的景观在空间结构、功能机制、时间动态方面的多样性和变异性。

生物多样性需在上述四个方面加以保护。

保护的重点应是生态系统的完整性和珍稀濒危物种。

生态系统多样性既是遗传多样性和物种多样性的保证，又是景观多样性的基础。

生态系统稳定是物种进化和种内遗传变异的保证。

生物多样性是地球经过40多亿年的自然演化而形成的，是地球上最宝贵的自然资源，不但给人类社会提供了丰富的食物、药物和部分工业原料，而且在保持水土、调节气候、维持自然平衡等方面起到了举足轻重的作用。

然而在世界范围内，野生生物的多样性在不断地遭到破坏，据报，目前由于生境地的破坏导致每年大约有 1.75万种的生物从地球上消失。

导致生物多样性减少的原因有多种，归纳起来主要有以下几个：
1.大面积的森林砍伐（森林中的物种众多，特别是热带森林，森林砍伐后再进行烧山种植，原来森林中的物种几乎全部被毁灭。

）
2.草地的过度放牧和开垦（草地的过度放牧和开垦的直接影响是使大量原生植物遭到破坏，而过度放牧和开垦造成的荒漠化、盐碱化会导致野生物种灭绝）。

3.生物资源的过度利用（滥捕乱杀是造成生物多样性减少的另一个重要原因，所有濒危、渐危和罕见的脊椎动物中，大约37%是由于过分利用而造成的。

）
4.外来种的引进或侵入也是造成生物多样性减少的一个重要原因（外来种通过捕食或竞争直接威胁动植物区系，或通过改变自然生境发生间接的影响）。

意义：（经济和生态上）
生物多样性是自然生产和许多生态功益的源泉和基础。

首先生物多样性具有重要的经济价值，最为明显的表现在农业上。

当代农业就源于基于野生动植物，牛、羊、鸡、鸭等各类牲畜的饲养，五谷杂粮、蔬菜瓜果的种植与轮作、病虫害的防治、水产养殖的发展都是在不同的层面上利用了生物的多样性。

近年来，对种内基因多样性的开发和利用，尤其明显。

无论是传统农业中的栽种不同变种的同类作物，来抵御病虫害或旱涝灾害，以得收获，还是近年利用基因工程来增加生产量或改善品质，都受惠于生物多样性。

未来农业的发展仍将依赖于自然的基因库。

多种多样的生物种类和生态系统类型具有产生新型食物和新型农业生产方式的巨大潜力。

生物多样性对人的身心健康亦至关重要。

无论东方还是西方，药物的主要成分来自自然生物，将来新药的开发会在很大程度上取决于自然基因库的库存状况。

生物多样性不仅对人的健康很重要，而且还十分有益于心理、精神和文化的健康。

从生态上来讲，高的生物多样性维持着生态系统的合理结构、健全功能和结构功能的稳定性。

物种的消失，特别是那些影响水和养分动态、营养结构和生产能力的物种的消失，会削弱生态系统的功能，物种的减少往往使生态系统的生产效率下降，那些功能相似而又对环境反应不同的物种保障整个生态系统可以在环境变化下调整自身而维
持各项功能的发挥。

生物多样性是生态系统持续发展和生产力的核心。

其重要的作用包括：
1.生物多样性在复杂的时空梯度上维持生态系统过程的运行。

2.生物多样性是生态系统抗干扰能力和恢复能力的物质基础。

生态系统中存在功能相似的许多生物是生态系统稳定性和功能优化的基础。

如食物网提供了营养和能量流动的可替换途径。

相反，单种作业在提高目的产品的输出的同时却降低了系统的抵抗能力。

3.生物多样性是生态系统适应环境变化的物质基础。

丰富的物种和基因变种形成了新物种形成的基因源，有利于物种进化，也用利于生态系统对环境变化做出反应，这种适应力是生态系统功能得以长期保持的关键。

农业活动对生物多样性的影响
农业生产活动如土地的农业利用、耕作、作物间套种植方式、放牧、农药化肥的使用以及农业动植物遗传改良（包括外来种引入）等是农业生产力提高的重要途径，同时也是影响生物多样性的重要因素之一。

土地的不合理利用易导致生境破碎，生物多样性下降；大规模的机械作业导致土壤动植物区系的变化，甚至导致某些物种消失；农药（除草剂、杀虫剂等）的高度使用使非靶动植物受到伤害；品种改良、外来种引入以及远缘外源遗传物质的利用（如远缘杂交）在丰富了遗传多样性的同时，导致农作物类型和品种简单化，一些古老的地方种和农家种等传统资源丢失，而一些合理的农业措施（间套作、实行有机农场等）将有利于生物多样性的保护。

农业活动注重的是提高农业生产力，而往往忽视其对农业生产系统中野生动植物（包括有害和无害）的影响以及野生动植物在维持系统稳定和平衡上的作用。

所以要求我们在从事农业生产活动时，要采取合理的农业活动方式，合理管理有害生物，减少农业活动对生物多样性的负面影响。

2 什么叫全球气候变化？全球变化的起因。

以一种陆地生态系统为例，试论气候变化与生态系统间的相互作用。

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。

全球气候变化的起因：
A．工业革命以来大量开采燃烧煤和石油等化石燃料，释放了大量的CO2和CH4等气体，这些气体对太阳短波辐射无阻挡，但对地面的长波辐射具有吸收和散射的作用，导致对流层温度升高，所以这些气体被称为“温室气体”。

B．滥伐森林，森林原是大气碳循环中的“库”，砍伐森林则把“库”变成CO2的“源”。

C．另外，土地利用方式的变化，会引起土地覆被的变化，进而影响到大气与地面之间的水热平衡。

也会使气候发生变化。

陆地生态与气候条件密切关联，气候变化将严重影响生态环境，陆地生态系统改变也会影响气候，二者是相互作用，相互影响的。

一个陆地生态系统的存在和维持，是与阳光、空气、水分和热量等条件联系在一起的，如这些条件发生了变化，该地区的陆地生态系统就必然随之在功能和结构等方面发生改变。

陆地生态系统生态环境的破坏也会影响气候。

大规模的砍伐森林造成的荒漠化和沙化，以及近期出现的沙尘暴等都是生态系统对气候的反馈，也是对人类无节制行为的一种惩罚。

以农业生态系统为例，气候变化和大气二氧化碳含量改变将改变土壤、植被的生产率，改变系统的生理功能和生物化学循环，改变植被分布结构。

大气CO2浓度升高直接影响到作物的光合作用，使作物叶片表面的CO2浓度梯度增加，有利于提高光合速率，提高农业生态系统的生产力。

另外由于CO2浓度增加导致的气候变暖，还会影响农业的种植制度，并使种植界限北移，对农业生产产生有利的影响，但同时还可能造成病虫草害加剧等，又会产生不利的影响。

反过来农业生态系统中土地利用方式的变化，也会影响到地表覆盖状况，从而影响到地面与大气之间的水热交换，又会使气候发生变化。

又如北非Sahel地区因人为砍伐树木，过度放牧造成的生态环境恶化，导致当地降水减少，温度增高，形成气象干旱，干旱进一步加剧环境恶化，这种相互影响形成一种环境降级的恶性循环。

对全球变化的认识（对全球气候变化的认识）
全球气候变化研究的现状：
根据古气候资料、仪器记录资料分析和气候模式计算结果，对全球气候变化问题得出如下几点结论：
（1）自从工业革命以来，大气CO2和CH4的含量一直在升高。

（2）古气候资料表明，在过去的25万年中，CO2和CH4含量的长期变化与温度呈高度正相关联系。

表明它们曾作为有效的强迫因子参与了冰期与间冰期全球气候变化。

（3）理论研究和模式模拟证实，大气CO2和CH4含量增加确能引起全球平均地面气温升高。

（4）一般认为，近百年来全球海平面上升是由于同期的升温引起的。

（5）末次冰期和冰后期初期北大西洋地区发生了剧烈的气候突然变化。

总之，我们现在已经明确知道的是，工业革命以来人类活动排放了大量的温室气体，这些温室气体的一半左右保留在大气中。

大气温室气体浓度的增加必然会引起气温升高。

模式和观测分析表明升温在高纬比低纬明显，大陆比海洋明显，冬季比夏季明显。

温度的上升会引起全球降水量增加，但降水量和土壤水分含量的变化存在着更显著、更复杂的区域差异。

全球增暖也会导致海平面上升。

这些变化会对全球陆地自然生态系统造成重要的影响，对一部分地区的社会经济系统产生负面作用。

全球气候变化的特点：
（1）复杂性和不确定性
（2）气候变化的速率问题
（3）气候变化的地域差异
我国全球气候变化的对策：
充分考虑科学认识现状和气候变化的基本特点，还应考虑本国国情及国际环境政治发展动向，在目前阶段，应对如下问题给以进一步的重视：
（1）根据现有知识，采取减轻、防范和适应措施
（2）参与国际合作，维护国家利益
（3）加强科学研究，减少不确定性
3 试论数学模型在生态系统研究中的作用和问题，并描述数学模型构造和应用的一般过程。

（1）什么叫生态系统模型？
生态系统模型是在对生态系统全面分析的基础上，抓住反映系统本质的属性，以文字、图象、符号或数学表达式对系统进行描述的方式。

或者说，模型是客观生态系统的抽象和简化。

模型能使一个十分复杂的系统简化地被了解，并能预测它的未来，模型并不要求成为真实生态系统的精确复制，而是要使之简化，以便于揭示关键性的生态过程。

运用生态系统模型开展研究具有重要意义，主要的是：
1）有助于判断所掌握的资料、数据和知识的情况，为下一步作准备；
2）有助于加强对生态系统的整体性和动态性的了解；
3）建模过程是激发思考、提出新思路、进行新实验的过程；
4）有利于预测工作。

生态系统模型的分类
1）按模型的对象，分为生态系统的生产模型、行为模型、能源模型、环境模型和资源模型等。

2）按用途分为系统构建模型、功能模型、系统规划模型和评价模型等。

3）按输出结果分为随机模型和确定性模型。

4）按性质分生态系统形态模型、实物模型、逻辑模型和数学模型等。

数学模型
作为生态学研究方法之一，越来越受到人们的重视。

数学模型是一个系统的基本要素及其关系的数学表达，应该说，数学符号是描述复杂生态系统的一种速记，方程式可以形象地记述生态系统中各成员间的相互关系。

它是定量研究工作的基础。

一般以数学方程组（微分、积分、代数方程）的解提供真实系统行为的说明，是上升为理论的桥梁。

优点是精确地、抽象地利用一种逻辑方式传递信息，也充当联系的媒介，它们是精确的，能作出预测，这些预测可通过实验或现实的调整加以检验，它们是抽象的，用数学符号抽提出的成分是主要的，从而排除了那些可有可无的部分。

数学模型可分为两大类，即理论模型和模拟模型。

理论模型又称为机理模型，综是从生态系统的基本结构、行为出发，揭示其系统本质特性，反映真实系统的生物学特性和变化机理，描绘了生态系统最本质的特性和行为，这类模型主要优点是从生态系统的实际出发，能模拟出新的行为，它们所揭示的行为是动态的，往往对系统的优化调控提出新的依据。

理论模型的共性：有多个亚系统、多个复杂的要素；结构与功能常紧密相联，是某个具体的生态系统，对使用者来说，并不需要高度复杂的数学，系统越复杂，其优越性越突出。

模拟模型，又称统计模型。

这类模型把系统当成黑箱，用某种合适的数学关系描述系统的输入、输出的关系。

所以模型的建立需要严格的数学过程，并要求有明确的求解。

模拟模型的表达方法可有不同的选择，常用的有微分主程、差分方程、生命历程曲线和马尔可夫过程等。

生态系统模型的建造通常有6个逻辑步骤
1）明确目标，对象
一个生态系统很复杂，首先应明确要解决什么问题，选定目标，并划定它在系统中空间和时间上的界限和范围，对系统进行仔细的分析，提炼主要因素，即系统的识别。

2）确定系统结构，进行总体设计
调查实际生态系统的情况，收集有关的书面资料、数据和信息，这就要根据研究的目的和系统本身特点，确定适当的变量以及它们之间的相互关系，就是保留那些相对主要的亚系统，舍去一些次要的。

3）建立数学模型
用一系列数学方程将系统的各组分之间的相互关系定量性描述，用什么类型的模型，是微分方程还是矩阵模型，是确定性模型还是随机性模型，都须对比分析，加以考虑。

只有在深刻了解该生态系统的基础上，才能抓住其本质，尽量选择较为简单的模型，使之科学地反映出关键的生态过程。

4）模型的检验
模型的有效性检验又称模型的验证，在数学模型建立之后，需要对模型在模拟对象上的效应进行分析。

如果发现模型的模拟效果很差，就要对模型方程重新改进，有时要进一步收集、分析资料，反复定义系统范围、关系，从而使模型合理化。

5）灵敏度分析
即研究输入变量与参数的变化对模型行为的影响，对模型行为敏感的参数应仔细加以研究和调整。

6）使用和实施
一旦有效模型建成，就可应用于真实的生态系统，在使用中不断加以修改和调整，可以改变某些参数来预测系统的发展。

以上建模型的步骤可以归纳为建模的三个环节，即识别、估计和检验。

模型的评价
判别一个模型优劣的主要标准是：真实性、精确性和普遍性。

所谓真实性就是要求模型如实地反映系统要素间的客观实际，模型所陈述的内容是否符合生态学的概念。

所谓精确性，就是模型描述、预测系统行为能力的大小，这是一个相对的概念，有时只要求定性的水平，有时要求有半定量的描述；所谓普遍性，就是模型适用范围的广度。

模型以发挥好的作用主要是因为：
1）野外调查、研究工作已提供了大量的资料
2）室内实验室提供了可靠的数据
3）所引用的各种参数符合客观规律
4）模型是真实系统的抽象。

所以模型本身具有较强的科学性。

然而在模型已作为一种普遍而重要的研究方法的同时，我们也应该看到其局限性，首先选择模型的类型和参数是由主持人主观决定的，其次，根据需要和人力、物力条件限制等，不同学者往往有不同的思路和对策，第三，对真实生态系统观察、研究和分析都有个人主观性，第四，样方和数据管理中存在主观性等。

这就要求科学工作者从实质上认识模型的双重性，防止单凭主观意念去构建模型，并在建模型后在实践中要不断丰富和修正，使得模型更真实、精确地反映生态系统的关键生态过程。

4 详述生态系统演替的一般规律（以你所熟悉的森林或水体生态系统为例）生态系统演替：是指生态系统随时间的变化，一个类型的生态系统被另一个类型的生态系统所替代的过程。

它的演替是以生物群落的演替为基础，但并不等于生物群落的演替，生态系统演替包括生命系统和非生命系统。

以东北东部山地的阔叶红松林生态系统为例。

当这类系统的森林群落遭受破坏（皆伐或火烧）之后，林地裸露，光照条件增强，其它生态因子也发生相应变化。

生境改变，原有的生物群落迁移，适宜生存的生物移入。

与此同时，原来群落中或附近生长的山杨、桦树等阳性树种，以其结实丰富、种粒小、传播能力强而很快进入迹地（侵移），又以其发芽迅速、幼苗生长快、耐日灼、耐霜冻等特性，适应迹地的环境条件而迅速成林，实现定居。

杨桦林在其形成过程中，逐步改变了迹地条件而形成一个比较耐荫而中生的群落生境，并形成其特有的生物群落。

在这个新的群落生境中，红松种子虽然发芽困难、幼年期生长缓慢，但它幼年期耐庇荫、适应中生环境，因而，当种源充足时，能够得到良好的更新。

相反，在这个新的群落生境中，杨桦类阳性树种的幼苗由于得不到充足的光照而逐渐枯死，无法更新。

随着年龄的增加，红松进入林冠上层与杨桦木争夺营养空间。

杨桦木由于不耐庇荫、寿命较短，逐渐衰退死亡，终于被红松阔叶林所更替，生物群落也相应变化。

这是比较简单的演替实例之一，它说明了演替的基本过程——迁移、定居、竞争、反应——自始至终作为根本原因存在的树种特性与生境间的对立统一关系。

同时，也说明了皆伐、火烧等外部因素在演替中的重要作用。

演替的发展方向：单元顶极理论
群落次生演替的研究在理论上和实践上有什么重要的意义。

次生演替的定义：在原有的生物群落被破坏的地段上进行的演替称为次生演替，如全伐后的森林迹地，弃耕后的农田都会发生次生演替。

次生演替包括两种过程：一是群落的退化，另一种是群落的复生。

群落的退化是指原生群落在外界因素（采伐、开垦、火烧、放牧、病虫害及其他自然灾害等）的作用下，群落类型由比较复杂、相对稳定的阶段向着比较简单和稳定性较差的阶段退化，因而又称逆行演替。

当外界因素作用停止后，次生演替一般是趋向于恢复到受破坏前的原生群落的类型，这就是群落的复生。

在实践上的意义，在利用与改造植被的工作中，所涉及的绝大多数都是次生演替的问题，如森林的采伐更新，次生林的抚育利用、放牧草场的合理经营、石质山区的造林、沙荒及盐碱地的改造等工作，都必须了解次生演替的特点和规律，在此基础上，才有可能制定科学的经营管理措施。

所以对群落次生演替过程的研究，有助于对退化生态系统恢复与重建的实践进行方向性的指导。

尤其是在我国西部大开开发战略的实施过程中，对西部地区退耕还林还草具有十分重要的指导意义。

如果违背了其演替的规律，可能会事与愿违，产生更恶劣的后果。

在理论上的意义：深化对群落演替的认识，可以进一步完善演替理论，减少生态系统研究中的不确定性。

试论干扰在森林演替中的意义。

干扰：能引起生态系统结构和功能发生突然变化，使之从一种平衡状态的条件下发生位移的不寻常的无规律的事件。

不同的自然景观以其不同的自然地理学特性以及不同的干扰状况为特征。

干扰状况指某一时间干扰类型、干扰频率和干扰强度的总和，不同的森林群落有不同的优势干扰类型，在寒温带地区特别是寒温带针叶林以火干扰较为突出，在湿润的热带和温带地区，以风为主导的树木分散死亡的林冠干扰占优势。

天然的森林群落是处于不同发育阶段的斑块构成的镶嵌体，不同的发育阶段包括林冠空隙、恢复期和成熟期构成森林循环，干扰是驱动森林循环的原动力，干扰使植被和土壤充满活力，干扰被看作是森林发育的推动力。

干扰对森林群落的作用与干扰在时间、空间上的分布、干扰的强度有关，规模和强度不同的干扰影响植被对干扰反应的特性，不同规模的林冠空隙表现出微生境条件、植被竞争关系、恢复速率均有明显差异，对于中小规模的干扰的回复主要取决于周围林冠树木的侧枝扩展以及幼树幼苗的生长，对于大规模干扰则发生复杂的植被更替过程，前者被称为gap更新或林冠空隙动态，后者称为演替。

什么叫植被演替？并评述克列门茨、苏卡切夫、波格莱勃涅克三种演替学说。

1演替的概念：
2 演替的类型：
3 演替的阶段：
克列门茨演替学说：
评价：
5 对比性描述地球规模的氮和水的地球化学循环过程（用图文表达）
详述生态系统碳循环的主要过程（用图和文字表达）
以氮素为例，阐明生物地化循环的定义和过程（加图示）
水循环：从全球范围看，水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽输送、降水和径流。

水循环是地球上最重要的物质循环，循环速度较快。

水从海洋或陆地表面蒸发，植物蒸腾进入大气中，成为大气的一部分。

大气中的一部分水仍然保持气态，即水汽；另一些凝成水滴或冰晶，团块似地聚在一起，形成云。

大气水汽和云由大气环流输送到各处，最终以雨、雪、雹或其它形式回到地面和海洋。

降水过程中，一部分降水未到地面即被蒸发，又进入大气。

一部分落到陆地的降水又重复上述过程，还有一部分渗透到地下，在地面或地下以径流的形式汇到江河湖沼，最终归于大海。

渗透到地下的水可以经历更长的时间尺度的水循环。

氮循环：是一种及其复杂的气相循环，地球上的氮素有90%以上存在于岩石圈中，但参与循环的很少，全球氮循环的主要贮存库是大气圈，其N量占全球总氮量的6.2%，水圈0.04%，生物圈0.001%。

整个氮循环包括了氮素形态转化及位置移动的多种过程，并有多种微生物在其中起着关键的作用，氮的形态转化包括N的固定、生物合成（同化）、氨化作用、硝化作用、反硝化等主要过程。

大气中的分子态氮转成氨供生物体利用，是一个需要较高能量的过程，可由多种自生的和共生的固氮微生物利用一定的食物能来完成。

也可以用人工合成的方法消耗一定数量的工业能来完成。

环境中的硝态或氨态N被植物吸收利用，同化为植物体（及动物体）的有机氮，氨化细菌和硝化细菌把死亡有机物中的氮，先后转化为氨、亚硝酸和硝酸。

在一定的嫌气条件和有机物提供能源的情况下，反硝化细菌又把亚硝态和硝态N转化为N2O和N2，从全球范围看，大气氮通过生物及工业固N、闪电固N（产生氮氧化物）及降水带入（多种形态的氮），源源不断地转移到陆地的生物循环中，陆地生态系统的氮通过反硝化、挥发和燃烧，把氮送回大气，同时，一些可溶性N（主要是硝酸盐）随水流入海洋，在海洋到大气之间也存在规模相当的生物固氮、反硝化、降水带入等过程。