生态学基础（专升本学习资料）

生态学基础（专升本学习资料）
第一章绪论
第一节生态学的概念和研究内容
1.生态学的概念
经典定义：生态学是研究生物及其居住环境的科学。

（1866年德国海克尔）
生态系统生态学时期定义：研究生态系统结构与功能的科学。

（奥德姆）
现代生态学定义：研究生物及人类生存条件、生物及其群体与环境相互作用的过程及其规律的科学。

2.生态学的研究对象和内容
（1）研究对象：生态系统
（2）研究内容：生态系统内各层次、各要素的相互作用规律
①个体生态学（其基本内容与生理生态学相当）②种群生态学③群落生态学④生态系统生态学⑤景观生态学⑥全球生态学
3.生态学的分支学科
（1）根据组织层次分类，可分为：个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学（2）根据生物类群分类，可分为：普通生态学、动物生态学、植物生态学和微生物生态学（3）根据生境类型分类，可分为：陆地生态学和水域生态学
（4）根据研究方法分类，可分为：野外生态学、实验生态学和理论生态学
（5）根据交叉学科分类，可分为：生理生态学、分子生态学、数学生态学和化学生态学等（6）根据应用领域分类，可分为：农田生态学、农业生态学、森林生态学和人类生态学等
第二节生态学的发展简史及发展趋势
1.生态学的发展简史
一般地说生态学的发展历程可划分为4个时期：
（1）生态学的萌芽时期（17世纪前）
（2）生态学的建立时期（17世纪至19世纪）：1866年海克尔首次提出生态学这一科学名词
（3）生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪30年代）：生态学发展达到第一个高峰，出现生态学同其他学科的叫渗透交叉；生态学学派分化
（4）现代生态学时期（20世纪30年代至今）：1935年坦斯利首先提出生态系统的概念，1939年提出“生态平衡”的概念
2.现代生态学的发展趋势
（1）生态系统生态学的研究成为主流：系统分析方法成为生态学的方法论基础
（2）从描述性科学走向实验、机理和定量研究
（3）现代生态学向宏观和微观两极发展
（4）应用生态学发展迅速，实践应用性更强
（5）人类生态学的兴起和生态学与社会科学的交叉融合
第三节生态学的研究方法
1.野外调查：迄今尚难以或无法使自然现象全面地在实验室内再现，故野外调查仍是生态学研究的基本方法
2.实验研究：包括控制实验和实验室分析
3.模型模拟研究：主要通过系统分析来研究生态系统，是把研究对象视为系统的一种研究和解决问题的方法
（ps：系统分析指有步骤地收集系统信息，通过建立与系统结构、功能有关的数学模型，利用计算机对信息进行整理、加工。

综合，从而能解释与研究对象有关的现象，对系统的行为和发展作出评价和预测，并对系统作出适当调控的一种方法。

）
第二章生物与环境
第一节环境与生态因子
1. 环境的概念及其类型
（1）环境的概念：影响生物的各种外在因素的总和
（2）环境的类型
按环境的主体可分为：以人为主题的人类环境和以生物为主题的生物环境
按环境的性质可分为：自然环境、半自然环境和社会环境
按人类对环境的影响可分为：原生环境和次生环境
按环境范围大小可分为：宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境和内环境
2. 生态因子的概念与分类
（1）生态因子的概念
构成环境的各要素称为环境因子。

定义：环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子称为生态因子。

生态因子中生物生存不可缺少的因子称为生物的生存因子（或生存条件、生活条件）。

（2）生态因子的分类
根据生态因子的性质，通常可归纳为五大类：
①气候因子（指光、温度、湿度、降水量和大气运动等因子）
②土壤因子（指土壤的物理性质、化学性质、营养状况等）
③地形因子（指地表特征）
④生物因子（指同种或异种生物之间的相互关系）
⑤人为因子（指人类活动对生物和环境的影响）
根据有机体对生态因子的反应和适应性特点，将周期变动的生态因子又分类为：
①第一性周期因素（指由地球自转或公转形成的光、温度和潮汐的日、月、季节、年的周期性变化的因素）
②次生性周期因素（取决于第一性周期因素引起的周期性变化，如大气湿度、降水量等）
③非周期性因素（指突发性或间断性出现因素，如暴雨、山洪、地震等突发性灾难）
3. 生态因子的作用规律
（1）综合作用：各因子相互影响、相互交叉综合作用于生物
Ps：生态因子综合作用构成生物的生态环境。

（2）主导因子作用：因子的作用有主有次
定义：在一定条件下起综合作用的诸多生态因子中，有一个或少数几个对生物起主要的、决定性的作用的因子，称为主导因子，其他的因子则为次要因子。

Ps：生态因子的主次在一定条件下可以发生转化，某特定条件下的主导因子在另一条件下会降为次要因子。

（3）直接作用和间接作用：有的因子直接影响生物，有的通过其它因子间接作用
Ps：直接作用的因子如光照、温度、水分状况等，间接作用的因子如地形因子中的坡向、坡度、海拔高度及经纬度等。

（4）阶段性作用：因子在生物的不同发育时期的作用及效果不同生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，具有阶段性特点。

（5）不可代替性和补偿作用：各因子同等重要不可代替，但可以相互补偿
（6）限制性作用及生物的耐受性：当因子超过生物的耐性范围或不适于生物，就会限制其它因子的作用，限制生物的生存发展
①利比希最小因子定律：在一定稳定状态下，任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量，是决定该物种生存或分布的根本因素。

②谢尔福德耐性定律：生物的存在与繁殖，要依赖于综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则该物种不能生存，甚至灭绝。

生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量和最大量的界限，生物只有处于这两个限度范围之间才能生存，这个最小到最大的限度称为生物的耐性范围。

每一个物种对环境因子适应和范围的大小即为生态幅，生态幅较窄的因子决定生物的分布范围。

生物对某一生态因子的耐性是长期进化的结果，随环境条件的变化，生物的耐性也不断变化。

一种生物对不同生态因子的耐性限度不同，不同生物对同一生态因子的耐性限度也不相同。

同种生物在不同
发育阶段对多种生态因子的耐性范围不同，繁殖期对生态条件的要求最严格、耐性范围最窄。

生物耐性限度的改变往往遵循用进废退原则。

生物的耐性范围还可以通过人为驯化的方法来改变。

生物的最终分布区域决定于该生物对多种因子的耐性范围。

③限制性作用：限制性作用源于生物对生态因子的耐性。

生物在一定环境中生存，必须得到生存发展的多种生态因子，当某种生态因子不足或过量都会影响生物的生存和发展，这个因子就是限制因子。

限制因子是相对的，不是绝对的，当原来的限制因子比较适合时，其他相对缺乏或过量的生态因子会上升为新的限制因子。

限制因子并不等于主要作用因子。

改善生态环境中的限制因子，得到的效益是最大的。

第二节生物与光因子
光的生态作用：太阳光是地球上所有生物得以生存和繁殖的最基本的能量源泉，地球上生物生活所必需的全部能量，都直接或间接地源于太阳光。

太阳光本身又是一个十分复杂的环境因子，太阳光辐射的强度、质量机器周期性变化对生物的生长发育和地理分布都产生着深刻的影响。

光对生物的作用主要在光照强度、光照时间和光谱成分三个方面。

1. 生物与光质
（1）生理辐射
单色光的波长范围是380-760nm，光合作用的光谱范围就是在可见光区内。

定义：红橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用；蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，因此，把这部分光辐射称为生理有效辐射，占总辐射的40%-50%。

绿光很少被吸收利用，被称为生理无效辐射。

Ps：红光有利于糖类的合成；蓝光有利于蛋白质的合成；蓝紫光和青光对植物伸长有抑制作用，是植物矮化；红光与远红光是引起植物光周期反应的敏感光质。

（2）红外光和紫外光
红外光能被动物组织中的水吸收，主要作用是产生热效应，吸收红外光能使体温升高。

紫外光主要引起化学反应，它有杀菌作用、产生红疹、引起皮肤癌和促进抗软骨病（佝偻病）的维生素D的合成。

紫外光能被原生质吸收，大剂量紫外光能使植物致死。

昆虫对紫外光产生趋光性。

2. 生物与光照强度
（1）光照强度对生物的影响
定义：光照强度是指单位面积上太阳光辐射量的大小。

在一定范围内，光合作用的效率与光照强度成正比，但到达一定强度若继续增加光照强度，光合作用的效率不再增长，这时的光照强度称为光饱和点。

在光照不足时，植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平衡之处，成为光补偿点。

光补偿点的光照强度就是植物开始生长和进行净光合生产所需要的最小光照强度。

光促进组织和器官的分化，制约着器官的生长发育速度使植物各器官和组织保持发育上的正常比例，叫光的形态建成作用。

弱光下植物色素不能形成，细胞纵向伸长，糖类物质含量低，植株为黄色软弱状，发生黄化现象。

（2）生物对光照强度的适应类型
植物长期适应一定光照强度便形成了不同的生态适应类型：
①阳生植物：在强光下才能生长发育良好，而在隐蔽和弱光下生长发育不良的植物。

叶子排列稀疏，角质层较发达，在单位面积上气孔增多，叶脉密，机械组织发达。

如乔木、旱生植物、蒲公英等。

②阴生植物：需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的植物。

枝叶茂盛，没有角质层或角质层很薄，气孔与叶绿体比较少，光补偿点较低，光合速率和呼吸速率都比较低。

如苔藓类、部分蕨类、连钱草、铁杉、人参、三七等。

③耐阴植物：对光照具有较广的适应能力，但最适应的还是在完
全的光照下生长。

如叶菜类、一些豆科植物等。

3. 光照与日照长度
定义：日照长度是指白昼的持续时间或太阳的可照射时数。

日照长度的变化对动植物的生长发育有重要的生态作用，使生物具有昼夜节律和光周期现象。

（1）昼夜节律：生物对昼夜交替周期性变化的适应形成了昼夜节律，即24小时循环一次，又叫日节律。

Ps：在生物机体内部也有自发性和自运性的内源节律，因为这种离开外部世界“时间线索”的内源节律不是精确的24小时，因此称为似昼夜节律。

如生物钟。

（2）光周期现象：指由于分布在地球各地的动植物长期生活在各自光周期环境中，在自然选择和进化中形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式。

根据对日照长度的反应类型可把植物分为：
①长日照植物：在光照时间超过一定数值才能进行生殖诱导并开花，否则只进行营养生长不能进行生殖生长转化。

如牛蒡、凤仙花、冬小麦、大麦、油菜、甜菜和萝卜等。

②短日照植物：通常是在日照时间短于一定数值才开花，否则在长日照下就只进行营养生长，在早春或深秋开花。

如牵牛、苍耳、菊类、水稻、玉米、大豆、烟草、麻和棉等。

③日中性植物：只要其它条件合适，在任意日照条件下都能开花。

如黄瓜、番薯、四季豆和蒲公英等。

一般认为短日照植物起源于低纬度地区（北半球的南方），长日照植物起源于高纬度地区（北半球的北方）。

短日照植物可在北方获得加长的营养生长期，北方品种在南方种植可提前进入生殖生长。

动物对光周期的适应形成了长日照兽类和短日照兽类。

第三节生物与温度因子
1. 温度因子的生态作用
（1）温度与生物的生长
定义：生物学常用温度系数（Q10）表示温度对生物生长或生化
反应速度的影响程度，及温度每升高10℃生长或反应速度增加的倍数。

最低温度、最适温度和最高温度称酶活性的“三基点”温度。

生物生长与温度的关系也服从“三基点”温度。

（2）温度与生物的发育
生物的生活周期包括个体的营养生长和生殖生长两个重要的发育阶段，生物只有通过生殖阶段才能繁衍后代。

某些植物如冬小麦、油菜等一定要经过一个低温阶段，才能诱导进入生殖期，进行花芽分化，这个低温阶段称为“春化”过程。

生物发育调节对温度依赖性的最普遍表现是对有效积温有严格要求。

每一个发育阶段都必须满足一定的有效积温，才能完成该发育阶段。

（3）温度与生物的地理分布
决定生物分布的因子绝不仅是温度因子，但它是影响生物分布最重要的因子。

温度和降水共同作用，决定着生物群落在地球分布的总格局。

（4）有效积温法则
定义：植物在生长发育过程中，需从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数，这个总热量可用有效积温表示。

（又称有效积温定律，1735年雷米尔概括的）
植物在生长发育期间的温度低于一定临界值时，植物生长即停止，这时的温度是无效的，这个最低的临界温度称为生物学零度，即发育起点温度。

在一定生育期内，高于生物学零度的温度叫活动温度，有效温度是活动温度减去生物学零度，有效积温是一定生育期内有效温度的总和。

Ps：意义是植物熟制的安排；农业生产和虫害预报。

一般而言，高纬度地区栽培的植物，其整个生育期所需有效积温较少，反之则较多。

2. 节律性变温的生态作用
（1）温周期现象
定义：植物对温度有节奏的昼夜变化的反应称为温周期现象。

变温对种子萌发、个体形态分化和协调生长有促进作用。

多数植物，日温差越大，干物质积累越多，产量越高，而且品质越好，表现在蛋白质、糖分含量提高等。

（2）物候节律
定义：温度的季节变化形成相对稳定的年周期性变化，生物长期适应于这种节律性变化，形成相应的生长发育节律称为物候。

（3）休眠和滞育
定义：休眠指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效的生理机制。

大多数冬眠、夏眠是对极端温度的适应。

休眠能使动物最大限度的减少能量消耗。

植物种子的休眠现象和后熟作用是植物对不利环境条件的一种适应。

采用低温和潮湿的环境增加种皮透性以及打破休眠的措施可以促进种子的萌发，林业上常常使用的“层积法”就是以此为依据的。

3. 极端温度的生态作用
定义：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大，因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少，这就是贝格曼规律。

恒温动物身体的突出部分，如四肢、尾巴、外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，这也是减少散热的一种形态适应，这一适应常被称为阿伦规律。

（1）极端低温对生物的影响：①零上低温对喜温动物造成冷害，使生物生理活动（光合、呼吸、吸收和蒸腾等）机能降低和生理平衡状态遭到破坏；②冰点以下低温造成冻害，使生物体内结冰，细胞原生质膜破裂和酶蛋白失活与变性。

（2）生物对极端低温的适应：①在形态方面，植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具有鳞片，植物体表面生有蜡粉和密毛，植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等。

恒温动物为了适应寒冷地
区和寒冷季节，增加毛和改善羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度，从而提高身体的隔热性能；②在生理方面，植物常通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖分、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。

动物则靠增加体内产热来增强御寒能力和保持恒定的体温，但寒带动物利用隔热性能良好的毛发，往往能使其在少增加甚至不增加代谢产热的情况下就能保持恒定的体温；③行为上的适应主要表现在休眠和迁移两个方面，前者有利于增加抗寒能力，后者可躲过低温环境。

（3）极端高温对生物的影响：高温的致害机制主要是引起酶活性降低或紊乱、水分代谢失衡、有毒物质积累、细胞膜透性增加和功能降低，植物光和能力下降，呼吸作用加强。

高温对动物的影响主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧，排泄失调，神经系统麻痹、调解受阻等。

（4）生物对极端高温的适应：①一些植物生有密茸毛和鳞片，或呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射一大部分阳光，是植物体免受热伤害，有些植物叶片垂直排列使叶缘向光活在高温条件下叶片折叠，减少光的吸收面积，还有些植物的树干和根茎生有很厚的木栓层，具有绝热和保护作用；②生理适应主要是降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，这有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。

其次是蒸腾作用，避免植物体因过热受害；③动物对高温环境的一个重要适应就是适当放松恒温性，使体温有较大的变幅。

第四节生物与水因子
1. 水因子的生态作用
（1）水是生物生存的重要条件
①生物起源于水环境；
②水是生物体不可或缺的组成成分；
③谁是生物代谢过程中的重要原料；
④水是生物新陈代谢的介质；
⑤水分保持植物的固有姿态、保持动物体水分平衡；
⑥水能调节体温。

（2）水对生物生长发育的影响
水量对植物的生长有最高、最适和最低3个基点。

低于最低点，植物萎蔫、生长停止；高
于最高点，根系缺氧、窒息、烂根。

在水分不足时，可以引起动物的滞育和休眠。

（3）水对生物分布的影响
我国从东南至西北，可以分为3个等雨量区，因而植被类型也可分为3个区，即湿润森林区、干旱草原区及荒漠区。

2. 生物对水因子的适应
（1）植物对水因子的适应
根据植物对水分的需求量和依赖程度，可把植物划分为水生植物和陆生植物。

①水生植物：具有发达的通气组织，以保证各器官组织对氧气的需要；机械组织不发达甚至退化，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流动；在水下的叶片多分裂成带状、线状，而且很薄，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。

根据生长环境中水的深浅不同，可划分为沉水植物、浮水植物和挺水植物3类。

②陆生植物：包括湿生、中生和旱生3种类型。

a.湿生植物：在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足，即抗旱能力最弱的陆生植物，可再分为阴性湿生植物和阳性湿生植物；
b.中生植物：生长在水分条件适中的生境中的植物；
c.旱生植物：生长在干旱环境中，能长期耐受干旱的植物。

旱生植物在形态结构上的特征，主要表现在两个方面：一方面是减少水分丢失，另一方面是增加水分摄取。

旱生植物可分为少浆植物和多浆植物两类。

少浆植物有发达的根系，增加水分摄取，植物叶面积很小，叶片特化成刺状、针状或鳞片状，且气孔下陷；多浆植物具有发达的储水组织，如仙人掌科植物。

旱生植物适应干旱环境的生理特征表现在它们的原生质渗透压特别高。

（2）动物对水因子的适应
动物按栖息地划分可划分为水生和陆生两大类，前者媒介是水，后者媒介是大气。

①水生动物：保持体内水分得失平衡主要是依赖水的渗透作用。

②陆生动物：主要是从获取更多的水分、减少水的消耗、储存水，发生形态、生理和行为变化等方面来适应旱生环境。

a.形态适应：各自以不同的形态结构来适应环境湿度，保持生物体的水分平衡，如昆虫的几丁质体壁、两栖类动物体表分泌黏液、爬行动物的厚角质层、鸟类的羽毛和尾脂腺、哺乳动物的皮脂腺和毛等；
b.生理适应：储水组织或器官，丰富的脂肪可消耗产生水，特殊的脂肪和蛋白质使之不易脱水；
c.行为适应：穴居、昼伏夜出、迁移等。

第五节生物与土壤因子
1. 土壤的生态意义
定义：土壤是指地球陆地表面具有肥力且能生长植物的疏松层。

土壤对植物的生态作用主要有：营养库的作用，养分转化和循环的作用，雨水涵养作用，生物的支撑作用，稳定和缓冲环境变化的作用等。

2. 土壤的类型与分布
土壤是母质、气候、生物、地形和时间等成土因素综合作用的产物，由于土壤形成烟花过程的不同，致使自然界的土壤多种多样，它们具有不同的土体构型、内在性质和肥力水平。

3. 土壤物理性质对生物的影响
土壤的基本物理性质是指土壤质地、结构、密度和孔隙度等。

（1）土壤母质对生物的影响
形成土壤的母岩不同，其土粒大小有差别，因而影响到土壤的物理性质，如土壤的含水量和通气性，以及土壤的吸附性等。

比较有利于植物生长的土壤母质是冲积物母质。

（2）土壤组成对生物的影响
土壤是岩石圈表面能够生长植物的疏松表层，由矿质物质和有机
质（土壤固相）、土壤水分（土壤液相）和土壤空气（土壤气相）三相物质组成。

（3）土壤质地对生物的影响
定义：由大小不等的矿物质颗粒（土壤的机械成分）的组合百分比即称为土壤质地。

根据土壤质地可把土壤区分为沙土、壤土和黏土三大类：
①沙土类土壤中以粗沙和细沙为主，粉沙和黏粒所占比例不到10%，因此土壤黏性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥能力差，抗旱力弱。

②黏土类土壤中以粉沙和黏粒为主，占60%以上，甚至可超过85%。

土壤质地黏重，结构致密，湿时黏，干时硬，因含黏粒多，保水保肥能力较强，但因土粒细小、孔隙细微，通气透水性差。

③壤土类土壤质地较均匀，是沙粒、黏粒和粉粒大致等量的混合物，物理性质良好（即不太松，也不太黏），通气透水，有一定的保水保肥能力，是比较理想的耕种土壤，土壤生物也较多。

（4）土壤结构对生物的影响
定义：土壤结构是指土壤固相颗粒的排列形式、孔隙度、团聚体的大小、多少以及稳定度。

土壤结构可分为微团粒结构（直径小于0.25mm）、团粒结构（0.25-10mm）、块状结构、核状结构、柱状结构和片状结构6种，其中团粒结构（常称为水稳定性团粒，是土壤肥力的基础）最为重要。

（5）土壤温度对生物的影响
土壤温度对地面气温的滞后现象对生物有利，影响植物种子的萌发与出苗，制约土壤盐分的溶解、气体交换与水分蒸发、有机物分解与转化。

（6）土壤水分与空气对生物的影响
土壤中的水分不仅可被植物根系直接吸收，而且其适量增加有利于各种营养物质的溶解和移动，有利于磷酸盐和有机磷的矿化，改善了植物的营养状况，还能调节土壤温度。

土壤空气中各成分的含量不如大气稳定，常随季节、昼夜、深度、。