基础生态学(1.生理生态部分)

0.4 生态学的分支学科
1、按研究对象的组织层次划分： 2、按研究对象的生物分类划分： 3、按栖息地类型划分： 4、按交叉的学科划分：
0.5 生态学的研究方法
野外调查研究的常用方法 样方法；样线法；无样地抽样技术等 实验生态学的研究方法 自然生态现象的实验室模拟 数学分析方法----理论的 利用数学手段研究生态学现象
光照强度的变化
空间：光照强度随纬度的增加而减弱， 随海拔高度的增加而增强。 季节：夏季最大，冬季最小，中午大， 早晚小。 山坡：南坡大，北坡小。 植物群落：上层大，下层小。
基础生态学
（第二版） 牛翠娟 娄安如 孙儒泳 李庆芬 编著
胡仁勇 制作
0 绪 论
0.1 生态学的定义
1866年，德国动物学家Haeckel最早提 出生态学（Ecology）的定义： 生态学就是研究生命有机体和周围 环境之间相互关系的科学。
1. 英国生态学家Elton的定义 2. 前苏联生态学家的定义 3. 澳大利亚生态学家Andrewartha的定义 4. 植物生态学家Warming的定义 5. 美国生态学家E. P. Odum的定义 6. 马世骏：社会-经济-自然复合生态系统
（1）沙漠植物的适应组合
形态上： 叶表皮增厚、气孔减少、形成气 孔窝、表皮毛发达、叶子退化成 为刺状或针状等； 生理上： 细胞质浓厚，形成贮水组织，进 行景天酸循环。
（2）沙漠动物的适应组合 主要涉及热量调节和水分平衡， 其中水分平衡是关键。
2 能量环境
太阳辐射能为地球所有的生命系统提供 了能量来源。 绿色植物将太阳能转化成化学能贮存于 植物体内，这一过程是生物圈与太阳 能发生联系的唯一环节，也是生物圈 赖以生存的基础。
在一定情况下，某一因子在量上 的不足，可以由其它因子的加强 而得到调剂和补偿。 如光强减弱所引起的光合作用下 降，可通过CO2浓度的增加而得 到补偿。
（5）直接作用和间wk.baidu.com作用
在对植物的生长发育状况及其分布的分 析研究中，必须区别生态因子的直接 作用和间接作用。 许多地形因子，如地形起伏、坡向、坡 度、海拔、经纬度等，都可以起间接 作用。 如美国内华达山的“焚风”现象。
（2）按有无生命的特征划分： （3）按生态因子对动物种群数量变动 的作用划分： （4）按生态因子的稳定性及其作用特 点分：
2). 生态因子作用特征
（1） 综合作用
各个生态因子之间互相联系、互相促进、 互相制约，任何一个单因子的变化， 必然在不同程度上引起其它因子的变 化，导致生态因子的综合作用。 如光强变化→温度改变→湿度改变→蒸 发、蒸腾改变。
1.2 生物与环境的相互作用
1.2.1 环境对生物的作用 A. 影响生物的生长、发育、繁殖和行为； B. 影响生物生育力和死亡率，导致种群 数量的改变； C. 限制生物的分布区域。
1.2.2 生物对环境的反作用
A. 改变了生态因子的状况； B. 土壤微生物与土壤动物的活动，改变 了土壤的结构和理化性质； C. 动植物残体的分解，改变了土壤养分； D. 人类活动导致全球气候变化。
生物保持内稳态的行为机制
在一定范围内，动植物都能利用各种行为 机制使体内保持恒定性。 许多植物的叶子和花瓣有昼夜的运动和变 化。 动物则采用回避的办法。 生物借助于其他的行为机制为自身创造一 个适于生存和活动的小环境，是使自身 适应更大环境变化的又一种方式。
1.4 适应组合 定义： 对一组特定环境条件的适应也必 定会表现出彼此之间的相互关 联性，这一整套协同的适应特 性就称为适应组合。
生物圈（biosphere）
指地球上的全部生物和一切适合 于生物栖息的场所。 包括岩石圈的上层、全部水圈和 大气圈的下层。
尺度 (scale)
某一现象或过程在空间和时间上所涉 及到的范围和发生的频率。
0.3 生态学的发展简史与展望
（1）生态学建立前期： （2）生态学的建立和成长期： 英美学派：以Clements（美）Tansley （英）为代表。 法瑞学派：代表人物为法国Braun— Blanquet和瑞士的Rubel。 北欧学派：以瑞典的Du-Rietz为代表。 苏联学派：以苏卡乔夫为代表。
Blackman限制因子定律: 除了最小因子外，生态因子的最大状态 也有限制性现象。 在此基础上提出最小、最适、最大“三 基点”。
限制因子
生物的生存和繁殖依赖于各种生态因 子的综合作用，但是其中必有一种 因子是限制生物生存和繁殖的关键 性因子，这些关键性因子就是所谓 的限制因子。
1.3.3 耐受限度与生态幅
武陵源的人工天 梯破坏了景观 Tourist facilities such as this one have destroyed the beauty of Wulingyuan
现代生态学的特点
A.从野外转向室内。 B.从定性走向定量。 C.研究重点：个体转移到种群和群落， 进而发展到以生态系统研究为中心。 D.从自然生态转向污染生态（或半自然 生态），进而发展到对社会生态系统 的研究。 E.从理论走向应用。
（3）阶段性作用
生物在生长发育的不同阶段，往往需要 不同的生态因子，也即生物对生态因 子的需要是分阶段的。 如低温对某些作物的春化作用是必要的， 但在后期是有害的。 许多动物幼体和成体生活在完全不同的 环境中，对生态因子的要求就差异很 大。
（4）不可替代性和补偿性作用
生态因子虽然不是等价的，但是不可缺 少，而是同等重要的。 某个因子的缺少，就会引起生物的正常 生活失调，生长受阻，甚至死亡。而 任何一个因子都不能由另一个因子来 代替，这就是生态因子的不可替代性 和同等重要性规律。
（2）主导因子作用
组成环境的所有生态因子不是等价 的，在一定条件下，其中必然有 一个或两个是起着主导作用的， 这种起主导作用的因子就称为主 导因子。
主导因子的含义有二种： ①从因子本身来说，当所有因子的质和 量相等时，其中某个因子的变化，能 引起生物全部生态关系发生变化。 如静风→暴风。 ②由于某类因子的存在与否和数量变化， 从而使生物的生长发育发生明显的改 变。 如植物春化阶段的低温因子，光周期 中的日照长度等。
内稳态机制
生物控制自身体内环境，使其保持 相对稳定的一种机制。 是进化过程中所形成的，能使生物 或多或少地减少对外界环境的依赖 性，提高生物对生态因子的耐受范 围。
恒温动物： 控制体温的方法主要是靠控制体内产 热的生理过程。 变温动物： 控制体温的方法则主要靠减少热量散 失或利用环境热源使身体增温。 这类动物主要靠行为来调节自己的体 温，而且这种方法也十分有效。
1） 耐受性定律
1913年美生态学家V. E. Shelford 认为： 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 退或不能生存。
后人对耐受性定律的补充
A. 每一种生物对不同生态因子的耐受范围存 在差异。 B. 生物在整个个体发育过程中，对环境因子 的耐受限度是不同的。 C. 不同的生物种，对同一生态因子的耐受性 是不同的。 D. 生物对某一生态因子处于非最适状态下时， 对其他因子的耐受限度也下降。
（3）现代生态学发展期
①经济和技术的发展在带来繁荣和物 质生活水平提高的同时，也带来了环 境、人口、资源和气候异常等问题。 ②学科之间的相互渗透和计算机、高 精度分析测定技术、卫星遥感等技术 的发展为生态学的发展提供了条件。
现代生态学的发展趋势
A.生态系统生态学的研究是生态 学发展的主流。 B.系统分析和生态学的结合是系 统生态学发展的动力。
光质变化及其对生物的影响
短波光随纬度增加而减少，随海 拔高度的升高而增加。 冬季、早晚长波光增多，夏季、 中午短波光增加。 水体中上部红、蓝光多，下部绿 光多。
高山地带，由于紫外光的作用抑制 了植物茎的伸长，所以很多高山植 物都具有特殊的莲座状叶丛; 高山的强紫外线辐射也决定了许多 植物的分布。
C.群落生态学由定性描述发展到定 量研究、数量分类、排序、结构机 理等。 D.向宏观和微观两级发展。由宏观 为主流到两者并重。 E.应用生态学得到发展。 F.景观生态学和全球生态学的发展。
道路 的建 设破 坏了 三江 并流 遗产 地的 景观
Road construction has disturbed the landscape of the Three Parallel Rivers World Heritage Site
2.1 光 的 生 态 作 用 及生物对光的适应
2.1.1 地球上光的分布 波长范围：150--4000nm 可 见 光：380--760nm 紫 外 光：< 380nm 红 外 光：> 760nm
影响地球表面太阳辐射能的因素
A. B. C. D. 大气圈内的各种成分 太阳高度角 地球公转时轴心的位臵 海拔高度、坡向和坡度
环境类型
自然环境： 包括大气圈、水圈、岩石圈、 土壤圈等。 人工环境： 包括所有的植物栽培、引种驯化、 人为管理和人工控制下的环境。
生物环境一般分为大环境和小环境。 大环境：指地区环境、地球环境和宇 宙环境。--大气候 小环境：指对生物有直接影响的邻接 环境，即指小范围内的特定栖息地。 --小气候 生物群系：如热带森林
1.3 最小因子、限制因子与耐受限度
1.3.1 利比希最小因子定律 1840年德国有机化学家J. Liebig（李 比希）在研究植物时发现： 植物的生长取决于那些处于最少量状 态的营养元素，这就是利比希最小 因子定律。
利比希最小因子定律的基本内容 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。
0.2 生态学的研究对象
组织层次：个体--种群--群落--生态系统 1. 生态学是研究生物与环境、生物与生物之 间相互关系的一门基础学科。 2. 生态学是研究以种群、群落和生态系统为 中心的宏观生物学。 3. 生态学研究的重点在于生态系统和生物圈 中各组成成分之间，尤其是生物与环境、 生物与生物之间的相互作用。
E. P. Odum对Liebig定律的补充
（1）Liebig定律只在极严格的稳定条件 下才能应用。如果一个生态系统中， 物质和能量的输入输出不是处于平衡 状态时，就不能应用。 （2）各因子之间有替代作用。如果有一 种营养物质的数量多或易于吸收，就 会影响到数量少的那种物质的利用率。
1.3.2 限制因子
第一部分
有机体与环境
我们把自然界分为两大类： 生物与非生物。 生物依赖于环境 生物又影响环境
1
生物与环境
环境的变化决定了生物的分布与多度; 生物的生存又影响了环境; 生物与环境是相互作用、相互依存的。
1.1 生态因子 1.1.1 环境
环境(environment)：指某一特定生物 体或群体以外的空间，及直接、间接 影响生物体或生物群体生存的一切事 物的总和。 生境(habitat)：生物个体、种群和群落， 在其生长、发育和分布的具体地段上 各种具体环境因子的综合作用。
3） 耐受限度的调整
生物对环境因子的耐受范围并不是固 定不变的，通过驯化可改变生物的 耐受范围，使适宜生存范围的上下 限发生移动，形成一个新的最适度， 去适合环境的变化。
耐受限度调整的方法
驯化：生物借助于驯化过程可以稍稍调整 它们对某个生态因子或某些生态因子的 耐受范围。 休眠：是动植物抵御暂时不利环境的一种 非常有效的生理机制。 昼夜节律和其他周期性的补偿变化。
2） 生态幅
每种生物对每种环境因素都有一个耐 受范围，即有一个上限和一个下限， 上限和下限之间的范围称为生态幅 或生态价。
各种生物对周围环境各种变化的适应 程度，称为种的生态可塑性。 生态可塑性可分为“广生态型”和 “狭生态型”。
生物对非生物因子的生理耐受范围对 动物和植物的分布显然具有重要影响。 分布区分为两种情况： （1）生理分布区和生理最适分布区； （2）生态分布区和生态最适分布区。
1.1.2 生态因子
定义：环境要素中对生物起作用的因子。 或环境中对生物的生长、发育、繁殖、行 为和分布有直接或间接影响的环境要素。 如：光照、温度、水分、O2、CO2 、食 物和其他生物。
1). 生态因子的分类
（1）按其性质划分： 气候因子： 土壤因子： 地形因子： 生物因子： 人为因子：
1). 生态因子的分类