生态学

第九章生态学概论

一、水域生态学的内容、任务和方法

1、水域生态学的定义

1869年德国生态学家Haeckel首先提出生态学(Ecology)一词，并对其下了定义：生态学是研究有机体和它们的环境之间相互关系的科学。

近几十年来，生物学的研究主体已经扩展到小至生物大分子，大到生物圈的多层次生命系统，生物个体仅仅是其中的一个层次，所以，目前比较合适的定义是：生态学是研究生命系统与环境之间相互关系的科学。

水域生态学（Aquatic ecology）——研究水域中生命系统与环境之间相互关系的科学。它包括海洋生态学（Ocean ecology）和淡水生态学（Fresh water ecology).

2、水域生态学的任务

从学科的社会功能来说，水域生态学的主要任务是

（1）研究渔业生态系统的生物生产力，为渔业开发和管理提供依据；

（2）研究污染物在水生态系统中的行为，以及水生生物对污染物的净化机理，为水污染的生物监测和生物治理提供依据；

（3）研究水域生态系统的结构和功能，为水生生物资源的管理和利用、以及水生态系统的优化提供理论指导。

生态学研究的是生物与环境之间的相互关系，这种关系极为错综复杂，因而生态学形成了一套独特的宏观思维方式和处理复杂问题的方法。我们在学习生态学时，除了掌握生态学的基本原理和基本的研究手段外，更重要的是要学会以生态学的宏观、整体的观点，来分析和解决一些具体问题。

3、生态学的分支学科

按照生态学研究的生命体系的层次，可以分为分子生态学、个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学等。其中，后三者又合称为群体生态学。

按照研究的生物类别的不同，可分为植物生态学、动物生态学、微生物生态学、鱼类生态学、藻类生态学等。

按照生境的不同，可分为草原生态学、森林生态学、海洋生态学、淡水生态学、河口生态学等。其中，以水域为研究对象的几类又合称为水域生态学。

按照与其它学科的交叉情况，可分为数学生态学、化学生态学、物理生态学、生理生态学、进化生态学、行为生态学等。

4、水域生态学的研究方法

（1）观察和实验方法

（2）逻辑思维和抽象方法

（3）模型方法

二、生物与环境间相互关系的一般规律

1、环境（environment）的定义

生态学上的环境是指生物周围一切事物的总和。在谈论环境时，必须要有明确的、特定的主体，生态学中环境的主体是不同层次的生命系统。

环境是由许许多多的因子组成的，大体上可以分为非生物因子、生物因子、人为因子三大类。

2、生态幅、生物对环境因子的耐性

（1）生态幅（ecological valence）生物能够生存的环境变化幅度，也就是下图中低限和高限之间的跨度，称为物种的生态幅。

（2）耐性（tolerance）生物对某种环境因子的适应能力，被称为对该环境因子的耐性，耐性一般以对生物致死剂量的高限和低限来规定其范围。

3、主导因子和限制因子

各种环境因子以一个整体作用于生物，但一般情况下必定有一个因子是最主要的，它的存在和变化影响着其它因子的作用，该因子即主导因子。

（2）限制因子（limiting factor）

在影响生物的各种环境因子中，任何接近或超过生物的耐性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子叫限制因子。

4、限制因子定律和耐性定律

（1）限制因子定律

Liebig基于作物营养需求研究指出，植物的生长取决于处于最小量状态的营养物质。

（2）Sheiford耐性定律

任何一个环境因子在数量或质量上的不足和过量，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时，都会使生物种群衰退或不能生存。

三、水环境的分区和水体类型

（一）水体的类型

水圈可大致分为海洋和内陆水域两大部分，内陆水域根据水的运动和容积大小可分为以下几类。

1、流水水体具有一定方向性流动的水体。包括泉、溪流、江河。

2、静水水体不具有一定方向性流动的水体。包括池塘、湖泊、沼泽。

3、半流动水体水库的情况介于上述两种水体之间。

（二）水体的生物分区

水体中生物的分布与水体的理化特征、水深、水底地形等因素有关，根据这些特点，可以把一个水体划分为不同的生物区。

1、内陆水体的生物分区

内陆水体的生物区首先可分为水底区、水层区和水面区。大型深水湖泊的水底区和水层区又可划分为若干次级生物区。

（1）水底区

A）沿岸带由水边延伸到大型水生植物生长的下限。其深度依水体的透明度而不同，一般为3-6m。

B）亚沿岸带沿岸带和深底带之间的过渡区域，一般没有大型植物，沿岸带的一些底栖动物可能暂时性迁移到这一区域。

C）深底带亚沿岸带以下的湖盆。

（2）水层区

A）沿岸区是沿岸带以上的浅水区域。浮游生物的种类很多。

B）湖心区是沿岸带以外的开阔部分。这一区域的环境条件比较稳定。

（3）水面区

水—气的交界面。分布有漂浮生物和利用水面张力在水面的生物。

2、海洋环境的划分

海洋环境的水底一般可划分为沿岸带、半深海带、深海带和深渊带。水层区可简单分为浅海区和大洋区。

第十章环境因子的生态作用

一、光的生态作用

（一）天然水体中的光照条件

天然水体的光照基本上来自太阳辐射。阳光照射到水面后，一部分（约5%—10%）被反射回空气中，其余的进入水体。水面对阳光的反射程度与太阳高度角、水面的性质关系密切。太阳高度角越大，反射率

结冰时，反射率一般高于正常水面。

进入水体的光，由于被吸收和散射，照度迅速衰减。如果水中悬浮物的分布较均匀，则水体中光照强度与深度的关系符合郎格—比尔定律：

I Z=I0e–εZ

ε=2.303(lgI0-lgI Z)/Z

（二）透明度

水生生物学所指的透明度，是用直径20cm或30cm黑白色相间的透明度盘（塞氏盘，图1-1）水平地放入水中，直到肉眼刚好不能分辨黑白界限时的深度。

透明度与光照条件、水中悬浮物浓度和浮游生物数量有很大关系，在渔业水体中，浮游植物往往是决定透明度的主要因素，据李永函等（1985）对哈尔滨地区153口越冬池的观测，透明度（y）数值为22-139cm，与浮游植物生物量（x）呈负相关：

y = 83.9-0.72x r =-0.435

（三）光照强度与水生植物光合作用的关系

（四）光谱成分与植物的色素适应

植物光合作用并不能利用太阳光谱中所有波长的光能，光合色素中最重要的叶绿素只能吸收红光和蓝光，而且红光更为必要。藻蓝素和藻红素可以吸收红色、橙色和黄色光，而类胡萝卜素能够吸收更广范围的光能。

与陆地相比，水体中的光照经常是不足的，随着深度的增加，不仅光照强度逐渐衰减，而且光谱组成也发生了变化。为了适应这种条件，许多水生植物的色素组成中包含了较多的辅助藻类，使它们能够有效地利用水下的绿光和蓝光。

（五）光与水生动物的行为

很早以前人们就知道利用火光在夜间诱捕鱼类，到现在，光诱仍然是一种重要的捕捞手段，这就是利用了鱼类的趋光性。所谓趋光性，是指生物在光线刺激下，向着光源方向运动的特性。相反，生物背向光源方向运动的特性被称为背光性。

光对动物行为的作用还受到一系列内外因素的影响：

1、光照强度

2、光谱成分

3、动物的年龄和性别

4、生理状况

5、理化因子

（六）光对水生动物的生长、发育和繁殖的影响

光照对动物生长的影响研究还不多，但是鱼类的某些内分泌器官的功能要受到光照的影响，光对动物的生长无疑是有一定作用的。

光对枝角类的生长也有影响，大型溞在黑暗中培养时，寿命较短而体型和生殖量都增大，在全光照培