上海交通大学生态学课件

第一章绪论一、生态学（Ecology）定义Ecology 源希腊词“Oikos”和“logos”，前者表示住所和栖息地，后者表示学科，原意是研究生物栖息环境的科学几个有代表性学者对生态学的定义：1、研究生物及环境间相互关系的科学（E.Haeckel,1866）2、研究生物形态、生理和行为上的适应（Кашкаров,1954）3、研究决定有机体的分布与多度相互作用的科学(Krebs,1972, 1985)4、研究生态系统的结构和功能的科学（E.P. Odum,1956）5、综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学（E.P. Odum,1997 ）6、研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学(马世骏1980综上所述，“生态学是研究生物及环境间相互关系的科学”，其中，生物包括：动物、植物、微生物及人类本身；环境：指生物生活其中的无机因素，生物因素和人类社会。

二、生态学的研究对象生态学研究对象可以小到生物个体，大到整个生物圈。

生态学系统等级结构的每一个层次都有其独特的结构和过程，因此，每一个层次都给生态学研究增加一个不同的研究途径。

主要研究对象包括：✧分子(molecular)✧个体(individual)✧种群(population)✧群落(community)✧生态系统(ecosystem)✧景观(landscape)✧生物圈(biosphere)经典生态学的分支学科：✧按组织层次划分：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✧按交叉学科划分：数学生态学、地理生态学、生理生态学✧按应用领域划分：农业生态学、城市生态学、资源生态学、环境生态学、保护生态学、恢复生态学、旅游生态学、污染生态学✧按生物类群划分：动物生态学、植物生态学、微生物生态学、鱼类生态学、鸟类生态学✧按生物栖息环境划分：水生生态学、河口生态学、海洋生态学、陆地生态学、湿地生态学三、生态学的发展史1、生态学的萌芽时期（公元16世纪以前）以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。

2、生态学的建立时期（公元17世纪至19世纪）➢1670年R.Boyle发表的“低气压对动物效应的试验结果”，标志着动物生理生态学的开端；➢1792-1807年，Willdenow和Humboldt 提出了“植物群落和外貌”的概念，标志着植物群落生态学的开端；➢1859年达尔文的《物种起源》问世，促进了生物与环境关系的研究；➢1866年Heackel 提出Ecology一词，并首次提出了生态学的定义；➢1895-1909年，丹麦植物学家E.Warming出版了《植物生态学》；➢1898年德国植物学家A.F.W.Schimper出版了《以生理为基础的植物地理学》，上述二本书全面总结了当时生态学研究的成就，被公认为生态学的经典著作，标志着生态学学科的诞生。

3、生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）这一时期是生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。

形成四大生态学派。

➢北欧学派：由瑞典乌普萨拉（Uppsala）大学的R. Sernauder创建，以注重群落分析为特点。

➢法瑞学派：代表人为J. Braun-Blanquet. 把植物群落生态学称为“植物社会学”，用特征种和区别种划分群落类型，建立严密的植被等级分类系统，常被称为植被区系学派。

➢英美学派：代表人为F.E.Clements 和A.G.Transley, 以研究植物群落演替和创建顶极群落著名。

➢前苏联学派：注重建群种和优势种，重视植被生态、植被地理与植被制图工作。

4、现代生态学时期（20世纪60年代至今）✧研究层次上向宏观和微观两极发展：生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个生物圈；学科交叉更加紧密。

✧研究手段的更新：自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、“3S”（全球定位系统（GPS）、遥感（RS）与地理信息系统（GIS））、生态建模，系统论引入生态学。

✧研究范围的拓展：结合人类活动对生态过程的影响,从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究。

✧第二章生物与环境第一节环境与生态因子一、基本概念环境(environment)：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。

可分为：大环境（宇宙环境、地球环境、区域环境）、小环境或微环境和内环境。

生态因子(ecological factors)：是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物等，有时又称为生物的生存条件。

生境(habitat)：指具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。

二、生态因子的类型◆气候因子：光、温、水、空气◆土壤因子：土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生物等◆生物因子：动物、植物、微生物◆地形因子：海拔高度、坡度、坡向◆人为因子：三、生态因子的作用特点➢综合性作用➢主导因子作用，即非等价性➢直接作用和间接作用➢生态因子的阶段性作用➢不可代替性和补偿性四、生态因子的限制性作用1、限制因子（limiting factor ）1)生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种和少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性的因子就是限制因子。

2)任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。

3)限制因子的意义:发现制约生物生存和繁殖的关键因子2、最小因子定律(Liebig's law of the minimum)植物的生长取决于处在最小量状况的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。

3、Shelford耐受性法则（Shelford’s law of tolerance）1、生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间就是生物对这种生态因子的耐受范围，其中包括最适生存区。

2、生态幅（ecological amplitude）：上下限之间的范围称为生态幅，包括广温性生物，狭温性生物；广湿性、狭湿性；广盐性、狭盐性；广食性、狭食性等。

五、生物对生态因子耐受限度的调整驯化休眠迁移发育反应第二节生态因子的作用及生物的适应一、光因子的生态作用及生物的适应一）光质变化对生物的影响1、光谱组成：✧紫外光<380nm—高能—臭氧层-氯氟烃和N2O✧可见光—380-760nm—有效生理辐射✧红外光>760nm —温室效应（水蒸气和CO2等）2、光质对植物生长发育的影响：◆可见光中最有效部分为橙一红光、蓝一紫光,可被叶绿素吸收，橙一红光的主要作用是形成光合产物, 而蓝一紫光对叶子和质体的运动有重要作用；◆绿光不被叶绿素吸收，黄光不被类胡萝卜素吸收，而被反射-生理无效辐射，叶片为绿色、枯叶为黄色的原因。

◆红光有利于碳水化合物的合成，提果实糖含量；蓝光有利于蛋白质的合成；蓝紫光抑制伸长生长，矮化植株。

◆植物体中有三种蓝光受体基因，分别介导植物的向光性运动、抑制下胚轴伸长、调节开花时间和引导生物钟。

◆生产中用蓝色塑料作为温室的覆盖物，能够过滤掉红外光，可以有效降低节间伸长，抑制植株徒长，促进开花和结实。

3、光质对动物的影响:◆动物视觉：灵长类、鸟类、鱼类、昆虫等许多都有很发达的色觉；◆大多数的哺乳动物是色盲，牛、羊、马、狗、猫等，几乎不会分辨颜色，眼睛里的色彩只有黑、白、灰3种颜色；◆昆虫偏于短波光,可以看到紫外光,用紫外光诱杀昆虫；◆有些动物完全没有色觉，如蝙蝠;蛇的视觉非常弱，用舌头感知周围的热量来判别事物。

◆可见光对动物生殖、生长和发育都有影响，如红光促进鸡的繁殖，短波光（蓝光）有助于生长。

二）光强度变化对生物的影响1、光照强度的变化✧光照强度在赤道地区最大，随纬度的增加而逐渐减弱;✧光照强度随海拔高度的增加而增强;✧南坡比北坡光照强度大；✧在陆地生态系统中，光照强度在生态系统内自上而下逐渐减弱；✧在水生生态系统中，光照强度随水深的增加而迅速递减。

2、光照强度与陆生植物的生长与适应1）几个概念：✧光饱和点(saturation point)：植物光合作用达到最大值时的光照强度✧光补偿点(compensation point)：光合作用和呼吸作用相等时的光照强度✧阳地植物(cheliophytes)：适应于强光照地区生活的植物，其光补偿点较高，光饱和点一般也较高，可利用强光，如杨、柳等。

✧阴地植物(sciophytes)：适应于弱光照地区生活的植物，其光饱和点较低，光补偿点一般较低，可有效利用弱光，如人参、三七等。

2）阳地植物和阴地植物对光照强度的生态适应：（1）形态方面：⏹阳地植物叶子通常以锐角、多层冠状排列的形式暴露于日光中，这样可以导致辐射的入射光在更大的叶面积上展开，更多地利用光照；⏹阴地植物叶子通常以水平方向和单层排列。

（2）叶片结构：◆阳地植物叶更小、更厚、含有更多的细胞、叶绿体和密集的叶脉、干物质含量高；◆阴地植物叶大而薄，半透明、气孔较少，叶脉分布较疏，叶肉细胞中的叶绿体数目少，但比较大，内含叶绿素较多，叶的形态构造有利于对弱光的吸收和利用。

3、光照强度与水生植物◆水生植物只能生活在水体的透光带（1--百米）。

叶片柔软或呈丝状,通气组织发达。

◆海带等巨型藻类在大陆沿岸生活，单细胞浮游植物只能在海洋上层生活。

三）光照周期(Photoperiod)1、由于太阳高度角变化所造成的昼夜长短在各地是不同的◆在北半球，从春分到秋分是昼长夜短，夏至昼最长；从秋分到春分是昼短夜长，冬至夜最长；◆在赤道附近，终年昼夜平分；纬度越高，夏半年（春分到秋分）昼越长；而冬半年，（秋分到春分）昼越短；在两极地区则半年是白天，半年是黑夜。

2、光周期现象(photoperiodism)生物对自然界昼夜长短的日变化规律的反应方式，称光周期现象光周期是生命活动的定时器和启动器，诱导植物的花芽形成和休眠；调节动物代谢活动，进入休眠期3、植物的光周期光周期影响植物的生长发育和繁殖，根据其开花与光照周期的关系，将植物分为：（1）长日照植物：日照时间超过一定数值（因种而异）才能开花。

如冬小麦、油菜、萝卜、紫罗兰、杜鹃花。

（2）短日照植物：日照时间少于一定数值（因种而异）才能开花。

多分布在低纬度，在早春或深秋开花，如水稻、大豆、棉花等。

（3）中性植物：光照时间与开花无关。

如黄瓜、番茄、蒲公英等。

4、动物的光周期光周期对动物的影响表现在以下几个方面：（1）决定动物的迁徙、迁移或洄游的时间；（2）影响鸟兽换羽、毛（短光照、限食、限水）；（3）影响动物生殖时间：鸟类在长光照一个月后可繁殖；（4）影响动物的冬眠和滞育（也与温度、食物有关）；（5）影响动物记忆：短周期光暗循环能够提高小鼠的学习记忆能力。