第二章 生态学基础

与生命活动相关联的物质循环
碳、氮、磷和水等许多与生命活 动相关联的物质以多种形式—生 物的或非生物的形式，原子的、 分子的或生物大分子的形式等在 自然界中循环，这些物质的循环 叫生物地球化学循环。 生态系统中所有物质的生物地 球化学循环共同的特点：
（1）碳、氮、磷和水等都有一个非生物的库；（2）有一些物 质的一部分可以完全通过地学过程进行循环；（3）有些需要经 过微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物对各级别营养 水平生物有机质的分解作用是生物地球化学循环的关键环节。
（3）物质与能量的循环与流动保持合理的比例与速度；
（4）生态系统具有良好的自我调节能力。
生态平衡和人类社会可持续发展的策略
人工改造的农业生态系统是不稳定的。
在人工生态系统中，病虫害可以很容易
找到并聚集在一小片地域上，接着在大
量单一的动植物种群中迅速传播，造成 严重的危害。最近大规模发生在欧洲等
地球上的主要群落类型
灌木林主要发生 在中纬度靠近海 岸的地区，气候 特征为冬季多雨， 夏季干热。致密 常绿的矮生灌木 为优势种群。
地球上的主要群落类型
温带草原主要分布在欧亚大陆、南美洲、北美，中 国黄河中游、内蒙古和东北大兴安岭以西，属于温 带大陆性气候地区旱生草本植物群落。
温带草原乔木很少，以草本植物为主。 代表动物有羚羊、黄羊和各种鼠类等。
第三节 生态平衡
人口增长和生态环境的人口承载容量
1999年世界人口突破了60亿大关。到2050年将达到100多亿 。
从1800年到2000年间，中国人口增长总体上是按指数增长 模型进行的。
按照中国人口战略的第一个目标，到2030年，将争取实现 人口数量的“零增长”
资源压力及生态环境恶化 土地资源压力 水资源压力 能源危机 森林资源减少 环境污染加剧
地球上的主要群落类型
热带雨林分布在亚洲东南部、非洲中部和西部以及 南美洲和大洋洲以北赤道附近。
垂直分布明显 生物种类多
高大常绿乔木、灌木层、草本层、藤本植物 灵长类、鸟类、各种昆虫
地球上的主要群落类型
稀树草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的热带 季节性干旱地区。 大量草本植物、有些散生矮小的小片阔叶丛林 草食性动物和肉食性动物、鸟类、爬行动物 周期性的雨季和旱季
资源压力及生态环境恶化 环境污染加剧
大气中CO2捕捉热 量的方法与温室类 似，大气中的二氧 化碳能够阻止地面 向空间辐射百度文库量， 导致大气层增温， 形成了温室效应。
资源压力及生态环境恶化 环境污染加剧
许多化学物质对食物 链上的影响正在增强。 例如DDT可以聚集在 生物组织内，特别是 动物的脂肪中。
地球上的主要群落类型
针叶林主要由常绿的针叶树如松、杉、柏等树种所组 成，大部分分布在北半球高纬度的温带到亚寒带地区。
林下植被不发达，地表常被枯枝落叶所覆盖。 动物种类较多，如野鸡、松鼠、鹿、狼、熊和各种鸟类。 针叶林中昆虫的种类也很多。
地球上的主要群落类型
冻原又称为苔原，分布于北极圈以南环绕北冰洋的 严寒地带），大约占地球陆地面积的20%。
当这些物质进入人 体后将增加人类患 癌症和其他疾病的 可能性，并对大脑 结构产生长期影响
生态平衡和人类社会可持续发展的策略
生态系统中的能量流动、物质循环与信息交流总是不 断地进行着，在一定时间内，生态系统内的生物种类 与数量相对稳定，它们之间及它们与环境之间的能量 流动、物质循环与信息交流也保持稳定，达到统一协 调的状态，这种平衡状态就叫生态平衡。 生态平衡是动态的和相对的平衡，其主要特征包括： （1）生物的种类和数量保持相对稳定； （2）物质与能量的输入和输出保持相对的稳定；
生态系统中的能量流动
生态系统中的能量流动是单一方向的。
输入生态系统中的能量（太阳能）总是和生物有机体贮存、转 换的能量和释放的热量相等。 以热的形式散失的能量不能再回到生态系统参与流动和被利用
生态系统中的能量流动
由于通过食物链后能量的逐 级损失，食物链中的能量也 由下向上呈现下宽上窄的金 字塔型，称为能量金字塔 。 从能量的角度考虑，生态系 统是一个开放系统，不断的 能量输入和能量的散失，使 该开放系统维持一种稳定的 平衡状态。
群落的演替和扰动
群落是一个动态系统。
一种群落取代另一种群落的过程称 为群落的演替或生态演替，演替达 到的最终相对稳定状态，就是顶级 群落。 只要气候条件合适，从裸露的岩石 最终演变到出现顶级群落通常要经 历地衣阶段、苔藓阶段、草本植物 阶段、灌木阶段和森林阶段。这一 自然发生的完整过程称为初生演替。 湖泊的演替、群落的扰动、次生演替 群落的演替与生物的进化是一个协同的过程，其间穿插着生物 多样性的变化。
与生命活动相关联的物质循环
氮循环
固氮细菌的作用
各类生物通过体内 的呼吸与氧化作用 来分解蛋白质等， 使之转变成NH3再 排出体外。这些又 可以再次被植物所 吸收利用。
与生命活动相关联的物质循环
磷的循环
植物一般只利用 H2PO4-形式的磷
陆地的异养动物主 要依靠摄食植物和 其他动物获得其所 需要的磷。
微藻生长速率及其营养吸收速率在营养盐浓度增大到一定程度 时有饱和现象。
群落内生物之间的相互关系
生活在同一环境中的 两种微藻同时竞争利 用某一种营养盐时可 能出现的结果：
由于对资源不平等的 利用，两个物种竞争 的结果会导致竞争利 用资源能力较弱的物 种种群数量下降，激 烈的竞争甚至可导致 一个物种从该区域完 全被排除。
与生命活动相关联的物质循环
水的循环
水的循环涉及非生 物过程和生物过程
从陆地上看，凡是 水的循环越活跃的 地方，生命的活动 就越活跃
与生命活动相关联的物质循环
碳循环
碳循环在生态系统物质 循环中具有特殊重要的 作用 每年海洋中浮游植物 （包括藻类和光合细菌） 和陆生植物通过光合作 用将大量的无机碳转化 成为有机碳，这些有机 碳在全球范围的食物网 中流动。
二、生态系统的组成
生态系统是生物群落与非生物因子通过能量流动和 物质循环相互作用而构成的生态集合体。
生态系统的共同特征包括：
（1）生态系统内部在一定范围和限度下具有自我调节 的能力，这种自我调节的能力与生物多样性程度成 正比； （2）生态系统中的能量流动、物质循环和信息传递体 现了生态系统的动力学特征，生态系统内部始终处 于运动之中，能量的流动是单向的，物质流动是循 环式的； （3）生态系统吸收的太阳能量一般都通过4~5个不同 营养等级的生物进行传递； （4）从地球上生物起源到现在，生态系统经历了从简 单到复杂的发育阶段。
气候严寒，降雨少，冻原区的土壤终年冻结。 没有树木，典型植物是地衣，偶然有很矮小的植物和苔草。 动物也较少，有驯鹿、麝牛、旅鼠、北极狐和狼等。
地球上的主要群落类型
淡水生物群落包括溪 流、河流、池塘、湖 泊和沼泽等类型。
植物包括浮游藻类、漂浮植 物和挺水植物 动物包括各种蛤、蚌、鱼、 虾等。 一些爬行类和两栖类动物大 都栖息在沿岸地带。
3．生态系统 生态系统是指在自然界的一定空间 内，生物与环境构成统一整体，在这个 统一整体中，生物与环境之间相互影 响，相互制约，不断演变，并在—定时 期内处于相对稳定的动平衡状态。
生态系统的类型（按地理条件分类）
海洋生态系统
水生生态系统 淡水生态系统
生 态 系 统
陆地生态系统
森林生态系统 草原生态系统 荒漠生态系统
地的口蹄疫和疯牛病，导致一些国家畜
牧业遭到灭顶之灾，就是这样例证 。
保持一定比例的自然生态系统 和维持全球整个生态系统的平 衡对人类是有利的。
生态平衡和人类社会可持续发展的策略
生 态 系 统 结 构 图
生 态 系 统
环 境 条 件
生 物 群 落
能源
生物 代谢 产物
媒质
基质
其他 环境 条件
生产 者
消费 者
分解 者或 转化 者
气候因子
降雨和湿度影响着 生物的生长、发育、 行为和寿命。 全球的气候特征主要是由 太阳能的输入和地球在宇 宙中的运动决定的。
地球表面各处太阳光照不均衡。
第二章
生态学基础
第一节
生态系统的基本概念及类型
一、生态系统的概念 环境的范围与生态学的层次
生态学的层次从个体、种 群、群落、生态系统到整 个生物圈逐级放大，其涉 及到的环境范围也越来越 广。
环境的范围与生态学的层次
在一定环境中的一群同 种生物个体称为种群。 在一个特定的环境区域 内生存的多种不同的种 群便组成为群落。
生态系统的营养结构
通过处于不同营养水平的生物之间的食物传递形成 了一环套一环的链条式关系结构，称为食物链.
生态系统的营养结构
在生态系统中，一种生 物往往并不只固定在一 条食物链上，它们可以 同时加入几条食物链。
生态系统中的营养关系 是一种网状结构，因此 称为食物网。 食物网越复杂，生态系 统就越稳定；食物网越 简单，生态系统就越容 易发生波动或遭受毁灭。
群落内生物之间的相互关系
捕食也是群落中普遍存 在的种群间的一种相互 关系。
寄生是指一种生物生存于另一种生物的体内或体表 并从中获利。 共生是另一类种群间互利的相互关系，这种互利的 关系被固定以后，如果失去一方，另一方便不能生 存，例如地衣就是藻类和真菌的共生体。 群落中物种的相互关系和相互作用还包括互惠、共 栖、抗生等多种形式。
地球上的主要群落类型
温带落叶林主要分布在 北美、西欧、中欧的温 带湿润海洋性气候地区， 中国的华北和东北沿海 地区也有分布。
湿度高，四季分明，雨 水集中在夏季。 以阔叶乔木为主，树种 多，林下分布各种灌木 和阔叶草本植物。 优势草食性动物是鹿， 优势肉食性动物为黑熊。 多种多样的鸟类、爬行 类动物和昆虫等
第二节 生态系统的功能
一、生态系统中的能量流动 二、与生命活动相关联的物质循环
生态系统中的能量流动
生态系统中总的有机体物质称为生物量。
光合细菌和植物等生产者所制造的有机质被称为生 态系统的初级生产力。 地球上总的初级生产 力是一定的，因此， 生态系统中的能量分 配和利用也是有限度 的。
地球上的主要群落类型
沙漠：非洲的撒哈拉沙漠、中东的阿拉伯沙漠和中国 的戈壁沙漠呈不连续的条状分布横贯非洲和亚洲大陆 年降雨量少，温差大 植被少：仙人掌、仙人球 动物种类少：骆驼、黄羊、 沙漠兔等 动植物发育了适应干旱少 水的特殊机能
地球上的主要群落类型
极地冰原主要位于北极地区，那里终年冰雪覆盖，动 物仅有北极熊、企鹅等少数以海洋动物为食物的极端 耐寒性种类。
高山生态系统
冻原生态系统
环境的范围与生态学的层次
生态学的层次从个体、 种群、群落、生态系 统到整个生物圈逐级 放大，其涉及到的环 境范围也越来越广。
在不同的生态系统 中，各种生命通过 一张极其复杂的食 物网来获取和传递 太阳的能量，同时 完成物质的循环。 全球生态系统的总 和称为生物圈。
地球上的主要群落类型
海洋生物群落根据 位置和海水的深度 分为海岸带、浅海 带、远洋带和海底 带等类型。
不同的海洋带分布 的海藻类植物和海 洋动物的类群差别 很大。
群落内生物之间的相互关系
竞争、捕食、寄生和共生4种主要类型。 可能存在以下状态：互惠，一方受益一方无害，一 方受益一方有害，一方有害一方无益，双方都有害， 对双方既无害也无益。 生活在同一区域的两个物种如果利用相同的资源， 它们便形成了竞争的关系。 例：两种藻类竞争利用同一种营养盐。
气候因子
6类气候区 全球大陆不同地区的气候 类型也有该地区的生物群 落型（9种陆生生物群落型）
环境对生物习性和行为的影响
动物的许多有规律的行为 就是动物适应其环境定向 进化的结果。 动物的许多复杂应变行为 体现了物种内和物种间特 殊的生态关系。 大雁东南飞
东非的角马群居生活并集体大规模迁移