环境生态学期末总结

生态学的定义

研究有机体与其周围环境相互关系的科学。——德国动物学家海克尔[ (Haeckel, 1866) ]

研究生态系统结构和功能的科学。——美国生态学家E.P.Odum (1963)

综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学——E.P.Odum (1997)

研究生命系统和环境系统相互关系的科学——中国著名生态学家马世骏(1980)

基本定义：研究生物与其生活环境之间相互关系的科学。

蕾切尔·卡逊研究美国杀虫剂引发的危害发表了《寂静的春天》对人类与环境关系传统的行为和观念的理性反思

为什么学环境生态学？生态学干嘛用的？

环境生态学的学科任务

1）人为干扰的方式及强度的识别2）退化生态系统的特征判定3）人为干扰下的生态演替规律

4）受损生态系统恢复和重建技术5）生态系统服务功能评价6）生态系统管理7）生态规划8）生态效应预测

生物种（物种）

.... 概念一：形态相似的个体的集合强调形态相似与能够繁殖延续（是自然界中的一个基本进化单位和功能单位）

.... 概念二：能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合强调能够杂交繁殖

协同进化

概念：两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化。一个物种由于另一物种影响而发生遗传进化的进化类型。生物的进化由遗传变异和自然选择共同作用，形成了生物与环境间的协同发展

生物多样性概念

所有来源的活的生物体中的变异性，这些来源包括陆地、海洋和其它水生生态系统及其所构成的生态综合体；这包括物种内、物种之间和生态系统的多样性

生物多样性层次

基因多样性(遗传多样性)：种内不同种群之间或同一种群内不同个体的遗传变异总和。

物种多样性：常用物种丰富度来表示，即一定面积内种的总数目；

生态系统多样性：生境的多样性、生物群落多样性和生态过程多样性。

景观多样性：不同类型的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样性和变异性。遗传多样性是基础、物种多样性和生态系统多样性是遗传多样性和环境复杂性的体现，景观多样性是生态系统多样性在宏观尺度的空间配置形式。

影响生物多样性的因素

.. ⒈物种生物量.. ⒉物种属性.. ⒊物种库（种质库）..⒋输入环境的总能量（能量-多样性假说）(PET潜在蒸发蒸发量是表示输入环境总能量的一个重要指数，可用来衡量区域尺度的生物多样性) ..

⒌纬度、栖息地异质性和生产力.. ⒍生物地化循环.. ⒎系统稳定性（多样性-稳定性关系）Gaia假说

.. 地球上所有的生物都起着调控作用（其认为，地球上的所有生物对环境一直起主动调节的作用，生物有机体将大气层作为原料源和废物库这样改变了化学组成，使大气偏离平衡）.. 地球生态系统具有稳定性（Gaia系统不是无生命机械且被动的系统，它的各个部分相互有序，相互调节才确保地球系统的稳定性）

.. 地球本身是进化的系统（生物保证了地球系统的稳定性。生物体影响生存环境，环境也反过来影响生物进化过程，两者共同进化）

.. 地球系统是有机整体（整个地球是生物、大气、土壤和海洋所组成的一个综合有机整体，生物与环境之间相互作用，不可分割）（地球的气候可能由浮游植物-云层气候反馈系统进行调节）

.. 地球生理学是地球进化的方式（一旦地球能保持环境的稳定性，就有一个系统在起作用）总结：⑴生命是全球尺度的现象，地球生态系统没有孤立的生命。生物会调节其生产的环境，这样才能让它们适应生存⑵不能分离物种的进化和它们生存环境。这是一个紧密的过程。环境的概念（Environment）

.. 环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。

①相对的概念，针对某一主体而言的，主体不同，环境的范围大小不同。

②环境是某一主体周围一切事物的总和。

③太阳和地球是生物生存最根本的环境基础。

④现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境。

光饱和点：光合作用随光强的增加而增加，当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。

.. 光补偿点：光合作用强度和呼吸作用强度相平衡之处为光补偿点。是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。

.. 植物的光合作用率在光补偿点之前与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。.. 根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物和短日照植物。

.. 长日照植物：通常是在日照时间超过一定数值才开花，否则便只进行营养生长，不能形成花芽。

.. 较常见的长日照植物有牛芬、紫莞、风仙花和除虫菊等，作物中有冬小麦、大麦、油菜、菠菜、甜菜、甘蓝和萝卜等。

.. 人为延长光照时间可促使这些植物提前开花。

.. 短日照植物：通常是在日照时间短于一定数值才开花，否则就只进行营养生长而不开花，这类植物通常是在早春或深秋开花。

.. 常见种类有牵牛、苍耳和菊类，作物中则有水稻、玉米、大豆、烟草、麻和棉等。

植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温。

.... 公式：K＝N ( T－T0 )

.其中，N 为发育历期，即生长发育所需时间，T 为发育期间的平均温度，T0 是发育起点温度，又称生物学零度

物的所有生理生物过程都依赖于一系列酶的参予，而每种酶的活性都有其最低温度、最适温度和最高温度，即生物生长的“三基点”，温度影响酶的活性，从而影响着生物的生理生化过程，生物体内的生物化学反应过程必须在一定的温度范围内才能正常进行。

植物：芽和叶有油脂类物质保护，芽具鳞片；体表具蜡粉和密毛；植株矮小。

动物：增加隔热层，如增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度；体形增大（贝格曼规律）；外露部分减小（阿伦规律）。

贝格曼规律(Bergman’s rule):生活在寒冷气候中的恒温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，以减少单位体重的散热量，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。

阿伦规律(Allen’s rule):寒冷地区的恒温动物较温暖地区恒温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显的变小的趋势，是减少散热的形态适应。称阿伦规律。

植物的抗盐性：植物的抗盐方式有

.... 富集盐分——聚盐性植物.... 排除盐分——泌盐性植物.... 拒绝吸收——透盐性植物（扛盐植物）

二、环境因子作用的一般特征

1、环境因子的综合作用

.... 自然界任何环境因子都不是独立的。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。

.... 如：光强变化→温度改变→湿度改变→蒸发、蒸腾改变

. 温度是一二年生植物春化阶段中起决定作用的因子，但是也只能在适度的湿度和良好的通气条件下才能发挥作用。如果空气不足、湿度不适，萌发的种子仍不能通过春化阶段

2、主导因子作用

.. 各环境因子的作用不是等价的，在一定条件下，其中必然有一个或两个是起着主导作用的。对生物起决定性作用的环境因子，称为主导因子。

....如：. 光周期中的日照长度. 如植物春化阶段的低温因子。

3、直接作用和间接作用

.... 环境因子既有直接作用，也有间接作用。

.... 环境中的地形因子，其起伏、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的，而是通过影响光照、温度、雨水等对生物生长、分布以及类型起间接作用。

.... 如：迎风坡和背风坡因降水的不同来影响植物. 山顶和山脚的海拔影响温度来影响植被的分布

.... 对生物因子而言，捕食、寄生、共生关系等是直接作用，而竞争等间接作用

4、环境因子的阶段性作用

.... 由于生物生长发育不同阶段对环境因子的需求不同，故环境因子对生物的作用也具阶段性。

.... 如：. 光照长短，在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是很重要的。有些鱼类根据其生活史的各个不同阶段，对生存条件有不同要求，如鱼类的徊游，大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节就成群结队徊游到淡水河流中产卵，而鳗鲡则在淡水中生活，徊游到海洋中去生殖。

5、环境因子的不可代替性和补偿作用

.... 环境中各种环境因子的存在都有其必要性，尤其是作为主导作用的因子，如果缺少便会影响生物的正常生长发育，甚至生病或死亡。所以说生态因子是不能代替的。

.... 但环境因子可局部补偿。在一定条件下，某一因子在量上的不足，可以由其他因子来补偿，同样可以获得相似的生态效应。

.... 如：. 植物进行光合作用时，如果光照不足，可以增加二氧化碳的量来补足。

环境因子的限制性作用

1、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。

.... 如：温度升高到上限时会导致许多动物死亡，温度上限对动物生存成了限制因子；

. 在植物光合作用中的几个因子在不同情况下，任何一个因子都可以成为限制因子。

2、Liieebbiigg最小因子定律

.... 植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养成分（利比希，1840，德国）。

.... E. P. Odum（1983）对Liebig定律的补充：.... ①该法则只能用于稳定状态下。如果在一个生态系统中，物质和能量的输人和输出不是处于平衡状态，那么植物对于各种营养物质的

需要量就会不断变化，在这种情况下，该法则就不能应用。... ②应用该法则时，必须要考虑各种因子之间的关系。如果有一种营养物质的数量很多或容易吸收，它就会影响到数量短缺的那种营养物质的利用率。

限制因子原理—最小因子定律.Law of the minimum ：

Liebig 于1840年提出。“植物生长取决于处在最小量状况的营养物质的量”；

..木桶定律：木桶能装多少水，不取决于最长的木板，而取决于最短的木板。

.... 如果一种生物对某一环境因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子;相反，如果一种生物对某一环境因子的耐受范围很窄，而且这种因子又易于变化，那么这种因子很可能就是一种限制因子。

.... 例如：. 氧气对陆生动物来说，数量多、含量稳定而且容易得到，一般不会成为限制因子，但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子。

3、SShheellffoorrdd耐受性定律

.. 1913年，美国生态学家Shelford V E在最小因子定律的基础上又提出了耐受性定律。他认为生物不仅受环境因子最低量的限制，而且也受环境因子最高量的限制。

.. Shelford的耐受性定律：生物对每一种环境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环境因子的耐受范围（称生态幅）。任何一个环境因子在数量或质量上的不足或过多，接近或达到某种生物的耐受性限度时，就会使该生物衰退或不能生存。

生物种的耐受性限度图解（据SSmmiitthh,, 11998800）

.... 对同一环境因子，不同种类的生物耐受范围是很不相同的。

... 有的可耐受很广的温度范围，称广温性生物;有的只能耐受很窄的温度范围，称狭温性生物

.... 对其他的生态因子也是一样，有所谓的广湿性、狭湿性;广盐性、狭盐性等等。.... 广适性生物属广生态幅物种，狭适性生物属狭生态幅物种。

.... 在进化过程中，生物的耐受限度和最适生存范围都可能发生变化，也可能扩大，也可能受到其他生物的竞争而被取代或移动位置。

.... 生物借助于驯化过程可以稍微调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。. 如果把金鱼放在两种不同的温度下(24℃和37.5 ℃)进行长期驯化，那么最终它们对温度的耐受限度就会产生明显差异

种群(population)是指在一定空间中同种个体的组合。

.. 种群是物种在自然界中存在的基本单位。

种群的基本特征

数量特征(密度或大小，受出生率、死亡率、迁入率和迁出率影响)

.. 空间分布特征（聚群、随机、均匀）

.. 遗传特征

种群的暴发

.. 不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的暴发。

.. 最闻名的暴发见于害虫和害鼠。

.. 近些年经常发生的赤潮（水中一些浮游生物暴发性增殖引起水色异常的现象）。

生态入侵（ecological invasion）

.. 某种外来生物进入新分布区定居成功，并迅速扩展蔓延的现象称为生态入侵。

.. 如欧洲的穴兔1859年由英国引入澳大利亚南部，造成生态入侵。

种群的数量变动

（1）不规则波动(2) 周期性波动(3) 季节波动(4) 种群的暴发(5) 生态入侵(6) 种群的

衰落和灭亡

最小种群原则：集群效应有在足够数量的个体参与聚群时才能产生。

.. 阿利规律：在一定条件下，当种群密度（数量）处于适度情况时，种群增长最快，密度太低或太高都会对种群的增长起限制作用。

种内竞争

.. 资源利用性竞争：间接竞争；

.. 相互干涉性竞争：直接竞争；

.. 两者共同点竞争效应的不对称性

高斯假说：当两个物种利用同一资源和空间时产生了种间的竞争，而且两个物种的生态越相似，竞争越激烈。

.. 竞争排斥原理：两个以上受资源限制、且具有相同资源利用方式的种，不能长期共存在一起。

生态位(niche)

种群在时空上的位置及其与相关种群间的功能关系称为生态位。

主要指生物在生物群落或生态系统中的作用和地位，以及与栖息地、食物、天敌、等多环境因子的关系。

共生：

寄生(+ -) 种群A寄生于种群B,并有害于后者

中性(0 0) 彼此互不影响

共生(+ +) 彼此互相有利,专性

互惠(+ +) 彼此互相有利,兼性

偏利(+ 0) 对A种群有利,对种群B无利害

偏害(- 0) 对A种群有害,对种群B无利害

生活史对策

.... 生活史:生物的生长和繁殖的生活方式, 即一个生物从出生到死亡所经历的全部过程。.... 生活史对策:是指生物在进化过程中所形成的各种特有的生活史特征，是生物适应于特定环境所具有的一系列生物学特性的设计。

.. 生物在进化过程中，在繁殖和竞争等方面具有朝着不同方向、适应不同栖息生境的对策。生物在自然选择中总是面临着两种相反的可供选择的进化对策：即r对策（或r选择）和k 对策（或K选择）。

rr--对策：

.. r-对策者适用于不可预测的多变环境(如干旱地区和寒带)，是新生境的开拓者。

.. 但存活要靠机会，所以在一定意义上它们是机会主义者，很容易出现“突然的暴发或猛烈的破产”。

.. r对策者具有能够将种群增长最大化的各种生物学特性。即高生育力、快速发育、早熟、成年个体小及寿命短且单次生殖多而小的后代。

.. 如大部分昆虫和一年生植物属r对策者。

K-对策者适应于可预测的稳定的环境。

.. 在一定意义上，它们是保守主义者。

.. 在稳定的环境中，由于种群数量经常保持在环境容量K水平上，故竞争较为激烈。

.. K对策者具有成年个体大、发育慢、迟生殖、产仔少而大，但有多次生殖、寿命长、存活率高的生物学特性，以高竞争能力使得以生存。

.. 如大部分脊椎动物和乔木

生物群落的定义

.... 生物群落：在特定空间或特定生境下，具有一定的生物种类组成，它们之间及其与环境之间彼此影响、相互作用，具有一定的外貌及结构，包括形态结构与营养结构，并具特定功能的生物集合体。也可以说，一个生态系统中具有生命的部分即生物群落；

.... 自然界植物的分布不是零乱无章的，而是遵循一定的规律而集合成群落，每个群落都有其特定的外貌，它是群落对生境因素的综合反应。

22、群落的基本特征

(1) 具有一定物种组成

... 每个群落都是由一定的植物、动物、微生物种群组成的，因此，种类组成是区别不同群落的首要特征。

一个群落中种类成分的多少及每种个体的数量，是度量群落多样性的基础。

（2）具有一定的外貌及内部结构

.... 生物群落除具有一定的种类组成外，还具有一系列结构特点，包括形态结构，生态结构与营养结构。如种的分布格局，成层性，季相，捕食者和被食者的关系等。但其结构不像一个有机体结构那样清晰，有人称之为松散结构。

（3）形成群落环境

.... 生物群落对其居住环境产生重大影响，并形成群落环境。如草原与裸地

（4）不同物种之间相互影响

.... 生物群落并非种群的简单集合。能够组合在一起构成群落的种群具备两个先决条件：第一，必须共同适应它们所处的无机环境；第二，它们内部的相互关系必须取得协调、平衡。研究群落中不同种群之间的关系是阐明群落形成机制的重要内容。

（5）一定的动态特征

.... 物种的消失和取代、群落面貌随环境因素变化而变化，如季节动态，年际动态，演替与演化。

（6）一定的分布范围

.... 任一群落都分布在特定地段或特定生境上，不同群落的生境和分布范围不同。无论从全球围看还是从区域角度讲，不同生物群落都是按着一定的规律分布。

（7）群落的边界特征

.... 有些群落具有明显的边界；有的则不具有明显边界，而处于连续变化中。

.... 但在多数情况下，不同群落之间都存在过渡带，为群落交错区。

.... 群落交错区:相邻生态系统之间的过渡带,其特征是由相邻生态系统之间相互作用的空间、时间及强度所决定的.

.... 群落交错区种的数目及一些种的密度增大的趋势被称为边缘效应。

优势种：对群落的结构和群落环境的形成起主要作用的植物种称为优势种。

.... 通常是个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积较大、生活能力较强的种。.... 群落的不同层次可以有各自的优势种。

.... 建群种：优势层的优势种起着构建群落的作建用，常称为群种。

.. 生态学上的优势种对整个群落具有控制性影响，因此保护珍稀濒危植物时，也要保护那些建群植物和优势植物，其对生态系统的稳态起着举足轻重的作用。

物种多样性的测定

.. 辛普森多样性指数(Simpson diversity index)：D=N(N-1)Σni(ni-1)

.. 值介于0~(1-1/S)之间

.. 香浓维纳指数(Shannon-Weiner index): H=-ΣPilnPi