生态学概论

二. 个体生态学
“光”的生态作用
光合作用
“扳机”（trigger）作用
“光”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
光合作用
“光”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
“扳机”（TRIGGER）作用 光照是生物繁殖、迁徙、换毛、 换羽、冬眠等机制的“扳机”
种群生态：结构、生命表与存活曲线
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群结构、生命表与存活曲线
种群结构 生命表 存活曲线
种群生态：结构、生命表与存活曲线
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群结构：年龄结构，性比
种群生态：结构、生命表与存活曲线
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
（3）耗散结构各要素间存在某些非
线性相互作用，如正负反馈机制，从 而自维持、自适应 。
（4）自组织：生命系统自行产生组
织性的行为，在一定幅度内调整或修 复系统功能。
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
一. 导论
生态学的定义

经典定义：生态学是研究生物与其生存 环境之间相互关系及作用机理的科学 现代定义：生态学是研究生态系统各层 次各组分之间相互关系相互作用的科学 （生态学是生态系统结构和功能的研究; 是自然经济学的研究）
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
生态学概论
陆健健
教授（博导） 2008年10月6日
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
一、导论
二、个体生态学
三、群体生态学
四、生态系统生态学
五、生态学与人类的生存与发展
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
导论
生命系统的关键特征

负熵与耗散结构 自我组织、自我维持、自我适应
共生
互利共生
偏利共生 偏害共生
偏利
互利
三. 群体生态学
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
群落生态

群落的概念和特征 群落的时空格局 生物多样性 地球主要生物群落及分布
群落生态：概念与特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
群落的概念和特征
具有一定的种类组成 不同物种之间的相互影响 形成群落环境
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群指数增长与逻辑斯谛增长
种群指数增长（J型） 种群逻辑斯谛增长（S型）
种群生态：种群增长
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群指数增长（J型）
种群生态：种群增长
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群逻辑斯谛增长（S型）
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
二. 个体生态学
个体生态学的基本概念
物种
耐性
极限值
适应性
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
二. 个体生态学
物种

指一类生物个体的集合，个体之间在 自然条件下能相互交配产生具有生殖 能力的正常后代个体
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
“水”生和“旱”生
“水”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
动物的水分代谢和植物的蒸腾作用
二. 个体生态学
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
“化学元素”的生态作用
生源要素 微量元素
二. 个体生态学
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
“土壤”和“气候”的生态作用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
捕食
猎物是捕食者的食物资源 捕食者调节猎物种群
种群生态：种间关系
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
寄生

一种生物（寄生者）摄取另一种生物 （宿主）的体液、组织或已消化物质而 维持生活
种群生态：种间关系
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
广适性和狭适性 土壤的酸碱度（pH值）和盐度 物候
三. 群体生态学
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群生态
种群的概念及其数量、空间和遗传特征
种群结构、生命表与存活曲线
种群指数增长与逻辑斯谛增长 r－对策和k－对策 种间关系
种群生态：概念及特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程

现代生态学发展期

20世纪50年代至今
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
一. 导论
生态学的学科分支

按生命层次（分子，个体，种群，群落，生 态系统。。。） 按生物类群（动物，植物，微生物。。。） 按栖息地类型（海洋，森林，湿地，沙 漠。。。） 按研究方法（野外，实验，数模。。。） 按学科交叉（景观，数学，化学，物 理。。。） 按应用领域（农业，渔业，城市。。。）
r
种群生态：种间关系
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种间关系
• • • •
竞争 捕食 寄生 共生：偏利、偏害、互利
种群生态：种间关系
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
竞争
种间竞争模型
一方取胜，一方灭亡 稳定共存 不稳定共存
生态位分化
种群生态：种间关系
二. 个体生态学
耐性与极限值

任何一个生态因子接近或达到某种生物 的耐受限度时，就会使该物种衰退或不 能生存
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
二. 个体生态学
适应

生物为了适应环境，从形态、生理、 行为等机制上作出有利于生存的表 现。 行为适应 生理适应 遗传适应

21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
环境负荷量
dN KN rN ( ) dt K
种群生态：种群增长
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
应用：最大可持续收获量
N=k/2时，种群增长最快 最大可持续收获量：
rK/4
K K d( ) K dN K rK 2 2 r ( )( ) MSY dt dt 2 K 4
2.出生率
3.体型 4.存活率 5.密度 6.对子代投资 7.能量分配 8.迁移能力 9.发育速度 10适应环境
高， m高，提早生育，平 均世代长度短 小，种间竞争能力弱 低，C型存活曲线，死亡多 因环境引起 不稳定，常低于K 少，缺乏抚育和保护机制 较多地用于繁殖器官，以 量取胜 强，适于扩散 快 多变，不确定的环境，自 然反应时间短
变温动物和恒温动物
恒温鸟类、哺乳动物
变温两栖类、鱼类
“温”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
夏眠和冬眠
夏 眠
冬 眠
“温”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
发育起点温度和有效积温
有效积温法则：
K＝N（T － C ）
发育起点温度 总积温 （常数） 发育历期
种群的概念及其数量、空间和遗传特 征
种群概念 数量特征 空间特征 遗传特征
种群生态：概念及特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群：在一定时间内，占据特定空
间的同种生物个体的集合
种群生态：概念及特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群数量特征：大小、密度
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
一. 导论
生态学的主要研究方法

现场调研 + 实验室分析（原型研究） 模拟实验 + 原型验证 生态模型分析，验证、反演，与预测
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
个体生态学
WWWW
Who？（种类，类群，群落） Where？（分布） Why？（相互关系，相互作用） What？（机理，规律）

21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程

（1）负熵：生命系统在与外界交换物
质和能量过程中﹐从外界吸收负熵流 抵消自身的熵产生﹐使系统的总熵保 持不变或逐步减小﹐实现从无序向有 序的转化，即形成耗散结构。

（2）耗散结构：通过自组织行为形成
的稳定有序状态，需要不断与外界交 换物质或能量
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程

21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
生态学源自文库现生命系统的关键特征，反应 生命系统发展的基本过程。
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
一. 导论
生态学的形成与发展

生态学萌芽时期

公元前2世纪~公元16世纪

生态学成长期

16世纪~20世纪40年代
出生率与死亡率 迁入率与迁出率
种群生态：概念及特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群空间特征 随机分布；均匀分布；聚集分布
种群生态：概念及特征
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群遗传特征
种群是一个遗传单位，种群中所有个体的基
因组合构成了种群的基因库，迁入和迁出可 以引起基因库的变化
生命表
种群生态：结构、生命表与存活曲线
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
存活曲线
存活数 nx 存活分 数l x lg nx lg lx
A，I B2 B1，II
C，III
B3
（相对）年龄X
种群生态：结构、生命表与存活曲线
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
种群生态：种群增长
发育平均温度
二. 个体生态学
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
“水”的生态作用
耐“旱”和耐“淹” “水”生和“旱”生 动物的水分代谢和植物的蒸腾作用
“水”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
耐“旱”和耐“淹”
“水”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
二. 个体生态学
“温”的生态作用
耐“寒”和耐“热” 变温动物和恒温动物
夏眠和冬眠
发育起点温度和有效积温
“温”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
耐“寒”和耐“热”
Allen定律：缩小无效附件来耐寒
“温”的生态作 用
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
有一个稳定的平衡点，并接近 K，受扰动可恢复，扰动过大， 趋于消亡。 长，常大于1年 低，rm低，延迟生育，平均世 代长度长 大，种间竞争能力强 高，A，B型存活曲线，死亡多 因密度引起 稳定，常在K附近 大，具完善的抚育和保护机制 较多地用于提高适应、竞争能 力，以质取胜 弱，不易占领新的生境 慢 稳定的、较确定的环境，自然 反应时间长
具有一定的结构
一定的动态特征 一定的分布范围 群落的边界特征
种群生态：生态对策
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
R-对策与K-对策
• •
r-对策： r值高 k-对策：种群稳定与k附近
项目 （特征）
0. 种群增长曲 线
1.寿命
r-选择（对策）者 （鼠）
平衡点不稳定，种群数量 剧烈波动
短，常小于1年
21世纪生命科学前沿 同济大学生命科学院 课程
K-选择（对策）者 （象）