通识核心课：7自然资源的可得性分析

耐受下限 生理紧张带
耐受上限 不能 耐受带 生物 不多 没有生物
驯 化
休 眠
期昼 性夜 补节 偿律 变和 化周
适 应 组 合
不能 耐受带 生物 不多 没有生物
适应区
分布中心 生物最多
环境梯度
较长时间维持平衡
生物生长规律（1）
种群增长的简单模型
不规则和有规律波动
种群衰落到死亡
设种群中个体的出生率 为b 和 死亡率d，则：
生物生长规律（4）
种群的逻辑斯蒂的增长
种群在有限环境条件下连续增长的一种最简单的形式是 逻辑斯谛增长。逻辑斯蒂增长又称为阻滞增长。
N 、t 、r 的定义同指数 K，当种群达到 K 值时，即不再增长 。 增长模型。而 K 为资源 承载力（剩余空间） ② 随着密度上升而逐渐地、按比例地增 加，若种群有 N个个体 ，就利用了 K N/K 的空间，而可供继续增长的剩余 N 空间就只有 (1-N/K) 了。 1 e a rt ③ 种群中密度的增加对其增长率的降 低作用是立即发生的，无时滞的。 积分式 ④ 种群无年龄结构及无迁出和迁入现象。
2000 0 0 2 4 6 年 8 10 12
N0＝100，r=0.5
r

种群
种群瞬时增长率 r 与 周限增长率的四种情况
r>0 r=0 r<0 r= -∞
>1 =1 0<<1 =0
种群上升 种群稳定 种群下降 雌体无繁殖，种群 灭亡
一般说来，在种群动态研究中，种群的瞬时增长率 r 较周限增 长率应用更广。 第一，r 为正值、负值或零，能表示种群的正增长、负增长和 零增长；而表示的是t +1时和t 时的种群Nt+1 和Nt 的比率。 第二，r 具有可加性。若以周为时间单位表示，则 r = 0.104； 若以年为时间单位（每年52 周），则 r=0.104 × 52。因此， 种群的瞬时增长率 r 是种群动态研究中一个十分有用的参数。
生物生长规律（5）
智人特殊性 群落研究 内容
个体数
人类种群的增长 与资源承载力
一是研究和了解人类种群的增长型； 二是定量测定人类种群的最适规模和结构； 三是研究如何采取“文化调节”措施，
个体数
“自我拥挤效应”和过度 利用自然资源的效应有一 定的滞后。 技术只能延缓灾难发生时间， 而不能根本解决人口、资源 与环境的困境，必须采取道 德、法律、政治和经济的约 束措施。
净第一性生产
植物所固定的太阳能或所制造的有机物质 称为初级生产量或第一性生产量。
GP NP R
GP为总第一性生产量，J/（m2 · a） NP为净第一性生产量，J/（m2 · a） R为呼吸所消耗的能量，J/（m2 · a）
对生态系统中某一营养 级来说，总生物量不仅 因生物呼吸而消耗，也 由于受更高营养级动物 的取食和生物的死亡而 减少：
2
数学模型
N t 1 N t
或
N t t N 0
N为种群大小，t为时间， 为 种群的周限增长率。
生物生长规律（2）
生物学含义
3
假定一年生生物的种群在一个繁殖季节t0 开 始，有 N0 个雌体和等量的雄体，其产卵量 为B, 总死亡为D 。那么到下一年t1，其种群 数量N1 为：
N1 N 0 B D
生物生产量（3）
热 热 三级 消费者 热 次级 消费者 初级 消费者 浮游动物
生态金字塔
顶级肉食动物 肉食动物 草食动物 生产者 21 38 3368 20810 5060 分解者和食碎屑生物
能量金字塔
10 J 100 J
热
三级消费者 次级消费者 初级消费者
热
1000 J 10000 J 100000 J
N t 1 N t B I D E
式中：Nt代表种群在t时刻的 数量；Nt+1代表种群在t +1 时 刻的数量，出生 (B) 和迁入 (I) 而增加，因死亡 (D) 和迁出 (E) 。
B bNt
D dNt
N t 1 N t bNt dNt I E
显然，在迁入和迁出一定的 情况下，如果出生率大于死 亡率，种群数量便增加；如 果出生率小于死亡率，种群 数量便下降。
讲 授 提 纲
生物资源的形成及可得性
生物资源优化定律
• 就人类需要而言，所 有的自然资源都是有 限的。生态资源的有 限性，均受到各种生 物因素或非生物因素 的限制。认识各个要 素在组合中的基本特 性，应用生态资源优 化定律，在生态资源 研究中去获取更加积 极的成效。
• 无论对于矿物元素还是有机 分子而言，“资源成分”有 效性的增加，不可能在资源 生产力方面产生无限的增加， 要么是条渐近线；要么达到 某一最大值，以后便开始下 降。此种说法在可更新资源 中，更具体地说在绿色植物 第一性生产力中，尤其带有 普适性。
① 假设环境条件允许种群有一个最大值
模 型 假 设
dN KN rN dt K
或
dN N rN 1 dt K
种群数量 N 趋于零，那么[1-（N/K)]项就逼近1，或种群潜在的最大增长 能力能够充分地实现。 种群数量 N 趋于K, 那么项就逼近零，种群增长的最大潜在空间几乎全部 被利用，能力不能实现。 当种群数量 N 由零逐渐地增加到 K 值， [1-（N/K)]项则由1逐渐地下降 为零，表示种群增长的“剩余空间”逐渐缩小，种群潜在的最大增长可 实现程度逐渐降低。并且种群数量每增加一个个体，这种抑制效应就增 加 1/K 。因此，这种抑制效应又称为拥挤效应，因其影响定量之大小与 拥挤程度呈正比，故也有些学者称拥挤效应为环境阻力（或限制因子）。
生物生长规律（3）
如果世代之间有重叠，种群数量以 连续的方式改变，通常用微分方程。 种群以连续方式增长：
种群的指数级数增长
模型假设
16000 14000 12000
1
dN rN dt
种群大小
积 分 式
Nt N0e
rt
10000 8000 6000 4000
2
e是一常数，即自然对数的 底；r 是种群的瞬时增长率。 以种群Nt对时间作图则种 群增长曲线呈现为J型。
生物生长规律（2）
种群的几何级数增长
①种群增长是无界的，假设种群在 无限的环境中增长，没有受资源、 假设和 空间等条件的限制；②世代不相重 1 概念结构 叠。增长是不连续的，或称离散的； ③种群没有迁入和迁出；④没有年 龄结构。 把世代 t+1的种群Nt+1 与世代 t 的 种群Nt 联系起来的差分方程：
两个规律 的关系
其次，耐受性定律不仅估计了限制因子量的变化，而且估 计了生物本身的耐受性问题。生物耐受性不仅随种类不同， 且在同一种内，耐受性也因年龄、季节、栖息地区的不同 而有差异；同时，耐受性定律允许生态因子之间的相互作 用，如因子替换作用和因子补偿作用。
群种 数 量
生物对限制性因子 的调整和适应
第7周
自然资源的可得性分析
张 丽 萍 教授
浙江大学环境与资源学院
生物资源的形成及可得性 生物生长环境 生物生长规律 生物生产量 生物多样性及其资源意义 地壳储存性资源的可得性 地壳资源的基础 地壳资源开发利用的地质评价 自然资源开发过程中的生态学原理 地壳资源开发过程中的生态学原理 生物圈资源开发过程中的生态学原理
耐受性定律
生物的生存需要依赖环境中的多 种条件，各个生态因子都存在量 的变化，当大于或小于生物所能 忍受的限度，超过因子间的补偿 调节作用，就会影响生物的生长 和分布，甚至导致死亡。这就是 耐受性定律，又称谢尔福德耐受 定律
首先，最小因子定律只考虑了因子量的过少，而耐受性定 律既考虑了因子量的过少，也考虑了因子量的过多；
An 1 Le An
常用的几个 参数
摄取量（I） 同化量（A） P94 呼吸量（R） 生产量（P）即P＝A－R。
第一性生产效率 (p97)
第一性生产效率比较
总第一性生产量 /总入射日光能
玉米田
1.6％
荒地
1.2％ 15.1％ 84.9％
Mwadota湖
0.4％ 22.3％ 77.7％
Ceder Bog湖
0.1％ 21.0％ 79.0％
呼吸消耗/总第一性生 23.4％ 产量 净第一性生产量 /总第一性生产 76.6％
净第二性生态效率
生态系统类型 重要植物及其特征 被捕食（％）
成熟落叶林
1～7年耕田弃 非洲草原 人工管理牧场 海洋
乔木，大量非光合生物量，世代时间长，种群增长 率低
特点
生 态 因 子 作 用
综合性 主导因子作用 直接作用和间接作用 阶段性作用 不可替代性和可补偿性
生物生长环境（3）
定义
限 制 性 因 子
限制性因子系指在众多的生态因子中，任何接近或超 过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁殖或 扩散，甚至生存的wk.baidu.com素，叫做该物种的限制生态因子
最小因子定律
每种植物都需要一定种类 和一定量的营养物质。如 果环境中缺乏其中的一种， 植物就会发育不良，甚至 死亡。如果这种营养物质 处于最少量状态，植物的 生长量就最少。
生物生长环境（1）
概念
环境因子中对生物生长、发育、生殖、 生态因子 行为和分布有直接或间接影响的环境要 素是生态因子。 主要包括气候因子、地形因子、土壤因 子、生物因子、人为因子五大部分。 所有的生态因子构成了生态环境。 具体生物个体或群落生活地段上的 生态环境称为生境。
生态环境
生物生长环境（2）
dB / dt GP R H D
dB/dt为某一时期内生物量的变化；H为被较高 营养级动物所取食的生物量；D为因死亡 率损失的生物量
生物生产量（2）
在被同化的能量中，有 一部分用于动物的呼吸 代谢和生命的维持，这 一部分能最终将以热的 形式消散掉，剩下的那 部分才能用于动物的生 长和繁殖，这就是我们 所说的次级生产量。
k4 k3 k2 k1
时间 A 逻辑斯蒂型
系统C 具有持续的发展能力，又具备一定的自我调节功能，能自动跟踪 其不断演变着的生态环境，实现组合“S”形增长，因而其过程稳定性较 好。过程稳定性可由发展速度、“S”形波动的振幅，与受限制因子约束 的滞留期等来测度。
利导因子或限制因子
生物生产量（1）
初级 生产量 总第一性 生产量
种群数 生物潜力曲线 量 环境阻抗 承载能力 稳定的种群水平 逻辑斯蒂曲线 时间
S 形曲线有上渐近线，即 S 形增长曲线渐近于K，但却 不会超过最大值水平，此值 即为环境容纳量； 曲线变化是逐渐的、平滑的， 而不是骤然的。
种群在有限环境下的增长将 不是J 形，而是 S 形。S形增 长曲线同样有两个特点：
承载能力 崩溃
a
时间
b
种群与承载力示意图
生物生长规律（6）
发 展 K4 K3 K2 K1 I 指数型 B C 组合逻辑斯蒂型
资源承载力 与逻辑斯蒂组合曲线
系统 A 只有平衡而无发展， 是一种没有生命力的发展过 程，迟早会被新的过程所取 代； 系统B只有发展而无平衡机制， 是一种不能持久的过程，迟 早也会由于限制因子的作用 受阻或崩溃。
第二性生产量
净第一性生产量是生产者以上各 营养级所需能量的唯一来源。从 理论上讲，净第一性生产量可以 全部被异养生物所利用，转化为 第二性生产量
废弃、呼吸、排泄、不可用等
食物种群
被高营养级取食 被同化的 第二性生产量 未被取食 动物吃进的 未同化的 呼吸代谢 动物得到的 动物未吃进的 P净次级生产量；C摄 动物未得到的 R呼吸消耗量； P=C-FU-R 取量； FU排泄量
N1 N 0
lg N t lg N 0 t lg
如果种群在无限环境下以这个速率 年复一年地增长，这种增长称为几 何级数式增长。将方程 两侧取对数， 即：
它具有直线方程式的形式。因此，以 lgNt 与 t 作图，就能得 到一条直线。式中周限增长率λ，从理论上讲可以有四种情况， 它在种群增长中的含义是： λ >1, 种群上升； λ =1, 种群稳定； 0< λ <1, 种群下降， λ =0, 雌体没有繁殖，种群在一代中灭亡。
初级生产者 太阳能
生物量金字塔
生态金字塔
生态效率
十分之一 定律
林德曼效率：相当于同化效率、生 长效率和消费效率的乘积。
I n1 An Pn I n1 (n 1)营养级摄取的食物 In I n An Pn n营养级摄取的食物
根据林德曼测量结果，这个 比值大约为1／10，曾被认 为是一项重要的生态学定津。 但这仅是湖泊生态系统的一 个近似值，在其他不同的生 态系统中，高则可达30％， 低则可能只有1％或更低。