生态学

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生物多样性危机
已有足够的迹象告诉我们，生物圈正面临着大麻烦：

在全世界已知的9 040种鸟类中有大约11%处于濒危状 态。
全世界有970种树木属于濒危物种，其中至少5种存活个

体已下降到不足10株。

全世界已知淡水鱼类大约有20%要么已经走向灭绝，要 么正面临严重的威胁。
化。包括两个方面： （1）物种的丰度，即群落中不同物种的总数。 （2）不同物种的相对数量。
群落1: 25A、25B、25C、25D 群落2: 80A、10B、5C、5D
两个群落的丰度是一样的。 物种所含的株树很不相同。
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植物优势型
主要应用于陆地群落。
例如：落叶树是温带落叶林中的优势种。
生态学
1
本章内容

个体和种群生态学


群落和生态系统
人类对环境的影响
2
个体和种群生态学

生态学概述 生物的进化适应 什么是种群生态学
3
1.生态学概述


定义：研究生物与其环境之间相互作用的科学。
环境包括： （1）非生物成分，由无生命的化学物质和各种物理因素 组成，如温度、光、水、矿物质和空气等。 （2）生物成分，包括所有其他生物，它们是构成一个生物 个体环境的一部分。
群落的主要特性 群落中的种间相互关系 群落干扰
生物带
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1.群落的主要特性
密切生活在一起并发生各种相互关系的物种的总和就称为群落。
肯尼亚稀数草原群落中不同动物之间的相互关系
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群落的4个主要特性
多样性
植物优势型
稳定性 营养结构
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多样性
群落多样性是指组成群落的各种不同生物的多样
提出的挑战。如：鲸；蚯蚓。 （图a） 种群生态学：种群即生活在一 个特性地理区域内同一物种的 个体集合体。 种群生态学主要是研究影 响种群密度和种群增长的各种 因素。（图b）
6
群落生态学：群落是由生活在一个特定 地区的所有生物构成，它是不同物种种 群的一个集合体。 群落生态学主要研究物种之间如何 相互作用的。如：捕食、竞争和共生对 群落结构和组织的影响。（图c） 生态系统生态学：生态系统包括某一特 定地区的群落加上全部非生物因素，例 如：森林生态系统不仅包括各种植物和 动物，而且也包括土壤、水源、阳光和 其他环境因素。 生态系统主要研究在各种生物和非 生物成分之间的能量流动和物质循环。 （图d）
引入物种的第二位危害是栖息地的破坏。
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2.人类对生态系统的影响
二氧化碳的生产者
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森 林 砍 伐 和 水 循 环
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向生态系统释放有毒化学物质
DDT在食物链中的生物放大
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CO2排放，温室效应与全球变暖
大 气 浓 度 在 过 去 45 年 内 的 增 长
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3.生物多样性危机
生物多样性包括3个层次：
人类对生物群落的影响
人类对生态系统的影响 生物多样性危机 保护生物学
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1.人类对生物群落的影响

人类对群落的干扰：降低了群落的物种多样性。
大规模的人类干扰。这是蒙大拿州的 一个深达0. 8 km的矿坑。
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人类对生物群落的影响

引入物种：又称外来物种，是指人类从该物种 原产地带到新地理区的物种。 不管是有意还是无意，引入物种一旦获得立足 之地，就会对它们所进入的群落造成破坏，主 要是通过捕食当地物种或者资源上利用比当地 物种占有竞争优势。
更仔细观察：会看到哪些植物占有优势，
植物是如何排列的，即 “结构如何”。
植物的类型和结构特征决定着栖息在群落
中的动物类型。
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稳定性
稳定性指群落具有抵制变化并在受干扰后恢
复其原有物种组成的能力。
稳定性依赖于群落的类型以及干扰的性质。
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营养结构
营养结构指组成群落的物种间的捕食关系。 群落的营养结构决定了能量和营养物由植物和其

生态科学能使我们更好地理解生物之间是如何相互作用的， 并为我们提供了一个工具，以便能更好地对地球的有限资源
进行长期管理。
4
生物与环境相互作用的层次
生态学的研究层次：
个体生态学
种群生态学
群落生态学 生态系统生态学
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个体生态学：主要研究生物个 体的进化适应，即研究生物个 体如何应对非生物环境向它们
生态系统多样性 构成生物群落和任何生态系统的物种多
样性
每个物种内的遗传变异性
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生物多样性危机
物种灭绝

生物发展史上的第7次大灭绝正在进行之中。 现今的物种大灭绝不仅范围广而且速度快，物种灭绝 的速度至少是几百年前的50倍。 与以往的生物多样性破坏不同的是，以前的物种灭绝 主要是由自然过程引起的，如火山爆发或者小行星撞 击地球所引起的气候变化。而最近这一次的灭绝则是 由于单个物种人的进化引起的。
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种群增长模型

指数增长模型：环境无限条件下的理想增长 逻辑斯谛增长模型：环境有限条件下的现实增长

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指数增长模型：环境无限条件下的理想增长
种群在理想的无调控条件
下的爆炸式增长就称为指 数增长模型。
此时种群会在特定的时间
间隔（如世代）内按固定
的比例倍增。例如：细菌
菌落的指数增长。
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陆地上的主要生物带
苔原
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淡水生物带
湖泊和池塘
从卫星上看到的大湖
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淡水生物带
河流和溪流
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淡水生物带
沼泽、池塘和湿地
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海洋生物带
河口：淡水河流和溪流与海洋的交汇处。
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海洋生物带
潮间带：陆地与海洋的交界处。
一个潮间带样方内的各种生物
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人类对环境的影响

Байду номын сангаас
生物学家正在用标 志重捕法估算三趾 鹬种群的个体数量
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分布型
种群的分布型是在种群分布范围内个体的间隔
方式。

集团分布
均匀分布型

随机分布
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分布型
种群的分布型是在种群分布范围内个 体的间隔方式。
集团分布：最常见，指个体聚集成一个个斑 块状。因环境资源的不均匀分布引起的，受 气候、季节、生殖方式和社会行为影响。 均匀分布型：经常发生于匀质环境中，因种 群内个体之间的相互作用而引起。也会因社 会相互作用引起。 随机分布：即种群内个体之间的距离是无固 定格式和不可预测的。这种分布型只出现在 种群内个体间既无吸引也无排斥的情况下。
很多生物是以体形或身体结构的某些改变来应对环境挑 战的。

例如：水稻在相对低温的条件下就形成粳稻亚种，在相对高温的 条件下形成了籼稻亚种。
在一些情况下，这些反应实际上是驯化，因为它们是可 逆的。

其他的形态改变在个体的一生中是不可逆的。环境的变 化对生物的生长和发育有很大的影响，以致同一种群内的 个体在形态上存在很大差异。
地球主要的生态系统：陆地生物带、淡水生物带
、海洋生物带
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陆地上的主要生物带
热带雨林
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陆地上的主要生物带
热带稀树草原
51
陆地上的主要生物带
荒漠
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陆地上的主要生物带
浓密常绿阔叶灌丛
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陆地上的主要生物带
温带草原
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陆地上的主要生物带
温带落叶林
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陆地上的主要生物带
北方针叶林
9
Rachel Carson和她的著作 《寂静的春天》
2.生物的进化适应
个体生态学中，主要介绍3种适应类型： 生理反应 形态反应 行为反应
10
生理反应
同种生物长期在不 同的环境中生活产 生适应，并形成可 以遗传的差异，成 为该物种不同的生 态型。
美国不同地区的蜥蜴种数
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形态反应
隔离、封闭和自我维持的。
8

生态学与环境保护主义
《寂静的春天》于1962年在美国问世，书中 以大量的事实和科学为依据，揭示了滥用杀 虫剂等化工合成物所造成的全球性污染和生 态危机，质疑了现代人征服自然、控制自然 的观念和狂妄的态度，表达了作者“非人类 中心主义”的生态整体伦理思想。 这本书在美国引起了巨大轰动，直接导致了 美国本土的杀虫剂禁用，同时还促使联邦政 府制定了一系列的环境立法，将环境保护纳 入国家公共政策。 最重要的是，它唤醒了人们沉睡的生态保护 意识，在世界范围内掀起了一场声势浩大并 延续至今的环保运动。 正因为如此，卡逊被称为“现代环保之母”， 而《寂静的春天》也被看做是现代环境运动 的滥殇。

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行为反应
行为反应扩展了人类的地理分布范围。穿衣服 是人类独一无二的行为反应。
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3.什么是种群生态学

种群是指生活在特定时间和特定地区的同一物
种个体的集合体。 种群生态学主要是研究影响种群大小、种群密 度和种群结构的各种因素。

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的个体数量。
种群密度
种群密度是一个物种在单位面积或单位体积内
隐藏 逃跑 共同防御 转移注意力
保护色
机械的或化学的防御方法 拟态
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保护色
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毒箭蛙的警戒色
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共生关系

寄生：两物种生活在一起，如果一种生 物受益而另一种生物受害称为寄生。 互惠共生：生活在一起的双方都受益的 一种种间关系。

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金合欢树与蚂蚁的互惠共生，蚂蚁住在合欢树 的空心刺内，采食合欢树分泌的汁液，同时通 过毒针保护金合欢树免受动物们的啃食，互利 互惠。
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种群密度
种群密度如何测定？

在少数情况下可以统计种群分布边界内全部 个体数。 生态学家利用各种取样方法估算种群密度。 标志重捕法。

草原犬鼠种群的调查
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标志重捕法
标志重捕法是指的是在一定 范围内，对活动能力强，活 动范围较大的动物种群进行 粗略估算的一种生物统计方 法。 在被调查种群的生存环境中， 捕获一部分个体，将这些个 体进行标志后再放回原来的 环境，经过一段时间后进行 重捕，根据重捕中标志个体 占总捕获数的比例来估计该 种群的数量。
（1）原生演替：群落是从一个没有生物没有土壤的地区 开 始演替。
（2）次生演替：指演替发生在“一次干扰曾毁灭了那里 现存的群落，但土壤仍完好无损。”
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冰川退缩后的演替
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4.生物带
覆盖着广大地理区域的主要生态系统类型就被称
为生物带。
生物带的分布主要决定于气候，其中温度和降雨
常常是决定某一特定地区是否存在某种生物带的 关键因素。

限制种群增长的环境因 素称为种群限制因子。
种群限制因子对动物种群 增长的影响。
23
比较逻辑斯谛增长和指数增长
24


种群增长的调节
密度制约因子：是种群限制因子中其作用强度随
种群大小的增加而增加的因子。

非密度制约因子：其作用强度与种群密度无关的
种群限制因子。

大多种群都可能受密度制约因子和非密度制约因 子的双重调节。
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指数增长模型的重要特点：
种群的增长速度决定于种群中已有的个体数量。 指数增长模型描绘了种群无调控增长的一幅理想画
面。在现实世界中，指数增长是不可能长期维持下 去的。
在自然界，只有当生物被引入到一个新的或尚未被
利用的环境时，才能观察到短时间的指数增长。
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逻辑斯谛增长模型：环境有限条件下的现实增长
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3.群落干扰
干扰是指各种破坏群落的事件，它能毁灭生物和改
变矿质营养物和水资源的可利用性。
干扰事件包括：暴风雨、火灾、洪水泛滥、干旱和
人类活动。
大多数群落的大多数时间都是处在干扰恢复过程中
的各个阶段上。对大多数群落来说，变化似乎比稳 定和平衡更具有代表性。
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生态演替
生态演替：在经过洪水、火烧、冰川前进和退缩或者火山 爆发之后，群落常常会发生剧烈的变化，甚至会造成植被 完全消失，此后便会有各种生物到受干扰地区定居，后来 ，这些物种也可能又被其他在这里定居的物种所取代，群 落的这种变化过程就称为生态演替。
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生物圈：是全球生态系统，是地球全部生态系统 的总和，或者说是所有生命及其栖息地的总和。
生物圈是最复杂的生态学研究层次，包括厚 达数千米的大气圈，深达约1500 m的含水层， 还包括湖泊、溪流、岩洞和几千米深的海洋。 除了光合作用生产者需要从日光获取能量和 向宇宙空间发散热量外，生物圈在空间上是
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种群增长的密度制约调节
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气候变化是限制蚜虫种群增长的非密度制约因子
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种群周期
雪兔和猞猁的种群 周期。 这是研究种群周期 的一个经典实例。
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人类的人口增长
人口增长的历史
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影响人口增长的两个基本参数：出生率和死亡率
发展中国家（斯里兰卡）人口增长实例
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群落和生态系统

他光合生物到植食动物，再由植食动物到肉食动
物的传递。
营养结构：取食关系
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2.群落中的种间相互关系
种间竞争
捕食 共生
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种间竞争
草履虫实验种群的竞争排除现象
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捕
食
捕食者的适应 植物对植食动物的防御 动物对捕食者的防御 捕食与群落中的物种多样性

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动物对捕食者的防御