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专插本生态学笔记
一、生态学及其发展
一．生态学的定义
1．生态学（ecology）是研究生物与周围环境和无机环境相互关系及机理的科学。
（E.Haeckel，1866）
它包括4个层次的内容：
生态学的定义还有很多：
生态学是研究生物（包括动物和植物）怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。
（埃尔顿，1927）
生态学是研究有机体的分布和多度的科学。
（Andrenathes,1954）
生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。
（E.P.Odum，1956）
生态学是研究生命系统之间相互作用及其机理的科学。
（马世骏，1980）
生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。
（E.P.Odum，1997）
二．生态学的研究对象
由于生态学研究对象的复杂性，它已经发展成为一个庞大的学科体系，根据研究对象的层次及研究性质等，可以将研究对象划分为以下大小不同的组织层次：
生物系统的层次：
基因系统——细胞系统——器官系统——有机体系统——种群系统——群落系统——生态系统
以上层次也是现代生物学研究对象的不同层次。
随着科学技术的发展和人类认识水平的提高，生态学所研究的内容已向宏观和微观两个方面发展在微观方面，向器官、细胞、细胞器、分子水平发展，出现了分子生态学、化学生态学等微观生态学分支；在宏观方面，由个体、种群、群落和生态系统水平，向景观和生物圈方向发展，出现了景观生态学和全球生态学。
传统生态学属于宏观生物学的范畴，普通生态学的研究对象通常包括以下几个层次：
⑴个体（有机体）——经典生态学研究的最低层次。
按其研究的大部分问题来说，当前个体生态学应属于“生理生态学”的范畴，这是生理学与生态学交界的边缘学科。
近代该范畴的研究更偏重于：
个体从环境中获得资源和资源分配给维持、生殖、修复、保卫……等方面的进化和适应对策上。
另有“生态生理学”：
偏重于对各种环境条件的生理适应及机制上。
但更多的学者将两者视为同义。
个体生态学在上世纪六十年代以前是植物生态学的主体之一。
⑵种群（population）——是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。
种群是由个体组成的群体，并在群体水平上形成了一系列新的群体特征，这是在个体层次上所没有的。
例如：
种群的出生率、死亡率、增长率；年龄结构和性比；种内关系和空间分布格局等。
动物种群生态学在上世纪六十年代以前是动物生态学的主流。
⑶群落（biocoenosis）——是指在一定地段或一定生境里各生物种（动、植物、微生物等）相互联系和相互影响所构成的组合结构单元。
又称生物群落（bioticcommunity）。
同样，由种群组成的群落也上升到新的层次，产生了一系列新的群体特征。
如：
群落的结构、演替、多样性、稳定性……
植物群落（plantcommunity,phytocoenosium,phytocommunity）是指由一些植物在一定生境条件下所构成的一个相互影响、互为关联的总体。
植物群落生态学也是上世纪六十年代以前植物生态学的主体。
⑷生态系统（ecosystem）——是在同一地域中的生物群落和非生物环境的复合体。
它与生物地理群落（biogeocoenosis）同义。
本世纪60年代以后，由于世界人口、环境、资源等威胁人类生存的挑战性问题。
生态系统研究已发展成为生态学研究的主流。
⑸生物圈（biosphere）：
地球表层中的全部生物和适于生物生存的范围，它包括岩石圈上层、水圈的全部和大气圈下层。
岩石圈包括土壤，是陆生生物生存的基底。
大多数生物生存于土壤上层几十厘米内，植物根系可伸得较深。
限制生命向深层分布的主要因素为缺光、缺氧。
石油细菌可生活在地下2500～3000米深处。
水圈其中几乎到处有生物，但水体表层和底层生物较多。
限制生物分布于深海的主要因素是缺光、缺氧和随深度而增加的压力。
但在大洋11000米以下仍有深海生物。
大气圈厚度有1000公里以上，接近地面的对流层是发生天气现象的场所，也是直接构成生物的气体环境。
大多数鸟类只能在1000米以下的空中活动，极少数能飞到5000米以上的空中。
限制生物向高空分布的主要因素是缺氧、缺水、低温和低气压。
副生物圈：
指不能为生物提供长期生活条件之处。
有些细菌、真菌或昆虫可能被大气环流带到22000米高的平流层中，但万米以上的空中不能为生物提供长期生活条件，故此空间称为“副生物圈”。
生物圈是一个不断进行物质循环和能量流动，并具有一定调节功能的动态平衡的系统。
人类对生物圈的主要影响有：
温室效应、破坏大气臭氧层、酸雨、排放有毒物质造成环境污染和全球气候变化等。
随着全球性环境问题日益受到重视，全球生态学（globalecology）已应运而生，并成为人们普遍关注的领域。
全球生态学，有人称为“生物圈生态学”，是以人类栖息的地球和生物圈整体为研究对象，研究生物圈与地质运动、大气变迁、太阳活动等因子的关系，以及研究国土整治与规划、环境污染治理、温室效应、臭氧空洞等宏观问题。
三．生态学的形成与发展
理论上：
概念上的提出—→论著的出版—→学科的形成。
时间上：
萌芽时期—→近代发展：
4大学派的形成—→现代发展：
生态系统、人类生存环境的研究。
实验技术上：
描述—→定性—→定量—→模拟。
（1）生态学萌发阶段（时期）
公元16世纪以前：
在我国：
公元前1200年《尔雅》一书；
公元前200年《管子》“地员篇”；
公元前100年前后，农历确立了24节气，同时《禽经》一书（鸟类生态）问世；
《本草纲目》。
在欧洲：
公元前285年也有类似著作问世。
（2）近代生态学阶段（公元17世纪—19世纪末）
建立时期：
17世纪后生态学作为一门科学开始成长。
1792年德国植物学家C.L.Willdenow出版了《草学基础》；
1807年德国A.Humbodt出版《植物地理学知识》提出“植物群落”“外貌”等概念；
1798年T.Malthus《人口论》的发表；
1859年达尔文的《物种起源》；
1866年Haeckel在他的著作《普通生物形态学》中首先提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。
1895年E.Warming发表了他的划时代著作《以植物生态地理为基础的植物分布学》（1909年经改写成《植物生态学》）。
巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）：
（1）动植物生态学并行发展，著作与教科书出版。
代表作：
C.Cowels（1910）发表的《生态学》；
F.E.Chements（1907）发表的《生态学及生理学》；
前苏联苏卡切夫的《植物群落学》（1908）、《生物地理群落学与植物群落学》（1945）；
A.G.Tamsley（1911）发表的《英国的植被类型》等；
R.N.Chapman（1931）的《动物生态学》；
中国费鸿年（1937）的《动物生态学》；
特别是W.C.Alle（1949）等的《动物生态学原理》出版，被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。
（2）学派的形成：
主要有
①北欧学派：
以注重群落结构分析为特点。
代表人物：
G.E.DuRietz
②法瑞学派：
注重群落生态外貌，强调特征种的作用。
代表人物是J.Braum-Blanquet
③英美学派：
以动态和数量生态为特点。
代表人物是Clements和Tansley
④俄国学派（前苏联学派）：
植物（群落）与地学结合。
代表人物：
B.H.Cykayeb
（三）现代生态学阶段（20世纪60年代至现在）
以人类生存环境为中心。
四．生态学的研究内容
①是研究生物与其环境间的相互关系和作用机理的科学。
其研究范畴包括：
生物与生物之间、生物与非生物因子之间的关系。
②是研究以种群、群落和生态系统为中心的宏观生物学。
③当前研究的重点在于生态系统和生物圈中各组成成分之间，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用和相互关系。
④应用生态学得到空前发展，与有关学科间的渗透更加广泛，研究领域不断扩大
五．生态学的科学分支
生态学原先只是自然科学中生物科学的一个分支，现在，生态学的概念不论在内涵和外延上都在不断地丰富和发展，并且突破了原先生物学的范畴，与数学、物理、化学、地理、大气、系统科学、信息科学等学科相结合，成为研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机制的综合性学科，有着自己庞大的学科体系。
目前，生态学不仅仅是生物科学中的前沿，而且又更进一步地突破了自然科学的界限，强烈地与社会科学相互渗透结合，出现了生态法学、生态伦理学、经济生态学等学科，建立了自然科学与社会科学的联盟，成为全球超种族、超国界、超意识形态的共同责任和共同课题来对付人类所面临的生态危机和生存挑战。
因为我们“只有一个地球”。
生态学现在已发展成为多源的综合性学科。
它涉及动物学、植物学、分类学、生理学、遗传学、行为学、气象学、地质学、社会学、物理学、数学、数学摸拟、遥控技术、经济、城乡建设等各个领域；它不仅是生物资源开发利用的基础学科之一，而且与农、林、牧、副、渔、猎、医药等行业的规划、工业污染的控制等均有密切关系。
因为这些都需要在生态学调查的基础上和生态学原则的指导下进行。
因此，生态学具有重大的实用意义，并日益受到普遍的重视。
现在的生态学已经有了100多个分支：
目前，生态学已发展成为一门研究内容广泛、分支学科众多、综合性很强的多源性学科。
它涉及动物学、植物学、分类学、生理学、遗传学、行为学、气象学、地质学、社会学、物理学、数学、计算机科学、数学摸拟、遥控技术、经济学、哲学、城乡建设等各个领域。
值得一提的是：
不仅生态学在其发展过程中提出了包括自然环境、一切生物的生态系统和生态系统生态学的概念，而且上述这些学科的发展也提出了海洋、农业、森林、土壤、生态系统等研究方向。
学科间的相互渗透、发展边缘科学，建立学科间的综合性研究，既是现代科学发展的特点，也是生态学发展的特点。
许多与生态学有关的国际性研究机构，皆为多学科综合研究的，如：
国际性IBP（国际生物学计划）、SCOPE（环境问题的科学委员会）、MAB（人与生物圈计划）、IGBP（国际地圈生物圈计划）等等。
1、根据研究对象的分类群划分
植物生态学（藻类生态学，蕨类生态学，……）
动物生态学（昆虫生态学，寄生虫生态学，……）
微生物生态学（细菌生态学，真菌生态学，……）
2、根据研究对象的环境类别划分
水域生态学：
海洋生态学，河流生态学，湖泊生态学，…
陆地生态学：
森林生态学，草原生态学，荒漠生态学，………
3、生态学的交叉学科
★在生物学内的交叉：
生理生态学，生态遗传学，行为生态学，…
★与自然科学的交叉：
数学生态学，化学生态学，……
★与人文、经济和社会科学的交叉：
经济生态学，社会生态学，政治生态学，人类生态学，民族生态学，哲学生态学，……
★生态学应用领域全面拓展，派生出一大批生态学的学科群：
自然资源生态学，污染生态学，农业生态学，林业生态学，城市生态学，产业生态学，生态毒理学，医学生态学，……
现在的生态学已经有了100多个分支：
古生态学种群生态学气候生态学行为生态学人类文化生态学等
生态学的产生和发展是伴随着人类的认识和社会的进程而发展前进的,相信生态学的分支一定还会不断增多。
应注意的是：
生态学的综合性强并不意味着“生态学就是一门包罗万象的自然科学。
”或“生态学变成了没有任何特殊研究对象的科学。
”生态学并没有取代土壤学、气象学、海洋学、林学、农学等学科，而是在各门学科发展的影响下同时向前发展。
六．现代生态学的发展趋势及特点
特点：
①以人类生存环境为中心，关心人类和整个生物圈的健康与发展；
全球气候变化、生物多样性保护和可持续发展的问题是生态学近期的研究重点，这三个问题都是与人类生存最密切相关的问题。
全球气候变化对森林稳定性和农业生产的影响、臭氧层空洞的形成与防止、如何保护“生物安全等问题都是急需解决的课题。
②向微观和宏观两个方向上扩展，更加综合、系统。
与有关学科之间的渗透更加广泛，研究领域不断扩大。
③从描述性科学向实验性科学方向发展；从定性研究向定量研究发展；从单纯考察向实验室分析发展。
④指导思想的重大变化：
协同进化的观点已对生态学产生重要作用。
注重探讨人类或生物与其生存环境的协同进化过程及其表现形式；研究主体、客体两者之间协调发展的途径。
与此相适应的是：
生态系统成为生态学研究的中心；种群生态学也注重了种间关系，对种群动态变化影响的机制展开了研究。
⑤与生产和社会需要紧密结合，成为当今人类所面临的许多重大问题的骨干学科。
尤其是应用生态学等各分支学科的相继产生，促进了这种结合。
第二章生物与环境
一．基本概念
1．环境：
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
2.生态因子：
是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。
3.环境因子：
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，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子
4.限制因子：
限制生物生存和繁殖的关键性因子，在众多生态因子中，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因素。
5.内稳态：
生物控制自身的体内环境使其保持相对稳定。
6．驯化：
内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会比在温暖环境中高。
这些变化过程是由实验诱导的，称为驯化
7．休眠：
有些动植物在不良环境条件下生命活动极度降低，进入昏睡状态。
等不良环境过去后，又重新苏醒过来，照常生长、活动。
动物界的休眠大致有两种类型，一类是严冬季节时（低温和缺少食物）进行的冬眠，如青蛙、刺猬等；一类是酷暑季节进行的夏眠，如海参、肺鱼等。
休眠在动物界是较为常见的生物学现象，除了两栖动物、爬行动物外，不少的无脊椎动物和少数的鸟类、哺乳动物等也有休眠的现象。
8光周期现象：
生物对光的生态反应与适应。
定义：
生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。
9．生态幅：
每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。
在最低点和最高点（或称耐受性的下限和上限）之间的范围，称为生态幅或生态价
二．生态因子的分类
生态因子的类型多种多样，分类方法也不统一。
简单、传统的方法是把生态因子分为生物因子（bioticfactor）和非生物因子（abioticfactor）。
前者包括生物种内和种间的相互关系；后者则包括气候、土壤、地形等。
根据生态因子的性质，可分为以下五类：
气候因子：
气候因子也称地理因子，包括光、温度、水分、空气等。
根据各因子的特点和性质，还可再细分为若干因子。
如光因子可分为光强、光质和光周期等，温度因子可分为平均温度、积温、节律性变温和非节律性变温等。
土壤因子：
土壤是气候因子和生物因子共同作用的产物，土壤因子包括土壤结构、土壤的理化性质、土壤肥力和土壤生物等。
地形因子：
地形因子如地面的起伏、坡度、坡向、阴坡和阳坡等，通过影响气候和土壤，间接地影响植物的生长和分布。
生物因子：
生物因子包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。
人为因子：
把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。
人类活动对自然界的影响越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都直接或间接受到人类活动的巨大影响。
三.生态因子作用的一般特征（一般规律）
（1）综合作用：
环境中的每个生态因子不是独立的、单独的存在，总是与其他因子相互联系、相互影响、相互制约的。
因此，任何一个因子的变化，都会不同程度地引起其他因子的变化，导致生态因子的综合作用。
例如山脉阳坡和阴坡景观的差异，是光照、温度、湿度和风速综合作用的结果
（2）主导因子作用：
对生物起作用的众多因子并非等价的，其中有一个是起决定性作用的，它的改变会引起其他生态因子发生变化，使生物的生长发育发生变化，这个因子称主导因子。
如植物春化阶段的低温因子
（3）直接作用和间接作用：
生态因子对生物的行为、生长、繁殖和分布的作用可以是直接的，也可以是间接地，有时还要经过几个中间因子。
直接作用于生物的，如光照、温度、水分、二氧化碳、氧等；间接作用是通过影响直接因子而间接影响生物，如山脉的坡向、坡度和高度通过对光照、温度、风速及土壤质地的影响，对生物发生作用。
（4）阶段性作用：
由于生态因子规律性变化导致生物生长发育出现阶段性，在不同发育阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不同强度，因此，生态因子对生物的作用也具有阶段性。
例如低温在植物的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。
（5）可调节（补偿）作用但不可代替性：
对生物作用的诸多生态因子虽然非等价，但都很重要，一个都不能减少，不能由另一个因子来替代。
但在一定条件下，当某因子的数量不足，可依靠相近生态因子的加强得以补偿，而获得相似的生态效应。
如光照强度减弱时，植物光合作用下降可依靠CO2浓度的增加得到补偿
（6）同等重要性：
不同的生态因子对生物的生态作用均不相同,他们对生物的作用没有大小、主次之分,是同等重要的、缺一不可的
四．环境与生物的基本规律
（1）利比希最小因子定律：
低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。
（2）耐性定律：
耐性：
①指生物能够忍受外界极端条件的能力；②指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。
谢尔福德耐性定律：
任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受性限制时，而使该种生物衰退或不能生存。
对耐性定律的补充：
1、同一种生物对各种生态因子的耐性范围不同。
2、不同种生物对同一生态因子的耐性范围不同。
3、同一生物在不同的生长发育阶段对生态因子的耐性范围不同。
4、由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不是处在适宜状态时，则生物对其他一些生态因子的耐性范围将会缩小。
5、同一生物种内的不同品种，长期生活在不同的生态环境条件下，对多个生态因子会形成有差异的耐性范围，即产生生态型的分化。
五．生态因子的作用
光
（1）光强的作用：
生长发育、形态建构作用。
典型例子—植物黄化现象（eitiolationphenomenon）。
（2）光质的作用：
光合作用影响
红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称“生理无效辐射”。
红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。
光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。
紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm~240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。
200~300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。
（3）光周期现象—生物对光的生态反应与适应。
定义：
生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。
生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。
植物的光周期现象：
长日照植物：
指在日照时间长于一定数值（一般14h以上）才能开花的植物冬小麦、油菜等。
短日照植物：
日照时间短于一定数值（一般14h以上的黑暗）才能开花的植物如水稻、棉花等。
日中照植物：
开花要求昼夜长短比例接近相等（12h左右）如甘蔗等。
中间型植物：
在任何日照条件下都能开花的植物如番茄、黄瓜和辣椒等
动物的光周期现象：
鸟类的光周期现象最为明显，它的迁徙是由日照长短变化所引起的；鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短有关，如雪貂、野兔和刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖（称为长日照兽类）；绵羊、山羊和鹿等总随着秋天短日照的到来而进入生殖期（称短日照兽类）。
温度
（1）温度与生物生长发育
生长：
“三基点”——最低、最适、最高温度。
发育：
植物的春化作用（某些植物要经过一个“低温“阶段才能开花结果）。
（2）生物对极端温度的适应
对低温适应——在形态、生理和行为方面的表现
中国南北方几种兽类颅骨长度的比较：
说明了生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。
个体大的动物，其单位体重散热量相对减少（贝格曼Begman定律）。
阿伦（Allen）规律：
恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小的趋势。
贝格曼（Bergman）规律：
生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。
因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少
在生理方面，生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。
动物对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系中的热中性区宽，下临界点温度以下的曲线率小等几个方面（图）。
（3）物候节律：
物候又称物候现象（phenologicalphenomenon），是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。
物候学（pheology）则是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。
水
（1）水因子对生物生长发育的作用：
水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠。
某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆发性开花结果”。
（2）生物对水因子的适应
植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。
各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。
陆生动物对水因子的适应：
形态结构上的适应：
以各种不同形态结构，使体内水分平衡。
行为上的适应：
沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。
生理上的适应：
“沙漠之舟”骆驼可以17天喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走。
它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。
。
土壤
（1）土壤化学性质与植物的关系
①PH值<3或>9对根系严重伤害②矿质营养元素与植物
（2）植物的盐害和抗盐性
植物的抗盐方式：
排除盐分——泌盐植物；稀盐植物（稀释盐分）；
富集盐分；拒绝吸收
（3）植物对土壤适应的生态类型
对PH值的适应——嗜酸性植物、嗜酸—耐碱植物、嗜碱—耐酸植物、嗜碱植物。
钙土植物、盐生植物、抗盐植物
（4）土壤污染的植物监测
土壤污染——重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等。
监测：
植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析
其他
（1）氧的生态作用；
（2）氮的生态作用；
（3）CO2的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；
①使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。
②CO2浓度相对提高，使C3植物光合作用不断增加（C4植物达到饱和点后则不随CO2浓度提高，光合作用增加）。
③CO2能促进植物的生长——植物生长速率随全球CO2浓度的提高而增加。
④高浓度的CO2能改变植物形态结构——幼苗分枝增多，叶面积指数加大等。
（4）大气污染与植物；
①大气主要污染物对植物的危害（影响）
二氧化硫（SO2）对植物的影响：
伤害阈值为0.25~0.55ppm，2~8小时；典型症状——叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。
氟化氢（HF）对植物的影响：
伤害阈值>40ppm；典型症状——叶尖和叶缘坏死。
臭氧（O3）对植物的影响：
伤害阈值0.05~0.15ppm0.5~8小时；典型症状——叶面上出现密集的细小斑点。
乙烯对植物的影响：
伤害阈值10~100ppb；典型症状——“偏上生长”致使叶片、花、果脱落。
②植物对大气的净化作用
吸收CO2，放出O2
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