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农业生态学复习资料
生物群落
定义；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。
简言之，即占据特定空间和时间的多种生物种群的集合体和功能单位。
群落的基本特征
具有一定的种类组成。
群落是由一定的植物、动物和微生物种类组成的。
种类组成是区别群落的首要特征。
具有一定的外貌：
生活型、种类组成、生长型、高度等反映植物群落的外貌。
具有一定的结构。
群落本身具有一定的形态结构和营养结构。
如生活型组成，种的分布格局，成层性，季相，捕食者和被食者的关系等。
具有一定的动态特征。
生物群落是生态系统中有生命的部分，生命的特征就是不断运动，群落也是如此。
其运动形式包括季节变化、年际变化，演替与演化。
不同物种之间存在相互影响。
群落中的物种以有规律的形式共处，即是有序的。
一个群落的形成和发展必须经过生物对生物的适应和生物种群的相互适应。
具有一定的分布范围。
任何一个群落只能分布在特定的地段和生境中，不同群落的生境和分布范围不同。
全球范围内的群落都是按一定的规律分布的。
形成一定的群落环境。
生物群落对其居住环境产生重大影响。
如森林中都形成特定的群落环境，与周围的农田或裸地大不相同。
具有特定的群落边界特征。
在自然条件下，有的群落有明显的边界，有的边界不明显。
前者见于环境梯度变化较陡，或者环境梯度突然中断的情形，如陆地和水环境的交界处湖泊、岛屿等。
生物群落的结构
群落水平结构；指群落在水平方向的配置状况与水平分布格局
原因：
群落内由于环境和生物本身的差异，在水平方向上的分化形成不同的生物小型组合。
在农田生态系统中群落的水平结构就是通常所说的作物布局，根据具体环境特点（土壤状况）以及各种作物的生长习性和生态适应性，合理安排，适宜搭配。
控制农业生物群落水平结构的两种基本方式：
在不同的生境中因地制宜选择合适的物种，宜农则农、宜林则林、宜牧则牧
在同一生境中配置最佳密度，并通过饲养、栽培手段控制密度（如种植密度、养殖密度、放养密度等）
群落垂直结构
指生物在垂直空间上的分化和成层现象。
成层现象：
不同生活型的物种在地面以上不同高度（或水面）以下不同深度分层排列的现象。
原因：
①由于海拔高度导致的垂直结构;②群落内部垂直分层导致的垂直结构
群落的分层与资源（光、矿质营养、食物等）利用有关
陆生生物群落的成层结构可分为地上部分和地下部分，决定分层因素是环境因子：
地上部：
主要有光、温、湿和气；
地下部：
主要有土壤的理化性质，特别是水分和养分。
草原群落的垂直分布分为地下层、地表层和草被层
水生群落的成层现象主要决定于光在水中的穿透、水温和溶氧状态。
水生群落按垂直方向，一般可分为：
漂浮动物--浮游动物--游泳动物--底栖动物--附底动物-底内动物
群落层次越多，容纳的生物种类和数量也越多，生产力也越高，同时也以复杂的营养结构维持着系统的相对稳定。
植物分层与光的利用有关
动物分层与食物有关，微气候条件有关。
水生分层与阳光、温度、食物和溶氧等因素有关
垂直结构的农业应用
农业上采用间套作等立体农业是利用群落的成层性，达到对环境资源的充分利用：
<充分利用太阳能。
<合理利用土壤中的水分、养分，生产更多的生物物质。
<利用生物的生态效应，改善农田环境，减轻不利气候条件的影响。
如橡胶遮荫，茶树起到覆盖作用。
<利用生物种间的互利作用，调节养分供应，防治病虫害，或刺激生长。
农业生产上使用生态位、株型、生育期、耐肥性、固氮能力、抗病虫能力方面差异不同作物;食性不同、活动范围不同的畜禽品种可构建垂直结构
间作：
两种或两种以上生长期相近的作物。
在同一块田地上，隔株、隔行或隔畦同时栽培，以充分利用地力和光能，提高单位面积产量的方式。
群落的时间结构
概念：
指因自然环境因素（光、温度和湿度等环境因子）的时间节律（如昼夜节律、季节节律）变化所引起的群落组成与结构随时间序列发生相应周期变化。
周期性是群落适应环境的表现形式。
群落季相（季节性周期变化）：
与季节性气候变化相关联的明显周期现象。
如温带草原一年四季分明，
<春季气温回升，植物发芽，草原返青，呈现一片嫩绿的景色。
<盛夏初秋，雨热充沛，植物繁茂，鲜花盛开，呈现五彩缤纷的夏季季相，一片浓绿。
<深秋，植物枯萎，休眠，呈现黄绿相间的秋季季相。
<冬季，一片枯黄，下雪后，呈现一片白茫茫的冬季季相。
如动物群落时间格局主要表现为：
2落中动物的季节变化。
如鸟类的迁徙；变温动物的休眠和苏醒；鱼类的回游等等。
②群落的昼夜变化。
如群落中昆虫、鸟类等种类的昼夜变化。
时间结构在农业生产应用
通过人为栽培、饲养技术，调节作物和畜禽组合匹配，使其机能节律与环境因子变化相吻合，合理安排熟制，前后作合理搭配，可充分利用一年中有效的生长季节，获得最大的生产能力。
主要方式：
复种、套种、轮作与轮养、套养。
复种：
指一年内于同一块地上连续种收两季或两季以上作物的种植方式。
复种指数：
是指全年内作物收获总面积与耕地总面积的百分比。
套种：
在同一块田地上，于前季作物的生长后期，将后季作物播种或栽植在前季作物的株间、行间或畦间的种植方法。
轮作:
在同一田地上有顺序地轮换种植不同作物的种植方式。
边缘效应：
指增加了交错区中物种的多样性和种群密度，而且增大了某些生物种的活动强度和生产力的现象。
群落交错区的特点：
特殊性：
生物多样性较高
异质性：
生态环境变化快，差异大
不稳定性：
易受影响，且恢复困难
边缘效应原理的实践意义：
－利用群落交错区的边缘效应增加边缘长度和交错区面积，提高野生动物的产量。
－人类活动而形成的交错区有的有利，有的是不利的。
--如森林与草原交界地带，海湾、沿河两岸、河口三角洲等利用：
滩涂的利用、城郊农业、间作、基塘系统
生物多样性
1、概念：
指生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态学过程的总和。
包括动物、植物与微生物和它们拥有的基因及其与生态环境形成的生态系统。
生物多样性的四个水平
遗传多样性：
地球上生物个体所包含的遗传信息总和及遗传变异
物种多样性：
地球上多种多样的生物类型及种类。
它是从分类学、系统学与生物地理学研究区域内物种状况。
生态系统多样性（Ecosystemdiversity）:
是指生物圈内生境、生物群落和生态各过程的多样性以及生态系统内生境差异。
生境的多样性是生物群落多样性甚至是整个生物多样性形成的基本条件。
生物群落的多样性主要指群落的组成、结构和动态（包括演替和波动）方面的多样性。
景观多样性（Landscapediversity）:
就是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态地面的多样性或变异性。
物种多样性的时空变化
纬度：
随纬度升高物种多样性降低
海拔：
随海拔升高物种多样性降低
水体：
随深度增加物种多样性降低
时间
在群落演替的早期，随着演替的进展，物种多样性增加
在群落演替的后期，物种多样性会降低
4、生物多样性的价值
（1）生物多样性的直接价值——衣食住行的来源，人类生存的物质基础。
（2）生物多样性的间接价值
能量固定调节气候稳定水文保护土壤
贮存必需的营养元素维持进化过程
环境净化过滤作用——对污染物的吸收和分解作用生态平衡作用
农业生物多样性的状况及保护
•农业生物多样性低——栽培和养殖物种种类多
•农田生物多样性下降
•农业特有物种多，却抗性低
•外来物种入侵和转基因物种风险增强
•生境的破坏、破碎化和污染使农业生物多样性受到严重威胁。
生物与环境
生态因子1、概念
●环境因子：
构成环境的各要素
●生态因子：
指环境因子中一切对生物生长、发育、生殖、行为和分布有接或间接影响的因子。
●生存因子：
生态因子中生物生存所不可缺少的因子。
●生态环境（ecologicalenvironment）：
指所有生态因子综合作用构成生物的生态环境。
●生境（habitat）：
具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统。
即指生物生活的具体地段上的外界条件总和。
●2、分类A、按性质划分：
●气候因子：
如温度、水分、光照、风、气压和雷电等
●土壤因子：
如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤生物等
●地形因子：
如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与坡度等
●生物因子：
包括动物、植物和微生物之间的各种相互作用
●人为因子：
人类的活动对自然的破坏及对环境的污染作用
光：
阳地植物、阴地植物、耐阴植物；长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物
温度：
广温植物、窄温植物
水：
旱生植物、中生植物、湿生植物、水生植物：
挺水植物、浮水植物、沉水植物
土壤：
酸性土、碱性土、中性土植物；盐碱土植物—泌盐、聚盐、不透盐性植物
B、按有无生命特征：
生物因子（BioticFactor）：
同种和异种生物
非生物因子（AbioticFactor）：
温度、光、水、pH、氧等理化因子
C、对种群数量的影响
密度制约因子：
对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。
如食物、天敌等生物因子，一般生物因子常为密度制约因子
非密度制约因子：
对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。
如温度、降水等气候因子
D、因子稳定性及其作用特点
–稳定因子：
终年恒定的因子，决定生物的分布，如地心引力、地磁等
–变动因子：
周期性或非周期性变化的因子，影响生物的数量
●周期性变动因子：
一年四季变化和潮汐涨落
●非周期性变动因子：
如风、降雨、捕食等
生态因子的时空变化及其对生物分布的影响
各种生态因子都影响到生物群落的分布，但其中起主要作用的是海陆分布、大气环流和由于各地太阳高度角的差异所导致的太阳辐射量的多少及其季节分布，亦即与此相联系的水热状况。
（一）纬度递变与纬度地带性
●太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异。
从赤道向两极，每移动一个纬度，气温平均降低0.5-0.6℃。
由于热量沿纬度的变化，出现生态系统类型有规律的更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林，常绿阔叶林，落叶阔叶林，北方针叶林与苔原，即所谓的纬向地带性（latitudinal）
（二）经向递变与经向地带性
在北美大陆和欧亚大陆，由于海陆分布格局（如大地构造形成地貌和海洋分异）与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因此导致生态系统的经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。
有人把这种变化与纬度地带性并列，称为经度地带性（longitudinalzonality）。
实际上，两者是不同的，前者是一种严格的自然地理规律，后者是在局部大陆上的一种自然地理现象，而在其他大陆如澳大利亚，这种纬向变化就大不相同。
三）垂直递变与垂直地带性
因太阳辐射和水热状况随着海拔高度而变化，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化。
由于海拔高度的变化，常引起自然生态系统有规律的更替，有人称此现象为垂直地带性（verticalzonality,oraltitudinalzonality）。
（四）过渡带与非地带性变化
过渡带（intermediatebelt）又称生态交错带或群落交错区（ecotone），指的是两个或多个生态地带（或群落之间）的过渡区域。
过渡带是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，因为这里的环境条件比较复杂，能为不同的生态类型的植物定居，从而为不同的动物提供食物、营巢和隐蔽条件，群落中种的数目及一些种群密度比相邻群落大。
地球表面的海陆分布、地形起伏等不具备地带性规律，叫非地带性因素。
非地带性因素叠加在地带性因素上使生物的分布出现了非地带性的变化
五）时间性递变（temporalrhythm）与周期性递变（cyclophysis）
生态环境具有明显的季节节律和昼夜节律，所以生物的分布也随时间而有明显的变化。
生态因子的生态作用
光的生态作用
光变化对生物的影响光的生物学作用表现在三个方面：
光质、光照强度和光照周期。
光质变化对生物的影响
海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:
海水表层植物色素吸收蓝、红光；
深水植物光合色素有效地利用绿光。
高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。
动物—不同动物发展不同的色觉。
农业生产中应用
有色薄膜改变光质影响作物生长，达到增产，改善品质。
☆如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光（透过率60%以上），因而有利于植物的光合过程和代谢过程
☆浅蓝色薄膜能促进植物生长茁壮，叶色浓绿，鲜重、干重增加，淀粉、蛋白质含量高。
☆紫色薄膜对茄子有增产作用，红色薄膜加速甜瓜植株发育
光照强度
①影响植物的形态建成和生殖器官的发育
影响植物叶绿素的形成
黄化现象
影响植物细胞的增长和分裂、促进组织器官的生长和分化
影响植物花果的数量和质量
光周期与植物光周期对植物的地理分布有较大影响。
这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。
---北种南引，由于光照不足，就不会开花。
---南种北引因光照时间过长而不开花。
----时令花卉的培育采用的技术之一就是人工限光、补光。
温度的生态作用
温度与生物生长
三基点温度“：
任何一种生物其生命活动都需在一定温度范围内进行。
即最低温度、最适温度和最高温度。
◇一般生长在低纬度的生物高温阈值偏高，生长在高纬度的生物低温阈值偏低。
◇一定温度范围内，生物的生长速率与温度成正比。
◇外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮。
外温影响动物的生长规模。
变温的作用：
◇促进种子萌发
◇促进植物生长
◇提高作物产量与品质
◇影响动物行为
温度与生物发育的关系---有效积温法则
1）概念：
从某一时期内的平均温度减去生物学零度再乘该时期天数，一般地，温带地区常用5℃；亚热带地区，常用10℃作为生物学零度。
①K=N*T（式中为有效积温，N为发育时间，T为平均温度）
②生物都有一个发育的起点温度（最低有效温度C），所以，应对平均温度进行修饰。
上式变为：
K=N*（T-C）或T=C+K/N,
③生物的发育也有一个高限温度，发育时间也有生理极限，即最短发育时间N0
例如：
某温带树种，生长发育的起始温度为5℃，当平均温度达5℃时，到开始开花共需30天，这段时期内的日平均温度为15℃，该树种开始开花的有效积温是300℃。
而其活动积温则为450℃。
我国气候带的划分常用≥10℃的天数和积温值作为指标。
（2）有效积温法则的应用：
①预测生物发生的世代数；
②预测生物地理分布的北界
③预测害虫来年发生程度
④制定农业气候区划，合理安排作物；
⑤应用积温预报农时
（3）局限性：
①有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的，变温下昆虫发育较快。
②温度和发育速度的关系为S型，而非直线型。
③生物的生长还受温度外其他因素的影响，如长日照促进小麦发育。
④不能用于休眠、滞育生物的时代数计算。
3、极端温度对生物的影响
A极端低温：
温度低于一定的数值，生物会因低温而受害，该值称为临界温度。
低于临界温度生物受冷害；低于0℃受冻害。
寒害:
是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。
植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。
冻害:
是指0℃以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。
冻害致死原因①冰晶、脱水；②膜破裂，通透性改变；③蛋白质变性，代谢失调，细胞中毒；④中枢兴奋性变化，细胞缺氧。
昆虫等少数动物的体液能忍受0℃以下的低温仍不结冰，这种现象称为过冷却。
过冷却是动物避免低温的一种适应方式。
B、极端高温：
⑴高温对植物的影响
⑵高温对动物的影响：
发育速率，致死。
⑶致死原因：
①蛋白质变性、酶失活；②理化过程失调；③代谢中毒；④生物膜结构变化；⑤供氧不足等。
☆植物：
光合作用下降；呼吸作用加强；水分代谢不平衡；代谢物积累；蛋白质凝固。
☆动物：
呼吸作用加强；排泄失调；蛋白质凝固，酶失活；神经麻痹。
生物对极端温度的适应
生物对低温的适应：
保暖、抗冻－－形态、生理、行为的适应
生物对高温的适应：
抗辐射、保水、散热－－形态、生理、行为的适应
A植物对低温适应：
☆形态结构：
油脂、蜡粉、密毛、鳞片、短小、匍匐状，厚皮、
☆生理适应：
水分降低、糖、脂、色素增加、吸收光谱增宽
☆行为适应：
休眠来增加抗寒能力
B植物对高温适应
☆形态适应：
密绒毛、鳞片、体呈白色、叶片垂直、木栓层厚
☆生理适应：
含水少、糖、盐浓度高、代谢旺盛
行为上的适应－－植物：
关闭气孔。
动物：
休眠，穴居，昼伏夜出等。
伯格曼规律
内容：
高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大。
如东北虎大于华南虎
原因：
一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，在进化选择中是有利的
目的：
减少散热。
阿仑规律
内容：
在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有明显缩短的趋势。
原因：
寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显然是有利的。
物候节律
季节变温---形成物候
物候：
植物适应一年中气候条件的季节变化，形成与之相应的生长发育规律。
物候学：
研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学。
例如．活动与休眠、繁殖期与性腺静止期、定居与迁移等。
植物从发芽、生长到开花、结实和枯黄呈现出不同的物候期。
研究物候的方法→物候观测→物候谱可说明物候期与生态因子或地理区域的联系。
应用：
确定农时、确定牧场利用时间、了解群落的动态、植物引种等。
气候相似性原则：
把植物引种到气候条件（主要是温度条件）相似的地方栽种，比较容易获得成功。
气候相似性不仅指在本地带内，也包括在不同地带（超地带）中气候相似的地区。
如南方喜温暖的植物，可以在较北地方的阳坡找到立足点，而北方平原上的植物，却能在较南地方的阴坡找到了相似的环境条件。
经验
北种南移（或高海拔引种到低海拔）要比南种北移（或低海拔引种到高海拔）容易成功。
草本植物比木本植物容易引种成功；一年生植物比多年生植物容易引种成功；落叶植物比常绿植物容易引种成功。
水的生态作用
（一）、水的生态意义
☆水是生物体不可缺少的组成成份；
☆水是生物体所有代谢活动的介质；
☆水为生物创造稳定的温度环境；
☆生物起源于水环境。
☆水是光合作用的原料
☆水使生物保持一定的状态
水是生命现象的基础，没有水也就没有原生质的生命活动。
水对生物生长发育的影响
水对植物生长发育的影响
水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点
参与新陈代谢，影响生物生理活性
影响作物产量与品质
影响生物繁殖
水对动物生长发育的影响
水分不足时，引起动物的滞育和休眠
许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关
水对物种数量和分布的影响
对植被的分布的影响
降水量的分布不均，高纬度地区降水少；远离海洋降水越少；迎湿热风的斜坡降水较多。
我国东南降水多，西北降水少。
我国从东南到西北雨量逐渐减少，因而植被类型与数量减少：
湿润森林区、干旱草原区和荒漠区
水分与动植物种类与数量的影响
降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷
水分不足引起生物滞育与休眠
植物对水因子的适应
土壤的生态作用
一）.岩石圈
岩石圈主要由地球的地壳层构成，是生物所需要的各种元素和化合物的源泉，也是成土母质、海洋盐类、大气和一切自由水的源泉。
（二）、土壤的生态学意义
土壤是陆地生态系统的基础
土壤是具有决定性意义的生命支持系统
土壤是许多生物的栖息场所
土壤是生物进化的过渡环境
土壤是植物生长的基质和营养库
土壤是污染物转化的重要场地
五、大气的组成及其生态作用
氧与生物
氧的来源
光合作用
紫外线的光解作用
O3的形成和作用
氧与动物的能量代谢
动物对高海拔低氧的适应
植物与氧
光合作用=20×呼吸作用
森林吸收CO2释放O2的量约为草地的5倍
成年人呼吸消耗O2释放CO2的量与10m2森林光合作用的产物相当
CO2的生态作用
CO2浓度变化
来源：
化石燃料燃烧、生物呼吸和微生物分解作用
消耗：
植物光合作用
温室效应
CO2的特性：
透过太阳辐射、不能透过地面反射的红外线
温室效应：
CO2的浓度升高，导致抵免反射的红外线减少、地面温度升高
增温效率：
CO2的浓度升高1%，地面温度升高0.3℃
CO2与植物
植物光合作用的原料，作物高产的主要限制因素
C3植物和C4植物对CO2的利用效率不同
环境对生物的制约
生态因子作用一般特征
阶段性作用、直接作用、间接作用、不可替代性和补偿性作用、主导因子作用、综合作用。
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