生态学期末总复习资料完整版.docx
《生态学期末总复习资料完整版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生态学期末总复习资料完整版.docx（130页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
生态学期末总复习资料完整版
生态学
20世纪20年代起，由于人口增长、工业发展、城市化速度加快，人类开始面临许多新的问题和挑战，这些都涉及人类的生存与发展。
例如人口问题、环境问题、资源问题、能源问题、粮食问题等。
第一章生态学概述
尤其是60年代以后，这些问题日益严重，出现了多方面的危机。
这些危机的控制和解决，都要以生态学为基础。
因而引起各国政府和科学家对生态学的关注。
地球人意识到，人类只是地球生物圈大家庭的一个成员，且只能与这个星球同命运、共存亡。
人类社会的发展如果不按生态学规律办事，只能带来人类与地球的共同厄运。
很少有象生态学这样一门科学与人类的生存在时空尺度，在自然、社会和经济等方面有如此紧密的联系。
人类要以生态学原则来调整人类与自然、资源和环境的关系。
所以生态学应该是我们每个人必需认真学习的科学。
目前，生态学研究的重点从理论生态学向应用生态学扩展，并且渗透到地学、经济学及农、林、牧、渔、医药卫生、环境保护、城乡建设等各个部门。
一、生态学的定义
不同学者对生态学有不同的定义:
德国动物学家Haeckel（1866年）最早给生态学定义（Ecology）:
生态学是研究有机体与周围环境之间相互关系的科学。
澳大利亚生态学家Andrewartha（1954）：
生态学是研究有机体的分布与多度的科学。
强调了对种群动态的研究。
美国生态学家Odum（1953，1959，1971，1983）：
生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。
我国著名生态学家马世骏：
生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。
综合:
生态学是研究生物与环境相互作用过程及其规律的科学，其目的是指导人与生物圈的协调发展。
由于各地自然条件、植物区系、植被特征与利用是巨大差异，使植物生态学在研究理论、研究方法、研究重点上有所不同，形成了不同的生态学派，主要有四大学派。
①英美学派：
代表人物是美国Clements和英Tansley，研究对象主要是美洲大陆的植被，以研究植物群落的演替和创建顶级学说而著名。
②北欧学派：
代表人物为Rietz，研究对象主要是斯堪的纳维亚地区结构单一的植被，以注重群落结构分析为特点。
③法瑞学派：
代表人物是Braum-Blanquet，注重群落生态外貌，强调特征种的作用，研究中首先对样地中植物区系进行调查、记录和分析。
④俄国学派：
代表人物是Cykayeb，植物（群落）与地学结合。
4、现代生态学时期（20世纪60年代至今）
生态学研究已在宏观方向上扩展到生态系统、景观和全球生态研究。
在生态系统水平上，对各生态类群的生产力、能量流动与物质循环研究取得了丰硕成果。
生态学在微观方向上取得了进展，出现了分子生态学等分支学科。
研究手段进展较快，野外自动电子仪器、放射性同位素示踪、稳定性同位素、遥感与地理信息系统、生态建模等技术应用到现代生态学。
生态学与生理学、遗传学、行为学、进化论等生物学各分支领域结合形成新领域，与数学、地学、化学、物理学等自然科学相交叉，产生边缘学科；并与经济学、社会学、城市科学相结合。
生态系统理论与农、林、牧、渔各业生产、环境保护和污染处理相结合，并发展为生态工程。
生态学成为自然科学和社会科学相接的真正桥梁之一。
（Odum《生态学》-1997）
目前（现代生态学）研究的几个热点：
生物多样性及其保护；
全球变化的生态效应及其对策；
可持续发展。
近10年，在迫切要求解决环境、自然保护、资源管理、害虫控制等影响下，现代生态学以整体观和系统观为指导思想，研究生态系统的结构、功能和调控，甚至自然一社会一经济复合生态系统的研究已成为最时髦的领域。
从理论走向应用。
生态学原理与人类各个实践领域密切结合，产生良好的经济、生态和社会效益。
许多学者认为，生态学原理是指导解决世界环境问题的理论基础：
环境学家应用生态学原理解决了许多环境问题；
农学家运用生态学理论研究农业生态系统、解决粮食问题；
生态学与经济学密切结合，生态经济学应运而生，大型经济活动对生态环境影响及其宏观经济价值，均要以生态学观点进行评价和分析。
城市规划也要求生态学家参加研究、设计和评价。
以模拟自然生态系统的物质多层利用和物种共生原理的生态工程思想开始明确，并逐渐为社会广泛接受。
（一）生态学是研究生物与环境、生物与生物之间相互关系的一门生物学分支学科
1、按生物学组织层次分，研究对象为：
基因、细胞、器官、有机体、种群、群落、生态系统等，研究它们与环境之间的相互关系。
2、按生物类群分，研究对象为：
植物、微生物、昆虫、鱼类、鸟类、兽类等单一的生物类群，研究它们与环境之间的相互关系。
三、生态学研究的对象和内容
生态学一览
生物大分子（DNA）
细胞（cell）
组织器官（tissue&organ）
个体（individual）
种群（population）
群落（community）
生态系统（ecosystem）
生物圈（biosphere）
（二）生态学向宏观和微观方向发展，但其研究中心为种群、群落和生态系统，属宏观生物学范畴。
（三）生态学研究的重点在于生态系统和生物圈中各组分之间的相互作用
以自然生态系统为对象。
以人工生态系统或半自然生态系统（即受人类干扰或破坏后的自然生态系统）为对象。
以社会生态系统为研究对象。
1、基础生态学
按组织层次分：
分子生态学，个体生态学，种群生态学，群落生态学，生态系统生态学，景观生态学，全球生态学。
按生物类群分：
动物生态学，植物生态学，昆虫生态学，微生物生态学，真菌生态学，人类生态学。
四、生态学的分支学科
按栖息环境分：
海洋生态学，河口生态学，淡水生态学，湿地生态学，热带生态学，陆地生态学（森林生态学、草地生态学、荒漠生态学和冻原生态学）。
按交叉学科分：
数学生态学，化学生态学，物理生态学，地理生态学，生理生态学，进化生态学，行为生态学，系统生态学，遗传生态学，经济生态学。
2、应用生态学的分支学科
1）产业生态学：
农业生态学、森林生态学、草地生态学、工业生态学与清洁生产、旅游生态学、养殖生态学。
2）管理生态学：
城市生态学、环境生态学、有害动物管理生态学、恢复生态学、资源生态学、灾害生态学、自然保护生态学、全球变化生态学、景观生态设计。
3）效益生态学：
生态经济学、可持续发展生态学、人类生态学。
（一）树立生态学的基本观念
层次观；整体观；系统观；协同进化观
（二）掌握基本的研究方法
原地观测（野外考察，定位观测，原地科学实验）
受控实验
生态学的综合方法（归纳和分析，数值分类和排序，模型和模拟）
（三）学会理论联系实际
（1）国际生物学计划（IBP）
由联合国科教文组织（UNESCO）提出，1964年开始执行，包括陆地生产力、淡水生产力、海洋生产力和资源利用管理等7个领域。
其中心是全球主要生态系统结构、功能和生物生产力研究。
共97个国家参加，我国没有参加。
生态学研究的国际性是其发展的趋势
（2）人与生物圈计划（MAB）
由联合国科教文组织1970年提出，是IBP的继续。
主要任务是研究在人类活动影响下，地球上不同区域各类生态系统结构、功能及其发展趋势，预报生物圈和资源的变化及其对人类的影响。
其目的是通过自然科学和社会科学，研究人类今天的行动对未来世界的影响，为改善全球性人与环境的相互关系，提供科学依据，确保在人口不断增长的情况下合理管理与利用环境及资源，保证人类社会持续协调地发展。
有近百个国家加入这个组织，我国于1979年参加该研究计划。
（3）国际地圈生物圈计划（IGBP）
由国际科学联盟委员会（ICSU）1984年提出，1991年执行。
主要目标是：
解释和了解调节地球生命环境相互作用的物理、化学和生物学过程，系统中正在出现的变化，人类活动对它们影响方式。
即用全球的观点，把地球和生物作为相互作用紧密相关的系统来研究。
共包括10个核心计划和7个关键问题。
（4）生物多样性计划
由国际生物科学联盟（IUBS）1991年提出。
1996年7月，通过当前DIVERSITAS“操作计划”的最后版本。
操作计划共有10个组成方面的内容，其中5个为核心组成部分。
“生物多样性对生态系统功能的作用”是其最核心的组成部分。
生物多样性保护、恢复和持续利用既是重要研究内容又是研究所要达到的最后目的。
第二章生物与环境第一节环境概述
一、环境的概念
环境的定义：
环境指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。
环境因素：
直接参加有机体物质和能量循环的组成部分。
环境科学：
研究人与环境之间物质转化规律的科学。
二、生物的能量环境
地球上生命生存必需的能量主要来自太阳的辐射。
太阳能以电磁波形式向周围发射，由于大气层的吸收、反射和散射作用，太阳能只有47%左右到达地面。
太阳辐射有两种功能：
热能和光能。
热能，它给地球送来了温暖，使地球表面土壤、水体变热，引起空气和水的流动；
光能，在光合作用中被绿色植物吸收，转化为化学能形成有机物，沿食物链在生态系统中不停地流动。
三、生物的物质环境
1、岩石圈和土壤圈
岩石圈是指地球的地壳部分。
地表岩石经风吹、日晒和雨淋，逐步风化分解成为母质，经过化学和生物的共同作用，形成了土壤层，即土壤圈。
岩石圈和土壤圈贮藏着丰富资源，是万物生存繁衍的基地。
2、水圈
水圈包括占地球表面71%的海洋、内陆水域和地下水。
水的总量约为1.4×1018m3，淡水仅占2.53%，人类可直接利用的江河湖泊淡水和地下水仅占总量的0.77%。
水体中溶解有各种无机和有机营养物质，它们为植物生长和水生生物的分布提供了物质基础。
3、大气圈
大气圈是包围地球的一个气体圈层。
大气组成包括多种气体和一些悬浮杂质和微小液滴。
大气质量99%集中在离地表29km之内。
根据温度变化情况把大气圈划分为四层：
对流层、平流层、中间层和电离层。
对流层位于近地面，约10-20km，特点是空气垂直对流运动显著，空气分布均匀；温度随高度升高而降低，每升高1000m温度下降6.4℃；含水蒸气和尘埃；影响生物的一切气候现象都发生在对流层中。
平流层是对流层以上直到约50km的气层，空气稀薄,大气透明度很高。
主要是平流运动，平流层中臭氧集中，太阳光中紫外线（＜290nm）几乎全部被吸收，因此温度较高，气温变化不大。
从平流层顶约至80km处是中间层。
温度随高度而降低，到顶层温度降至190K左右。
平流层以上是电离层，空气非常稀薄。
温度随高度迅速增加，在700千米处，温度可达1500K。
该层能量主要来自波长小于175nm的紫外光，以及太阳的微粒辐射及宇宙空间的高能粒子。
4、生物圈
生物圈最早由奥地利地质学家Suess于1875年提出。
生物圈：
是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成。
生物圈最显著的特点是有大量的生物存在。
事实上，一切生物，包括动物、植物、微生物和人类都是在生物圈内生存和发展。
第二节生态因子及其作用特点
一、生态因子的定义
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影响的环境要素。
例如：
温度、湿度、食物、光照、氧气、水分、CO2和其它相关生物等属于生态因子。
所有生态因子构成生物的生态环境。
具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境。
二、生态因子的分类
气候因子（如光、温度、水、空气、雷电等）；
土壤因子（土壤物理性质、化学性质、肥力、土壤结构和土壤生物等因子）；
生物因子（指与对象生物发生相互关系的动物、植物、微生物等因子，形成捕食、寄生、竞争和互惠共生等关系）；
地形因子（海拔高度、坡度、坡向（阴坡和阳坡）、地面起伏等，通过影响气候和土壤，间接地影响植物的生长和分布）；
人为因子（指对动植物产生影响的人类活动）。
三、生态因子作用的特点
（1）综和性（因子间相互制约）
每一个生态因子都是在与其它因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。
因此生态因子对生物的作用不是单一的，而是综合的。
例如：
水中溶解氧的含量会随温度的上升而减少。
（2）非等价性（主导因子作用）
对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1-2个是起主要作用的主导因子。
主导因子的改变常会引起其它生态因子发生明显的变化。
例如，光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2是次要因子。
植物的春化阶段，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子。
（3）不可替代性和互补性
生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。
但某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。
如软体动物在锶多的地方，能利用锶来补偿壳中钙的不足。
但是生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，因子之间的补偿作用不是经常存在的。
（4）限定性（时段性）
生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。
这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。
如低温对冬小麦的春化阶段必不可少，但在其后的生长阶段则有害。
如鱼类的洄游中，大麻哈鱼生活在海洋中，生殖季节则洄游到淡水河流中产卵；鳗鲡则在淡水中生活，洄游到海洋中去生殖。
说明有些鱼类在生活史的不同阶段，对生存条件有不同的要求。
（5）直接作用和间接作用
环境中的地形因子，其起伏程度、坡向、坡度、海拔高度和经纬度等对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，对生物产生间接作用。
例如，四川二郎山的东坡湿润多雨，植物分布类型为常绿阔叶林；而西坡空气干热、缺水，只能分布耐旱的灌草丛。
（1）限制因子
在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受极限，限制生物的生长、发育、繁殖、数量和分布的关键性因子叫限制因子。
如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子非常稳定，则这种因子不太可能成为限制因子。
相反则可能成为限制因子。
例如，O2对陆生动物，一般不会成为限制因子；但O2在水体中的含量有限，常发生波动，是水生生物的限制因子。
四、生态因子的限制作用
（2）利比希最小因子定律（Liebig’slawofminimum）
1840年，德国农业化学家Liebig在研究土壤营养元素与植物生长的关系时发现，在植物生长所必需的元素中，供给量最少的元素决定着植物的产量。
提出“植物的生长取决于那些处于最少量状况的营养元素的量”。
类似“木桶效应”理论。
可概括为：
能够影响生物的无数因子中，总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖。
例如，土壤中的氮，可维持250kg产量，钾可维持350kg，磷可维持500kg，则实际产量只有250kg。
若多施1倍的氮，产量为350kg，为钾所限制。
有关生态因子的限制作用有以下两条定律。
（3）谢尔福特耐受定律（Shelford’slawoftolerance）
美国生态学家Shelford于1913年提出：
“生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝”。
即生物对每种生态因子都有耐受的上限和下限。
但要注意到：
生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化。
人为驯化的方法可改变生物的耐性范围。
ShelfordLawofTolerance（谢尔福特耐受定理）
内稳态的定义：
生物控制自身的体内环境使其保持相对稳定，以减少生物对外界环境的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。
意义：
提高生物对生态因子的耐受范围。
内稳态是通过生理过程或行为的调整而实现的。
恒温动物通过控制体内产热过程来调节体温；变温动物靠减少散热或利用环境热源使身体增温。
如动物保持内稳态的行为机制：
身姿改变、位置的迁移、穴居、巢居等）。
维持体内环境稳定是生物扩大耐性限度的一种重要机制，扩大了生物的生态幅度和适应范围。
五、生物的内稳态机制
一、温度因子的生态作用及生物的适应
1、温度的生态作用
（1）温度对生物生长的影响
温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即“三基点”温度。
不同生物的三基点温度不一样，如家蝇生长的三基点：
45℃、17-28℃、6℃。
（2）温度对生物发育的影响
植物的春化作用（某些植物需要经过一个低温“春化”阶段才能开花结果，完成生命周期）。
第三节生态因子的生态作用及生物的适应
有效积温法则：
生物生长发育过程中，需要从环境中摄取一定热量才能完成其某一阶段的发育，生物各个发育阶段所需要的热量总和一个常数。
有效积温法则用公式表示：
K=N（T-T0）,
K—是有效积温（常数），
N—为发育历期天数，
T0—为生物发育起点温度（生物零度）；
T—为发育期间的平均温度。
发育时间N的倒数为发育速率。
有效积温法则不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变温动物。
有效积温法则的实际应用：
1）预测一个地区某种害虫发生的时期和世代数。
2）预测害虫的分布区、危害猖獗区。
3）预测害虫来年的发生程度。
4）预测生物地理分布的北界。
5）推算生物的年发生历。
6）制定农业气候区划，合理安排作物。
7）应用有效积温预报农时。
2、极端温度对生物的影响
（1）低温对生物的影响
低温对生物的伤害分为寒害和冻害两种。
寒害指温度在0℃以上对生物的伤害。
植物寒害主要原因：
蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。
冻害指0℃以下的低温对生物的损害。
植物冻害主要原因：
温度降至冰点以下时，细胞间隙形成冰晶，原生质失水破损。
极端低温对动物的致死作用：
体液冰冻和结晶；
使原生质受到机械损伤；
蛋白质脱水变性。
（2）高温对生物的影响
温度超过生物适宜温区的上限后，对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。
高温对植物的有害影响：
高温减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；
破坏植物的水分平衡，蛋白质凝固、脂类溶解，有害代谢产物在体内积累。
高温对动物的有害影响：
破坏酶的活性；
蛋白质凝固变性；
造成缺氧；
排泄功能失调；
神经系统麻痹。
3、生物对极端温度的适应
生物对温度的适应包括形态、生理、行为；分布地区、物候的形成及休眠等。
（1）形态适应
植物对低温的形态适应：
芽及叶片有油脂类物质保护，芽具有鳞片；器官表面有蜡粉和密毛；植株矮小，呈匍匐、垫状或莲座状。
植物对高温的适应表现：
有些植物具有密生的绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光；发亮的叶片能反射大部分光线；叶片垂直排列，减少吸光面积；树皮有发达的木栓组织（具有绝热和保护作用）。
动物对温度的形态适应：
同类恒温动物生活在较寒冷地区（高纬度地区）比生活在温热地区（低纬度地区）的个体要大，称为贝格曼规律（Begman）。
个体大有利于保温，个体小有利于散热。
阿伦（Allen）规律：
恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴、外耳等在低温环境中有变小、变短的趋势。
（2）生理适应
植物对低温的生理适应：
降低植物冰点，增加抗寒能力（减少细胞中的水分，增加细胞中的糖类、脂肪和色素）
植物对高温的生理适应：
1）降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。
2）靠旺盛的蒸腾作用降温。
3）一些植物具有反射红外线的能力，避免受到高温的伤害。
动物对低温的生理适应：
增加体内的产热量，保持恒定的体温。
动物对高温的生理适应：
放松恒温性，使体温有较大的变幅。
（2）行为适应：
生物对低温的行为适应：
冬眠。
生物对高温的行为适应：
夏眠等。
例如，沙漠中的啮齿动物对高温环境常常采取行为上的适应对策，即夏眠、穴居、昼伏夜出（白天躲入洞内，夜晚出来活动）。
4、温度与生物的地理分布
温度是决定某种生物分布区的重要生态因子。
极端温度（最高温度、最低温度）是限制生物分布的最重要条件。
温度对动物的分布，可起直接的限制作用。
4、物候节律
物候又称物候现象，指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。
例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。
休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。
植物的休眠主要是种子的休眠。
动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）。
物候学是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。
光因子包括光强、光质和光照长度。
1、光强的作用：
影响植物的生长发育、形态建成、生殖器官发育、物质生产等。
如光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成。
在黑暗条件下，植物出现“黄化现象”。
光强有利于果实的成熟，对果实的品质有良好作用。
在一定范围内，光合作用效率与光强成正比。
光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。
二、光因子对生物的生态作用
2、光质的作用：
影响物质的生成。
植物光合作用只利用光谱中可见光区（400-760nm）,这部分辐射称为生理有效辐射,约占总辐射40-50%。
红、橙光被叶绿素吸收最多，其次是蓝、紫光；绿光不被植物吸收称“生理无效光”。
红光有利于糖的合成，有促进生长作用，蓝光有利于蛋白质合成。
短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素形成，并抑制茎的伸长。
光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。
大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近。
但昆虫则偏于短波光，在250-700nm间，它们看不见红外光，却看得见紫外光；且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。
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、水面和各种物体表面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体极为重要。
3、光照时间：
影响生物的生育转变。
4、光周期现象—生物对光的生态反应与适应
光周期现象：
生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象。
植物对光强的适应
阳性植物、阴性植物、耐阴植物。
（2）光合作用对光强的反应
光饱和点、光补偿点。
（3）生物对光照时间的适应
植物的光周期现象：
长日照植物、短日照植物、中日照植物、中间型植物。
长日照植物：
日照时间长于一定数值（14h以上）才能开花的植物，且光照时间越长，开花越早。
如冬小麦、大麦、油菜和甜菜。
短日照植物：
日照时间短于一定数值（14h上的黑暗）才能开花的植物，如水稻、棉花、大豆和烟草。
中日照植物：
要求昼夜长短比例接近相等（12h），如甘蔗。
中间型植物：
在任何日照条件下都能开花植物，如番茄、黄瓜和辣椒。
动物的光周期现象：
许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。
鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受光照长短的影响。
1、水的生态作用
（1）水是生物生存的重要条件
1）生物体的重要组分。
生物体含水60-80%，水母达90%，干旱环境的地衣、卷柏和苔藓仅含6%左右。
2）参与物质代谢。
3）调节体内和体外环境。
生物的新陈代谢以水为介质，营养物质运输、废物排除、激素传递及各种生化过程，都必须在水溶液中才能进行。
三、水因子对生物的生态作用
（2）水对动植物生长发育、数量、分布有影响。
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
升级会员 