生态学基础知识.pptx
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1、 生态学基础生态学基础 1 生物与环境2 种群生态3 生物群落4 生态系统5 生物多样性、人 口、资源与可持续发展地地球球上上一一切切生生命命形形式式,包包括括植植物物、动动物物、微微生生物物等等,都都有各不相同的生存环境。有各不相同的生存环境。环环境境是是指指某某一一特特定定生生物物或或生生物物群群体体周周围围一一切切的的总总和和,它它包包括括在在一一定定空空间间内内直直接接或或间间接接影影响响该该生生物物或或生生物物群群体体生生存的各种因素。存的各种因素。研研究究生生物物与与其其生生存存环环境境之之间间相相互互关关系系和和作作用用规规律律的的科科学学称为称为生态学生态学。环环境境的的特特征
2、征及及其其变变化化决决定定了了生生物物的的分分布布和和多多样样性性,生生物物的的活活动动又又对对环环境境产产生生影影响响。生生物物与与环环境境的的关关系系及及相相互互作作用用包包括括了了从从个个体体到到群群体体,从从局局部部到到全全局局,从从微微观观到到宏宏观观不同的层次。不同的层次。大环境(大气候)大环境(大气候)大环境(大气候)大环境(大气候)宇宙环境、地球环境、区域环境宇宙环境、地球环境、区域环境宇宙环境、地球环境、区域环境宇宙环境、地球环境、区域环境 小环境(小气候)小环境(小气候)小环境(小气候)小环境(小气候)微环境、内环境微环境、内环境微环境、内环境微环境、内环境 大气候:大环境
3、中的气候,指离地面大气候:大环境中的气候,指离地面1.5m1.5m以上的气候,由以上的气候,由大范围因素决定,如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大范围因素决定,如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等。大面积地形等。小气候:对生物有直接影响的邻接环境,接近地面大气层小气候:对生物有直接影响的邻接环境,接近地面大气层中中1.5m1.5m以内的气候,即小范围的特定栖息地。以内的气候,即小范围的特定栖息地。宇宙环境:大气层以外的空间。宇宙环境:大气层以外的空间。地球环境:大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和地球环境:大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈。生物圈。区域环境:占有某一
4、特定地域空间的自然环境。区域环境:占有某一特定地域空间的自然环境。微环境:指区域环境中,由于某一个(或几个)圈层的细微环境:指区域环境中,由于某一个(或几个)圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。微变化而产生的环境差异所形成的小环境。内环境:生物体内组织或细胞间的环境。内环境:生物体内组织或细胞间的环境。环境环境环境环境一种北极植株各部分温度差异一种北极植株各部分温度差异一种北极植株各部分温度差异一种北极植株各部分温度差异环境与生境(环境与生境(environment)生境(habitat)具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境,即生物生活的具体场所。n环境的范围与生态学的层次环境的
5、范围与生态学的层次生态系统是指在一定空间中各类生物以及与其相关联的环境生态系统是指在一定空间中各类生物以及与其相关联的环境因子的集合。是生命的家园。因子的集合。是生命的家园。在不同的生态系统中,在不同的生态系统中,各种生命通过一张极其各种生命通过一张极其复杂的食物网来获取和复杂的食物网来获取和传递太阳的能量,同时传递太阳的能量,同时完成物质的循环。完成物质的循环。全球生态系统的总和称全球生态系统的总和称为生物圈。为生物圈。1 生物与环境生态学的层次从个体、种生态学的层次从个体、种群、群落、生态系统到整群、群落、生态系统到整个生物圈逐级放大,其涉个生物圈逐级放大,其涉及到的环境范围也越来越及到的
6、环境范围也越来越广。广。n环境的范围与生态学的层次环境的范围与生态学的层次在一定环境中的一群同种生在一定环境中的一群同种生物个体称为种群。物个体称为种群。在一个特定的环境区域内生在一个特定的环境区域内生存的多种不同的种群便组成存的多种不同的种群便组成为群落。为群落。n环境与生态因子环境与生态因子生生物物的的环环境境因因素素按按性性质质可可分分为为非非生生物物因因子子和和物物因因子子两两大大类类。生生态态学学家家将将生生物物生生存存不不可可缺缺少少的的环环境境条条件件称称为为生生态态因因子子,而生物体外部的全部环境要素则称为环境因子。而生物体外部的全部环境要素则称为环境因子。非非生生物物因因子子
7、:气气候候因因子子(阳阳光光、温温度度、湿湿度度、降降雨雨、风风、气气压压、雷雷电电等等),营营养养因因子子,水水因因子子,土土壤壤、地地形形和和地地理理因子,海洋地理因子,大气成分,自然灾变,地质条件等。因子,海洋地理因子,大气成分,自然灾变,地质条件等。生生物物环环境境因因子子:生生物物之之间间的的各各种种相相互互作作用用,人人类类的的活活动动对对自自然然界界其其他他生生物物产产生生的的影影响响,政政治治、经经济济、文文化化、科科学学技技术等社会环境因素对个人和整个人类的作用和影响。术等社会环境因素对个人和整个人类的作用和影响。n气候因子气候因子在各类环境和生态因子中,气候因素包括了影响生
8、物活动和在各类环境和生态因子中,气候因素包括了影响生物活动和生命过程最重要的物理和化学因子生命过程最重要的物理和化学因子。一个区域环境中的温度、光照、降雨与湿度、风、气压、一个区域环境中的温度、光照、降雨与湿度、风、气压、雷电等是控制生物活动最重要和最直接的因子雷电等是控制生物活动最重要和最直接的因子 各种生物对生态因子(如温度)所能耐受的上限与下限之间各种生物对生态因子(如温度)所能耐受的上限与下限之间的幅度称为的幅度称为生态幅生态幅,它反映了生物对环境因素的适应能力。,它反映了生物对环境因素的适应能力。不同类型的生物对温度的适应幅度 全球的气候特征主要是由太阳能的输入和地球在宇宙中的运全球
9、的气候特征主要是由太阳能的输入和地球在宇宙中的运动决定的。动决定的。地球表面各处太阳光照不均衡。6 6类气候区类气候区全球大陆不同地区的气候类型也全球大陆不同地区的气候类型也有该地区的生物群落型(有该地区的生物群落型(9 9种陆种陆生生物群落型)生生物群落型)大雁东南飞大雁东南飞大雁东南飞大雁东南飞n环境对生物习性和行为的影响环境对生物习性和行为的影响环境的变化对生物产生环境的变化对生物产生的影响和生物对环境的的影响和生物对环境的适应性是生物与环境相适应性是生物与环境相互作用的结果。动物的互作用的结果。动物的许多有规律的行为就是许多有规律的行为就是动物适应其环境定向进动物适应其环境定向进化的结
10、果。如候鸟迁移,化的结果。如候鸟迁移,生物钟等。生物钟等。东非的角马群居生活并集体大规模迁移 行为生态学行为生态学:在特定环境中,动物决定在何处生活,如何在特定环境中,动物决定在何处生活,如何选择和寻找所需要的资源(包括食物),如何逃避天敌选择和寻找所需要的资源(包括食物),如何逃避天敌(捕食者),如何应对竞争者,如何与自己种群内的其他(捕食者),如何应对竞争者,如何与自己种群内的其他动物相处等都属于行为生态学研究的范畴。动物相处等都属于行为生态学研究的范畴。动物的许多复杂应变行为体现了物种内和物种间特殊的生动物的许多复杂应变行为体现了物种内和物种间特殊的生态关系。生物与环境长期相互作用和进化
11、过程形成了这种态关系。生物与环境长期相互作用和进化过程形成了这种行为的生理和遗传基础。行为的生理和遗传基础。动物的行为是动物个体或群体有规律或成系统的作为及活动物的行为是动物个体或群体有规律或成系统的作为及活动现象。动物的行为可以是先天的或本能的,也可以通过动现象。动物的行为可以是先天的或本能的,也可以通过学习与记忆获得。学习与记忆获得。印记印记是动物最简单是动物最简单的一种学习行为,一般的一种学习行为,一般只发生在动物出生后的只发生在动物出生后的幼年阶段。幼年阶段。2 种群生态种种群群生生态态学学是是研研究究影影响响种种群群大大小小和和密密度度、种种群群增增长长和和种种群群结结构构特特征征等
12、等因因素素的的生生态态学学分分支支学学科科。种种群群是是在在特特定定时时间间和和空空间间中中同同一一种种生生物物个个体体的的组组合合。种种群群内内的的个个体体通通过过自自然然繁繁殖产生遗传性稳定的后代。殖产生遗传性稳定的后代。n种群的结构种群的结构种群的大小是指种群内个体数量的多少,单位面积或体积种群的大小是指种群内个体数量的多少,单位面积或体积中个体的数量称为中个体的数量称为种群密度种群密度。研究野生动物种群结构的采样技研究野生动物种群结构的采样技术术:野外拉样方采样野外拉样方采样标记标记-再捕捉方法再捕捉方法l种群密度种群密度种群分布型是指全部个体在种群分布型是指全部个体在种群界定范围内的
13、空间分布种群界定范围内的空间分布类型。一些生物的分布还随类型。一些生物的分布还随昼夜和季节的变化而变化。昼夜和季节的变化而变化。群集型群集型 平均型平均型 随机型随机型l种群分布型种群分布型样方法调查种群数量样方法调查种群数量 样方即取样(样方即取样(sampling)sampling):即总体(:即总体(population)population)中的某部分。中的某部分。样方法:即根据总体中的样方来估算总体的方法。样方法:即根据总体中的样方来估算总体的方法。样方的代表性:必须有代表性,要求通过随机取样保证,并样方的代表性:必须有代表性,要求通过随机取样保证,并采用数理统计方法估算变差和显著性
14、。采用数理统计方法估算变差和显著性。样方法的应用:样方法的应用:对动物:一般采用对动物:一般采用标志重捕法标志重捕法,即在调查区域内,捕获,即在调查区域内,捕获部分个体进行标志后释放,经一定期限重新捕获。根据部分个体进行标志后释放,经一定期限重新捕获。根据重捕取样的标志比例与样地总数中的标志比例相等的假重捕取样的标志比例与样地总数中的标志比例相等的假定,估计样地中被调查动物的总数。定,估计样地中被调查动物的总数。对植物:样方法对植物更为有效。对植物,关键是确定对植物:样方法对植物更为有效。对植物,关键是确定样方面积样方面积的大小;并且,样方数目也要根据群落的类型、的大小;并且,样方数目也要根据
15、群落的类型、性质和结构决定,样方越多,代表性越好,但所需人力、性质和结构决定,样方越多,代表性越好,但所需人力、物力越大;取样误差与取样数量的平方成反比:及减少物力越大;取样误差与取样数量的平方成反比:及减少1/31/3的误差,就要增加的误差,就要增加9 9倍的取样数量。倍的取样数量。样方面积的大小由群落性质决定,下图反映了样方效应给调查造成的影响样方面积的大小由群落性质决定,下图反映了样方效应给调查造成的影响样方面积的大小由群落性质决定,下图反映了样方效应给调查造成的影响样方面积的大小由群落性质决定,下图反映了样方效应给调查造成的影响样方样方样方样方1 1:样方与植株大小接近,样方内可能只含
16、有:样方与植株大小接近,样方内可能只含有:样方与植株大小接近,样方内可能只含有:样方与植株大小接近,样方内可能只含有A A或或或或B B或或或或C C;样方样方样方样方2 2:物种:物种:物种:物种ABAB在同一样方,而在同一样方,而在同一样方,而在同一样方,而C C被孤立(排除)的概率很高;被孤立(排除)的概率很高;被孤立(排除)的概率很高;被孤立(排除)的概率很高;样方样方样方样方3 3:三个物种均在样方内,可以表现三个物种的正相关关系。:三个物种均在样方内,可以表现三个物种的正相关关系。:三个物种均在样方内,可以表现三个物种的正相关关系。:三个物种均在样方内,可以表现三个物种的正相关关系
17、。确定样方面积:通确定样方面积:通常采用逐步扩大样常采用逐步扩大样地面积的方法,根地面积的方法,根据所得数据可绘制据所得数据可绘制种类种类-面积曲线图。面积曲线图。在曲线转折处所示在曲线转折处所示的面积,称为群落的面积,称为群落的最小面积,即包的最小面积,即包含了群落大多数种含了群落大多数种类的最小空间。类的最小空间。种种面积曲线面积曲线种群的年龄结构从生态学的角度可以分成增长型、稳定型和种群的年龄结构从生态学的角度可以分成增长型、稳定型和衰退型衰退型3 3类类 。l种群的年龄结构种群的年龄结构种群的性别结构和生存能力的性别差异也是种群结构的一个种群的性别结构和生存能力的性别差异也是种群结构的
18、一个方面。方面。各种生物的生存策略影响着该物种的生存和年龄分布,也反各种生物的生存策略影响着该物种的生存和年龄分布,也反映了种群结构的重要特征。映了种群结构的重要特征。以某一种群存活个体的年龄为横坐标,存活个体数量为纵坐以某一种群存活个体的年龄为横坐标,存活个体数量为纵坐标作图,便得到了该种群的存活曲线。存活曲线表明了在一定标作图,便得到了该种群的存活曲线。存活曲线表明了在一定年龄阶段的生存率。存活曲线可以呈凹形、线形和凸形,绝大年龄阶段的生存率。存活曲线可以呈凹形、线形和凸形,绝大多数种群的真实存活曲线是这多数种群的真实存活曲线是这3 3种类型的组合。种类型的组合。人:出生时死亡率人:出生时
19、死亡率人:出生时死亡率人:出生时死亡率低,一定年龄后死低,一定年龄后死低,一定年龄后死低,一定年龄后死亡率增加亡率增加亡率增加亡率增加水螅:终身死亡率水螅:终身死亡率水螅:终身死亡率水螅:终身死亡率恒定恒定恒定恒定章鱼:出生时死亡章鱼:出生时死亡章鱼:出生时死亡章鱼:出生时死亡率特高,然后死亡率特高,然后死亡率特高,然后死亡率特高,然后死亡率剧减率剧减率剧减率剧减 A A型:凸型的存活曲线,型:凸型的存活曲线,型:凸型的存活曲线,型:凸型的存活曲线,几乎所有的个体都能达到几乎所有的个体都能达到几乎所有的个体都能达到几乎所有的个体都能达到生理寿命。生理寿命。生理寿命。生理寿命。B B型:呈对角线
20、的存活曲型:呈对角线的存活曲型:呈对角线的存活曲型:呈对角线的存活曲线,表示个体各时期的死线,表示个体各时期的死线,表示个体各时期的死线,表示个体各时期的死亡率是对等的。亡率是对等的。亡率是对等的。亡率是对等的。C C型:凹型的存活曲线,型:凹型的存活曲线,型:凹型的存活曲线,型:凹型的存活曲线,表示幼体的死亡率很高,表示幼体的死亡率很高,表示幼体的死亡率很高,表示幼体的死亡率很高,以后的死亡率低而稳定。以后的死亡率低而稳定。以后的死亡率低而稳定。以后的死亡率低而稳定。n种群增长特征种群增长特征 在没有限制的指数增长中,增在没有限制的指数增长中,增长速度(长速度(GG)与个体数量()与个体数量
21、(N N)成正比,也就是说,个体数量成正比,也就是说,个体数量越大,增长速度越快。越大,增长速度越快。指数增长模式只是一种理想的指数增长模式只是一种理想的状态状态l指数增长模式指数增长模式在细菌实际增长曲线,分为三段:最初的阶段,个体数量的增长在加速;在细菌实际增长曲线,分为三段:最初的阶段,个体数量的增长在加速;减速阶段减速阶段 ;动态平衡;动态平衡 。许多物种在限制条件下的生长许多物种在限制条件下的生长,随着个体数量增长,种群的增长速度随之随着个体数量增长,种群的增长速度随之降下来。当个体数量达到最大承受容量降下来。当个体数量达到最大承受容量K K,环境不能负担更多的个体,这,环境不能负担
22、更多的个体,这时个体数量停止增长,即达到零增长。时个体数量停止增长,即达到零增长。l逻辑斯蒂增长模型逻辑斯蒂增长模型n种群增长的调节种群增长的调节 环环境境对对一一个个种种群群的的承承受受容容量量决决定定于于这这个个种种群群对对环环境境的的需需求求和和该该物物种种繁繁衍衍的的各各种种决决定定因因素素:营营养养、食食物物、领领土土、天天敌敌和和竞竞争争者者等等都都属属于于密密度度相相关关因因素素。种种群群密密度度越越大大,环环境境因因子子的的限限制就越强。制就越强。如如果果种种群群密密度度的的变变化化是是由由于于密密度度无无关关因因素素造造成成的的,那那么么上上述述的种群增长模式就不适用于种群密
23、度实际变化的情况。的种群增长模式就不适用于种群密度实际变化的情况。在在自自然然界界正正常常情情况况下下,大大多多数数种种群群个个体体的的数数量量基基本本都都是是稳稳定定的的,种种群群的的数数量量在在环环境境承承受受容容量量K K值值上上下下波波动动,任任何何种种群群都都不可能无限制地增大。不可能无限制地增大。种群中个体数量的变化与其天敌有直接的关系。种群中个体数量的变化与其天敌有直接的关系。海洋中鲨鱼种群的数量一般情况下都在环海洋中鲨鱼种群的数量一般情况下都在环境承受容量的一定范围内波动。境承受容量的一定范围内波动。雪兔和猞猁数量变化的循环雪兔和猞猁数量变化的循环 n人口的结构和增长人口的结构
24、和增长 地球上每地球上每20 min20 min,人类,人类就增加就增加35003500个新成员。个新成员。同样这同样这20 min20 min内,地球内,地球上便有一种动物或者植上便有一种动物或者植物绝灭物绝灭;近几个世纪以来,人类近几个世纪以来,人类这一种群的增长是按指这一种群的增长是按指数增长模型进行的。但数增长模型进行的。但按照生态学原则,人口按照生态学原则,人口的增长最终还是要遵守的增长最终还是要遵守逻辑斯蒂增长模型。逻辑斯蒂增长模型。一方面是人口的一方面是人口的急剧增加,一方面其急剧增加,一方面其他物种绝灭的间隔时他物种绝灭的间隔时间越来越短,生物资间越来越短,生物资源越来越短缺,
25、生态源越来越短缺,生态环境越来越恶化,生环境越来越恶化,生态学家们相信,这两态学家们相信,这两方面趋势之间有着必方面趋势之间有着必然的关联。然的关联。与与研研究究人人口口的的结结构构和和变变化化密密切切相相关关的的学学科科是是人人口口统统计计学学。死死亡亡率率用用来来表表示示群群体体人人口口的的死死亡亡速速度度,即即10001000人人中中每每年年死死去去的的人人数数。同同样样,出出生生率率可可用用来来表表示示群群体体人人口口中中的的出出生生速速度度,以以每每10001000人人中中每每年年的的新新生生人人数数来来计计。人人口口学学家家用用年年增增长长率率来来表表示人口增长,即人群每年实际增长
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