【正文】 (20 世紀(jì) 70 年代由英國 Lovelock 和美國 Lynn Margulis 提出 ) 二、生物對環(huán)境的影響 Gaia 假說具有十分重要的現(xiàn)實生態(tài)學(xué)意義，正受到越來越多的關(guān)注。 第二章 思考題 第一節(jié) 種群概述 一、種群的定義 種群 (population)：在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物個體的集合。 遺傳特征 種群具有一定的基因組成，即一個基因庫，區(qū)別于其他物種，但基因組成同樣是處于變動之中。 四、種群生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容 種群的空間格局； 種群的數(shù)量動態(tài)及其調(diào)節(jié)； 種群的空間動態(tài)（擴(kuò) 散、遷移）及其調(diào)節(jié)； 種群間相互作用。 相對密度：調(diào)查范圍內(nèi)種群數(shù)量高低的相對指標(biāo)。 總之，種群數(shù)量調(diào)查方法豐富多樣，要根據(jù)具體工作的任務(wù)，不同種類、地理條件、工作季節(jié)進(jìn)行選擇，創(chuàng)造數(shù)量調(diào)查的新方法。 3）每年繁殖次數(shù)（鯨、象： 1 次 /23 年；某些魚一生一次；田鼠： 45 窩 /年） 此外，胚胎期、孵化期、繁殖年齡等都影響出生率的高低。 年齡結(jié)構(gòu)是種群及其所在群落動態(tài)趨勢的主要指標(biāo)。 第三性比：充分成熟時的性比。 如：哺乳動物、人 、許多一年生植物 。 三、生命表 生命表：是指列舉同一種群在特定年齡中個體的死亡和存活比率的一張清單。 周限增長率（λ）：種群在一定的期限內(nèi)（一年、一月、一日等）的增長能力。 又稱為與密度有關(guān)的增長，或密度制約性增長。 指數(shù)式增長 “ J”形 邏輯斯締增長“ S”形 種群增長的曲線 環(huán)境阻力 J 形曲線 S 形曲線 種群密度 K ( K 為環(huán)境容納量 ) 時間 K/2 邏輯斯諦增長曲線的特點 1） S 型曲線有一個上漸近線，曲線漸進(jìn)于 k 值，但不會超過這個最大值，即環(huán)境容納量。 邏輯斯諦增長模型的實例和應(yīng)用 五、自然種群的數(shù)量 變動 種群增長 J 型、 S 型、多數(shù)為兩者過渡型。 種群爆發(fā)或大發(fā)生 赤潮：指由于水中 N、 P 等營養(yǎng)物質(zhì)過多形成富營養(yǎng)化，導(dǎo)致海水中的浮游生物（如鞭毛蟲、裸甲藻、夜光藻等）爆發(fā)性增殖引起水色異常的現(xiàn)象。 個體大、出生率低、生長慢、成熟晚的生物，最易出現(xiàn)這種情況。 據(jù)不完全統(tǒng)計，我國外來雜草約 107 種，主要有鳳眼蓮、微甘菊、豚草、大米草等；外來動物有美國白蛾、松材線蟲、非洲大蝸牛、草原兔等。 5）破壞景觀的自然性和完整性。如面粉中的黃粉蟲均勻分布。 昆蟲種群田間抽樣方法和數(shù)據(jù)處理 抽樣研究是用盡可能小的代價 (人力、物力、財力 )取得能夠在允許誤差和可信區(qū)間范圍內(nèi)對總體參數(shù)進(jìn)行估計的樣本數(shù)據(jù)。 自疏與 3/2 定律： 自疏：指同種植物因種群密度而引起種群個體死亡而密度減少的過程。 如云衫卷葉蛾幼蟲的周期起落；針葉林生物量過大時，大樹、老樹易遭蟲害，葉子全被吃光，下面小樹則由于陽光、養(yǎng)分條件有利而成長，卷葉蛾則因天敵而下降。 我國在這方面工作有很大差距，引進(jìn)天敵很少。 研究生活史的相似性與相異性及其與特定生境形成的聯(lián)系，是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)的重要任務(wù)之一。 （ 3）繁殖 繁殖指有機(jī)體生產(chǎn)出與自己相似后代的現(xiàn)象，是生物形成新個體的所有方式的總稱。 ② 動物的擴(kuò)散 動物的擴(kuò)散大多為主動擴(kuò)散。 二、繁殖格局 一次繁殖 和多次繁殖 在生活史中，繁殖一次即死亡的生物稱為一次繁殖生物 (semelparity)。 在資源有限且競爭的環(huán)境中，自然選擇有利于多次繁殖個體（個體大，存活率高）。 而表達(dá)繁殖力的測度之一為內(nèi)凜增長率 rm 。 （ 2） k選擇 —— 有利于競爭能力增 加的選擇。 圖的橫坐標(biāo)為某物種在時間 t 的個體數(shù)量 (Nt )； 縱坐標(biāo)為時間 t+1 的個體數(shù)量 (Nt+1 )； 虛線表示 Nt 與 Nt+1 處于相等時的狀況 , Nt+1 / Nt =1。 選擇受精主要表現(xiàn)為生理生化和遺傳上的特征，包括自交不親和性、遠(yuǎn)緣雜交、不親和性、多個花粉精核間的競爭等現(xiàn)象。 此外對雄性的體態(tài)、行 為特征（如爭斗等）等有一定的鑒別力，從中擇優(yōu)選擇，才能保證后代健康。如獅吃斑馬。 如： 1）附生植物 (地衣、苔蘚、蘭花與喬木） 2）蛤貝外套腔中生活的豆蟹 3）鯨魚、螃蟹背上的藤壺 4）鯊魚腹部上的鮣魚； 正相互作用 原始合作：相互合作對兩個種群都有利，但合作不是必需的；離開合作，雙方仍能獨立生存。 如某些植物分泌一種能抑制其他植物生長的化學(xué)物質(zhì)； 寄生 黃蜂產(chǎn)卵于蛾幼蟲體內(nèi)，將幼蟲致死 圖為黃蜂蛹覆在蟲體上，以幼蟲內(nèi) 部組織為生。廣義捕食包括四類： 1）典型捕食 :也即狹義的捕食。 2）雌性動物的婚配選擇 選擇攜帶最好基因型的雄性個體交配，獲得高質(zhì)量后代，提高其繁殖成效。 對于 r策略者，無滅絕點，種群數(shù)量多圍繞平衡點 S’波動 。 生物種群的繁殖策略也是自然選擇的結(jié)果。 r策略者是新生境的開拓者，但存活要靠機(jī)會，所以在一定意義上它們是“機(jī)會主義者”，很容易出現(xiàn)“突然的爆發(fā)和猛烈的破產(chǎn)”。 R. H. MacArthur(1962)總結(jié)：在穩(wěn)定環(huán)境中 (如熱帶雨林 )，若物種能更好地利用環(huán)境承載力（ K 值），則對其有利。 繁殖格局是自然選擇的結(jié)果，由生境條件決定。 動植物擴(kuò)散的生物學(xué)與生態(tài)學(xué)意義： 使種群內(nèi)和種群間的個體得以交換，防止長期近親繁殖而產(chǎn)生不良后果； 可以補(bǔ)充或維持在正常分布區(qū)以外的暫時性分布區(qū)域的種群數(shù)量； 擴(kuò)大種群分布區(qū)。 ① 植物的擴(kuò)散 植物的擴(kuò)散屬于被動擴(kuò)散，要借助媒介，如水力、動物 (包括人 )、風(fēng)力；各自有特殊的適應(yīng)性。 生長的測度可以用有機(jī)體的重量、長度、面積或體積。例如，有害生物一旦入境后，能否建立種群 ? 這決定于它們能否存活下來，能否發(fā)育為成蟲，親代的種群能否達(dá)到可找到足夠配偶的密度，子代種群能否成功存活并形成更新的一代。 種群動態(tài)研究為害蟲數(shù)量預(yù)測，農(nóng)藥施用策略和效果評估，天敵引進(jìn)、保護(hù)和利用等提供了理論依據(jù)。 自調(diào)節(jié)理論：自然種群本身有調(diào)節(jié)能力，種群的增長反饋引起種群生物學(xué)、遺傳學(xué)特性改變，導(dǎo)致死亡率增長，從而種群下降。 調(diào)節(jié)種群大小的因素 非密度制約因素 —— 外界（物理）因素，如降水、溫度、土壤狀況等。 （ 4）檢驗指標(biāo)的評價 影響 分布型確定的幾種情況 實驗人員的抽樣方法 抽樣面積大小的不同 種群密度的變化會導(dǎo)致分布型的改變 同種生物在不同的生境中的分布型也可能發(fā)生改變。 定義：組成種群的個體在其生命空間中的分布方式，或稱為種群的內(nèi)分布型或分布。 如豚草可釋放酚酸類、倍半萜內(nèi)脂及淄醇等，對禾本科、菊科等植物有明顯的抑制、排斥作用。 如水葫蘆（鳳眼蓮）在我國的江河湖泊蔓延。 大型有蹄類、食肉類、蝙蝠、社會性昆蟲等種群數(shù)量一般很穩(wěn)定。 同時指出干旱是東亞飛蝗大發(fā)生的原因。 2）是漁撈、林、農(nóng)業(yè)等時間領(lǐng)域中確定最大持續(xù)產(chǎn)量的主要模型。 3）種群中密度的增加對其增長率的降 低作用是立即發(fā)生，無時滯。 又稱為與密度無關(guān)的增長，或非密度制約性增長。 種群增長率 內(nèi)稟增長率（ rm）：具有穩(wěn)定年齡結(jié)構(gòu)的種群，在食物不受限制、同種其他個體的密度維持在最適水平，環(huán)境中沒有天敵，在某一特定的溫度、濕度、光照和食物等環(huán)境條件的組配下 ,種群的最大瞬時增長率。以后的死亡率低而穩(wěn)定。 中間類型：大多數(shù)居于Ι和 Π型。 第一性比：受精卵雌雄比，受精卵♂ /♀大致 1:1。 （三）種群的年齡結(jié)構(gòu)和性比 種群的年齡結(jié)構(gòu)：不同年齡組在種群內(nèi)所占比例或配置情況 (年齡錐體 )，即種群內(nèi)各個體的年齡分布狀況。它隨種群的組成和大小，環(huán)境條件而變化。 公式： N:M=n:m N=M n/m N: 該地段中種群的總個體數(shù) M: 重捕前的標(biāo)志數(shù) n: 重捕個體數(shù) m: 重捕中被標(biāo)記的個體數(shù) （二）相對密度統(tǒng)計方法 直接數(shù)量指標(biāo)：捕獲率（夾子、陷阱、生物網(wǎng)、黑光燈）。 種群數(shù)量統(tǒng)計方法：絕對密度和相對密度統(tǒng)計。 1889 年， Koebele 引進(jìn)澳洲瓢蟲防治吹綿蚧獲得成功。 種群大小通常與該物種營養(yǎng)級及其生態(tài)學(xué)、生物學(xué)特性相關(guān)。 簡述 有效積溫法則，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上和蟲害預(yù)報上有何意義？ 簡述溫度的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)。 生態(tài)型：同種生物的不同個體群，長期生存在不同的自然生態(tài)條件和人工培育條件下，發(fā)生趨異適應(yīng)，并經(jīng)自然選擇和人工選擇而形成的生態(tài)、形態(tài)和生理特性不同的基因群。 4）影響植物的正常營養(yǎng)。 （ 2）土壤化學(xué)特點：土壤 pH 和土壤氧化還原電位。 土溫過低，會降低根系的代謝和呼吸強(qiáng)度，抑制根系生長，減弱其吸收作用；土溫過高則促使根系過早成熟，根部木質(zhì)化加大，從而減少根系的吸收面積。 土壤中大量的微生物和小型動物，對污染物都具有分解能力。具有肥力是土壤最為顯著特性。 水生動物 主要通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓來維持與環(huán)境的水分平衡。 水生植物的水下葉片很薄，且多分裂成帶狀、線狀，以增加吸收陽光、無機(jī)鹽和 CO2 的面積。果實小，淀粉量和果 膠質(zhì)減少，木質(zhì)素和半纖維素增加。生物的新陳代謝以水為介質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、廢物排除、激素傳遞及各種生化過程，都必須在水溶液 中才能進(jìn)行。 中日照植物：要求晝夜長短比例接近 相等（ 12h），如甘蔗。 光照時間：影響生物的生育轉(zhuǎn)變。 紅、橙光被葉綠素吸收最多，其次是藍(lán)、紫光；綠光不被植物吸收稱“生理無效光”。 光強(qiáng)的作用： 影響植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成、生殖器官發(fā)育、物質(zhì)生產(chǎn)等。 溫度對動物的分布，可起直接的限制作用。 3）一些植物具有反射紅外線的能力，避免受到高溫的傷害。 生物對極端溫度的適應(yīng) 生物對溫度的適 應(yīng)包括形態(tài)、生理、行為；分布地區(qū)、物候的形成及休眠等。 寒害指溫度在 0℃以上對生物的傷害。 有效積溫法則的實際應(yīng)用： 1）預(yù)測一個地區(qū)某種 害蟲發(fā)生的時期和世代數(shù)。 維持體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定是生物擴(kuò)大耐性限度的一種重要機(jī)制，擴(kuò)大了生物的生態(tài)幅度和適應(yīng)范圍。即生物對每種生態(tài)因子都有耐受 的上限和下限。 四、生態(tài)因子的限制作用 （ 2）利比希最小因子定律（ Liebig’ s law of minimum） 1840 年，德國農(nóng)業(yè)化學(xué)家 Liebig 在研究土壤營養(yǎng)元素與植物生長的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，在植物生長所必需的元素中，供給量最少的元素決定著植物的產(chǎn)量。 如魚類的洄游中，大麻哈魚生活在海洋中，生殖季節(jié)則洄游到淡水河流中產(chǎn)卵；鰻鱺則在淡水中生活，洄游到海洋中去生殖。 植物的春化階段，溫度為主導(dǎo)因子，濕度和通氣條件是次要因子。 具體的生物個體和群體生活地段上的生態(tài)環(huán)境稱為生境。該層能量主要來自波長小于 175nm 的紫外光，以及太陽的微粒輻射及宇宙空間的高能粒子。 根據(jù)溫度變化情況把大氣圈劃分為四層：對流層、平流層、中間層和電離層。地表巖石經(jīng)風(fēng)吹、日曬和雨淋，逐步風(fēng)化分解成為母質(zhì)，經(jīng)過化學(xué)和生物的共同作用，形成了土壤層，即土壤圈。 第二章 生物與環(huán)境第一節(jié) 環(huán)境概述 一、環(huán)境的概念 環(huán)境的定義：環(huán)境 指生物有機(jī)體賴以生存的所有因素和條件的綜合。 主要目標(biāo)是：解釋和了解調(diào)節(jié)地球生命環(huán)境相互作用的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，系統(tǒng)中正在出現(xiàn)的變化，人類活動對它們影響方式。 （一）樹立生態(tài)學(xué)的基本觀念 層次觀；整體觀 ；系統(tǒng)觀；協(xié)同進(jìn)化觀 （二）掌握基本的研究方法 原地觀測 （野外考察，定位觀測，原地科學(xué)實驗 ） 受控實驗 生態(tài)學(xué)的綜合方法 （歸納和分析，數(shù)值分類 和排序，模型和模擬 ） （三）學(xué)會理論聯(lián)系實際 （ 1）國際生物學(xué)計劃（ IBP） 由聯(lián)合國科教文組織（ UNESCO）提出， 1964 年開始執(zhí)行，包括陸地生產(chǎn)力、淡水生產(chǎn)力、海洋生產(chǎn)力和資源利用管理等 7 個領(lǐng)域。 以社會生態(tài)系統(tǒng)為研究對象 。 城市規(guī)劃也要 求生態(tài)學(xué)家參加研究、設(shè)計和評價。 生態(tài)學(xué)與生理學(xué)、遺傳學(xué)、行為學(xué)、進(jìn)化論等生物學(xué)各分支領(lǐng)域結(jié)合形成新領(lǐng)域，與數(shù)學(xué)、地學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)相交叉，產(chǎn)生邊緣學(xué)科；并與經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、城市科學(xué)相結(jié)合。 ①英美學(xué)派：代表人物是美國 Clements 和英 Tansley，研究對象主要是美洲大陸的植被，以研究植物群落的演替和創(chuàng)建頂級學(xué)說而著名。 目前，生態(tài)學(xué)研究的重點從理論生態(tài)學(xué)向應(yīng)用生態(tài)學(xué)擴(kuò)展，并且滲透到地學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)及農(nóng)、林、牧、漁、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、城鄉(xiāng)建設(shè)等 各個部門。 第一章 生態(tài)學(xué)概述 尤其是 60 年代以后，這些問題日益嚴(yán)重，出現(xiàn)了多方面的危機(jī)。 地球人意識到，人類只是地球生物圈大家庭的一個成員，且只能與這個星球同命運(yùn)、共存亡。強(qiáng)調(diào)了對種群動態(tài)的研究。 ④俄國學(xué)派：代表人物是 Cykayeb，植物（群落）與地學(xué)結(jié)合。（ Odum《生態(tài)學(xué)》 1997） 目前（現(xiàn)代生態(tài)學(xué)）研究的幾個熱點： 生物多樣性及其保護(hù)； 全球變化的生態(tài)效應(yīng)及其對策； 可持續(xù)發(fā)展。 按生物類群分，研究對象為： 植物、微生物、昆蟲、魚類、鳥類、獸類等單一的生物類群