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生态学知识点


第一章 绪论 生态学(Ecology)是研究生物与环境及其相互之间关系的科学。 生物包括动物、植物、微生物及人类本身,即不同的生物系统,而环境则指生物生活中的无机因素、生物 因素和人类社会共同构成环境系统。 不同的研究尺度:个体(individuals)种群(populations)群落(communities)生态系统(ecosystems) 萌芽期 《诗经·召南·鹊巢》 :维雀有巢,维鸠居上。 螟蛉有子,蜾赢负之 Theophrastus 亚里士多德的继承人 动物色泽变化对环境的适应 建立时期 法国博物学家布丰 Buffon 生物物种的可变性及生物的数量动态 18 世纪初 马尔萨斯人口理论 ? 标志生态学作为一门生物学的分置科学的诞生 ? 《以植物生态地理为基础的植物分布学》《以生理为基础的植物地理学》 、 成长期 ? 动物行为学《无脊椎动物的行为》 《涡虫的行为》 《蚂蚁的社会性行为》 ? 发育和耐受性生理学 水生生物学 生态演替 群落生态学 ? 我国第一部动物生态学著作 费鸿年 1937《动物生态学纲要》 成熟期 Allee 和 Emerson 1949 《动物生态学原理》动物生态学进入成熟期的标志之一 现代生态学发展时期 种群生态学 行为、进化生态学 化学生态学 群落生态学 生态系统生态学 分子生态学 应用生态学 应用生态学分支 农业生态学 工业 资源 污染 城市 放射 野生动物 最引人关注的几方面变化 1、全球气候的变化 2、臭氧层的破坏 3、生物多样性的丧失 4、地球上各种生态系统的结构和功能的改变 生态学研究方法 对环境的研究 测定法 控制法 对生物的研究 动植物分类 数量统计(间接-大熊猫)出生率、死亡率、迁移等 第二章 生物与环境的关系 第一节 有机体和环境作用的基本原理 一、环境与生态因子 环境(Environment) :作用于某一特定生物个体或群体以外的外界条件的总和。 环境:针对某一特定主体或中心而言的,是一个相对的概念。 自然环境:大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈在不同地区相互组合所构成的环境,又称原生环境。 人工环境:指由于人为因素的作用使自然环境的某些因素发生了局部变化,以扩大生物与环境的相互适应 性,又称次生环境。 生态因子(ecological factors) : 环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。 生态因子是环境中对生物起作用的因子,而环境因子则是指生物体外部的全部要素。 生物因子(biotic factors)非生物因子(abiotic factors) 生存因子:生态因子中生物存在所不可缺少的环境条件。 生态环境(Ecological Environment) :所有生态因子构成生物的生态环境。 二、生态因子对生物作用一般特征

三、环境与生物关系的基本规律 (一)限制因子 限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。任何一种生态因子只要超过生物的耐受范围,就会成为 这种生物的限制因子。人们一旦找到了限制因子,就意味着找到了影响生物生存和发展的关键性因子,并 可集中力量研究它。 (二)最小因子定律(Law of the minimum)Liebig 最小因子定律 “植物的生长取决于数量最不足的营养物质的量” ,即处于或接近临界最小量的物质为限制因子,它将限 制其它处于良好状态因子的效率的发挥。 (三)耐性定律(Law of tolerance)谢尔福德耐受定理(Shelford’s law of tolerance) 1913 年美国生态学家 V. S. Shelford 生物的生存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。 生物种的耐受性限度图解(据 Smith,1980) 广生态幅与狭生态幅
耐受性下限
不能耐受区 生理受抑制

耐受性上限 最适区
生理受抑制 不能耐受区

种 群 数 量

种群消失

数量很低

数量最高

数量很低

种群消失



环境梯度

生物对每一种生态因子所能耐受的上限和下限之间的范围,称之为生态幅。它反映了生物对环境因素的适 应能力。不同生物对同一生态因子耐性范围不同;同一种生物对不同生态因子的耐性也不同。 (不同时期) 内稳态 生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制, 能减少生物对外界条件的依赖性, 从而提高生物的适应能力。 生物对生态因子耐受限度的调整 驯化: 一种生物长期生活在最适生存范围偏一侧的环境条件下,久而久之会导致耐受曲线位置移动。 休眠:动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。一旦进入休眠期,对环境条件的耐受范 围比正常活动时宽得多。 指示生物:对某一环境特征具有某种指示特性的生物,则叫做这一环境特征的指示生物。 金丝雀监测煤矿坑道中一氧化碳;地衣、苔藓植物、紫花苜蓿等对二氧化硫敏感;唐昌蒲等对氟化氰敏感。 第二节 环境因子的生态作用及生物的适应 一、光的生态作用 光质变化对生物的影响 光强度变化对生物的影响 光周期现象 (1)光质的作用: 植物的光合作用只能利用可见光区(380-760nm 波长)的光,这部分辐射通常称为生理有效辐射。 红、橙光是被叶绿素吸收最多的,绿光为生理无效光 (2)光强的作用 植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加 促进组织和器官的分化,制约着器官的生长发育速度,使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。 植物的光合器官叶绿体必须在一定光强条件下才能形成,许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑

暗条件下,植物就会出现“黄化现象” 。 光是植物光合作用的能量来源 在一定条件之下,光强度增高,光合速率也随之增高 当光強度达一定值后,再增加光照强度,光合强度却不再增加,此光照强度称为光饱和点(saturate point) 植物的光合强度和呼吸强度相等时的光照强度称为光补偿点(compensation point) 植物对光照强度的反应分为三大生态类型 阳性植物:对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能正常生长,其光饱和点、光补偿点都较高,光 合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。 阴性植物:对光的需求远较阳性植物低,光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。 如人参、红豆杉、三七。 中性植物:对光照具有较广的适应能力,对光的需要介于上述两者之间,但最适在完全的光照下生长,也 能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如党参、沙参。 (3)光周期作用 光和动物的昼夜节律(日节律)昼行性动物 夜行性动物 光照时间的作用:地球-公转与自转-地球上日照长短。 长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物,借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变 化的反应方式,这就是生物的光周期现象。 (photoperiodism) 根据对日照长度的反应类型可把植物分为 长日照植物:是指在日照时间长于一定数值(一般 14h 以上)才能开花的植物,如冬小麦、大麦、油菜和 甜菜等。 短日照植物:是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,通常早春或深秋开花。 如牵牛花、水稻、烟草等。 中日照植物:中日照植物的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:中间型植物是在任何日照条件下都能开花的植物,如番茄、黄瓜和辣椒等。 长日照植物栽培在热带? 短日照植物栽培在温带和寒带? 光周期对植物的地理分布有较大影响。短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带;长日照植 物大多数原产于温带和寒带,在生长发育旺盛的夏季,一昼夜中光照时间长。 长日照植物栽培在热带,由于光照不足,就不会开花。短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长 而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。 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。 对繁殖的影响:区分为长日照动物和短日照动物。 长日照兽类:野生哺乳动物(特别是高纬度地区的种类)都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖, 如雪貂、野兔和刺猬等。 短日照兽类: 哺乳动物总是随着秋天短日照的来到而进入生殖期, 幼子在春天条件最有利时出生。 如绵羊、 鹿等。 二、温度的生态作用 (一)地球上环境温度的分布和变化 (二)动物对低温和高温的耐受极限 1、对低温的耐受极限和抗寒性 动物超过温度下限致死的原因? 2、动物耐寒的一些规律 季节变异 Q:春寒和秋寒可以减少害虫危害? 地理变异 个体发育的不同阶段

3、对高温的耐受极限 (三)温度对生物生长发育繁殖的影响 Vant Hoff?s Law 在一定范围内,一般每升高 10℃生物反应速率增加 2~3 倍。 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。 任何一种生物,生命活动中的生理生化过程需要酶系统的参与,每一种酶活性都有它的最低温度、最适温 度和最高温度,形成生物生长的“三基点” 。 有效积温法则 生物生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程,而且各个发育阶段所 需的总热量是一个常数,称总积温或有效积温。 K = N ( T-C ), T=C+K/N N 为发育历期,即生长发育所需时间, T 为发育期间的平均温度, C 是发育起点温度,又称生物学零度, K 是总积温(常数)单位:日度 通过控制两种温度 (T1 , T2 ) 的实验,能分别观察、记录两组动物相应的发育历期 (N1 ,N2 ), 从而可以求 出热常数(K)和发育起点温度(C) 。例如地中海果蝇在 26℃条件下发育需 20 天,在 19.5℃需 41.7 天, 根据 K 是热常数的原理: N1 (T1-C) = N2 (T2-C) 代入 20(26-C) = 41.7(19.5-C) 求得 C=13.5℃, 进而求得 K=250 日度。 不同物种完成发育所需积温不同。 一般来说,起源于或适于高纬度地区种植的植物,所需有效积温较少,反之则较多。 麦子:1000~1600 日度,棉花:2000~4000 日度,椰子:5000 日度,马铃薯:1000~1600 日度, 柑橘类:4000~4500 日度。 陆生动物代谢体温调节特点 啮齿动物 狗 猴子 (四)生物对低温环境和高温环境的适应 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 温度对动植物的形态发生有深刻影响: 阿伦规律(Allen) :恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。 生物对高温的适应 形态上的适应 植物:密毛、鳞片滤光;体色反光;叶缘向上或暂时折叠,减少辐射伤害;干和茎具厚的木栓层,绝热。 动物:体形变小,外露部分增大;腿长将体抬离地面;背部具厚的脂肪隔热层。 生理上的适应 植物:降低细胞含水量,增加糖或盐浓度,减缓代谢率;蒸腾作用旺盛,降低体温;反射红外光。 动物:放宽恒温范围;贮存热量,减少内外温差。 行为上的适应 植物:关闭气孔。 动物:休眠,穴居,昼伏夜出等。 (五)温度与动物的行为 躲避不利温度,选择温度适合的空间 选择温度适宜的活动时间 建立适宜小气候的隐蔽所 迁移 集群 (六)温度与生物的地理分布 温度及其变化对生物的分布特征有重要作用。一般来说,气候暖和的地区生物种类多,寒冷地区生物种类 少。 三、水的生态作用 水是生物生长发育的重要条件

水对动植物数量和分布有重要影响 生物对水因子的适应 植物 动物 水生动物生活在水里,不会缺水? 海龟为什么流眼泪? 人为什么不能喝海水? 四、土壤的生态作用 土壤是由固体(无机体和有机体) 、液体(土壤水分)和气体(土壤空气)组成的三相复合系统。 土壤是许多生物的栖息场所。土壤中的生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯 蚓、软体动物、节肢动物和少数高等动物。 土壤是生物进化的过渡环境。土壤中既有空气,又有水分,正好成为生物进化过程中的过渡环境。 土壤是植物生长的基质和营养库。土壤提供了植物生活的空间、水分和必需的矿质元素。 土壤是污染物转化的重要场地。土壤中大量的微生物和小型动物,对污染物都具有分解能力。 五、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。 第三节 生物的生态适应性 趋异适应 同种生物的不同个体群,由于分布地区的差异,长期接受不同环境的综合影响,不同个体群在 形态生理等方面产生的相应的生态变异 趋同适应 不同种类的生物,由于长期生活在相同的环境中,通过变异、选择和适应,在器官形态等方面 表现出相似的现象。 (一)生态型 1. 定义: 同种生物的不同个体群,长期生存在不同的生态环境和人工培育条件下,发生趋异适应,并经自然和人工 选择而形成的生态、形态和生理特性不同的基因类群。 2.生态型类别 生态型的划分是根据形成生态型的主导因子进行的。植物生态型包括: 籼稻、粳稻 —— 温度生态型 早、中、晚稻 —— 光照生态型 水稻、陆稻 —— 土壤生态型 (二)生活型( life form ) 生活型: 不同种生物,由于长期生存在相同的自然生态和人为培育环境条件下,发生趋同适应,经自然选择和人工 选择形成的具有类似形态、生理和生态特性的物种类群,称为生活型。 同一生活型的生物表示它们对环境的适应途径和适应方法相同或相似。 蝙蝠属哺乳动物,但它与大多数鸟类一样通过飞行来捕捉空中的昆虫,它的前肢不同与一般的兽类,而形 同于鸟类的翅膀,适应于飞行活动; 鲸、海豚、海狮均属哺乳动物,但由于长期生活在水环境中,体形呈纺锤形,它们的前肢也发育成类似鱼 类的胸鳍。 植物中的趋同现象:肉质化的茎、叶子退化呈刺状来适应干旱生境。

(三) 生境和生态位 1、生境 : 某一生物种群或生物群落,由于生态环境的约束只能在某一特定区域中生存,则把该区域称为该生物种群 或生物群落的生境。 2、生态位(niche): 生物物种在完成正常生活周期时表现出的对环境综合适应的特性,即一个物种在生物群落和生态系统中的 功能和地位。 竞争排斥原理(competitive exclusion principle) : 在一个稳定的环境内,两个以上受资源限制的、但具有相同资源利用方式的种,不能长期共存在一起, 即完全的竞争者不能共存。

基础生态位理论最大空间 实际生态位有竞争者时 空闲生态位未被占据
niche

第四节、生物的生态作用 第三章 生物种群 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。 单体生物:个体由一个受精卵直接发育而来,其形态和发育可以预测。 构件生物:一个合子发育成一套构件组成个体。 第一节 种群动态 一、种群的密度测定 1、Density:是指单位面积或体积内某个生物种的个体数量。 粗密度 crude density:单位总空间内的个体数。 生态密度 ecological density:单位栖息空间(种群实际所占有的有效空间)内的个体数; 如一片面积为 10ha 的马尾松林,林木总株数为 30000 株,但其中有 2ha 的面积为裸露的岩石,2 ha 的水域 面积。 因此, 实际分布有马尾松林的面积只有 6 ha。 则该马尾松林的粗密度为 3000 株/ha、 生态密度为 5000 株/ ha。 2、种群密度的调查方法: (1)分布范围小,个体较大的种群:逐个计数 (2)分布范围大,个体较小的种群:估算(取样调查) 不运动或活动范围小的生物:样方法 活动能力强,活动范围大的动物:标记重捕法 关于标志重捕法的计算 一次标记、一次重捕-----林可指数法 N:M=n:m N:该地段全部个体数 M:标志数 n:再捕个体数 m:再捕中的标志数 在某池塘中,第一次捕获鲫鱼 100 条,做上标记后放回,第二次捕获鲫鱼 90 条,其中有标记的 25 条。请 估算这个池塘中共有鲫鱼多少条? 二、种群统计学 1、出生率 natality 指单位时间内种群的出生个体数与种群个体总数的比值。 最大出生率:生理出生率 特定种群-常数 实际出生率:生态出生率 种群出生率的高低,主要取决于该动物的下列特点:

(1) 性成熟的速度 (2) 每次产仔数目 (3) 每年繁殖次数 此外,动物胚胎期、孵化期和繁殖年龄的长短等都会影响种群出生率。 死亡率 mortality 指单位时间内种群的死亡个体数与种群个体总数的比值。 最低死亡率 生理死亡率 生理寿命 ;实际死亡率 生态死亡率 生态寿命 2、种群的年龄结构 age structure 某一种群中,具有不同年龄级的个体生物数目与种群个体总数的比例。 种群个体可分为三个生态时期: 1. 繁殖前期 2. 繁殖期 3. 繁殖后期

种群的性别结构 性比-----种群中雄性:雌性 3、生命表 (life table) 把观测到的种群中不同年龄个体的存活数和死亡数编制成表,称为生命表。它反映 了种群发展过程中从出生到死亡的动态变化 动态生命表(同生群生命表、特定年龄生命表) :是根据观察一群同一时间出生的生物的死亡或存活过程 而获得的数据来编制的生命表。 静态生命表(特定时间生命表 ) :是根据某一特定时间对种群作年龄结构调查的资料而编制的生命表。 存活曲线

三、种群的增长模型 1、种群的几何级数增长(geometric growth) 假定:①空间、食物无限 ②世代不相重叠;③没有迁入和迁出;④不具年龄结构 N0 =10 N1=N0 λ =10×2=20 N2=N1λ =20×2=40 N3=N2λ =40×2=80 ?? Nt+1 =λ Nt 或 Nt = N0λ t λ :种群的周限增长率(reproductive rate)

2、种群的指数增长(exponential growth) 假定:①空间、食物无限 ②世代重叠;种群的增长是连续的 ③没有迁入和迁出; ④具年龄结构

N t= N0ert N、t 的定义如前,e 为自然对数的底,r 为种群的瞬时增长率。 内禀增长率与周限增长率的关系 种群瞬时增长率(r)与周限增长率(λ )之间的关系式为: r = lnλ λ= er 自然种群只有在食物丰盛、没有拥挤现象、没有天敌等等条件下才能表现出短时间的指数式增长。 短时间内某些生物(细菌、浮游植物等)在短时间内可出现指数增长,人类在最初也是如此。 3、种群在有限环境中的逻辑斯谛增长 设想有一个环境条件所允许的最大种群值,此最大值称为环境容纳量或环境负荷量,通常用 K 表示。 密度对种群增长率的影响是简单的,即种群中每增加一个个体,对种群增长力的降低就产生 1/K 的影响。 种群密度的增加对其增长率降低的作用是立即发生的,无时滞。种群中个体具年龄结构,无迁移现象。 即:

dN 1 r · =- ·N+r dt N K

dN N =rN(1- ) dt K

S 型增长曲线常被划分为 5 个时期: (1)开始期 也可称为潜伏期,此期内种群个体很少,密度增长缓慢,这是因为种群数量在开始增长时 基数还很低。 (2)加速期 (3)转折期 (4)减速期 (5)饱和期 种群密度达到环境容纳量,数量饱和。 逻辑斯谛增长模型的重要意义是: 它是许多两个相互作用种群增长模型的基础 在农业、林业、渔业等实践领域中,它是确定最大持续产量(MSY)的主要模型 模型中参数 r 和 K 已成为生物进化对策理论中的重要概念 自然反应时间( TR) 瞬时增长率 r 的倒数,TR =1/r, TR 是度量种群在受干扰后返回平衡时间长短的一个有用指标。TR 值越小, 表示种群在受到干扰后,返回平衡所需要的时间越短。TR 值越大,则种群受干扰后返回到平衡的自然反 应时间就越长。 四、自然种群数量变动 1. 种群平衡 种群平衡是指种群数量较长时间地维持在同一水平上。从理论上讲,种群增长到一定程度,数量达到 K 值 之后,种群数量会保持稳定,如大多数有蹄类和食肉类动物。但实际上大多数种群数量不会长时间保持不 变,稳定是相对的,种群平衡是一种动态平衡。 2. 季节消长 一般具有生殖季节的种类,种群的最高数量通常是在一年中最后一次繁殖之末,之后繁殖停止,种群因只 有死亡而数量下降,直到下一年繁殖开始,这时是数量最低的时期。

3. 规则或不规则性波动 (1)种群数量规则性波动

(2)种群数量的不规则波动

4. 种群衰落及其原因 当种群长久地处于不利的环境条件下,或在人类过度捕猎,或栖息地被破坏的情况下,其种群数量可出现 持久的下降,即种群衰落。如鲸、白暨豚、大熊猫 原因: (1)种群密度过低,由于难以找到配偶而使繁殖机率降低;近亲繁殖,使后代体质变弱,死亡率增加。 (2)生物栖息环境的改变,如森林砍伐,草原荒漠化,农田的大量开垦,城市化的加剧,工业、交通运 输业的发展等。 (3)植物的减少和消失则是动物种群衰落和灭亡的重要原因。 5、生态入侵 某些生物由于人类有意识或无意识地带入某一适宜于其生存和繁衍的地区,它的种群数量便不断地增加, 分布区便会逐步稳定的扩展,这种过程叫做生态入侵。冈比亚按蚊( 1929 年)由非洲到达南美的巴西。 麝鼠(1905 年)由北美引入欧洲 。 第二节 种群的空间结构 种群内个体在生存空间的分布方式或配置特点, 称为种群的空间分布格局(spatial pattern)或内分布型。 它是 由种群的生物学特性,种内、种间关系和环境因素的综合影响所决定的。 1、随机分布 每一个个体在种群领域中各个点上出现的机会是相等的,并且某一个体的存在不影响其他个体的分布。 2、 均匀分布 种群内个体在空间上是等距离分布形式。均匀分布是由于种群内个体间的竞争所引起的。 3、集群分布 种群内个体在空间的分布极不均匀,常成群、成簇、成块或呈斑点状密集分布,这种分布格局即为集群分 布,也叫成群分布和聚群分布。集群分布是自然界最常见的内分布型。 第三节、种群调节 1.密度制约与非密度制约

2、气候因素 3、种间因素 是指捕食、寄生和种间竞争等因子对种群密度的制约过程。 4、食物因素 捕食和被食、寄生生物和宿主、草食动物和植物都与食物有密切的联系。 5、种内调节

第四节、种群生活史 生态对策(ecological strategy) 是指生物在进化过程中,在繁殖和竞争等方面朝着不同方向、适应不同栖息生境的对策。生物在自然选择 中总是面临着两种相反的可供选择的进化对策:即 r 对策(或 r 选择)和 K 对策(或 K 选择) 。 r 对策 生物个体小,寿命短,存活率低,但增殖率高(r),具有较大的扩散能力,适应于多种栖息环境,种群数量 常出现大起大落的突发性波动。属于 r 对策的生物称 r 对策者,昆虫、细菌、藻类等属于 r 对策生物。 K 对策 生物个体较大,寿命长,存活率高,适应于稳定的栖息生境,不具较大扩散能力,但具有较强的竞争能力, 种群密度较稳定,常保持在 K 水平。属于 K 对策的生物称为 K 对策者。通常脊椎动物和种子植物属于 K 对策生物。
表 4.5 海洋 r–选择和 K–选择的生活史比较(转引自 Lalli & Parsons,1997) r–选择 (机会种,opportunistic species) 气 候 多变,难以预测,不确定 小 快 早 多 多 高 可变,常<K 值 低 高,非密度制约 短(<1a) 高 成体大小 生 长 率 性成熟时间 繁殖周期 幼体数量 扩散能力 种群大小 竞争能力 死 亡 率 生命周期 水层/底栖的比率 K–选择 (平衡种,equilibrium species) 稳定,可预测,较确定 大 慢 迟 少 少 低 相对稳定,接近 K 值 高 低,密度制约 长(>1a) 低

属于 K 对策的生物虽然种间竞争的能力较强,但 r 值低,遭受激烈变动或死亡后,返回平衡水平的自然反 应时间(1/r)较长,容易走向灭绝。因此,对属于 K 对策生物的资源,应重视其积极保护工作。

属于 r 对策的生物,虽竞争能力弱,但 r 值高,返回平衡水平的反应时间较短,灭绝的危险性较小。同时 由于具有较强的扩散迁移能力,当种群密度大或生境恶化时,可以离开原有生境,在别的地方建立新的种 群。这种高死亡率、广运动性和连续面临新的局面的特征,使新的基因获得较多的发展机会。 第五节 种内和种间关系

(一)正相互作用 正相互作用可按其作用程度分为互利共生、偏利共生和原始协作三种类型。 互利共生:两物种长期共同生活在一起,彼此互相依存,双方获利,而且达到了不能分离的程度。 偏利共生:指种间相互作用仅对一方有利,对另一方无影响的共生关系。 原始协作:两个物种相互作用,对双方都没有不利影响,或双方都可获得微利,协作松散分离后双方均能 独立生活。 (二)负相互作用 负相互作用包括竞争、捕食和寄生等。种群增长率降低。 从生态角度看,负相互作用能增加自然选择能力,有利于新的适应性状的发展。 竞争(competition) 种间竞争:两个或更多物种个体之间的竞争称为种间竞争。 一个物种完全挤掉另一物种; 生态分离 种内竞争:发生在同种个体之间的竞争称为种内竞争。 大草履虫和双核小草履虫单独和混合培养时的种群动态 2.捕食与寄生 不同生物种群之间存在着捕食与被捕食关系。 广义的捕食是指高一营养级动物取食或伤害低一营养级的 动物和植物的种间关系。 如草食动物吃食植物,植物诱食动物以及寄生。 狭义的捕食是指肉食动物捕食草食动物。 他感作用(allelopathy) 指由植物体分泌的化学物质对其它种群发生影响的现象, 植物的这种分泌物叫做他感作用物质 (allelopathic substance) 。是植物界种间竞争的一种表现形式。 寄生: 一个种(寄生者)寄居于另一个种(寄主)的体表或体内,从而摄取寄主养分以维持生活的现象。 全寄生植物 半寄生植物 第四章 生物群落 一、群落的概念

生物群落(biotic community)是指生存于特定区域或生境内的各种生物种群的集合体。即群落是由不同 种类的生物组成的生物复合体。常把群落按物种分为植物群落、动物群落、微生物群落。 主要群落类型 1.森林 热带雨林----西双版纳/亚马逊流域\亚热带常绿阔叶林\温带落叶阔叶林----华北地区\针叶林----大兴安岭 2. 草原 热带草原\温带草原\冻原 3. 荒漠 4. 其他群落 二、群落的基本特征 1.具有一定的种类组成 2.具有一定的外貌 3.具有一定的结构 4.具有一定的动态特征 5.不同物种 之间存在相互影响 6.形成一定群落环境 7.具有一定的分布范围 8.具有特定的群落边界特征 三、群落的种类组成 优势种(dominant species) :对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的物种。优势层的优势种叫 建群种。 亚优势种(subdominant species) :指个体数量与作用都次于优势种,但在决定群落性质和控制群落环境方面 仍起着一定作用的物种。 伴生种(companion species) :与优势种相伴存在,但不起主要作用 偶见种或罕见种 (rare species) :频率很低,往往是由于种群自身数量稀少的缘故。 群落的物种组成 1、物种组成是区别不同群落的重要特征。 例如,我国北方的森林,主要是由常绿针叶树种组成,而南方许多森林的主要树种是阔叶乔木 2、不同群落间种群数量和种群中个体数量差别很大。 平原的生物种类一般比山地的少,草地比林地的少,远离大陆的岛屿比靠近大陆的岛屿生物种类少。 但在两个或多个群落间过渡地带,即群落交错区(ecotone)(生态交错区或生态过渡带),如海陆交界的潮 间带、河口湾,森林与草地或农田交界的地带,生物的种类和数量常比相邻群落中多,这种现象称为边缘 效应(edge effect)。 边缘效应产生的原因 在群落交错区往往包含两个重叠群落中所有的一些种以及交错区的特在种 群落交错区的环境比较复杂,两类群落中的生物能够通过迁移而交流,能为不同生态类型植物定居,从而 为更多的动物提供食物、营巢地隐蔽条件。 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 四、群落的数量特征 (一)种的个体数量指标 1、多度(abundance):是指生物群落中生物个体数目的多少 一般用记名计数法和目测估计法。记名计数法是在一定面积的样地中,直接点数各种群的个体数目,然后 算出某种植物与同一生活型的全部植物个体数目的比例。 在群落中,生物种类多,个体数目大而体形小时,其个体数目难以准确计量,常用目测法,即按预先确定 的多度等级来估计单位面积上个体的多少。 2、密度(density) 指单位面积上的植株数或生物个体数目。 3、盖度(coverage) 一般有两种表示,即投影盖度和基部盖度。 4、频度(frequency) 指群落中某种植物出现的样方的百分率, 公式表示为: 频度(%)=某一物种出现的样方数目×100%/全部样方数目 5、高度(height): 是测量植物体长的一个指标,可取自然高度或绝对高度。某种植物高度占最高物种高度

的百分比称为高度比。 6、体积(volume): 是植物所占空间大小的量度,它在计算林木蓄积量时非常有用。单株乔木的体积,由胸 高断面积乘树高而求得。 即:M(林地蓄积量)=∑G(为树木断面积总和)×H(林样均高度)×f(树干体积与等高同底的圆柱 体体积之比) 7、重量(weight): 指群落中生物有机部分重量的量度,是衡量种群或群落生物量或现存量多少的指标。可 分为鲜重和干重来表示。 (二)种的综合数量指标 优势度 重要值 综合优势比 1、 优势度(dominance) 用来确定优势种的定量指标。 表示某种生物在群落中作用和地位大小的生态重要性。 2、重要值(importance value) 森林群落中每一树种的相对重要性----重要值, 用公式表示: 重要值=[相对密度(D%)+相对频度(F%)+相对基部盖度(D%)] / 300 3.综合优势比(summed dominance ratio)缩写—SDR 它由日本学者召田真等(1957)提出的一种综合数量 指标。包括两因素、三因素、四因素和五因素等四类。常用的为两因素的综合优势比(SDR2) ,即在密度 比、盖度比、频度比、高度比和重量比这五项指标中任取两项求其平均值再乘以 100%。 如 SDR2=(密度比+盖度比)/ 2 × 100% 五、生物多样性(biodiversity or biological diversity ) 1.定义:群落中所含的不同的物种数和它们多度的函数 物种丰富度(species richness): 指一群落或生境中物种数目的多寡。 物种均匀度(species evenness):指一群落或生境中全部物种个体数目的分配状况,反映各物种个体数目的分 配均匀程度。 生物多样性一般有三个水平: 遗传多样性:指地球上生物个体中所包含的遗传信息的总和。 物种多样性:指地球上生物有机体的多样化。 生态系统多样性:涉及的是生物圈中生物群落、生境与生态过程的多样化。 2.测定 (1) 香农—威纳指数(Shannon-weiner index) H=-∑( ni/N)Xln(ni/N)或 H=-∑Pi X lnPi 式中: H 为采集的信息含量(比特/个体) ,即物种的多样性指数; ni 为属于第 i 个物种的个体数;N 为物种数; Pi 为属于第 i 物种在全部采样中的比例。 假设的森林群落的物种多样性--群落 A 假设的森林群落的物种多样性--群落 B

H′=-∑PilnPi=0.662 H′=-∑PilnPi=1.610 2 (2)辛普森指数(Simpson index) 其表达式为:D=1-∑(Pi) 式中:D 为辛普森多样性指数;Pi 为群落中物种 i 个体所占的比例。 辛普森对稀有种起作用较少而对普通种则作用较大,其阈值由低多样化(O)到高多样化(1-1/s) ,这里 S 是种类数目。

3.多样性梯度 多样性随纬度的的升高而减少 多样性随海拔的升高而减少 在海洋或淡水水体物种多样性有随深度增加而降低的趋势 六、 群落的结构 组成群落的生物种群在群落中所处的位置和存在的状态称为群落结构。是群落的可见标志之一,包括垂直 结构、水平结构和时间结构。农业生物群落合理的空间与时间结构是高产高效农业生态系统的基础。 植物的生活型 植物的生活型类型(Raunkiaer 生活型系统) :分类基础是以植物渡过不利时期对恶劣条件的适应形式,即 根据抵抗芽(休眠芽)所处的位置高低来划分,把高等植物划分成 5 类: 高位芽植物:休眠芽位于距地面 25cm 以上。乔、灌木、热带草本。 地上芽植物:更新芽位于土壤表面之上,25 之下,多为半灌木或草本植物。 地面芽植物:又称浅地下芽植物或半隐芽植物,更新芽位于近地面土层内,冬季地上部分全枯死,即为多 年生草本植物。 地下芽/隐芽植物:更新芽位于较深土层中或水中,多为鳞茎类、块茎类和根茎类多年生草本植物或水生植 物。 一年生植物:以种子越冬。 1.群落的垂直结构 群落中生物按高度或深度的垂直配置,即形成了群落的成层现象,保证了群落中各物种在单位空间中更充 分利用环境资源。在垂直方向上的明显的分层现象——即不同生物占据不同高度。缓解了植物之间争夺阳 光、空间、水分和矿质营养等的矛盾,扩大了植物利用环境的范围,提高了植物利用资源的能力 群落中植物的分层现象,提供不同的食物,造就不同的微气候条件,决定了动物的分层现象。 农田生物群落,也因作物的种类、栽培条件的差异, 形成不同的层次结构。农业生物的垂直结构有多种形式。 合理的垂直结构能更充分的利用资源,对不良环境有较强的抵抗性 间种是组建陆地农业生物垂直结构的主要形式。 2.群落的水平结构 群落内由于环境因素在不同地点上的不均匀性和生物本身特性的差异, 而在水平方向上分化形成不同的生物小型组合,称为群落的水平结构。 群落的水平结构主要表现特征是镶嵌性。 镶嵌群落:群落在外形上表现为斑块相间的现象。 农业生产中的农、林、牧、渔以及各业内部的面积比例及其格局是农业生态系统的水平结构。控制农业生 物群落的水平结构有两种基本方式: 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的种植密度和饲养量,并通过饲养、栽培手段控制密度的发展 3.群落的时间结构 环境因素都有周期性的变化,因而,生物群落结构亦显示出相应的时间序列。 由自然环境因素的时间节律所引起群落各物种在时间结构上相应的周期变化称为群落的时间结构。 昼夜相---与环境因子的昼夜节律有关 季节相---与环境因子的季节节律有关 年际间变化 调节农业生物群落时间结构的主要方式是复种、套种、轮作和轮养、套养。 轮牧是划区轮牧或分区轮牧的简称,是经济有效利用草地的一种放牧方式,是按季节草场和放牧小区,依 次轮回或循环放牧的一种放牧方式。 七、群落的演替 (一)概念 生态系统内的生物群落随着时间的推移,一些物种消失,另一些物种侵入,出现了生物群落及其环境向 着一定方向,有顺序的发展变化过程,称为生物群落演替(community succession)。

1.外因演替 由于外部环境的改变所引起的生物群落演替,叫外因演替。又可细分为: (1)气候性外因演替。 (2)土壤性外因演替。 (3)生物性外因演替。 (4)人为演替。 2.内因演替 是植物群落种类成分(主要是建群种)生命活动的结果,植物本身改变了生态环境。植物所创造的群落环 境对自己的生长发育不良,而为其他植物的更新创造了有利的生态条件。水域中植物群落演替的过程即是 典例。 (二)原生演替和次生演替 原生演替指的是从未有过任何生物的裸地上开始的演替。 旱生演替:在裸露的岩石表面开始的原生演替 水生演替:从湖底或河底开始的原生演替 典型的水生演替序列是: (1)自由漂浮植物阶段。 (2)沉水植物阶段。 (3)浮叶根生植物阶段。 (4)直立水生植物阶段。 (5)湿生草本植物阶段。 (6)木本植物阶段。 次生演替 在原有生物群落破坏后的地段上进行的演替。如:弃耕的农田上演替 对于次生演替的研究,具有很大的实际意义,在我们利用和改造生物群落的工作中,所涉及到的绝大部分 都是次生演替问题。 (四)顶极群落 演替中群落结构变化开始较快,随着演替的进行,变化速度慢而趋于稳定。群落演替系列最后达到稳定阶 段,称为顶极(climax),演替最终形成的稳定群落,叫做顶极群落(climax community)。 一般来说,当一个群落或一个演替系列,演替到同环境处于平衡状态的时候,演替就不再进行。在这个平 衡点上,群落最稳定,只要不受外界干扰,它将永远保持原状。 生态系统 第五章 生态系统 第一节 生态系统能量流动 生态系统:在一定的时间和空间范围内,生物与生物之间、生物与非生物之间密切联系、相互作用并具有 一定结构及完成一定功能的综合体,或者说由生物群落与非生物环境相互依存所组成的一个生态学功能单 位。 一、生态系统中的能源 太阳辐射能 辅助能:除太阳辐射外,对生态系统发生作用的一切其他形式的能量。促进转化、减少消耗、改善环境 人工辅助能 人类通过各种生产活动所投入到农业生态系统中的人力、畜力、燃料、电力、机械、化肥、农药、饲料等。 它的投入可以大大强化和辅助生态系统中生物对太阳光能的固定、转化和流动。 二、食物是生态系统的能量载体 (一)食物链和食物网 1.食物链(Food chain) :生产者所固定的能量和物质,通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递,各 种生物按其食物关系排列的链状顺序,称为食物链。食物链上每一食性级称为营养级。 2. 食物链类型 (1)捕食食物链 (Predator, grazing food chain) 以绿色植物为起点,经食草动物到食肉动物 如草原上,青草- 野兔- 狐狸- 狼;在湖泊中,藻类——甲壳类——小鱼——大鱼。

(2)腐食食物链 (detritus food chain) 以动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食,然后到他们的捕食者的食物链。 植物残体——蚯蚓——线虫类——节肢动物。 如枯枝落叶→分解者细菌→食菌生物→捕食动物; (3)寄生性食物链:(Parasitic food chain) host-----parasite 以大型动物为食物链的起点,继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒。 如哺乳动物或鸟类→跳蚤→原生动物→细菌→病毒。 植物 →动物 →寄生物 →更小的寄生物 (4)混合食物链:(Mixed food chain) 农业生态系统中人为有目的地将食物链组合一起,形成人工混合食物链。 稻草→牛(牛粪)→蚯蚓→鸡(鸡粪)→猪(猪粪)→鱼;菜(温棚)→鸡(鸡粪)→沼气(沼渣)→肥 田; 稻→螟→赤眼蜂; 高度放牧的草原生态系统中,多以捕食链为主 浅水和森林生态系统中以腐食链为主 通过寄生链的比例一般较少 生态系统中的食物链不是固定不变的。 如蛙在个体发育不同阶段中食性就有变化, 广食性动物的食性也因季节不同而异。 若食物链中某一环节发生变化, 则可能影响生态系统的结构与功能。 3.食物网: 食物链彼此交错连结,形成一个网状结构。 一般认为,食物网越复杂,生态系统抵抗外力干扰的能力就 越强,食物网越简单,生态系统就越容易发生波动和毁灭。 三、生态系统能流路径

1.对于每一个营养级来讲,输入和输出的能量是否相等? 2.从第一营养级流入第二营养级的能量,占生产者所固定的能量总量的百分比是多少?从第二营养级流入第 三营养级的能量,占初级消费者所同化的能量总量的百分比是多少? 3.流入某个营养级的能量,为什么不能百分百的流向后一个营养级? 生态系统的能流特征:单方向性;逐级减少 原因: 1、单向:能量以光能的状态进入生态系统后,就不能再以光的形式存在,而是以热的形式不断地逸散于 环境中。

2、逐级减少: (1)各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量; (2)各营养级的同化作用也不是百分之百的,总有一部分不被同化; (3)生物在维持生命过程中进行新陈代谢,总要消耗一部分能量。 生态金字塔 A 能量金字塔:各营养级所固定的总能量值。 以相同的单位面积和单位时间内的生产者和各级消费者所积累的能量比率来构造(千卡/平方米.年) 在某一生态系统 1 平方米的面积上: 生产者(植物) 36922 千焦; 初级消费者(草食动物) 6178 千焦; 次级消费者(肉食动物) 280 千焦; 三级消费者(肉食动物) 25 千焦。 B 生物量金字塔 相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比较典型。 对于湖泊和开旷海洋,第一性生产者主要为微型藻类,生活周期短,繁殖迅速,大量被植食动物取食利用, 在任何时间它的现存量很低,呈倒金字塔形。

C 数量金字塔 单位面积内生产者的个体数目为塔基,以相同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及塔顶。 缺点:有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木;个体大小差别很大;只用个体数目多少来说明问题 有局限性。

能量金字塔 表达营养结构最全面,确切 表示食物通过食物链的效率,永远是正塔型 数量金字塔 过分突出小生物体的重要性 生物量金字塔 过分突出大生物体的重要性 生态效率:ecological efficiencies 各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值,即能量转化效率,常以百分数表示。

为什么一般的食物链上营养级不会多于 5 个? 答:根据能量传递效率为 10%~20%计算,流入到下一营养级能量是很少的。所以营养级越高生物种类和 数量就越少。当能量流经 4~5 个营养级,所剩的能量就少到不足以再维持下一营养级的生命了。 为什么肉类食品的价格比小白菜价格高? 为什么几平方公里才能有一只虎,而几平方米却有百万昆虫? 人增加一千克,要消耗多少克的植物?(从不同食物链考虑)

第二节 生态系统的能量生产 生产力(productivity) :生产的速率或能力,即单位时间内生产有机物质的速率,常用 g/(m2?a) 、kJ/(m2 ?a)等单位表示。 2.生产量(production) :任一时间段中,单位面积上生产有机物质的数量。 3.生物量(biomass) :某一特定时刻生态系统单位面积内所积存的生活有机物质量叫生物量。以平均每平 方米生物体的鲜重或干重表示(g/m2) 。 4.现存量(standing crop) :指观察时某一时间内活的生物量。 5.产量(yield) :指生物体全部或某一部分的生物量,例如,农业生产中的粮食产量(种子、果实等) ,畜 牧业生产中的产草量、产肉量、产蛋量、产奶量等。 一、初级生产(primary production) 第一性生产,绿色植物通过光合作用固定太阳能并转化为储存在植物有机体中的化学潜能的过程。 初级生产者积累能量的速率是初级生产力或第一性生产力(primary productivity) ,生产的有机物质的量就 是初级生产量,也称第一性生产量。 总初级生产力(gross primary productivity) ,光合作用的总速率,常用 Pg 表示; 总初级生产量(gross primary production):绿色植物单位面积、单位时间通过光合作用固定的太阳辐射总能 净初级生产力(net primary productivity) ,除去呼吸消耗掉的有机物质植物的积累率。 净初级生产量(net primary production) :植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉,剩下生产量。 不同植物种类,不同品种,不同的生态环境以及不同的生态系统,初级生产都有很大的差别。 陆地生态系统类型中,以热带雨林生产力为最高,平均为 2200g/m2.a。由热带雨林向常绿林、落叶林、北 方针叶林、稀树草原、温带草原、寒漠依次减少。 森林不同层次生产量的排序为: 乔木层>灌木层>草被层。 二、农业生态系统的初级生产力 农业生态系统主要包括农田、草原和林地生产,其初级生产量低于森林,接近草原,在 250-1000g/m2.a 之 间。 三、次级生产(secondary production) 次级生产者是指初级生产者以外的异养生物。 次级生产是指消费者、分解者利用初级生产量进行的同化、生长、发育和繁殖后代的过程。 次级生产力(secondary productivity) ,指消费者和分解者利用植物(净初级生产量)进行同化作用的速率。 因为消费者只利用植物生产出的食物,除去自身呼吸及排泄等消耗的部分,剩余的食物在同化过程中转变 为自身的成分。因此,次级生产力不分为“净”和“总”的能量。 从理论上讲,初级生产量可全部转化为次级生产量,但实际上转化为次级生产量的只是一小部分,

原因是:不可食;不得食;可利用而未被利用;可食但未吃下;不能消化;呼吸消耗。 次级生产量的测定 按同化量和呼吸量估计生产量,即 P = A –R 按摄食量扣除粪尿量估计同化量,即 A = C – FU P=C–FU–R 次级生产的生态效率 植物种群增长率高,世代短,更新快,其消费效率就较高 草本植物的支持组织比木本植物的少,能提供更多的净初级生产量为食草动物所利用 小型的浮游植物的消费者(浮游动物)密度很大,利用净初级生产量比例最高 第三节 生态系统的物质循环 一、物质流的重要性及其特点 二、物质循环的基本概念 1、生物地化循环:地球上各种化学元素,沿着特定的途径从周围环境到生物体,再从生物体到环境,不 断地进行流动和循环。 2、物质循环的库与循环类型 库:生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。储存库/交换库 水循环 气体型循环 C、N、O 沉积型循环 P、S、Ca、I、K、Na 3、物质循环的流(Flow)物质在库与库之间的转移运动状态,称为流。物质流、能量流和信息流。 4、周转率与周转期--衡量物质流动效率的指标 1.流通率(flow rate) :单位时间内出入库的物质流量。 输入(FI)输出(FO) 2.周转率:系统达到稳定状态后,流通率(FI 或 FO) 与库存(S)的比例。 R=F/S 3.周转期:周转率的倒数,表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。 T=S/F 循环效率:循环物质占总输入物质的比例 EC=FC/FI 三 、生态系统中的主要物质循环 (一)碳素循环 1、碳循环的过程 (1)陆地植物-大气-海洋之间的自然交换基本平衡。 海洋与大气之间每年约有 1000 亿吨的交换量; 陆地与大气之间每年约有 200—300 亿吨的交换量。 (2)化石燃料贮存的碳素入不付出。 死亡有机物转化成化石燃料的碳素小于 10 亿吨, 人们开采的化石燃料大于 50 亿吨。 (3)大气中的二氧化碳浓度增加。 1860—1960 年的 100 年,大气二氧化碳浓度由 290ppm 上升到 314 ppm 。 1960 年以来,以平均每年 1ppm 的速度增加。 (二)氮循环 1.固氮作用是气态循环的重要机制 生物固 N:每年 175×10 6 吨 大气固 N:通过闪电宇宙射线固 N 7.6×106 吨。 工业固 N:45.9?10 6 吨(1977 年) →100?106 吨(1997 年)

2.人为干预 (1)干预途径(方式) : 农业生产生物固 N,工业固 N 占有 20-40% (2)问题 ①地下水污染 亚硝胺、亚铁血红蛋白 ②水体富养化: A.定义:当水体中的总磷>20mg/m3, 无机 N>400mg/m3 时, 可以认为该水处于富营养化状态(eutrophic water)。 B.来源: 土壤中的 N、P 营养元素及生产、生活中的污水 C.后果:水体中营养过分丰富,水生藻类繁茂,它们死亡后,在水体中腐烂分解,产生大量 CH4、H2S、 CO2、NH4 等,使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解 O2 少于 4mg/升时,会造成鱼类和其 它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中 N 和 P 是光合自养生物的主要限制因子,一旦增加这些养分,初级 生产大大提高。在某些情况下这是好的,为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化 ③破坏臭 O3 层 反硝化作用产生的 N2O 进入大气后会破坏臭 O3 层 N2O+O3→2NO+O2 NO+O3→NO2+O2 若臭 O3 层玻坏 5%,进入地球的紫外线会增加 10%,结果会使皮肤癌的发病率大为提高。据推测,在今 后几年内农业使用的氮肥约有 1-6%成为 N2O 进入大气。2000 年,臭 O3 层密度减少 2%,在南极、北极 均发现臭 O3 层空洞。 ④作物偏 N 偏 N→营养生长过度 谷类作物,块根块茎作物 经济系数低 对病虫害抗性下降 农业生态系统中 N 循环及调控 1.输入:三个来源即生物固氮、大气固氮、工业固氮 2.输出:有机体燃烧、产品输出、反硝化作用、淋溶流失和挥发 3.调控 :? Q:从合理利用氮素和能源的角度,如何处理作物秸秆? 大量使用化肥, 使土壤酸化, 土壤的物理性状恶化, 特别是氮肥的使用还会导致交换态铝和锰数量的增加, 对作物产生毒害作用,影响农产品的产量和品质。 化肥也成为水体和大气污染的主要来源。目前化肥过量使用,农作物肥料利用效率降低,残留量加大的 问题比较突出。 例如我国平均施氮量 (纯氮) 超过 200kg /hm2, 而氮肥的利用率为 30~40%, 损失可达 45%。 过量使用氮肥引起土壤中硝态氮积累,灌溉或降雨量较大时,造成硝态氮的淋失,导致地下水和饮用 水硝酸盐污染;而土壤中氮素反硝化损失和氨挥发损失形成大量的含氮氧化物污染大气。 (三)P 循环 特点:典型的沉积循环 1、过程:从循环的过程看,在循环过程中 P 总是有损失的,为增加 P 循环的封闭性,必须尽量减少陆生 生态系统的损失。如让 P 经常贮存在有机体中则不易流失,贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。 2、人类干预 (1)大量开采磷矿,加剧了 P 的损失,以后会造成资源枯竭。现地壳中磷约含纯磷约 198 亿吨,按现在 的消费率计算可持续用 1750 年,若考虑到 P 的消费率增长是人口增长的 2.76 倍,则 90 年内将耗尽。 (2)农田生态系统中 P 的亏损途径:①水土流失 ②农产品输出 (3)污染 A 营养富集:大量施用 P 肥和含 P 的合成洗涤→水体富养化→水质恶化→渔业资源减少

B 放射性物质污染 磷矿石中含放射性的铀、钍等物质,经常施 P 使土壤放射性物质增加,影响作物生长和产品 质量。 在农业生产中,应注意以下几个方面: (1)开发新的 P 矿资源。 (2)重视多条途径,实现 P 的再循环, 尤其是有机途径。 (3)提高肥效,节约 P 肥,减少流失。 (4)注意 P 肥使用中的环境污染问题。 P 肥中含有重金属和放射性物质。 (四)水循环 水循环三个基本环节: 降水(P) 、蒸发(E) 、径流(R) , 这三个基本环节相连构成了水循环。水在生物圈的循环可以看作是从水域开始,再回到水域而终止。 四. 生态系统中的环境污染问题 环境污染:随着工农业的发展,各种除草剂、杀虫剂、杀菌剂的使用,矿山的开发,核电站的建立,以及 各种工业“三废” (废水、废物、废气)的排放等,使引入环境的化学、物理、生物因素超过了环境可能 忍受的限度,从而使环境受到污染,引起公害。 根据污染物不同,常分为两个类型: 非降解性污染:不降解或降解很慢的物质如汞(Hg) 、铬(Cr) 、镉(Cd) 、砷(As)铅(Pb)等重金属和 一些长键的苯酚化合物、DDT 等。 生物降解污染:经过自然过程能很快分解的物质如食品加工的废弃物、生活垃圾等引起的污染。 有毒物质在食物链上的浓集: 在循环过程中性质稳定、易被生物体吸收的毒物质沿着食物链在有机体内不断富积、浓缩。这就是在污染 情况下,造成有机体的大量死亡的原因。 生物放大作用(生物累积作用) 1.生物食用或体表吸收某些环境中的化学物质 (例如:杀虫剂、放射性物质、重金属离子、 有毒化学物质、戴奥辛、多氯联苯 PCB) →这些物质不易被生物体内的酵素分解、 危害生物体内的代谢作用,也不易排出体外, 便累积于生物体内(易累积于肝脏和脂肪中) →经由食物链中各阶层消费者的食性关系而逐层累积 →在愈高级消费者的体内,该化合物的累积浓度愈高 (形成生物放大作用) DDT 的危害: 伍德维尔调查纽约长岛的沼泽区和五大湖区之 DDT 危害 DDT 危害→鸟类的卵壳变薄→鸟卵孵化率降低

重金属的食物链积累 汞、铜、锌、铜、铅、镍等沿食物链积累和放大现象较明显,其中汞和镍的食物链积累对人类的威胁最大。 环境污染的危害: 随着工农业的发展,人类将大量对工农业生产有利,但具有毒性的化学物质挖掘出来,进入了生物圈。 (1)各种杀虫剂、除草剂、农药、化肥等 (2)矿山开发、原子反应堆试验、核电站的建立 (3)工业“三废”等污染大气、水体和土壤,破坏生态平衡,严重者甚至造成公害 A、大气污染 污染源:铅烟、粉尘、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各种有机物。 1)SO2——形成酸雨;致癌作用。 2)漂浮在大气中的粉尘,会使太阳光照强度削弱,并和 CO、CO2 等毒气体形成毒雾,影响人畜健康。 3)氮氧化合物来自含 N 有机物燃烧,硝酸和氮肥的生产及交通车辆排放的废气。主要是 NO,其毒性并 不大,但进入大气后 NO→NO2 ,毒性提高五倍。NO、NO2 还与 CO 等受太阳辐射发生还原作用形成 光化学烟雾,对动植物造成伤害。 4)HF、CO:包钢厂排放大量 F2 和 NO2 气体曾使 88,000 头牲畜死亡。 B、水污染 1.汞、镉、铅、铬、砷重金属的污染人称“五毒” ,毒性:汞>镉 特点:在水体中不能被微生物分解,危害较大 C、热污染和油污染 1)工业冷却用水回流,使水温提高,直接危及水生生物的存活,同时打乱生态系统中的食物链关系。 2)海上石油开采、运输及油船事故发生,使海水受到污染。不仅影响海中生物生长,且阻碍海水蒸发, 削弱海水调温和吸收 CO2 的作用。 我国三十条主要河流和湖泊,从松花江到珠江都受到不同程度的污染。还有氰化物污染,0.1g 的氰化物可 使人致死;在水 CN-含量 0.4-0.5mg/升时,可使鱼类致死,但氰化物在水体中自净作用较强。 D、土壤污染 污染源: ①厂矿废水废渣的直接污染 ②大气污染物的沉降和随雨水进入土壤③农业生产中施用化肥、农药、除草 剂污染。污染后果:土壤变得板结,贫瘠、盐碱化,农产品含毒,危及人畜健康。 1.化肥 1)一此有毒物质如酚、氟、重金属带入农田、植物因过量摄入而减产 2)施 N 不当会污染地下水和饮用水,NO2-过高产生致癌物质;反硝化作用的 N2O 破坏臭氧层 2.农药: 有机氯杀虫剂,含铅、砷、汞的农药,一些特异性的除草剂化学性质稳定、不易分解残留时间长,使土壤 污染严重。 (1)污染环境:土壤、大气、水体 (2)农产品残毒性量高,影响人畜健康:蔬菜中毒 (3)不合理的化学控制:使益虫减少,主要害虫再次猖獗,次要害虫上升为主要害虫, 农田中用药量增大,浓度增高,但防治效果反而下降,形成恶性循环。 第四节 生态系统的反馈和生态平衡 生态系统的稳态:稳态--homeostasis。 生态系统与其组成成分(种群或有机体)具有自我保持和自我调控,使自身内部保持稳定的能力。 反馈就是输出变成了决定系统未来功能的输入。 生态平衡(Ecological equilibrium) 在一定的时间内,生态系统中生物与环境之间、生物与生物之间以及环境各因子之间,通过相互制约、相 互渗透、相互影响而维持的某种协调(稳定)状态。 表现为:结构上、功能上、物质储量、相互适应。

理解生态平衡的概念: 生态阈值 系统越成熟,表示它的种类组成越多,营养结构越复杂,稳定性越大,则对外界的压力的抵抗力越大,即 阈值高。生态系统保持生态平衡的调节能力是有一定限度。 生态危机:资源破坏、环境污染、人口爆炸 由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡,从而威胁人类的生存。 生态平衡失调 结构标志:一级结构缺损、二级结构受损 功能标志:能量流动受阻、物质循环中断 自然原因:气候条件突变、灾害性病虫害的突然发生等; 人为原因:人们对资源的不合理开发利用、工业“三废”污染等,而且常常是人为因素导致了自然因素的 强化,造成生态平衡失调。 大面积砍伐森林,草原过度放牧、农田土壤重用轻养等,造成水土流失、土壤贫瘠,水源枯竭,气候破坏。 水土流失农田土壤变得贫瘠,甚至岩石裸露或被沙淤废,江河泥沙含量增加,河床升高,水库淤塞,落河 田增多。 保持生态平衡的途径 增加组成成分的多样性、不超越生态阈值、巧设食物链结构。 生态容量: 生态阈值,某种物质(通常指有害物质)的最大容纳量,即系统通过自净作用维持稳定状态的能力。 生态容量的大小,取决于有毒、有害物质的性质以及生态系统本身的抗毒自净能力。 人类对受害生态系统所采用的恢复措施,必须符合生态学规律,必须从生态系统的观点出发,否则,一个 措施的使用不当,往往会引起另一种严重后果。 第六章 陆地和水域生态系统 第一节 陆地生态系统 一、森林生态系统 1、热带雨林:南美洲亚马逊盆地、非洲的刚果盆地、东南亚 热带雨林植被特点: 种类组成丰富----乔木、藤本、附生 群落结构复杂----垂直结构突出 乔木特殊----板状根、裸芽、茎花 无明显季相交替----终年生长、有生长节律 绞杀植物:一种植物以附生来开始它的生活,然后长出根送进土壤里,变成独立生活的植物,并杀死原来 借以支持它的植物,是一类生活方式比较特殊的植物。桑科的榕属、五加科的鸭脚木属、漆树科的酸草属 地球上物种最丰富的地区、生态位分化,窄生态幅、热带雨林的昆虫、生物资源丰富、生产力高 2、常绿阔叶林 亚热带湿润气候、壳斗科 樟科 山茶科 木兰科、气候稳定,银杏、水杉、鹅掌楸、生产力 3、落叶阔叶林 落叶乔木—山毛榉 栎 栗 椴 属、桦木 槭树 杨柳 科、华北平原 消费者:鹿、獐、棕熊、野猪、狐、松鼠、野鸡、土壤动物 蚯蚓 100 只/m2

4、北方针叶林 泰加林 北半球高纬度、寒温带;松、云杉、冷杉、铁杉、落叶松 驼鹿、马鹿、驯鹿、黑貂、猞猁、雪兔、松鼠、鼯鼠、松鸡、飞龙 二、草原生态系统 热带草原 温带草原 气候与土壤 土壤湿度低 有机质循环慢 腐殖质含量高 适宜农作物生长 植被 禾草 金合欢树 禾草 阔叶多年生植物 动物 角马 斑马 水牛 瞪羚 野驴 黄羊 野牛 啮齿动物 斑羚 长颈鹿 黑犀牛 鬣狗 狮 豹 猎豹 三、荒漠生态系统 年降水量<200mm 植被稀疏:荒漠灌木、半灌木----梭梭;肉质植物----景天酸代谢;短命植物 消费者-----爬行、啮齿(更格卢鼠) 、鸟类、蝗虫;物质循环速率低 生产力低 第二节 水域生态系统 地表水域:河流、湖泊、冰川、沼泽湿地 海洋水域 赤潮:海水中某些浮游植物、原生动物或细菌在一定环境条件下,短时间内突发性增殖或聚集而引起的一 种水体变色的生态异常现象,是一种危害性大而广的海洋污染现象。 富营养化 海水赤潮 一、淡水湿地生态系统 湿地:天然或人工、长久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带,带有或静止或流动,或淡水、半咸水或咸 水水体者,包括低潮时水深不超过 6m 的水域。 (一)湖泊 湖泊湿地具有较高的初级生产力,为鱼类和水生动物提供丰富的饵料和优越的栖息条件,具有较高的渔业 生产能力。 鄱阳湖湿地是中国第一大淡水湖生态湿地,位于江西省北部,距南昌市东北部 50 公里。由于保护区的地 理和气候条件极适合候鸟越冬,自每年秋未冬初始,来自西伯利亚、蒙古、日本、朝鲜以及中国东北、西北 等地的候鸟,纷纷迁徙至此,与定居在这里的野鸭、鹭、鸳鸯等一起度过冬天,到翌年春季(3 月)才逐渐离。 扎龙湿地是我国最大的鹤类等水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型的自然保护区。扎龙为我国建立第一 个水禽自然保护区。区内鸟类 248 种,主要保护的是鹤类,目前,世界分布 15 种鹤,在扎龙可见到丹顶 鹤、白枕鹤、白鹤、白头鹤、蓑羽鹤、灰鹤 6 种,故有“鹤乡”之称。 (二)沼泽 地表过湿或有薄层常年或季节性积水,土壤水分几达饱和,生长有喜湿性和喜水性沼生植物的地段。 中国的沼泽主要分布在东北三江平原和青藏高原等地,俄罗斯的西伯利亚地区有大面积的沼泽,欧洲和北 美洲北部也有分布。 生产力较高、珠江三角洲、江汉平原、洞庭湖平原、太湖平原 在东北的中、北部地面平坦、土质黏重、水流阻滞或潮湿条件下,形成草甸,沼泽化草甸或沼泽类植被的 重要建群种或优势植物。 二、滨海湿地生态系统 (一)红树林 红树林(Mangrove)指生长在热带、亚热带低能海岸潮间带上部,受周期性潮水浸淹,以红树植物为 主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本生物群落。 组成的物种包括草本、藤本红树。它生长于陆地与海洋交界带的滩涂浅滩,是陆地向海洋过度的特殊 生态系。

(二)海草生态系统 为了防止海浪冲击,红树林植物的主干一般不无限增长,而从枝干上长出多数支持根,扎入泥滩里以保持植 株的稳定。 与此同时,从根部长出许多指状的气生根露出于海滩地面,在退潮时甚至潮水淹没时用以通气,故称呼吸 根。 胎萌是红树林另一适应现象:果实成熟后留在母树上,并迅速长出长达 20~30 厘米的胚根,然后由母体 脱落,插入泥滩里,扎根并长成新个体。 三、海洋生态系统 1、河口生态系统----海陆交替区 环境条件恶劣,生物种类贫乏 植物---浮游植物、底栖硅藻类、海草 底栖动物---泥蚶、牡蛎、蟹 游泳生物---鲻鱼、洄游鱼类 2、浅海生态系统 浮游生物---浮游植物(硅藻、甲藻) 、浮游动物(自游生物幼体阶段) 底栖生物---藻类、甲壳类、棘皮、软体、多毛类、鱼类 游泳生物---鱼类、甲壳类、爬行、哺乳(鲸、海豹) 3、大洋生态系统 深海没有初级生产力 第七章 大尺度生态学 第一节 景观生态学 一、景观生态学 landscape ecology 景观生态学是研究一定地理区域(景观区域)内各种生态系统间的关系,结构和空间分布格局,功能特性 与区域环境间的关系。 1、尺度 对某一研究对象或现象在空间、时间上的量度以及由生态学组织层次组成的等级系统中的位置。 2、缀块- 廊道- 基底模式 缀块泛指与周围环境在外貌或性质上不同, 但又具有一定内部均质性的空间部分。廊道是指景观中与相邻 两边环境不同的线性或带状结构。基底是指景观中分布最广、连续性也最大的背景结构。 3、格局与过程 缀块和其它组成单元的类型、 数目及空间分布与配置等。 过程强调事件或现象发生、 发展程序和动态特征。 景观生态学涉及的生态学过程包括种群动态、种子或生物体传播、捕食者和猎物的相互作用、群落演替、 干扰扩散、养分循环等。 4、空间异质性 景观组分和要素,如基质、缀块、廊道、动物、植物、生物量、热能、水分、空气、矿质养分等等,在景 观中总是不均匀分布的。 5、等级理论 可以简化复杂系统,把景观系统视为等级结构。 分类等级系统:界-门-科-属-种 6、边缘效应 部分由于受外围影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象。 许多研究表明,缀块周界部分常具有较高的物种丰富度。 内部种( interior species) 边缘种(edge species) 第二节 全球生态学 1、全球变化概述 全球变化: 由人类活动直接过间接造成的, 出现在全球范围内的, 异乎寻常的人类生态环境的变化, 就是当今科学界,

各国政府及公众广泛关注的全球环境变化,简称全球变化。 全球变化的主要现象和研究领域有哪些? ①温室气体浓度增加; ②全球气温升高。自 19 世纪后半叶以来,全球地表年均温升高 0.3-0.6 度; ③海平面上升。据估计,在过去的 100 年间全球海平面升高了 10-25cm; ④土地利用和覆盖变化; ⑤生态系统及生物多样性的变化。 2、全球变化的生态后果 生态系统的生产力、呼吸和分解; 温度和生长季长度是制约高纬度、高海拔地区植物生产力的主要因素,全球变暖使这些地区植物提高生产 力。 生物群落的空间分布; 地表温度升高,气候带向高纬度、高海拔地区移动分布,导致生物群落的迁移和在地理空间上的分布。 生态系统的物种组成和生物多样性; 生态系统的结构和功能变化。 3、减缓全球变化的途径 ①减缓全球气候变化。控制温室气体的排放和颗粒物的形成。其核心是控制化石能的消耗。 途径:改进能源构造;提高能源效率;提倡种树植草,保护森林资源,提高森林覆盖面积,增强对 CO2 的 吸收能力。 ②生态系统管理。摆正人在自然界中的位置;人类社会必须寻求有效的途径,使其适应并管理环境。 ③减缓变化的机制,包括技术、管理、法律和教育几个层面进行。 第八章 应用生态学 第一节 生物多样性保护 一、生物多样性的概念:生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化和变异性 二、生物多样性的价值

三、生物多样性的的危机及保护 1、生物多样性的危机 近几百年中,生物多样性不断下降。具体表现在: ?生物灭绝的速度不断加快; ?大量物种遭受灭绝的威胁; ?家养动物和栽培作物的多样性也在下降 ; ?生态系统的大量退化和瓦解。 菲律宾 1970 年前种植水稻 3500 个品种,现在仅有 5 个占优势的品种,损失达 99 % 以上。欧洲小麦品 种损失达 90 %, 美国玉米品种损失超过 85 %。 而作物缺乏遗产多样性也使它更易受病原体和害虫所攻击。

2、生物多样性破坏的主要原因 栖息地破坏;生物资源过度开发利用;环境污染;外来生物入侵;人口增长、全球气候变化 3、生物多样性保护 IUCN 关于濒危物种的分类 IUCN(International Union for Conservation of Nature 国际自然保护联盟) :

3.1 濒危生物的评估与分级 (1)Mace 和 Lande 的评估系统 (2)世界自然保护协会系统(TNC) G1-全球极度危机的物种 。 G2-全球危机的物种。G3-不常见但不危机的物种。 G4-较常见且非濒危的物种。G5-已证明的在分布区高丰富度、没有濒危危险的物种。 3.2 生物多样性保育措施 (1) 就地保护 保护的措施什么?建立自然保护区; 保护的对象是什么?有代表性的自然生态系统和珍稀濒危动植物的天然集中分布区 全国共建立各种类型、不同级别的自然保护区 2349 个,其中国家级自然保护区 243 个,总面积已达 150 万平方公里,占陆域国土面积的 15%,有效地保护了生态系统和物种。 建立保护区的几个问题 1.保护区的面积:根据物种数-面积曲线保护区面积应当有一定限度 2.保护区的形状 减少有害边界的影响 3.破碎化影响 应当减小破碎化的影响 4.优先保护对象 5.保护区之间的联系 增加廊道 6.人为活动的影响

(2)迁地保护: 是指将濒危动植物迁移到人工环境中或易地实施保护。 与就地保护相比,迁地保护不是在自然生境中对濒危动植物实施保护。 由于缺乏自然选择的择优汰劣作用,不能完全保持物种的自然活力。 但是,当物种丧失在野生环境中生 存的能力,在野生状态下即将灭绝时,迁地保护无疑提供了最后一套保护方案。 目前,近 3000 种鸟兽类只有在迁地保护下才能生存。这些物种只有同时维持野生种群和人工保护的迁地 种群,才能保证物种不会灭绝。如麋鹿、加州秃鹫、黑足鼬(Mastela nigripes,曾分布在美国与加拿大交 接地带)等都是迁地保护成功的实例。 我国还建立了以保护为目的濒危动物繁育中心和基地 26 个,大熊猫、扬子鳄、朱鹮、丹顶鹤、东北虎等 濒危动物开始繁育。 我国还将原产我国但已在我国国内消失的糜鹿、 野马、 高鼻羚羊重新从国外引回我国, 获得成功。 (3)基因资源库和种子库: 基因资源库 (Genome resource bank) 将生物组织和细胞、 : 孢粉、 动物的精液、 卵子和胚胎以冷冻储存 (-196℃ 的液氮环境中)或以培养液长期保存的场所。 第二节 可持续发展 一、概念 既能满足当代人的需要,而又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。 (1)一般性原则:公平性原则、可持续性原则、共同性原则 合理开发和利用——自然资源 保持适度规模——人口 处理好关系——经济与环境 经济活动及社会发展要保持在资源和环境的承载能力之内 地球是一个整体,地区性问题往往会转化为全球性问题。这就要求地方的决策和行动,应该有助于实现全 球整体的协调。许多环境问题的解决,不是单靠某一个国家就能得到很好解决的,而是需要国际合作,共 同努力才有可能获得解决。如:全球气候变暖、酸雨蔓延、臭氧层空洞等。 二、生态恢复 生态恢复——根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术与方法,人为地改变和切断生态系 统退化的主导因子或过程,调整、配置和优化系统内部及其外界的物质、能量和信息的流动过程和时空次 序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快成功地恢复到一定的或原有乃至更高的水平。

生态恢复原理及相关理论基础:限制因子原理、生态适宜性原理和生态位理论、生物群落演替理论、生物 多样性原理、斑块-廊道-基底理论 三、生态工程 人类应用生态学和系统学的基本原理和方法,通过系统设计、调控和技术组装,对已被破坏的生态环境进 行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善、并提高生态系统的生产力,从而促进人 类社会和自然环境的和谐发展。 无废弃物农业是我国古代传统农业的辉煌成就之一,也是生态工程最早和最生动的一种模式。 1、生态工程的原理 (1)物质循环再生原理(生态系统的功能) 包括物质的多层利用,提高物质的利用率,减少对环境的污染;但并不能提高能量的传递效率 (2)物种多样性原理(生态系统的稳定性) 物种的丰富度越高生态系统的稳定性越高、但在人力成本投入越多的生态系统,对物种的丰富度要求越低 (3)协调与平衡原理(生态系统的组成、生态系统承载力) 协调-------主要是生物与环境的协调(强调生物要和环境相适应);生物与生物之间的协调(种间关系) 平衡------是种群数量与环境的负载能力要平衡 (4)整体性原理 要考虑到自然生态系统的规律,更重要的是,要考虑到经济和社会等系统的影响力。 (5)系统学和工程学原理(生态系统结构与功能的有机结合) 物质循环利用的生态工程 城市:生活垃圾进行减量化、无害化、资源化处理,将生活垃圾中有机部分、人畜的粪便等转化为优质生 态复合肥。 农村:发展养殖业,将农作物秸秆“过腹还田” ,利用禽畜粪便与作物秸秆培养食用菌后再培养蚯蚓,蚓 烘残渣再作为肥料,既减少或避免了田间烧草给环境带来的污染,又增加了产值。 清洁及可再生能源系统组合利用的生态工程 沼气、太阳能、风能的开发和利用 其它: (1)生态住宅、生态小区和生态城镇的生态工程 (2)生态恢复工程 (3)生态旅游 (4)绿色化学工程 三北防护林工程是世界上规模最大的生态工程,与国外其他工程面对的单一地理形势相比,三北区涵盖了 风沙区、黄土高原区、平原农区、西北荒漠区 4 种形态,增加了工程建设的难度。 三北防护林”被誉为中国的“绿色长城” ,被列入了世界吉尼斯纪录。20 余年的时间里,中国用了上百亿 元资金来“筑城” ,局部收效不小,但为什么北方有些地区每年仍有沙尘暴? “三北”防护林体系 三北地区总面积约为 3.85×108 平方公里,该地区绝大部分分布在干旱和半干旱的气候条件控制下,且由 于人类长期开垦,森林覆盖率仅为 4%。因而区内风沙、干旱、水土流失、盐碱化等生态灾难十分严重。 “三北”防护林体系主要是为了改善生态系统,尤其是控制风沙和水土流失,以利于当地的农牧业生产和 经济发展。这决定了该系统的目标是建立一个以人为中心的生态系统,即该系统不仅具有抗风固沙、保持 水土、调节气候等生态功能,还直接参与当地的社会、经济发展。 工程第一期(1978~1985 年) ,共完成人工造林 6.055×106 公顷,封山育林 8.97×105 公顷,飞播造林 1.05 ×105 公顷,四旁植树 15 亿株,使区内提高了 1.9%,达到 5.9%。由于工程主要目的在于快速恢复植被以 挡风固沙,涵养水源、防止水土流失,故在人工造林中并不是以当地原有的天然植被的群落结构为目的或 模版进行建设,而是依据现有的不同的土壤气候条件,选择那些能快速生长的植物进行种植,如:沙达旺 草、红豆草、沙棘、刺槐、杨树等。 工程第二期(1986~1990 年) ,结合当地经济发展和生产需要,造林种类仍坚持以防风固沙林(草)及水 源涵养林(草)为主体,还种植了大量的速生丰产的用材料,及各种适宜的果林(苹果、杏、枣等) ,改 良了大量退化的草场,在带来生态效应的同时,也带来了当地的经济效应。 思考:三北防护林工程存在什么问题?

第三节 生态系统管理 1、 生态系统管理概念 具有明确和可适应的目标, 通过政策、 协议和实践活动而实施的对生态系统的管理。 2、生态系统管理的原因 人类对自然资源的过度利用和对环境的破坏已经威胁到人类的持续生存,人类必需最终把所有各种生 态系统管理起来,在良好管理下,生态系统给人类提供产品和服务的功能是可以持续维持的。而管理必需 要有科学的依据和良好的管理制度和措施,并在管理过程中逐步完善。 3、生态系统管理的发展方向管理行为的重点 维护生态系统的功能和完整性、认识生态系统的边界和跨界问题、维护生物多样性、认识改变的不可避免 性、人是生态系统的一部分、需要科学的适应性管理、多部门合作的必要。 第四节 有益生物种群的产量和有害生物生态控制 4.1 有益生物种群的产量 最大持续产量(MSY) :最适产量 逻辑斯蒂增长模型 K=200,r=1.0 当 N=K/2 时,dN/dt 是最大持续产量,带入公式,得 MSY=rK/4. 4.2 有害生物生态控制 1、消灭种群问题 2、控制数量问题。 化学防治: 化学毒性和生物放大作用 目标害虫再起和次生害虫爆发 抗性进化 生物防治、基因防治、综合治理 综合治理 IPM:按有害生物的种群动态与和它相关的环境关系,尽可能地协调地运用适当的技术和方法, 使有害生物种群保持在经济危害水平以下。 第五节 生态风险评估与生态规划 生态风险评估 利用生态学、环境化学及毒理学的知识,定量地确定环境危害对人类的负效应的概率及其强度的过程。 针对环境生物,预测不希望出现的事情发生的可能性的过程。 化学物质、物理要素(建筑物建造、土地开发等)、生物要素(外来种、病毒等)、气象学要素(有害紫外线的 增加、温度上升)等 生态风险评价的步骤 问题设定 分析过程 风险推算和说明 评价终点(评估结点) 由生态系中的研究对象及研究对象所具备的可测定或推定的特质两个要素构成。 如:杀虫剂引起鸟类死亡、苍鹰的个体数的恢复 八个受到普遍关注的生态学研究对象 湖泊, 河流, 河口的水系生物群落、 固有种的地域群体及其栖息地、 具有严重有害性结果的生态事件(比如, 鸟和鱼类的大量死亡)、重要的生态系统的机能和服务、湿地、需要紧急特别保护的生态系统、濒危种及其 栖息地、其他特别重要的场所 通常选定的生态学研究对象的特质 个体水平(濒危种):个体的生存和繁殖成功 种群水平:生物量(个体数)和生物生产量 生物群落水平: 种的多样性及量

最近的研究热点:种群水平的濒危种绝灭概率,推测存留时间 分析过程 风险源评估:某种(化学)物质的浓度在环境中的时空分布 效应评估:剂量-反应评估/毒理学评估 生态规划:运用生态系统整体优化观点,对规划区域内城乡生态系统的人工生态因子(如土地利用状况、 产业布局状况、环境污染状况、人口密度和分布以及建筑、桥梁、道路、城市管线基础设施分布等)和自 然生态因子(气候、水系、地形地貌、生物多样性、资源状况等)的动态变化过程和相互作用特征都应给 予相当的重视,研究物质循环和能量流动的途径,进而提出资源合理开发利用,环境保护和生态建设的规 划对策。其目的在于区域与城市生态系统的良性循环,保持人与自然、人与环境关系的持续共生,协调发 展,追求社会的文明、经济的高效和生态环境的和谐。 生态规划的原则: 整体优化原则 趋适开拓原则 协调共生原则 区域分异原则 生态平衡原则 高效和谐原则 可待续发展原则 生态规划的内容: 生态要素的调查与评价 环境容量和生态适宜度分析 评价指标体系的建立及规划目标的研究 生态功能区划与土地利用布局 环境保护规划 人口适宜容量规划 产业结构与布局调整规划 园林绿地系统规划 资源利用与保护规划 生态规划管理对策


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