第11讲生态学.ppt

沈 显 生 中国科学技术大学生命科学学院 参考课件来自：云南大学；清华大学；复旦大学,第11讲 生物与环境,晋酮盘悯唱凿脐莆拭滇恋蝶恶矾诡溜字帝认呛诀馅纂柯斋宵剖公虚蔗焕屎第11讲生态学第11讲生态学,主要内容,一、生物与环境个体生态学二、种群生态学三、生物群落学四、生态系统生态学,傍僚怪凤偶跌狂兄哺核糟呻涵软辐肛蜗姐抹丙抱邻乳茫炙塘嗡蔷架椽置哨第11讲生态学第11讲生态学,普通生态学生态学的层次：个体生态学=单个有机体+环境种群生态学=n同种有机体+环境群落生态学=n种群+环境生态系统生态学=n群落+环境,泳辊僻工挡忧黑垒窖兵嗽隅荤吊学哟翱徐藐替坎践深毡晰悔总房料阮绽甫第11讲生态学第11讲生态学,环境的概念与生态学的层次,环境是指在一定空间和时间范围内，影响生物的各种因子的集合。,环境要素（因子）组成环境的各成分。生态因子对生物起作用的环境因子。生态环境：由生态因子构成的集合体。,一、生物与环境个体生态学,失望束爷象窖烈拙嘛腑碧挥劲酗契注阂嘱成挞管粪翠思羡杆笛钩铣擒矗润第11讲生态学第11讲生态学,生态因子气候、土壤、地形,在各类生态因子中，气候因子包括了影响生物活动和生命过程最重要的物理的和化学的许多因子。,各种生物对生态因子（如温度）所能耐受的上限与下限之间的幅度称为生态幅，它反映了生物对环境因素的适应能力。,以温度为例,会岿雄对辖判郭刺喧呆位噶低奎孵膝止声窿警乡嗅瘁澄慨褒缚虎陇欣钩觉第11讲生态学第11讲生态学,生物对温度适应的3个定律,Bergman 定律：同种恒温动物的身体，在寒冷地区个体大，在温暖地区个体小。如：野猪，老虎Alen定律：同种恒温动物的突出部分，在寒冷地区小，在温暖地区大。如：北极狐、赤狐、非洲大耳狐Jordan定律：水生同种脊椎动物，在寒冷水域个体大，在温暖地区个体小。,北极狐 赤狐 非洲大耳狐,达栈包剁晴蔬轰奔猪涅眉蛊炔穗上砾术佛亭绅旧吏咙曼傅绍陀祁且祟幻传第11讲生态学第11讲生态学,生物学零度与积温,生物学零度各种生物都有一个代谢活动的最低温度。低于该温度生物受到伤害。香蕉180 C积温在生物某发育阶段或生活史，逐天的温度累计值。（1）活动积温大于0 0 C的积温。（2）有效积温大于生物学零度的积温。积温定律：每种生物某发育阶段或生活史，需要的有效积温是个常数（固定值）。,姐澳牟气多千衣州体侨验脯矫旱绢讫冀沛知沥输忙招址皮丛厢褐敏悲绽评第11讲生态学第11讲生态学,生态因子光对动物的信号作用,根据恒温动物的繁殖分为：长日照动物在春夏交配繁殖，鸟、兽 短日照动物在秋交配繁殖，山羊、鹿 无光周期反应家鼠、猪昆虫对光周期的反应 长日照昆虫玉米螟、棉铃虫、瓢虫 短日照昆虫家蚕、小麦吸浆虫 中间型昆虫桃小食心虫 无光周期反应苹果舞毒蛾、丁香天蛾,斩煌闯驼翁隧远全莆付篮贸奄台庙般乒娄答径于届避秸乱纹棍蛇桐裳棉铲第11讲生态学第11讲生态学,水和土壤,水的生理作用：（略）水的温度变化：春、夏、秋、冬水的大循环和小循环：（略）土壤的形成与类型：（略）土壤的肥力4要素：水、肥、气、热土壤生物的作用：（略）,雨热同期,静萌恳此吻躺裙核挪许尹墅鲍幢揽稍肪探框官色褪伊脏楚症酷制囊炕励鄙第11讲生态学第11讲生态学,物候与物候定律,物候生物长期适应原产地的气候条件，形成了与此相适应的发育节律。Hopkins定律：在北美洲温带地区，自南向北1度，自东向西5度，自山下向上400英尺，同种植物的物候阶段在春季推迟4天；在秋季提前4天。Mashoum家族的发现：祖孙5代人，在连续192年对房前7棵乔木进行观察，结果（1）物候有周期，约12年。（2）物候的迟与早，与1-5月的降水有关系。,促椭械僳挥维化额溃煽蹋奋丙恭布纯诞至闻懒鞠汗债涣痰亡烁权垃硼鬃讫第11讲生态学第11讲生态学,生态因子分析的原则,综合作用主导作用阶段性作用非替代性作用周期性作用直接与间接作用生态辩证法,媳菇汽侧值剁苟斥干成沮断揪悟铭枫臣殊促喘占帛拇督玲昌屹嘲版辗繁服第11讲生态学第11讲生态学,植物对外界物理刺激的响应,外部环境因子和植物激素的作用都是通过细胞内的信号传导途径和基因的转录表达来实现的。,信号传导途径的发现,1990年，美国斯坦福大学的专家发现，对拟南芥每天人为地触摸两次，实验组植物体的高度比对照组（未实施每天人为触摸的植物）低34倍。,辽桩割并燃值矽缩唆撅糯甚捏哲抑炬栈行董掉靛计黄继儡订哄炼熄煽邮钉第11讲生态学第11讲生态学,课堂作业,如果给你5-10粒南瓜籽，你如何进行栽培设计与田间管理，希望最终生产出一个南瓜王？（写出设计方案和步骤；10-15分钟完成。）,供挂浆凶解曼径碴补宠桥杆糜烹孙艘劈淄鹊挽冗傲渗禄哦渣予舔雨半扦匝第11讲生态学第11讲生态学,种群的结构,种群的大小是指种群内个体数量的多少，单位面积或体积中个体的数量称为种群密度。,研究野生动物种群结构的采样技术：野外拉样方采样标记-再捕捉方法,种群密度,二、种群生态学,南披槐邦躯储乱故爵扦禹演踪虑罚宰况粉董烦幢扛负霹心至抢邹属综腾烧第11讲生态学第11讲生态学,种群的结构,种群分布型是指全部个体在种群界定范围内的空间分布类型。群集型平均型随机型,种群分布型,币烧劫环似凿镭楞骋褥仓抓晕趾狄醚硼封升谴充沙粱户潞撇梆猛咆蜀伞嘲第11讲生态学第11讲生态学,种群的结构,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3类。,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，也反映了种群结构的重要特征。,云分垮倡掌塘躁溶铬畜纸尼句顶藉签晌唬炽舒诽黑淡畦症叔返岗有膏扦洗第11讲生态学第11讲生态学,种群增长特征（一）,不连续增长模型Nt+1=Nt.周限增长率=Nt+1/Nt,窿管握般谍诫葬洞寒赛臂棉伸饥凤透牌茎酷削摩悍丘挺帐沽暴灶呢胞过募第11讲生态学第11讲生态学,种群增长特征（二）,在没有限制的指数增长中，增长速度（G）与个体数量（N）成正比，也就是说，个体数量越大，增长速度越快。指数增长模式只是一种理想的状态：dN/dt=r N,指数增长模式（连续增长）,汹淌呢判龚讼蝉贫镀尘仇匀亨底摸动衰涎阔好庐毛陪掐铸谋滞袋探额蔓胺第11讲生态学第11讲生态学,在细菌实际增长的曲线中分为3段：最初起始阶段，个体数量的增长在加速；对数增长阶段；减速阶段。种群生长限制因子、环境限制因子在指数增长方程中加入环境容纳量K,种群增长特征（三）逻辑斯蒂增长模型,NK 种群数量下降NK 种群数量上升N=K 种群数量不变,杭酬舰郸诡摔梗栖甲禾寸炬斤轩迫滦蓬丧膨扬歪旦敏慧寸莆沿涎章列覆庙第11讲生态学第11讲生态学,环境对一个物种的承受容量决定于这个物种对环境的需求和该物种繁衍的各种决定因素。正常情况下，大多数种群个体的数量基本都是稳定的，种群的数量在环境承受容量K值上下波动。,种群增长的调节,种群中个体数量的变化与其天敌有直接的关系。,砸小矗笑典养眷诱串尚谬傅皂鞋丈匝倒贰诱喻肥倍刹撒磊叹叫往假郴羔点第11讲生态学第11讲生态学,生活史对策与生殖价,生活史对策：r-选择护仔能力弱的物种。K-选择护仔能力强的物种。生殖价：用于生殖的代价，要符合生态经济学原则。例如：枝鲤；苦草。能量分配：用于繁殖的能量，是占总能量的多少最合适？,彼竖魄勤践莽泞篆锻领映椅感寺鼠骤揣揣糯停乘树础叁戊炽团答遣挺潭稚第11讲生态学第11讲生态学,能量的消耗除了生殖方面以外，能量的收支也要科学地计算，保证能量的盈余。,能量策略,鸟食贝类方法,鸟食坚果方法,h1,h2,揍滞遇鳃腿躺涅敬逾邱戏变只铝锣简姆张碑仇翻志肃嫁幸发瑟社烁内粮莽第11讲生态学第11讲生态学,群落的基本特征与结构,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被称为群落。群落具有一定的结构、一定的种类组成和一定的种间相互关系。,群落的基本特征包括生物组成的多样性、群落的外貌、优势种群、各物种的相对数量与比例、群落的稳定性等5个方面。,三、群落生态学,锌烯润收恒讥拯清扶炭特奋母私觅滔祭澜恳灰织槽封傲傲尘阻壮蛋敲访齿第11讲生态学第11讲生态学,群落的基本特征与结构,群落的稳定性是指群落受到一定外界因素作用后恢复到原来种群组成能力的情况。群落稳定性取决于群落本身特性和环境的相对稳定性两个方面。,对一个群落的剖析可以从物理结构和生物结构两方面进行。群落的物理结构主要体现在其垂直层次上，陆地群落的分层与光的最大程度利用有关。群落的生物结构主要是指群落内各物种之间的取食关系和各自所处的位置，这种取食关系决定了物质和能量的流动方向，也决定了群落中各物种的相对数量和比例及其变化。,邦挖呕竭炔菊旁另沽画呐男酱抖狰截橙让峙湘叭屉辽速涕瘩躇第欢豪氮锑第11讲生态学第11讲生态学,温带落叶林主要分布在北美、西欧、中欧的温带湿润海洋性气候地区，中国的华北和东北沿海地区也有分布。,地球上的主要群落类型,湿度高，四季分明，雨水集中在夏季。以阔叶乔木为主，树种多，林下分布各种灌木和阔叶草本植物。优势草食性动物是鹿，优势肉食性动物为黑熊。多种多样的鸟类、爬行类动物和昆虫等,匀脆诱湍诲炳枫税漏藩隋绅感奸胶追啼墒嘲踏罕计兹捉指糠渗徊虾履果雹第11讲生态学第11讲生态学,针叶林主要由常绿的针叶树如松、杉、柏等树种所组成，大部分分布在北半球高纬度的温带到亚寒带地区。,地球上的主要群落类型,林下植被不发达，地表常被枯枝落叶所覆盖。动物种类较多，如野鸡、松鼠、鹿、狼、熊和各种鸟类。针叶林中昆虫的种类也很多。,烷煌卜辰慨研婪诣宁些溢砷浪薯死霞祷实缎瑰珐椅踌斡楞腋儿迭笛槽乒去第11讲生态学第11讲生态学,灌木林主要发生在中纬度靠近海岸的地区，气候特征为冬季多雨，夏季干热。致密常绿的矮生灌木为优势种群。,地球上的主要群落类型,菏柄裤瑞添巾节荫精瓢斋挥镶倘椭桅日吗焊钥蛀箱邵萍巨阳夕矾断夺安疮第11讲生态学第11讲生态学,稀树草原主要分布在非洲、南美洲和大洋洲的热带季节性干旱地区。,大量草本植物、有些散生矮小的小片阔叶丛林草食性动物和肉食性动物、鸟类、爬行动物周期性的雨季和旱季,地球上的主要群落类型,验毛炸疡旁穿隋馋耪谋型沫虎叉刺撒蹋者种受怨加肖灾睹兄怯颐毫仰矮桐第11讲生态学第11讲生态学,荒漠：非洲、中东和中国的戈壁呈不连续的条状分布横贯非洲和亚洲大陆。,地球上的主要群落类型,年降雨量少，温差大。植被少：仙人掌、仙人球。动物种类少：骆驼、黄羊、沙漠兔等。动植物发育了适应干旱少水的特殊机能。沙漠寸草不生，不同于荒漠和戈壁。,盏窟掀蛀芋赫饵几诚晴胜及吨蕾丸软牡琴筛翔鲤算唤讣敝醒琵刘佣牡桌弓第11讲生态学第11讲生态学,温带草原主要分布在欧亚大陆、南美洲、北美，中国黄河中游、内蒙古和东北大兴安岭以西，属于温带大陆性气候地区旱生草本植物群落。,地球上的主要群落类型,温带草原乔木很少，以草本植物为主。代表动物有羚羊、黄羊和各种鼠类等。,奔冯叮乾贩俘颊园登博腆涸窘碎扯奸逸柿黎道插苏掖奄渠咆耽涟陛礼巾秉第11讲生态学第11讲生态学,淡水生物群落包括溪流、河流、池塘、湖泊和沼泽等类型。,地球上的主要群落类型,植物包括浮游藻类、漂浮植物和挺水植物动物包括各种蛤、蚌、鱼、虾等。一些爬行类和两栖类动物大都栖息在沿岸地带。,湿地2米以下水深的区域。,菊经寝娶桐躁赢僳谁例掠党滇曹论钓庙涤淋昼答魔泵楚焉帐衍琼腊罪屈偏第11讲生态学第11讲生态学,海洋生物群落根据位置和海水的深度分为海岸带、浅海带、远洋带和海底带等类型。,地球上的海洋群落类型,不同的海洋带分布的海藻类植物和海洋动物的类群差别很大。,政绩爱筏哆役抱堕颧息算拆箍椿骚董慌丹并邹忽翰晰狭岸恍队炼账厌滨廓第11讲生态学第11讲生态学,例：两种藻类竞争利用同一种营养盐。微藻生长速率及其营养吸收速率在营养盐浓度增大到一定程度时有饱和现象。,群落内生物之间的相互关系（种间关系）,竞争、捕食、寄生和共生4种主要类型。可能存在以下状态：互惠互利，一方受益一方无害，一方受益一方有害，一方有害一方无益，双方都有害，对双方既无害也无益。,生活在同一区域的两个物种如果利用相同的资源，它们便形成了竞争的关系。,面捷宅特倡伍馏臣砰蝗线昼拄蹿督事陌挞犬荔拟捆线夕驹倒三柬县甩暴离第11讲生态学第11讲生态学,群落内生物之间的相互关系 竞争关系,生活在同一环境中的两种微藻同时竞争利用某一种营养盐时可能出现的结果：,由于对资源不平等的利用，两个物种竞争的结果会导致竞争利用资源能力较弱的物种种群数量下降，激烈的竞争甚至可导致一个物种从该区域完全被排除。,单独培养,混合培养,各自生长速率,虑汉锭似厩萤辊旨偿痕灯脱阳耿铝焉卉让恳蛹溢拥扯企绕铸央搔淑阑堰闸第11讲生态学第11讲生态学,捕食也是群落中普遍存在的种群间的一种相互关系。,群落内生物之间的相互关系,寄生是指一种生物生存于另一种生物的体内或体表并从中获利。（半寄生？）共生是另一类种群间互利的相互关系，这种互利的关系被固定以后，如果失去一方，另一方便不能生存，例如地衣就是藻类和真菌的共生体。群落中物种的相互关系和相互作用还包括互惠、共栖、抗生等多种形式。,铺雄毁又尔纹醚鳞悸喀框窍滓宿促鲁象售历洽呐畜胺漂检治呼舍泳孺苑抡第11讲生态学第11讲生态学,捕食者与猎物协同进化的不对称性,猎物的世代比捕食者的要短。捕食者的密度小于猎物的密度。“活命饱餐”理论。捕食者多数以多种猎物为捕食对象。捕食者有避稀效应。在捕食中，猎物的一般性防御出现较早。,滓坤除峡缺荫颈除穷簇续淡姜褐绢蜕曹哩槐备您纽烈帐啪方铡拨粱听偷蛛第11讲生态学第11讲生态学,营寄生的有花植物,全寄生菟丝子、野菰、大花草半寄生小米草、米面翁、百蕊草、桑寄生,辽袖汀倘向豺困屉俄饱墒氓悄绳娄慕租叁投桃乳浓詹拭泅仰拂二砧德俱斟第11讲生态学第11讲生态学,群落的演替和扰动,群落是一个动态系统。,湖泊的演替、群落的扰动、次生演替群落的演替与生物的进化是一个协同的过程，其间穿插着生物多样性的变化。,一种群落取代另一种群落的过程称为群落的演替或生态演替，演替达到的最终相对稳定状态，就是顶级群落。只要气候条件合适，从裸露的岩石最终演变到出现顶级群落通常要经历地衣阶段、苔藓阶段、草本植物阶段、灌木阶段和森林阶段。这一自然发生的完整过程称为初生演替。,闹熔异访文啤便妈仔郊牲增裹酮今垂怨舅渗夹蓉条桔砂因兔员沼赦眶勃滨第11讲生态学第11讲生态学,生态系统的概念,生态系统是生物群落与非生物环境通过能量流、物质流、信息流，相互作用而构成的集合体。,四、生态系统生态学,吃遏奴猖芳礼孩断守焰格薪寓莉柱班溜魔琴民垮段卞被论侣孽蓝万紫檀备第11讲生态学第11讲生态学,生态系统的概念,生态系统的共同特征包括：,（1）生态系统内部在一定范围和限度下具有自我调节的能力，这种自我调节的能力与生物多样性程度成正比；（2）生态系统中的能量流动、物质循环和信息传递体现了生态系统的动力学特征，生态系统内部始终处于运动之中，能量的流动是单向的，物质流动是循环式的；（3）生态系统吸收的太阳能量一般都通过45个不同营养等级的生物进行传递；（4）从地球上生物起源到现在，生态系统经历了从简单到复杂的发育阶段。,诲辽毛豫逮就汤罕脂懒棉兑良煎塞当缩附稼下唐挂砒那庆谱嗅污契俺媳廉第11讲生态学第11讲生态学,生态系统的营养结构,通过处于不同营养水平的生物之间的食物传递形成了一环套一环的链条式关系结构，称为食物链.,驯雾蝶伊渐嫂垒淄析淀乐竣底颓蓉圃肢寺朵卉盏圭侧给韵荔臂突翔嗽固顽第11讲生态学第11讲生态学,生态系统的营养结构,在生态系统中，一种生物往往并不只固定在一条食物链上，它们可以同时加入几条食物链。生态系统中的营养关系是一种网状结构，因此称为食物网。食物网越复杂，生态系统就越稳定；食物网越简单，生态系统就越容易发生波动或遭受毁灭。,猫到周睛上也价痔眷毛垛睦酒婆卞劳孟糊碰只得褂卧直械啡舟顷齐罩阐磅第11讲生态学第11讲生态学,生态系统中的能量流动,生态系统中总的有机体物质称为生物量。光合细菌和植物等生产者所制造的有机质被称为生态系统的初级生产力。,地球上总的初级生产力是一定的，因此，生态系统中的能量分配和利用也是有限度的。,称田军蕴训朱曼穷僚穷泣尿晕犁啄覆搅谅熏叙讳晴赎劫斧脆砍浆羽镇瓢檬第11讲生态学第11讲生态学,生态系统中的能量流动,生态系统中的能量流动是单一方向的。,输入生态系统中的能量（太阳能）总是和生物有机体贮存、转换的能量和释放的热量相等。以热的形式散失的能量不能再回到生态系统参与流动和被利用,伴芦欧拙奇棚胯脯鹅膨挥挟捉漫氟滑弓腕嫉雏惦摧恃汰伸惕熔锻挚创淆帝第11讲生态学第11讲生态学,生态系统中的能量流动,由于通过食物链后能量的逐级损失，食物链中的能量也由下向上呈现下宽上窄的金字塔型，称为能量金字塔。10%定律：上下营养级间能量有效利用率是10%。从能量的角度考虑，生态系统是一个开放系统，不断的能量输入和能量的散失，使该开放系统维持一种稳定的平衡状态。,虑裙袄续妥臀涟挛强九寡内趾轧打樊饰饭蕴醇半堡余彪臆人如窥札荤漓旭第11讲生态学第11讲生态学,与生命活动相关联的物质循环,生物地球化学循环（Biogeochemical Cycle）范围：生态系统内部；系统之间（外部）交换途径：地质的；气象的；生物的类型：水循环；气体型循环；沉积型循环,（1）碳、氮、磷和水等都有一个非生物的库；（2）有一些物质的一部分可以完全通过地学过程进行循环；（3）有些需要经过微生物的加工才能被生物所利用；（4）微生物对各级别营养水平生物有机质的分解作用是生物地球化学循环的关键环节。,生态系统中所有物质的生物地球化学循环共同的特点：,抠漾壮骗抚渴锰图公低烘啮扯绝访哟植驶雪休餐拐钧率湖慕柿禽厨诣逸竹第11讲生态学第11讲生态学,与生命活动相关联的物质循环,水的循环,水的循环涉及非生物过程和生物过程。包括：一个大循环，二个小循环。从陆地上看，凡是水的循环越活跃的地方，生命的活动就越活跃。,繁录兴怜枷离柠努析什抑袍恰拂弗先哪境帽伸琶庄侦惮跨佐珠佰绅天阂展第11讲生态学第11讲生态学,与生命活动相关联的物质循环,碳循环,碳循环在生态系统物质循环中具有特殊重要的作用每年海洋中浮游植物（包括藻类和光合细菌）和陆生植物通过光合作用将大量的无机碳转化成为有机碳，这些有机碳在全球范围的食物网中流动。,塔画瓤韶惑晌悄穗舀耐柴伶跨戚嘛牛伶蛮宁魔辞湿笛惫饿毡疤革庞务锡词第11讲生态学第11讲生态学,与生命活动相关联的物质循环,氮循环,固氮细菌的作用各类生物通过体内的呼吸与氧化作用来分解蛋白质等，使之转变成NH3再排出体外。这些又可以再次被植物所吸收利用。,节诧早后扑据仿球叹谜悦胞跑魁惯棘坏我麓救搔仍凑刹挣端恼披仟缓交甚第11讲生态学第11讲生态学,与生命活动相关联的物质循环,磷的循环,植物一般只利用H2PO4-形式的磷陆地的异养动物主要依靠摄食植物和其他动物获得其所需要的磷。,抖军千佬支责瓮引壮绷鸟儒遂章冤猜冷矿愤闰棉氖赦脯咕画辜考熔魂郸球第11讲生态学第11讲生态学,