北师大环境工程概论讲义03生态系统与生命有机物.docx

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1、第三章生态系统与生命有机物3.1 Evolution:HowPopulationsChangeOverTime进化:种群随时间如何变化.NaturalSelection自然选择；TheKingdOmSoflife生命的界3.2 BiologicalCommunities生物群落Succession:HowCommunitiesChangeoverTime演替：群落随时间如何变化3.3 KeystoneSpecies关键物种3.4 InteractionsAmongOrganisms有机体之间相互关系3.5 Symbiosis共生现象Coevolution共同进化；Mutualism互利共生;C

2、ommensalism偏利共生Parasitism:TakingatAnother,sExpense寄生现象:牺牲他人利益3.6 Predation捕食3.7 Competition竞争3.8 TheEcologicalNiche生态小生境（生态位）生物群落的概念 生物群落可定义为在特定空间或特定生境下.具有一定的生物种类组成及其与环境之间彼此影响、相互作用，具有一定的外貌及结构，包括形态结构与营养结构，并具特定的功能的生物集合体。也可以说，一个生态系统中具生命的部分即生物群落.群落的基本特征（一）具有一定的外貌 一个群落中的植物个体，分别处于不同高度和密度，从而决定了群落的外部形态。在植物群

3、落中，通常由其生长类型决定其高级分类单位的特征，如森林、灌丛或草丛的类型。（二）具有一定的种类组成 每个群落都是由一定的植物、动物、微生物种群组成的。因此，种类组成是区别不同群落的首要特征。一个群落中种类成分的多少及每种个体的数量，是度量群落多样性的基础。（三）具有一定的群落结构 生物群落是生态系统的一个结构单元，它本身除具有一定的种类组成外，还具有一系列结构特点，包括形态结构、生态结构与营养结构。例如，生活型组成、种的分布格局、成层性、季相、捕食者和被食者的关系等。但其结构常常是松散的，不像一个有机体结构那样清晰，有人称之为松散结构。（四）形成群落环境 生物群落对其居住环境产生重大影响，并形

4、成群落环境。如森林中的环境与周围裸地就有很大的不同，包括光照、温度、湿度与土壤等都经过了生物群落的改造。即使生物非常稀疏的荒漠群落，对土壤等环境条件也有明显改变。（五）不同物种之间的相互影响 群落中的物种有规律的共处，即在有序状态下共存。诚然，生物群落是生物种群的集合体，但不是说一些种的任意组合便是一个群落。一个群落必须经过生物对环境的适应和生物种群之间的相互适应、相互竞争，形成具有一定外貌、种类组成和结构的集合体。（六）一定的动态特征生物群落是生态系统中具生命的部分，生命的特征是不停地运动，群落也是如此。其运动形式包括季节动态、年际动态、演替与演化。（七）一定的分布范围 任一群落分布在特定地

5、段或特定生境上，不同群落的生境和分布范围不同。无论从全球范围看还是从区域角度讲，不同生物群落都是按着一定的规律分布0（八）群落的边界特征 在自然条件下，有些群落具有明显的边界，可以清楚地加以区分；有的则不具有明显边界，而处于连续变化中。前者见于环境梯度变化较陡，或者环境梯度突然中断的情形。例如，地势变化较陡的山地的垂直带，陆地环境和水生环境的边界处（池塘、湖泊、岛屿等）。但两栖类（如蛙）常常在水生群落与陆地群落之间移动，使原来清晰的边界变得复杂。此外，火烧、虫害或人为干扰都可造成群落的边界。后者见于环境梯度连续缓慢变化的情形。大范围的变化如草甸草原和典型草原的过渡带，典型草原和荒漠草原的过渡带

6、等；小范围的如沿一缓坡而渐次出现的群落替代等。但在多数情况下，不同群落之间都存在过渡带，被称为群落交错区（ecotone）,并导致明显的边缘效应。植物群落种类组成（一）优势种和建群种 对群落的结构和群落环境的形成有明显控制作用的植物种称为优势种（dominantspecies）o它们通常是那些个体数量多、投影盖度大、生物量高、体积较大、生活能力较强，即优势皮较大的种。群落的不同层次可有各自的优势种，比如森林群落中，乔木层、灌木层、草本层和地被层分别存在各自的优势种，其中优势层的优势种（此处为乔木层）常称为建群种（edificator或constructivespecies） 如果群落中的建群种

7、只有一个，则称为“单优种群落”。如果县有两个或两个以上同等重要的建群种，就称为“共优种群落”或“共建种群落，热带森林，几乎全是共建种群落，北方森林和草原，则多为单优种群落，但有时也存在共优种，如由贝加尔针茅和羊草共建的草甸草原群落。 应该强调，生态学上的优势种对整个群落具有控制性影响，如果把群落中的优势种去除，必然导致群落性质和环境的变化；但若把非优势种去除，只会发生较小的或不显著的变化。因此，不仅要保护那些珍稀濒危植物，而且也要保护那些建群植物和优势植物，它们对生态系统的稳定起着举足轻重的作用。（二）亚优势种 亚优势种（SUbdc）minant）指个体数量与作用都次于优势种，但在决定群落性质

8、和控制群落环境方面仍起着一定作用的植物种。在复层群落中，它通常居于下层，如大针茅草原中的小半灌木冷蒿就是亚优势种。（三）伴生种 伴生种（COmPanionSPeCieS）为群落的常见种类，它与优势种相伴存在，但不起主要作用。（四）偶见种或稀见种 偶见种Sarepecies）是那些在群落中出现频率很低的种类，多半是由于种群本身数量稀少的缘故。偶见种可能偶然地由人们带人或随着某种条件的改变而侵人群落中，也可能是衰退中的残遗种。有些偶见种的出现具有生态指示意义，有的还可作为地方性特征种来看待。群落交错区与边缘效应 群落交错区又称生态交错区或生态过渡带，是两个或多个群落之间（或生态地带之间）的过渡区域

9、。例如，森林和草原之间有一森林草原地带；软海底与硬海底的两个海洋群落之间也存在过渡带；两个不同森林类型之间或两个草本群落之间也都存在交错区.因此，这种过渡带有的宽，有的窄；有的是逐渐过渡，有的变化突然.群落的边缘有的是持久性的，有的在不断变化. 群落交错区是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，在这里，群落中种的数目及一些种群密度比相邻群落大.群落交错区种的数目及一些种的密度增大的趋势称为边缘效应（edgeeffect）.在群落交错区往往包含两个重叠群蒋中所有的一些种以及交错区本身所特有的种，这是因为群落交错区的环境条件比较匏杂，能为不同生态类型的植物定居，从而为更多的动物提供食物、营巢和隐蔽条件

10、.SUCCeSSiOn演替:社区发展的过程,涉及到改变物种的序列。Pioneercommunity先驱群落:第一个生物（或开拓殖民地）一个殖民地区。Primarysuccession初级演替:生态演替的环境中,此前从未有人居住,最初没有土壤。Secondarysuccession次级演替:生态演替在以前居住环境中被暴露在某种类型的扰动,土壤已经存在。Climaxcommunity顶级群落：开始生态学家认为继承不可避免地导致一个稳定和持续的社区,如森林,称为顶极群落。KeystoneSpecies关键物种某些物种对生态系统的维护比别人更重要。这些物种，被称为关键物种，是重要的在确定整个生态系统，

11、结构和性质，其种类组成及其生态系统功能。其他种类的社区依赖或是由物种的影响。关键物种通常不会在生态系统最丰富的物种。虽然在相对较小的数字，目前，关键物种对整个生态系统的深刻的影响，因为他们往往影响可用量的食物，水，或其他一些资源。一个物种的一个例子是一个顶级捕食者比如灰狼。在狼被捕杀灭绝，鹿和其他草食动物的种群数量迅速增加。由于这些草食动物过度放牧的植被，许多植物物种无法容忍这样的放牧压力消失。许多小动物如昆虫也从生态系统失去了因为植物，他们依靠食品现在不丰富。因此，狼的消失导致生态系统相当少的生物多样性。Symbiosis共生现象共生是亲密的关系或关联的两个或多个物种的成员之间。通常，或另一

12、种的一种生活。一种共生关系共生的合作伙伴，为共生体，可能会从中受益，不受伤害，或被关系。MUtUaIiSm互利共生：一种共生关系，双方都受益。COmmenSaIiSm偏利共生：一种共生的关系中，一方的利益，另一方是不受影响的。Parasitism寄生：其中一个合伙人寄生虫获得营养的其他主机的共生关系的费用。Coevolution共同进化：两个相互作用的物种相互依存的演化。Predation捕食捕食是一种消费，另一个猎物，捕食者捕食者猎物。捕食包括动物吃其他动物吃植物和动物。捕食导致了“军备竞赛”，与进化的捕食策略更有效地捕获猎物的捕食策略的谨慎和更好的方式来逃避捕食者。一种食肉动物，捕食猎物施

13、加强大的选择力是更有效的，并随着时间的推移，猎物减少被捕获的概率。依次用猎物获得对策可能作为捕食者选择性强的力量。Competition竞争竞争发生在两个或两个以上个人试图使用的一个重要的公共资源如食物，水，住房，生活空间,或阳光。由于在环境资源往往是在有限的供应，以减少对个人提供给其他人的数量。如果在茂密的森林里的一棵树比周围高的树，它能够吸收更多的太阳光。不光是可附近的树木，都是由更高的树的阴影。在一个群体中个体之间的竞争可以发生（种内竞争）或不同的物种（种间竞争）TheEcologicalNiche生态小生境（生态位）两个近缘种不能生活在相同地方的例子很多，这从达尔文时代起就引起了人们的

14、注意。与此同时，达尔文认为，在某个种占有的生活场所内，有近缘种侵入时，则往往都是前者灭亡，并且认为这两个现象之间，有共同的机制在起作用。所谓共同机制，就是生存竞争在同一种内最激烈，其次是在同一属的近缘种之间近缘种围绕着共同的资源（食饵、空间等）而斗争，其结果是一方或双方种群的生长、生存、分布和增殖受到不良影响，称为种间竞争 在进化过程中，两个近缘种（有时为两个生态上接近的种类）的激烈竞争，从理论上讲有两个可能的发展方向，其一是一个种完全排挤掉另一个种；其二是其中一个种占有不同的空间（地理上分隔），捕食不同的食物（食性上的特化），或其他生态习性上的分隔（如活动时间分离），通称为生态隔离从而使两个

15、种之间形成平衡而共存.生态位理论 在生物群落中，若无任何竞争者和捕食者存在时，该物种所占据的全部空间的最大值，称为该物种的基础生态位， 当有竞争者时，必然使该物种只占据基础生态位的一部分。这一部分实有的生态位空间，称之为实际生态位。 由于竞争的排斥作用，生态位相似的两种生物不能在同一地方永久共存；否则，其生态位相似性必定是有限的，它们肯定在食性、栖息地或活动时间等某些方面有所不同，这就是竞争排斥原理。 竞争排斥原理说明，物种之间的生态位越接近，相互之间的竞争就越剧烈。分类上属于同一属的物种之间由于亲缘关系较接近因而具有较为相似的生态位，可以分布在不同的区域。如果它们分布在同一区域，必然由于竞争

16、而逐渐导致其生态位的分离，即竞争排斥导致亲缘种的生态分离。大多数生态系统具有许多不同生态位的物种，这些生态位不同的物种避免了相互之间的竞争，同时由于提供了多条的能量流动和物质循环途径而有助于生态系统的稳定性。但是，在许多动物之间，却存在着生态位重叠因而具有部分竞争。对于自然种群，符合竞争排斥原理的例子也很多。在太平洋的许多岛屿上都曾分布有缅鼠。后来，随着交通运输事业的发展，黑家鼠和褐家鼠也常随船只来到这些岛屿。由于“外来客”与“老住户，食性相近，彼此之间便出现激烈的竞争，结果，竞争能力较差的缅鼠被排挤而发生灭绝。还有另一个著名的例子。当东美灰松鼠进入到英国后，原产在大不列颠岛及其周围大部分地区的栗松鼠由于竞争而灭绝。这些例子说明外来种进入某地时，可能与当地生态位相似的物种发生竞争，这是引种工作所应重视的问题。竞争排斥原理对于养殖业也有指导意义。例如，青、草、鲤、崎四大家鱼由于相互之间的空间或食物生态位具有差别，因此可以混合养殖在同一水域，不会发生竞争导致抑制产量和降低经济效益。