高中生物竞赛-生态学 课件(共177张PPT) (1)

1、关于生态学的学习推荐教材：基础生态学 牛翠娟等主编生态学The economy of nature此外还可以参考孙濡泳老师的动物生态学原理关于生态学的学习 两点建议： 1、对于处于备考状态的高年级同学来说，课本的复习已经不再是当前学习的重点，现阶段主要通过题目练习，讲义串联知识点来丰富巩固知识。 2、对于高一刚开始接触生物学竞赛的同学，个人建议选取一本好的教材阅读，多记笔记，多进行总结，既是对知识的梳理，也对之后的复习提供依据。什么是生态学 关于生态学的定义不同生态学家有着不同的看法，在本课程的学习中，我们沿用生态学最初的定义 生态学作为一个学科名词，是由Haeckel在1866年首次提出的：

2、 生态学是研究生物体与周围环境相互关系。生态学的研究对象即关注内容（略） 生物体：生物体：生态学最基本的单位。生态学最基本的单位。在生物界没有更小的生态学单位，诸如，器官、细在生物界没有更小的生态学单位，诸如，器官、细胞或分子在环境中没有独立的生命。胞或分子在环境中没有独立的生命。 种群：种群：生活在一起的同类生物体。生活在一起的同类生物体。种群具有潜在的无限增长能力，其数量得以时时种群具有潜在的无限增长能力，其数量得以时时维持是由于新个体的出生替代了死亡个体。种群还具有个体所没有的其他特征，诸维持是由于新个体的出生替代了死亡个体。种群还具有个体所没有的其他特征，诸如，地理分布界限、密度、大小

3、和组成的变化。如，地理分布界限、密度、大小和组成的变化。 群落：群落：生活在同一地域的许多不同种类的种群。生活在同一地域的许多不同种类的种群。群落中的种群以不同的方式相互作群落中的种群以不同的方式相互作用。用。 生态系统：生态系统：生物体的集合与其物理和化学环境组成了生态系统生物体的集合与其物理和化学环境组成了生态系统，是大而复杂的生态，是大而复杂的生态学系统，包括成千上万生活在各种不同环境中的生物种类。学系统，包括成千上万生活在各种不同环境中的生物种类。 生物圈：生物圈：所有生态系统彼此联合成为生物圈所有生态系统彼此联合成为生物圈，包括地球上全部环境和生物体。在生，包括地球上全部环境和生物体

4、。在生物圈外部的一切，就是入射到地球表面的太阳光和宇宙的黑冷。物圈外部的一切，就是入射到地球表面的太阳光和宇宙的黑冷。个体生态学生物与环境一、基础概念 环境环境（environment）是指某一特定生物体或生物群体生活空间的外界自然条件的总和。 环境的概念是相对的大环境（地区、地球、宇宙）、小环境，其中小环境更为重要生态因子生态因子（ecological factor） 在环境因子中对生物生活起直接作用或其生长发育所必需的因子。在生态学中，将有机体生活和发育不可缺少的生态因子（食物、热、氧气等对于动物，CO2和水对于植物）称为生存条件生存条件（Existense Condition）。特定群落

5、的生态因子的总和（无机环境）称为生境生境（Habitat）。生态因子按不同的标准可进行不同的分类生态因子的作用特征：生态因子的作用特征：综合作用、主导因子、阶段性、直接与间接、不可替代与补偿性生态因子分类二、生态因子的分类属性非生物因子（Abiotic Factor）：温度、光、水、PH、氧等理化因子。生物因子（Biotic Factor）：同种和异种生物。性质气候因子（Climatic Factor）：非生物因子。土地因子（Edaphic Factor）：既包含生物因子， 又包含非生物因子。生物因子（Biotic Factor）：生物因子。人为因子（Anthropogenic Factor）

6、：生物因子。稳定因子：决定生物的栖居和分布。变动因子：周期性变动因子和无规律变动因子。分别影响分布和数量。稳定性是否种群数量有响应密度制约因子：密度制约因子：作用强度与种群密度相关，如食物、天敌，可起到调节种群数量的作用非密度制约因子：非密度制约因子：强度与密度无关一、基础概念 1、利利比希最小因子定律（比希最小因子定律（Liebigs law of minimum）低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。 （该该定律只在物质和能量的输入和输出处于平衡状态时定律只在物质和能量的输入和输出处于平衡状态时，才能，才能应用应用。且该定律未。且该定律未考虑生态因子的

7、补偿性）考虑生态因子的补偿性） 2、限制因子定律（限制因子定律（Law of limiting factors）（Blackman，1905） 任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子。 3、耐受耐受性定律（性定律（law of tolerance）（Shelford，1913） 任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存。一、基础概念 关于耐受性定理的进一步阐释： 生物的耐受范围因发育时期、季节、环境条件（生态因子）的不同而变化。繁殖期，幼体耐受范围低。 不同生物对同

8、一生态因子耐受幅不同。耐受性很宽的生物分布一般较广。 当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围可能随之缩小（例子见下张） 生物的实际耐受范围（生态耐受）几乎都比潜在的范围（生理耐受）狭窄。这可能是因为：在不利条件影响下，提高了对基础代谢生理调节的代价；生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平。 生物的耐受范围一般都有其低限、高限和最适点。但是，对于某一生态因子，在自然界生物常不在最适范围内的地方生活，而在不很适宜的地方生活，这可能是因为其它生态因子起着决定作用（例如竞争、捕食等）。一、基础概念 根据耐受性定律，生态学家发展出了生态幅的定义：每一种生物对每一种生态因子都

9、有一个耐受范围，即有一个生态上每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围即为生态幅。的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围即为生态幅。生态幅在生物不同时期是有变化的，一般而言繁殖期时的生态幅是最窄的。因此繁殖期往往为生物生存的临界期。生态幅由遗传决定，但可由驯化和生物自身调节（内稳态）来扩生态幅。一、基础概念生态幅的生态幅的“广广”与与“狭狭”生态幅的适应生态幅的适应二、生物对生态因子的适应适应的三种形式适应的三种形式形态结构（形态结构（发育反应（不可逆）发育反应（不可逆）生理（生理（结构上的（不可逆）与驯化结构上的（不可逆）与

10、驯化）行为适应（行为适应（最为复杂多样迷人（迁移、贮存、休眠）最为复杂多样迷人（迁移、贮存、休眠）火炬松蝗虫生物与光光对生物的影响主要体现在三个方面：光质、光强与光照周期光质、光强与光照周期 （一）（一）光质的变化光质的变化 1. 空间：高纬度，短波光少；高海拔，短波光多，紫外线影响植 物的生长和分布。 2.时间：季节，夏天短波光多， 冬天短波光少。 日，中午短波光多，早晚长波光多。 3.地貌：陆地，主要被植物的叶子吸收和反射。 水体，水体吸收和散射作用强，大部分红外线被吸收，红光在4m深的地方强度只有1%。紫蓝光散射（水色），绿光 深入水中。生物与光 （二）、光强度变化 太阳常数为1.94卡

11、/厘米2/分钟 (Cal/cm2/m) 1. 空间：高纬度，低强度；低纬度荒漠年平均光强200KCal/cm2，北极为120KCal/cm2。 高海拔，高强度；海拔1000米，入射光能的70，海平面为50。 坡向：南坡、平地和北坡强度越来越低。与坡度有关，不同纬度的最强光照的坡度不同。 2.时间：季节，夏天高强度；冬天强度低 日，中午强度最高； 早晚强度较低 3.生态系统：上层，强度大；下层，强度低。 （ 植物和水体都分层。清澈静止的水体15米深处，50衰减。根据光照强度将水体分为： 光亮带（euphotic zone）：光合作用大于等于代谢能。 弱光带（dysphotic zone）：光合作

12、用小于代谢能。 无光带（aphotic zone）：无光合作用）生物与光 （三）、光照周期(Photoperiod) 北半球：夏至最长，冬至最短。 南半球：相反 赤道：昼夜平分 两极：半年白天，半年黑夜。 生物与光（光质） 1. 植物：主要体现在光合作用的适应上 陆生植物主要吸收红光和蓝光，高山紫外抑制茎的伸长； 海水表层绿色植物也吸收红光和蓝光；海水深层红藻、紫菜等有效利用绿光。 2、 动物： 灵长类、鸟类、鱼类、节肢动物等都有很发达的色觉。 不同发育阶段对光质反应不同，如红光促进鸡的繁殖，抑制啄肛，短波光（蓝光）有助于生长。紫外光杀菌、促进VD的合成。 长波光是地球主要热量来源，对外温动物

13、代谢活动影响较大 鱼类对绿、蓝、红光比较敏感。生物与光（光强）形态方面形态方面：植物：向性生长、黄化现象。 动物：视觉器官的生长。弱光环境下动物视觉器官退化 （光强与视细胞？）（光强与视细胞？）生理方面：生理方面： 植物：光强与光合作用（光饱和点、光补偿点见下页） 动物：猫科动物瞳孔的调节。 行为方面：行为方面： 光照强度决定动物开始活动的时间。根据动物的活动时间将动物分为： 昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄类等； 夜行性动物：夜猴、蝙蝠、家鼠等。 鳖属夜行性，光照强度（10-3000lux）越低，摄食量越大，生长越快。 大麻哈鱼、鲽类等必须有一定的光照强度才能摄食。多数鸟类在光亮时活动，

14、但光照过强时也抑制其活动。生物与光（光强） 1. 陆生植物 （1） 不同种类： 阳地植物：光补偿点较高，光饱和点一般也较高，可利用强光，如杨、柳、桦等。 阴地植物：光饱和点较低，光补偿点一般较低，可有效利用弱光，如云杉、人参、三七等。 （2） 不同时期： 苗期和生育后期光饱和点较低，生长旺期光饱和点较高。 （3） 群体比单体更有效利用光。 2. 水生植物 只能生活在水体的透光带（1-数百米）。 特 征阳地植物叶阴地植物叶形态特征枝叶叶片角质层气孔栅栏组织稀疏较小发达较多发达茂 盛较大、薄不发达较 少不发达 生理特征 细胞汁液浓度蒸腾作用CO2补偿点的光强度光合作用的光饱和点RUPP羧化酶可溶性

15、蛋白（=酶）+ + +高高+ + + + + 低低+ + 生物与光（光周期）光周期主要影响、决定生物的节律行为光周期主要影响、决定生物的节律行为（昼夜节律与光周期现象）即使有些节律行为（昼夜节律最为典型）是内源性的（生物钟），但光周期也可作为定时因素将生物内源的拟昼夜节律与外部环境变化相统一。生物的光周期现象生物的光周期现象 指对日照长短的规律性变化的反应，这种现象在动植物中都很普遍，光周期作为一种引发要素引起了生物的一系列反应为什么是光？ 因为光变化最稳定，最规律生物与光（光周期） 1. 植物：光周期影响植物的生长发育和繁殖 根据其开花与光照周期的关系，将植物分为： 长日照植物：日照时间超过

16、一定数值（因种而异）才能开花。如冬小 麦、油菜、萝卜。 短日照植物：日照时间少于一定数值（因种而异）才能开花。如玉米、大豆、烟草、棉、麻等。 日中性植物：光照时间与开花无关。如黄瓜、番茄、蒲公英等。 中日性植物：昼夜长度接近相等时才开花。仅少数热带植物 （时令花卉的培育采用的技术之一就是人工限光、补光）生物与光（光周期） 动物：光周期对动物的影响表现在以下几个方面： （1 1）决定动物的迁徙、迁移或洄游的时间）决定动物的迁徙、迁移或洄游的时间； （2 2）影响鸟兽换羽、毛（短光照、限食、限水）影响鸟兽换羽、毛（短光照、限食、限水）； （3 3）影响动物的生殖）影响动物的生殖时间（通过下丘脑影响

17、激素水平）。时间（通过下丘脑影响激素水平）。 长日照动物：春季繁殖（田鼠，刺猬等） 短日照动物：冬季交配，但由于孕期长，实际为春夏繁殖（羊，鹿等） （4 4）影响动物的冬眠和滞育（常与温度有关）。）影响动物的冬眠和滞育（常与温度有关）。 生物与光 例题： 15.（2011全国卷72）下列有关生物对光有多种适应方式的说法中，正确的是： （ 2分） A海洋潮间带绿藻、褐藻、红藻等不同藻类的分布反映了其对光照强度的适应 B昼行性动物与夜行性动物的不同反映了动物对光周期的适应 C昆虫滞育通常是由光周期决定的 D鸟类换羽是由日照长度的变化诱导的生物与温度 一、温度分布的主要决定因素 地球上的温度取决于该

18、地区的太阳辐射（与其地区有关）和地貌。 太阳辐射： 赤道辐射强度最大，温度最高。 高纬度地区，太阳入射的角度较大，单位辐射面积较大，太阳光穿透大气层的厚度较大，单位面积辐射强度小，温度低。 两极地区的太阳辐射仅为赤道的40，温度最低。 高海拔地区，太阳辐射较强，但由于风的作用，热散失快，所以温度较低。生物与温度 2. 地貌： 陆地吸热和散热均较快，温度变化大（年、昼夜） 海洋吸热和散热均较慢，温度变化小（年、昼夜） 地貌在其他方面也会影响温度。秦岭、南陵作为不同生物带的分界线。封闭谷底与盆地常形成逆温（下冷上热）现象（夜晚冷气团下沉造成。 在温带地区，水体温度往往成层，且四季有差异。这对于湖泊

19、生态系统的生产力变化有重大影响。 （以淡水为例，夏季分层，上层热，下层冷，中层变化大；秋季环流，冬季上层0，下层4；秋季风力环流。）生物与温度 温度影响生物发育：有效积温法则温度影响生物发育：有效积温法则 （1）概念： 植物和某些变温动物完成某一发育阶段所需总热量（有效积温）是一个常数。 K=N*T (式中K为有效积温，N为发育时间，T为平均温度) 生物都有一个发育的起点温度（发育阈温度或生物学零度C），所以，应对平均温度进行修饰。上式变为： K=N*(T-C) 或 T=C+K/N, 温度T与发育时间N呈双曲线关系，由于发育速度V=1/N, 所以， T=C+KV，温度与发育速度呈线性关系生物与

20、温度 （2）有效积温法则的应用： 预测生物发生的时代数； 预测生物地理分布的北界，全年有效积温大于K； 预测害虫来年发生程度 推算生物的年发生历； 据此制定农业气候规划，合理安排作物，预报农时。 （1） 局限性： 有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的，变温下昆虫发育较快。 温度和发育速度的关系为S型，而非直线型。 生物的生长还受温度外其他因素的影响，如长日照促进小麦发育。 不能用于休眠、滞育生物的时代数计算。 生物与温度 极端温度： （1）低温：温度低于一定的数值，生物会因低温而受害，该值称为临界温度。低于临界温度生物受冷害；低于0受冻害（生物体内形成冰晶）(霜害)。 （2）高温：生物呼吸加

21、强，多因体液不平衡所致（缺水、代谢物积累、蛋白质凝固）。 植物：光合作用下降；呼吸作用加强；水分代谢不平衡；代谢物积累；蛋白质凝固。 动物：呼吸作用加强；排泄失调；蛋白质凝固，酶失活；神经麻痹。生物与温度 生物的适应： 植物对低温的适应：植物对低温的适应： 形态上：形态上：叶片表面有油类物质；芽具鳞片；体表具蜡粉和密毛；矮小。 生理上：生理上：水分降低，糖、脂、色素增加，以降低细胞冰点；吸收光谱增宽，能吸收红 外线。 植物对高温植物对高温的适应：的适应： 形态上形态上：某些植物生有密绒毛和鳞片，体呈白色，可反射部分光线；叶片垂直排列； 木栓层厚 生理上：生理上：含水少，糖、盐浓度高；蒸腾作用旺

22、盛。生物与温度 动物对低温的适应： 形态上：形态上：皮下脂肪增厚、增加羽、毛的厚度。外温动物增加色素。 贝格曼规律贝格曼规律：恒温动物在寒冷地区个体较大（使单位体重热散失减少） 阿伦规律：阿伦规律：恒温动物在寒冷环境中突出部位（耳、四肢、尾）有变短的趋 势。（北极狐、赤狐和大耳狐） 生物与温度 动物对低温的适应： 生理上生理上：1、增加产热：提高基础代谢率和非颤抖性产热。在暴冷环境下还可通过颤 抖发热。 非颤抖性产热主要存在于小型哺乳类的褐色脂肪和鸟类的肌肉组织。 2、局部异温性：通过逆流热交换减少体表热散失。 行为上：行为上：外温动物、异温动物的冬眠。迁徙，与动物集群（集群可改变小生境）生物

23、与温度 动物对高温的适应： 形态上：形态上：皮毛在一定程度上可以隔热，夏季毛色变浅 生理上：生理上：适当放松恒温性，增强对高体温的耐受性。 行为上：行为上：夜出加穴居，黄鼠将身体贴到凉的洞穴壁上，利用传导增加散热 夏眠或夏季滞育生物与温度 4. 温度与动物寿命的关系： 变温动物在较冷环境中寿命较长，恒温动物在最适温度寿命较长。 某一特定温度下生殖力最强。一般在最适温度以下。6(2001全国卷26)以下关于动物对温度的适应的说法正确的是A.在低温条件下，变温动物的寿命较长，随着温度的增高，其平均寿命缩短 B.温暖地区，变温动物完成发育史比在冷的地区为慢 C.常温动物在低温下保持恒定的体温，而变温

24、动物的体温随环境温度的升高而有相应的变化 D. 温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度生物与水分 1、水是生物生活和生存的必要条件，陆生生物保水是第一性的，水生生物不能离开水，还有调节渗透压的问题。高温、低温、盐胁迫在分子层面上都汇聚到渗透胁迫之上。高温、低温、盐胁迫在分子层面上都汇聚到渗透胁迫之上。 2、水的粘滞性大，水生动物的运动阻力大，浮力也大 植物借其浮力而不下沉，有的具有充满气体的球形物；单细胞浮游植物含油滴。鱼类利用脂肪、减少骨骼和盐分、充气的鳔等增加浮力。以流线体型快速运动。因浮力大，水生动物体型也大 3、水与生物的呼吸 水含氧量低、粘滞性大。 植物有发达的通气系统，叶

25、片薄、带状。与陆生动物相比，水生动物呼吸耗能大。生物与水分 水生生物的渗透压适应。 水生植物：一般与环境等渗，无调节问题。 沿海沼泽的红树林生物面临高渗环境。主要是生理适应：提高小分子物质浓度 提高渗透压，根部向外排盐，降低蒸腾。 水生动物： 淡水变形虫，淡水变形虫，处于低渗环境，有伸缩泡排水，而海洋生物则无（动物学知识） 两栖类：两栖类：淡水中皮肤取盐，肾排稀尿，水渗透进入体内 陆地上，皮肤从潮湿环境中渗透吸水，若失水，膀胱上皮重吸收 盐水两栖，使机体高渗，被动吸水，拒绝喝水引入盐分生物与水分 水生生物的渗透压适应。 鱼类的渗透压调节：淡水鱼：淡水鱼： 体内高渗、体外低渗；大量排低渗尿，维持

26、水平衡。丢失的溶质从食物中获得海洋硬骨鱼：海洋硬骨鱼：体内低渗、体外高渗；吞海水，补充水；少排尿，节约水；多余盐，从 鳃排。海洋软骨鱼：海洋软骨鱼：内外等渗；靠尿素等特殊物质维持体内高渗。由于尿素有毒，需要氧化三甲 胺的存在广盐性洄游鱼类广盐性洄游鱼类：淡水硬骨鱼+海洋硬骨鱼等渗动物：等渗动物：海洋无脊椎动物，如海胆、贻贝。不需海洋无脊椎动物，如海胆、贻贝。不需调节。调节。高渗动物：高渗动物：（排除多余的水并吸收离子）海月水母（排除多余的水并吸收离子）海月水母、枪乌贼、龙虾等，以排泄器官排除多余的水。海、枪乌贼、龙虾等，以排泄器官排除多余的水。海洋软骨鱼，肾脏排稀尿，直肠腺调节离子。洋软骨鱼，

27、肾脏排稀尿，直肠腺调节离子。低渗动物：低渗动物：（摄取水分并排出离子）海洋硬骨鱼，（摄取水分并排出离子）海洋硬骨鱼，大量饮水，以排泄器官和盐腺排出溶质。大量饮水，以排泄器官和盐腺排出溶质。其他海洋动物其他海洋动物：爬行动物具盐腺（鼻、侧鼻、舌下：爬行动物具盐腺（鼻、侧鼻、舌下、围眶腺），海鸟具鼻腺，海兽排高浓度的尿。、围眶腺），海鸟具鼻腺，海兽排高浓度的尿。 淡水动物均为高渗，排泄器官排淡水动物均为高渗，排泄器官排稀尿，摄取食物和通过鳃吸收钠等稀尿，摄取食物和通过鳃吸收钠等离子以补充溶质。离子以补充溶质。生物与水分 陆生生物对水分的适应 保水是陆生生物的主要任务之一！ 植物：植物： 形态上：形

28、态上：具细毛、棘刺（散热、遮光）、蜡质表皮； 生理上：生理上：气门可自动开关，气孔陷于叶中（调节蒸腾） 摄CO2快速（生化）、转化储存，晚上行光合作用。（调节光合C4与景天酸 途径）生物与水分 动物： 形态上：形态上：节肢动物体表角质层及蜡纸层、爬行动物体表的鳞片、昆虫气孔的开放与 关闭、多数陆生动物呼吸道长，呼吸具有逆流交换（降温冷却）的机理等。 羊膜卵！（联系动物学上与登陆相关的知识） 生理上：生理上：亨利氏袢越长（相应肾脏髓质越厚），尿浓缩越高；排泄物为尿素和尿酸 鸟类、爬行类的大肠和泄殖腔以及昆虫的直肠有重吸水的作用。 提高对高体温的耐受，降低蒸发散热也是一种保水机制。 行为上：行为上

29、：夏眠、滞育、昼伏夜出（一般与高温联系在一起）适应组合（adaptive suites） 生物对一组特定环境条件的适应表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应组合。1. 植物的适应组合（以沙漠环境为例） 常绿植物表皮增厚、减少气孔数目、形成卷叶等适应干旱环境，对于沙漠环境是不够的，最耐旱的肉质植物将雨季吸收的（大量水分储存在根、茎、叶中，同时它仅在晚间打开气孔，并吸收环境中的CO2，合成有机酸储存在组织中，白天有机酸脱羧将CO2释放出来，供低水平光合作用使用。2. 动物的适应组合（以沙漠环境为例） 骆驼清晨取食有露水的植物嫩枝叶或多汁的植物获得必需的水分，尿浓缩减少水损失；驼峰和体腔中储

30、存脂肪，代谢时可产生代谢水；白天体温升高减缓吸热过程，晚上散热时，皮下脂肪转移到驼峰中，加快散热，体温变化减少出汗失水；骆驼一次饮水量大。种群生态学种群动态与生活史对策基本概念 种群种群是指在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合 空间特征空间特征: :一定的分布区域 数量特征：数量特征：种群密度是随时间变动的 遗传特征：遗传特征：种群具有一个基因库，库与库之间存在（一定程度）隔离，库内可以交 流 种群是物种存在的基本单位，是生物进化的基本单位，是群落组成的基本单位。种群动态（种群生态学的核心问题） 种群密度 绝对密度：绝对密度： 1.总量调查：对一个区域内的种群的所有个体进行统计调查。（

31、大型哺乳类的调查） 2.取样调查：样方法、标记重捕法、去除取样法。 相对密度相对密度：能获得表示种群数量高低的相对指标。 1.直接数量指标：捕获率 、遇见率 2.间接数量指标：粪堆数（多利用此估算大、中型狩猎动物如：兔、鹿等。）、鸣叫次数（一般是针对鸟类）、毛皮收购记录（适用于产毛皮的动物）、单位渔努力的捕捞鱼数量或生物量（适用于常见的能捕获的鱼类）。种群密度调查 非洲恩格仑格罗火山口的狮子， 吻部须毛的排列方式可以进行个体识别。 通过收集游客的照片， 理清种群在不同时段的变化情况。总数量统计种群密度调查 样方法：样方法： 1 样方必须具备代表性， 可以随机取样。 2 样方面积达到全部面积的一

32、定比例3 样方可以均匀分布或者随机分布 不同物种采取的方法不同 植物：样方法 兽类： 样线法 鸟类： 样点法（栖息地： 分层） 通过面积物种曲线来确定最小样方面积（在此面积里面， 群落的组成得以充分表现（ Ellenberg， 1974）即样方应具备代表性。即样方应具备代表性。组成群落的种类越丰富，其最小面积越大。组成群落的种类越丰富，其最小面积越大。如我国云南西双版纳的热带雨林热带雨林，最小面积为2500M2，北方针叶林北方针叶林为400 M2，落叶落叶阔叶林阔叶林为100 M2，草原灌丛草原灌丛为25100 M2，草原草原为14 M2。 种群密度调查 标记重捕法：标记重捕法：用于不断移动位

33、置直接记数很困难的动物。在调查样地上，随机捕获一部分个体进行标记后释放，经一定期限后重捕。 原理：原理： N : M = n : m 其中M：标记个体数 n：重捕个体数 m：重捕样中标记数 N：样地上个体总数。 这个方法最早由林肯提出，因此又被称作林肯指数法，又被称作皮特森法 标志重捕法的基本假设：标志重捕法的基本假设： 1、目标种群在抽样期间没有出生, 死亡, 迁入与迁出 2、标记在第二次捕捉时不被丢失; 3、标记的个体不应比未标记的个体承受更高的死亡率; 4、标记的和未标记的个体能混合自如, 其空间分布是一样的 5、在第二次捕捉中, 所有个体, 标记的和未标记的, 被捕捉的概率相等种群密度

34、调查相对密度 A 直接数量指标-捕捉 trapping1、夹日法： 在同一生境中， 沿直线或方格布夹100个， 或用其他方案进行捕鼠， 将结果用捕获百分率表示。 2、红外相机捕捉技术 间接数量指标（将间接动物指标转换为直接数量指标,一定要慎之又慎!）举例：粪堆计数 两天后， 新增加粪队数量100堆/公顷， 根据直接观察，每鹿每天排便5堆， 则鹿的密度为：100 堆/公顷5 堆/鹿 天2 天 =10 鹿/公顷（绝对密度）种群统计参数Population densityNatality（出生率）Mortality（死亡率）Immigration （迁入率）Emigration（迁出率）初级种群参数

35、 出生率的高低决定于、性成熟的速度；每次繁殖子代数与繁殖次数等因素相关，分为最大出生率和实际出生率。死亡率：死亡率： 最低死亡率：生物活到了生理寿命才死亡。 生态死亡率：种群在特定环境条件下，各个个体的平均实际寿命。种群统计参数 年龄、时期结构年龄、时期结构（某一特定年龄（时期）群对整个种群的比例）年龄椎体可分为金字塔型、钟形和壶状椎体性比：性比：雌雄个体的比例，常见为1:1 种群出生性比雄雌，老年时期常雄雌（由于生理与行为差异造成的） 例外情况：营孤雌生殖的种群（蚜虫、轮虫）生命表生命表、存活曲线和种群增长、存活曲线和种群增长率率 种群统计的核心是建立反映种群全生活史的各年龄组或生活态级出生

36、率、死亡率，甚至包括迁移率在内的信息综合表。常用的方式便是根据种群死亡过程编制生命表。 x：年龄级 nx: 在x龄级开始时的存活个体数 lx : 在x龄级开始时的标准化的存活个体数 dx : 从x到x+1期标准化的死亡个体数 qx : 从x到x+1期的死亡数 ex : x期开始时的平均期望寿命或平均余年 Lx : 从x到x+1龄期的平均存活个体数 Tx : 龄期x及其以上各年龄级的个体存活总年数A A，图解生命表，图解生命表Begon和Mortimer在1976年专为高等植物设计的一种图解生命表成熟植株Nt成熟植株Nt+1时间：t时间：t+1种子（ Nt F）种子（ Nt F g）Fgep存活

37、率生殖Nt+1 =（ Nt F g e ）+(Nt p)生命表生命表的的类型类型同生群生命表（同生群生命表（cohort life tablecohort life table）统计的对象是同期出生的同龄个体群。属于动态生命表。年龄级 (每龄3个月) x存活数（每一季的）ax存活数(标准化)lx死亡数(标准化)dx死亡率qx亏损度Kxlg ax-lg ax+1该龄级的单株平均种子数Bx01234567884372252731614454153010008576253751716417.53.56014323225020410746.214.243.560.1430.2710.4000.5440

38、.6260.7220.8001.0000.0670.1370.2220.3420.4260.5560.6990300620430210603010早熟禾的同生群生命表特定时间生命表（特定时间生命表（time specific life tabletime specific life table）在同一时间内，用收集到的植物样地内一个种群所有个体的年龄数据编制而成的生命表。属于静态生命表。xlxdxqxLxTxexaxkx1510152025303510003111111997200000099771460646373790501211111050653321100.52.04.63.93.12

39、.31.40.5674241755047444138355.9541.2530.0620.0660.0710.0760.0823.555云杉种群静态生命表存活曲线存活曲线 存活曲线可以直观地表达同生群的存活过程。以lgnx栏对x作图即可得存活曲线。存活曲线有三种类型：A，I型：曲线凸型（多见于K对策，特例： 一年生植物）B，II型：曲线呈对角线型（多见于鸟类）C，III型：曲线凹型种群数量动态0NNtt世代不重叠，资源无限、与密度无关为周限增长率种群数量动态1，Malthus方程（世代重叠）资源无限，与密度无关rNNdbdtdN ）（rtteNN0 re 若初始种群N0=100，r为0.5，则

40、一年后的种群数量为？两年后、三年后呢？种群数量动态logistic增长增长 假设环境中的空间和资源是无限的，某一种群会表现出指数增长，增长曲线为“J”型。指数增长是在无限环境中表现出来的，而自然界的环境总是有限的，任何种群不可能长期表现为指数增长。所以，指数增长只能在短期内表现出来。在空间和资源都有限的情况下，种群的增长表现为S S型，这样的增长称为逻辑斯谛增长。 其假设条件为：其假设条件为： A. 种群增长有一个环境条件所允许的最大值，称为环境容量或承载力，记作环境容量或承载力，记作K。当种群大小增至K时，种群不再增长。 B. 随着种群密度上升，种群增长率逐渐按比例降低，即每增加一个个体的影

41、响是每增加一个个体的影响是1/K（种群增长受密度的制约（种群增长受密度的制约）。种群数量动态logistic增长增长)1(KNrNdtdN与指数方程相比，该方程新增添了一个因子(K-N)/K，它是瞬时增长率r的修正因子，随密度增加，r按比例下降。修正项(K-N)/K所代表的生物学含义是“剩余空间剩余空间”或称“未利用的增长机会”。N每增加1，密度对种群增长的抑制效应就增加1/K，因此，将这种抑制性影响称为拥挤效应（环境阻力）。拥挤效应（环境阻力）。 在种群增长早期，逻辑斯在种群增长早期，逻辑斯谛增长与指数增长相差不谛增长与指数增长相差不多，种群数目多，种群数目N N很小，很小，（1-N/K1-

42、N/K）接近于）接近于1 1，所以，所以密度抑制效应可忽略不计。密度抑制效应可忽略不计。 随着种群密度增高，密度随着种群密度增高，密度抑制效应增加，直到当抑制效应增加，直到当N=KN=K时，种群就停止增长。时，种群就停止增长。种群达到稳定平衡状态。种群达到稳定平衡状态。J J型和型和S S型增长曲线的比较：型增长曲线的比较：模型的特点：模型的特点：nS型增长曲线型增长曲线n划分为五个时期：划分为五个时期： 开始期，开始期，个体数很少，个体数很少，增长缓慢；增长缓慢； 加速期，加速期，随个体数增随个体数增加，增长逐渐加快；加，增长逐渐加快； 转折期，转折期，当个体数达当个体数达 K/2K/2时，

43、增长最快；时，增长最快； 减速期，减速期，个体数超过个体数超过 K/2K/2以后，增长逐渐变慢以后，增长逐渐变慢 饱和期，饱和期，个体数达到个体数达到 K K值而饱和。值而饱和。 种群数量动态logistic增长增长 逻辑斯蒂模型的应用逻辑斯蒂模型的应用 根据逻辑斯谛模型,当种群数量Nt=K/2时,种群增长速度（单位时间增加的个体数）最快,此时种群的增长速度为： dN/dt=d(K/2)/dt=r(K/2)K-(K/2)/K =rK/2(1/2)=rK/4=MSY 因此我们定义,最大可持续收获量(MSY)等于rK/4. 例如例如,生活于南极的蓝温鲸生活于南极的蓝温鲸,环境容环境容纳量纳量(K)

44、为为150000头头,种群增长率种群增长率(r)为为0.053头头/头年头年,那么那么,种群增长最快时种群增长最快时的种群数量为的种群数量为: NMSY=K/2=150000/2=75000头头 最大可持续收获量：最大可持续收获量： MSY=rK/4=(1500000.053)/4=2000头头/年年 即即,在种群数量在种群数量75000头时头时,捕捞约捕捞约2.7%(2000头头)最适宜。大于最适宜。大于NMSY可多可多捕捕,少于少于NMSY 要少捕。要少捕。自然种群数量动态 1、波动： 环境的随机变化（影响K值）、时滞或称为延缓的密度制约与过度补偿性密度制约 （N超过K而发生的波动） 2、

45、爆发： 具不规则或周期性波动的生物都可能出现种群的爆发。 虫害、鼠害、赤潮等 3、种群的衰落与绝灭 最小可存活种群 4、生物入侵 引入、入侵（适应）、定居、传播。种群动态的调节 1，外源性种群调节理论 非密度制约的气候学派 气候决定种群密度（昆虫） 密度制约的生物学派 捕食、寄生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用 2、内源性种群调节理论 行为调节 温-爱德华（Wyune-Edwards）学说 与社会等级、领域行为相关 内分泌调节克里斯琴（Christian）学说 密度过大影响内分泌，影响生殖与生长 遗传调节奇蒂（Chitty）学说种群分布格局 关于景观生态学： 狭义景观：狭义景观： 在几十至

46、几百千米范围内， 由不同类型的生态系统所组成的、 具有重复性格 局的异质性地理单元异质性地理单元。广义景观广义景观： 从微观到宏观不同尺度上的、 具有具有 异质性或异质性或斑块性斑块性的空间单元。 景观生态学景观生态学： 研究相关景观系统的相互作用、 空间组织和相互关系的一门学科，即研究 由相互作用的相互作用的生态系统生态系统组成的异质异质地表的结构、 功能和动态。 强调空间格 局、 生态过程和尺度之间的相互作用。 景观三要素： 斑块斑块： 泛指与周围的环境在外貌或性质上不同， 并具有一定内部均质性的空间单元。 基质基质 : 景观中分布最广、 连续性最大的背景结构。 廊道廊道： 景观中与相邻两

47、边环境不同的线性或带状结构种群分布格局 种群的分布型种群分布格局随机分布 比较罕见， 只有当环境资源均一、环境资源均一、 资源在全年分配平均、资源在全年分配平均、 种群内的成员间的相互作用并不导致任何形式的吸引或排斥。种群内的成员间的相互作用并不导致任何形式的吸引或排斥。 森林底层的某些无脊椎动物 一些特殊的蜘蛛 纽芬兰中部冬季的驼鹿 某些森林树种。以及入侵新环境后的植物分布种群分布格局均匀分布种内竞争与人为安排的结果见于某些自毒生物，繁殖期鸟类的窝穴分布均是由于激烈的种内斗争形成的。种群分布格局集群分布 最为常见的分布类型： 社会结构 资源的集团分布 动物亲子关系 植物营养繁殖或种子缺乏扩散

48、机制种群分布格局的计算 方法很多，只需掌握最简单的。 分布型指数 I=方差/均值 I=1 ， 随机分布 I1 ， 集群分布种群分布格局异质景观的分布 种群结构模型 集合种群模型源-汇模型景观模型 基本要点： 斑块镶嵌的栖息地 亚种群生活在适宜的同质栖息地 亚种群间以不利栖息地相隔离 亚种群间的种群动态取决于个体迁移能力种群分布格局经典集合种群 1，适宜的生境以离散斑块形式存在，这些离散斑块可被繁育种群（local breeding populations）占据。 2，即使是最大的局域种群也有灭绝风险的存在。否则，集合种群将会因最大局域种群的永不灭绝而可以一直存在下去，从而形成大陆岛屿集合种群（

49、能灭绝能灭绝）。 3，生境斑块不可过于隔离而阻碍了重新侵占的发生（能迁移能迁移）。 4，各个局域种群的动态不能完全同步。如果完全同步，那么集合种群不会比灭绝风险最小的局域种群续存更长的时间（非同步非同步）。大量的大小相同的离散生境斑块。 斑块相互间通过迁移被程度相同地连接在一起。 斑块只分为占领和未被占领两种。 所有种群有恒定的灭绝风险。 侵占率与当前被占领的斑块（侵占者之源）侵占率与当前被占领的斑块（侵占者之源）比例比例P及当前及当前 未被未被 占领的斑块（侵占目标）占领的斑块（侵占目标）比例（比例（1P）成正比。）成正比。基本条件Levins的模型的模型种群分布格局经典集合种群则则P的变化

50、速率为：的变化速率为：ePPcPdtdP)1 (式中c和e分别为侵占和灭绝参数。P的平衡值为：的平衡值为：ceP1 所以，在平衡状态时被占领的生境斑块比例将随e/c比值的减少而上升。只要只要e/c1，集合种群将能持续存在下去。，集合种群将能持续存在下去。种群灭绝的风险随斑块面积的增大而减小，侵占的概率随生境斑块平均隔离度的增加而减小。种群分布格局源汇模型 强调栖息地质量造成的差异。 Source（源源不断） ：栖息地质量高， 多余后代迁出 Sink （无底洞） ： 栖息地质量低， 新生后代少于死亡个体数，靠迁入维持种群种群分布格局景观模型 考虑到栖息地内基质基质的差异效应 基质是分布最广泛、

51、连接性最高、 在景观中起控制作用的景观元素。控制景观动态是本底的最根本特征。 基质的特性互相影响： 资源， 病源；迁移路线的选择等生活史对策 各种生物所特有的生活史（生物从其出生到死亡所经历的全部过程。包括出生率、寿命、大小和存活率等）被视为进化过程中获得的生存对策-进化对策。该对策称为生态对策或生活史对策。 生态对策包括生殖对策、取食对策、逃避捕食对策、扩散对策生态对策包括生殖对策、取食对策、逃避捕食对策、扩散对策等多种对策。等多种对策。生活史对策 1）能量分配与权衡能量分配与权衡（能量是有限的） 生长于繁殖，单次与多次、小而多与大而少 2）体型效应体型效应 物种个体体型大小与其寿命有很强的

52、正相关关系，并与内禀增长率有同样强的负相关关系。 3）生殖对策生殖对策 r选择与选择与K选择，生活史快端与慢端。选择，生活史快端与慢端。项目（特征） r-选择（对策）者 （鼠） K-选择（对策）者 （象） 1.寿命 2.出生率 3.体型 4.存活率 5.密度 6. 对 子 代 投资 7.能量分配 8.迁移能力 9.发育速度 10 适应环境 11.种 群 增 长曲线 短，常小于 1 年 高，rm 高，提早生育，平均世代长度短 小，种间竞争能力弱 低，C 型 存活 曲线 ，死亡多因环境引起 不稳定，常低于 K 少 ， 缺 乏 抚育 和 保 护 机制 较 多 地 用 于繁 殖 器 官 ，以量取胜 强

53、，适于扩散 快 多 变 ， 不 确定 的 环 境 ，自然反应时间短 平 衡 点 不 稳定 ， 种 群 数量剧烈波动 长，常大于 1 年 低，rm 低， 延迟生育 ，平均世代长度长 大，种间竞争能力强 高，A， B 型存活曲线，死亡多因密度引起 稳定，常在 K 附近 大，具完善的抚育和保护机制 较多地用于提高适应、竞争能力，以质取胜 弱，不易占领新的生境 慢 稳定的、较确定的环境，自然反应时间长 有一个稳定的平衡点，并接近 K，受扰动可恢复，扰动过大，趋于消亡。 r/K选择生活史快慢连续谱群落生态学种间关系与群落结构种内与种间关系 一、种内竞争 1、密度效应 1）最后产量衡值法则（）最后产量衡值

54、法则（law of constant final yield）：）：不管不管初始播种密度如何，在一定范围初始播种密度如何，在一定范围内，当条件内，当条件相同时相同时，植物的最后产量差不多总是一样的。，植物的最后产量差不多总是一样的。 最后产量衡值法则可表示为：Y= d = Ki 原因：在高密度环境下，竞争激烈，资源有限的情况下个体变小2）3/2自疏法则自疏法则 W = C d-3/2 两边取对数得： lg = lgC 3/2lgd WW密度与生物个体大小种内与种间关系 一、种内竞争一、种内竞争 2、婚配制度 3、社会等级 4、他感作用（异株克生）：通常指一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物

55、质，对其它植物产生直接或间接的影响。 （植物分泌抑制性物质，带卡巴粒的草履虫等等。）种间关系竞争 1、竞争：是指两物种或更多物种共同利用同样同样的有限有限资源时而产生的相互竞争作用。 竞争排斥原理竞争排斥原理（Principle of competitive exclusion） 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，也即完全的竞争者不能共存。完全的竞争者不能共存。 竞争的特点：不对称性（一方付出的代价要更大，因此导致了排除） 共轭性（一种资源的竞争对其他资源的竞争产生影响）利用性竞争 （通过资源）干扰性竞争 （个体作用） 竞争的类型竞争的类

56、型种间关系竞争 生态位生态位（niche）：指物种在生物群落或生态系统中）：指物种在生物群落或生态系统中占据占据的地位和角色的地位和角色。 由Grinell 在1917年最早提出（空间生态位），Elton在1927年再定义（营养生态位），Hutchinson提出n-维生态位的概念（功能生态位） 基础生态位：物种能够栖息的理论上的最大空间。基础生态位：物种能够栖息的理论上的最大空间。 实际生态位：物种能够占据的生态位空间。（由竞争和捕食胁迫造成，互利共生可扩大实实际生态位：物种能够占据的生态位空间。（由竞争和捕食胁迫造成，互利共生可扩大实际生态位）。际生态位）。 竞争释放竞争释放：在缺乏竞争者时

57、，物种扩张其实际生态位的现象。 性状替换性状替换：生态位收缩导致形态性状发生变化的现象。种间关系竞争dw : 种间竞争小，种内竞争强度大。种间竞争小，种内竞争强度大。dw: 种内竞争小，种间竞争强度大。种内竞争小，种间竞争强度大。 极限相似性：极限相似性：d/w = 1三个共存物种的资源利用曲线。(a) 图生态位狭，相互重叠少； (b) 图生态位宽，相互重叠多。d 为曲线峰值间的距离，w为曲线的标准差 但如果种内竞争强度大种内竞争强度大，会使狭生态位物种生态位外扩，促使两物种生态位接近促使两物种生态位接近由（a）向（b）转变。种间竞争强度大种间竞争强度大，会使生态位分离使生态位分离。将由（b）

58、向（a）转变最终实现平衡。种间关系竞争 Lotka和和Volterra分别提出了种间竞争模型。分别提出了种间竞争模型。 他们以逻辑斯谛增长模型为基础，引入了竞争系数（他们以逻辑斯谛增长模型为基础，引入了竞争系数（，）。）。 为种群为种群 2 对种群对种群 1 的竞争系数，表示在种群的竞争系数，表示在种群 1 的环境中，每增加一个种群的环境中，每增加一个种群 2 个体对个体对种群种群1所产生的密度效应。在种群所产生的密度效应。在种群1的环境容纳量（的环境容纳量（K1）中，除有）中，除有N1占据外，还有占据外，还有N2的的空间或资源被种群空间或资源被种群2所占用了。显然，所占用了。显然，越小，种群

59、越小，种群1的竞争力越强；的竞争力越强；越大，种群越大，种群2的种间的种间竞争力越强。那么种群竞争力越强。那么种群1的增长模型变为：的增长模型变为： dN1/dt=r1N1(K1-N1-N2)/K1) 同理，种群同理，种群2的增长模型为：的增长模型为： dN2/dt=r2N2(K2-N2-N1)/K2)1(KNrNdtdN种间关系竞争 竞争结果竞争结果 A.种群种群1取胜，种群取胜，种群2被排挤掉被排挤掉。 K1K2/, K2K1/ B.种群种群2取胜，种群取胜，种群1被排挤掉被排挤掉。 K1K1/ C.两种群稳定地共存。两种群稳定地共存。 K1K2/, K2K2/, K2K1/(a) N1取

60、胜， N2灭亡 (b) N2取胜， N1灭亡 (c) 不稳定共存（两种都有可能取胜） (d)稳定的平衡（两种共存） 种间关系竞争 A.A.种群种群1 1取胜，种群取胜，种群2 2被排挤掉。被排挤掉。 K1K2/，即，即1/K1/K2，种群，种群1的种内竞的种内竞争强度小于种间竞争强度。争强度小于种间竞争强度。 K2/K1，种群，种群2的种内竞的种内竞争强度大于种间竞争强度。争强度大于种间竞争强度。 B.B.种群种群2 2取胜，种群取胜，种群1 1被排挤掉。被排挤掉。 K1K1/，与第一种情况相反。，与第一种情况相反。 C.两种群稳定地共存。两种群稳定地共存。 K1/K2； K2/K1，两种群的