《环境生态学》 第三章：生物圈的生命系统

1、第三章 生物圈中的生命系统第一节 生命系统的层次第二节 生物种群的特征及动态第三节 种群关系第四节 生物群落第三章 生物圈中的生命系统第五节 群落组成与结构的影响因素第六节 生物群落的演替第一节生命系统的层次宏观生态学是以个体和群体为中心与环境关系的生态学。微生态学是以单细胞为中心与环境关系的生态学。分子生态学是以生物活性分子特别是核酸分子为中心与分子环境关系的生态学。宏观生态学微生态学分子生态学下图是生态学研究的生物圈中的生命系统层次划分：生态学的研究可划分为三个层次：物质能量基因器官生命体群体社会细胞基因系统 细胞系统 器官系统 机体系统 群体系统 生态系统分子生态学微生态学宏观生态学生物

2、成分非生物成分|生物系统Odum向近敏等生物圈中的生命系统层次划分(在Odum原图上由向近敏等改绘)一、分子分子生态学是生态学中新诞生的一门分支学科。 作为生态学中的研究对象，分子是指生物活性分子。二、基因基因是所有生物表现生命活动的根本结构和用来维持其种属遗传性的关键。组成基因或基因组的核酸中存在生物的所有遗传信息。基因隶属于分子生态学的研究范畴，但研究的是基因层次上生命体的基因结构组成。三、细胞 细胞是构成生物体的基本单位。有机体除了少数类型（病毒等）外，都是由细胞构成的。 单细胞有机体的个体就是一个细胞，一切生命活动都是由这个细胞来承担。 多细胞有机体是由许多形态和功能不同的细胞组成，共

3、同保证整个有机体正常生活的进行。四、组织 人们把在个体发育中，具有相同来源的同一类型，或不同类型的细胞群组成的结构和功能单位称为组织。 组织是具有功能分工的细胞的集合体，不同的相互联系的组织构成了器官。高等生物的个体是由各种组织和器官组成的。五、个体 生物存在的形式，是种群的基本组成单位，具有新陈代谢、自我复制繁殖、生长发育、遗传变异、感应性和适应性等生命现象。六、种群 种群是指在一定空间中同种个体的组合，种群中许多个体相互依赖、相互制约。不同的种群相互有机的组合复合形成了群落。 种群生态学研究种群的数量、分布以及种群与其栖息环境中的非生物因素和其他生物种群的相互作用。七、生物群落在一定空间内

4、生活在一起的各种动物、植物和微生物种群的集合体。许多种群彼此相互作用，具有独特的成分、结构和功能。 生物群落可以从植物群落、动物群落和微生物群落这三个不同的角度来研究。群落生态学是研究生物群落与环境相互关系及其规律的学科 。八、生态系统 生态系统是生态学中最重要的概念，也是自然界最重要的功能单位。 生态系统指一定空间内生物的成分和非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。生态系统=生物群落+非生物环境第二节生物种群的特征及动态一、种群概念及特征1. 种群概念种群（population）是指在一定空间中同种个体的组合。种群是物种在自然界中存在的基本单位。

5、从进化论的观点看，种群是一个演化单位。从生态学观点来看，种群又是生物群落的基本组成单位。 2. 种群特征 数量特征（密度或大小）：影响种群数量大小的基本参数为出生率、死亡率、迁入率和迁出率。 空间分布特征：它包括内分布格局和地理分布格局。 遗传特征：种群的遗传特征是种群遗传学和进化生态学的主要研究内容。 种群的主要特征表现在三方面：二、种群的增长1、种群的群体特征 种群密度。 初级种群参数：出生率、死亡率、迁入和迁出率。 次级种群参数：性比、年龄分布和种群增长率等。种群密度 密度通常表示单位面积（或空间）上的个体数目，但也有用每片叶子、每个植株、每个宿主为单位的。密度大体分为绝对密度和相对密度

6、两类。绝对密度是指单位面积或空间的实有个体数。相对密度则只能获得表示数量高低的相对指标。种群的结构和性比 种群的年龄结构是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。种群的年龄结构通常用年龄锥体图表示。 年龄锥体图是以不同宽度的横柱从上到下配置而成的图。横柱的高低位置表示不同年龄组，宽度表示各年龄组的个体数或百分比。按锥体形状，年龄锥体可划分为3个基本类型： （a）增长型种群（b）稳定型种群（c）下降型种群繁殖后期繁 殖 期繁殖前期(a) (b) (c)（a）增长型种群（b）稳定型种群（c）下降型种群（Kormondy，1976）第一性比是指种群中雌性个体和雄性个体的比例；第二性比为幼体成长到

7、性成熟阶段，雌性和雄性个体的比例；第三性比为充分成熟的个体的性比。性比生命表 生命表（life table）是描述种群生死过程的一种有用的图表模式。简单的生命表是根据各年龄组的存活或死亡数据编制，综合生命表则包括出生数据，从而能估计种群的增长。生命期望exTxLx死亡率qx死亡数dx存活率lx存活数nx年龄x 存活曲线（survivorship curve）。以 lgnx栏对x栏作图可得存活曲线。存活曲线直观地表达了同生群（cohort）的存活过程。 死亡率曲线。以qx对x栏作图。 生命期望，ex表示该年龄期开始时的平均存活年限。e0为种群的平均寿命。从生命表可获得3方面信息：Deevey（1

8、947）曾将存活曲线分为三个类型：存活曲线型：曲线凸型，表示在接近生理寿命前只有少数个体死亡。型：曲线呈对角线型，表示各年龄死亡率相等。型：曲线凹型，表示幼年期死亡率很高。型型型存活数的对数年龄Deevey存活曲线2、种群增长模型（1）与密度无关的种群增长模型式中：N 种群大小； t 时间； 种群的周期增长率。 种群离散增长模型假设：环境中空间、食物等资源是无限的。或 种群连续增长模型 在世代重叠的情况下，种群以连续方式变化。把种群变化率dNdt与任何时间的种群大小联系起来，单位时间内种群的变化率，即：式中：e自然对数的底。其积分式为：若对种群大小Nt对时间t作图，种群增长曲线呈“J”字型。以

9、lgNt对t作图，则变为直线。（2）与密度有关的种群增长模型式中：a参数，其值取决于N0，表示曲线对原点的相对位置。比无密度效应模型增加两点假设： 存在环境容纳量（K），当t=K时，种群为零增长，即dNdt=0； 增长率随密度上升而按比例降低变化。其积分式为：其模型为逻辑斯特方程： 开始期，也称潜伏期，由于种群个体数很少，密度增长缓慢； 加速期，随个体数增加，密度增长逐渐加快； 转折期，当个体数达到饱和密度一半（即K2时），密度增长最快； 减速期，个体数超过K/2以后，密度增长逐渐变慢； 饱和期，种群个体数达到K值而饱和。逻辑斯谛曲线可划分为5个时期：它是两个相互作用种群增长模型的基础；它也是

10、渔捞、林业、农业等实践领域中，确定最大持续产量的主要模型；模型中两个参数r、K，已成为生物进化对策理论中的重要概念。逻辑斯特方程的重要意义：三、种群的数量变动及生态对策1、种群的数量变动种群数量变动的两个重要特征：波动性与稳定性（1）不规则波动：东亚飞蝗等（2）周期性波动：啮齿动物（3）季节波动：苍蝇和蚊子等种群（4）种群的爆发：赤潮等（5）生态入侵：人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，这种过程称生态入侵。 （6）种群的衰落和灭亡2、生态对策 生态对策指生物在进化过程中所形成的各种特有的生活史特征，是生物适应于特定环境所具有的一系列生物

11、学特性的设计。 MacArthur R（1962）提出的r-K选择的自然选择理论，推动了生活史策略研究从定性描述走向定量分析阶段。 r-选择和K-选择理论根据生物的进化环境和生态对策把生物分为r-对策者和K-对策者两大类。 r-对策者具有能够将种群增长最大化的各种生物学特性，即高生育力、快速发育、早熟、成年个体小、寿命短且单次生殖多而小的后代。r-对策者适应于不可预测的多变环境，r-对策者 K-对策者具有成年个体大、发育慢、迟生殖、产仔（卵）少而大但多次生殖、寿命长、存活率高的生物学特性，高竞争能力使其在高密度条件下生存。K-对策者适应于可预测的稳定的环境。K-对策者Xr-对策K-对策SSNtN(t+1) r对策者和K对策者种群增长曲线四、种群调节多以昆虫为研究对象，认为，种群参数受天气条件影响，强调种群数量的变动，否定稳定性。1气候学派主张捕食、寄生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用，认为只有密度制约因子才能调节种群的密度。2生物学派3食物因素4自动调节可归入生物学派，而且Pitelke F A的营养物恢