生态学基础建筑

第8章植物生态学基础

8.1生物圈与自然环境8.1.1生物圈生物圈（biosphere）是奥地利地质学家休斯在1875年提出。生物圈：是地球上全部生物及其赖以生存的环境总体。生物圈的范围：上：海平面以上10km，下：海平面以下12km生物圈包括：大气圈、水圈、岩石圈和土壤圈。8.1.2自然环境因子环境：指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。环境因子：从环境中分析出来的条件单位被称为环境因子。生态因子：对于某一具体植物有作用的环境因子。可分为：

气候因子、土壤因子、生物因子、地形因子、人为因子8.2植物在生态系统中的作用8.2.1生态系统中的能量和物质循环8.2.1.1生态系统中的能量流动（1）能量在生态系统中的传递规律符合热力学的两个规律：①生态系统通过光合作用所增加的能量必定等于环境太阳能所减少的能量。

②对于生态系统来说，当能量以食物的形式在生物之间传递时，食物中相当部分的能量将被降解为热而消散掉，其余则用于合成新的组织作为潜能保存下来。（2）能量沿食物链流动测定食物链上每一个环节上生物的能量值，就可以获得生态系统内一些列特定点上能量的准确资料。（3）能量在营养级之间的流动能量流：通过生态系统的能量单向流动的现象。太阳能植物食草动物体食肉动物体腐生生物能量释放到环境林德曼的“百分之十率”在每一个生态系统中，从绿色植物开始，能量沿着营养级转移流动时，每经过一个营养级能量都要大大减少。后一级营养级上的生产量大大小于前一级，其能量转化率大约为10%。能量在营养级之间流动的特点：能量在流动过程中会急剧减少。生态系统中能量流动的方向是单方向和不可逆的——能量将一去不复返。8.2.1.2生态系统中的物质循环生物地球化学循环：营养元素在生态系统之间的输入和输出，生物间的流动和交换以及他们在大气圈、水圈、岩石圈之间的流动。生态系统中流动的物质具有双重使命：贮存能量的载体和维持生命活动的基础。矿质养分在生态系统可以被再利用—物质循环。（1）物质循环特点循环式生态系统中，能量流动和物质循环是紧密地结合在一起同时进行的。（2）物质循环的类型水循环气体循环沉积型循环水循环：物质主要贮存库是大气和海洋，其循环与大气和海洋密切相连，具有明显的全球性，循环性能最为完善。气体型循环：物质以气体形式参与循环沉积型循环：物质通过岩石的风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的营养物质。（海底、土壤）（3）全球水循环水从水体和陆地表面通过蒸发进入大气，然后遇冷凝结，以雨、雪等形式又回到地球表面的过程。水循环的意义：为生物提供淡水资源。水循环是地球上太阳能所推动的各种循环的一个中心循环。没有水循环，生命就不能维持，生态系统也无法开动起来。（4）气体循环—碳的全球循环C对生物和生态系统的作用仅次于水。C循环过程：从大气到植物和动物，再通过微生物分解植物、动物，最后返回大气。C的另一个贮存库：海洋，含量是大气的50倍。森林也是生物C库的主要贮存库。（5）沉积型循环—磷的全球循环P主要来源于磷酸盐类岩石和含磷的沉积物（鸟粪）。通过风化和采矿进入水循环，变成可溶性的磷酸盐被生物利用，进入食物链。生物的排泄物和尸体被微生物所分解，其中的有机磷转化为无机形式的可溶性磷酸盐，其中一部分被再植物利用，另一部分随水进入海洋，长期保存在沉积岩中。8.2.2植物的生态功能8.2.2.1绿色植物是第一性有机物的生产者植物的初级生产力是决定其他生物存在和发展的基本物质条件植物初级生产的生产方式决定了其他动物获取资源的方式8.2.2.2植物与生态系统的能量流动和物质循环在生态系统中:植物光能化学能化学能通过食物链被转移，在转移的过程中能量每经过一级营养级都被衰减，能量单向流动。自然界的元素被植物吸收利用，然后传递给动物，动物死亡后尸体被微生物降解，元素返回自然——物质循环。物质是能量的载体，能量是物质循环的动力。8.2.2.3植物对生态环境的改良和调节（1）涵养水源、保持水土（2）调节区域气候、净化大气和水域生境（3）维持生态系统的动态平衡，为其他物种创造适宜的栖息生境。（4）构建优美的环境，促进生态旅游的发展8.3植物生态学的基本概念8.3.1植物个体生态学8.3.1.1植物与光的生态关系（1）光的性质植物叶片对可见光区（380~760nm）中的红橙光和蓝紫光吸收率最高，这部分光被称为“生理有效光”；而绿光被叶片吸收极少，属于生理无效光。（2）光照强度对植物的生态作用光照强度的变化规律：光照强度随纬度和海拔高度增加而逐渐减弱，并随坡向和坡度变化而变化。根据植物与光照强度的关系，可把植物分为：

阳地植物、阴地植物和耐阴植物①阳地植物（阳生植物）在强光下生长发育健壮，在隐蔽和弱光下生长发育不良的植物。蒲公英、松、杨、柳、杉等。②阴地植物在较弱光照条件下比在强光下生长良好的植物。蕨类植物、人参、三七、半夏等。（3）日照长度对植物的生态作用日照长度对植物开花有重要影响。植物开花具有“光周期”现象。根据植物开花与日照长度的关系，可将植物分为：

长日照植物、短日照植物、中日照植物③（4）光质对植物的生态作用大多数植物在全可见光谱下生长最好，有些植物能够在缺少其中某些波长的情况下生活。如蓝紫光和青光对植物的生长和幼芽形成有促进作用，能抑制植物的伸长而使植物形成矮粗的形态。③8.3.1.2植物与温度的生态关系温度的生态意义（1）一定的温度是植物生命活动不可缺少的必要条件之一。（2）温度的变化能引起环境中其他生态因子的改变。③2.温度对植物生长发育的影响根据植物对温度的适应范围，可把植物分为：广温植物（陆生植物）窄温植物（水生植物、极地植物、一些热带植物）。8.3.1.3植物与水的生态关系水对植物的生态作用（1）水是原生质的主要成分。（2）水是植物一切代谢活动的媒介，同时也是植物新陈代谢过程中的反应物质。（3）水能维持植物体的正常体温（4）水能保持植物体的固有状态（膨压）（5）水是影响植物生态分化方向的重要因子③2.植物对水分的生态适应根据植物对水分的适应情况将植物分为：水生植物：

沉水植物、浮叶植物、挺水植物陆生植物：

湿生植物、中生植物、旱生植物水生植物——王莲8.3.1.4植物与土壤的生态关系土壤的生态作用（1）固定植物（2）为植物生长发育提供必需的营养物质③2.植物对土壤的生态适应土壤是大气和生物长期作用于岩石表面而形成的产物。根据植物对土壤酸度的反应，把植物划分为：

酸性土植物、中性土植物、碱性土植物3.根据与矿质盐的关系：

钙质土植物、嫌钙植物4.与盐的关系：盐碱植物5.与风沙基质关系：沙生植物③8.3.2植物种群生态学8.3.2.1种群的基本概念种群：生物种在自然界存在的形式和基本单位，植物种群是植物群落结构和功能的基本单位。种群不是个体的简单总和，而是一个客观的生态生物学单位，具有自己独特的特征、结构和机能整体。自然种群的基本特征：数量特征：单位面积或体积中的个体数量，数量特征是动态的。空间特征：种群具有一定的分布区。遗传特征：具有一定的基因组成。8.3.2.2种群的基本特征种群的数量特征：种群最基本的特征种群的数量和密度（1）种群数量/大小：一定范围内某个物种的个体总数。（2）种群密度：单位面/体积的个体数，表示种群大小。（3）影响种群/大小的因素：种群繁殖特性、结构、物理因子、种内竞争、种内遗传变异、自然选择等。种群数量变动参数种群变化=出生率-死亡率+迁入率-迁出率年龄结构（年龄分布）种群内各年龄期个体数量在种群中所占的比例，常用年龄锥体/金字塔表示。生物的年龄划分为3个时期：繁殖前期繁殖期繁殖后期年龄锥体的类型种群的增长也称为：指/对数/几何增长。满足指数增长的条件：（1）无限环境（2）个体不死亡（3）每代的生殖力保持恒定。当种群个体数增长到接近于环境所能支持的最大值时，种群将不再增长而达到饱和状态。这种种群曲线呈“S”形——逻辑斯蒂增长曲线。2.种群的空间分布格局均匀/规则分布：种群个体间保持一定的均匀距离，个体间等距的规则分布。自然条件下罕见。人工栽植的则是均匀分布。随机分布：个体的活动或生长位置完全由随机因素决定。个体间彼此独立生存不受其他个体干扰，它的出现与其余个体无关，任何个体在某一个位置出现的机率相等。自然条件下不常见。集群/团块分布：种群个体的分布极不均匀，常成群、族/块/斑点分布。在自然条件下，绝大多数植物成集群分布。3.种群的遗传特征种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。每个个体基因型的相对稳定性是种群繁殖的基础。植物由于受环境因素影响到个体之间出现可遗传的稳定差异——生态型。生态型可分为：气候生态型、土壤生态型、生物生态型。4.植物种群之间的关系促进效应：引起种群数量增加抑制效应：导致种群数量减少中性效应：不表现增加或减少8.3.3植物群落生态学群落生态学：研究群落与环境相互关系的科学。群落：在一定时间内居住于一定生境中所有种群组成的生物系统。植物群落的基本特征：植物—植物，植物—环境8.3.3.1植物群落的结构群落结构的分析/数量特征一个群落中各种植物种类数量上的表现。多度：某一植物种在群落中的数目。密度：单位面积上的植株数。盖度：植物地上部分垂直投影所覆盖的面积占样方面积的百分比。植物基部着生的面积占样方面积的百分比为“基盖度”。群落结构的分析/数量特征频度：某种植物所出现的样方数占总样方数的百分比——各种植物个体在不同地点出现的频率。群集度：植物种在群落中水平分布的状况，是衡量植物株群集的指标。优势度：某种植物在群落中所占的优势程度。重要值：

重要值=（相对多度+相对频度+相对显著度）/300

高度、重量、体积也是植物群落数量特征的指标。2.群落的结构垂直结构：群落的分层现象。光照影响地上分层，土壤的理化性质决定地下的分层情况。水平结构：群落的配置或水平格局。特征式“镶嵌性”（植物在水平方向分布不均造成的——形成小群落，这是由于环境因子的不均匀性导致）。3.群落的外貌和季相（1）群落的外貌：生物群落的外部形态或表相，是群落中生物之间、生物与环境之间相互作用的综合反映。取决于群落的种类组成和片层。取决于群落的种类组成和片层。每一片层都是由同一生活型的植物组成。高等植物的生活型：丹麦植物学家Raunkiaer（1907年）提出：高位芽植物：休眠芽位于地面25cm以上（木本植物）地上芽植物：更新芽位于地表之上、25cm以下（半灌木、多年生草本植物）地面芽植物：更新芽位于近地面土层内，（多年生草本植物）隐芽植物：更新芽位于较深土层或水中（有地下茎的多年生草本植物、水生植物）一年生植物（以种子越冬）（2）群落的季相：植物群落在不同季节和不同年份内其外貌按一定顺序变化的过程，为群落的周期性。温带地区气候四季明显，群落季相变化十分明显无明显季节变化的地区则没有群落的季相变化。8.3.3.2植物群落的动态结构1.植物群落的发生繁殖体的传播：植物的迁移或侵入，群落形成的首要条件，也是植物群落变化和演替的主要基础定居：繁殖体在新地点发芽生长和繁殖的过程。群聚：植物发展成群的过程。竞争：植物之间的竞争。反映：由于竞争，一些植物被另一些植物所代替稳定：植物群落与当地气候呈相对平衡状态。2.植物群落的演替A.演替：在植物群落发展过程变化过程中，一个群落代替另一个群落的自然演变过程。影响植物群落演替的因素：（1）外界因子（2）植物繁殖体的散布（3）群落中植物种之间的相互作用（4）群落中植物种类的组成（5）人类活动B.原生演替序列演替序列：在一定时期内植物群落交互替代以及环境不断变化的过程。常见的演替序列：原生旱/水生演替序列。原生旱生演替序列：从岩石表面或砂地开始：（1）地衣植物群落阶段：时间较长（2）苔藓植物群落阶段：时间较长（3）草本植物群落阶段：时间较短（4）木本植物群落阶段：时间较慢原生水生演替序列：在水域和陆地环境的交接边境开始，以淡水湖泊中群落演替为例：（1）沉水植物群落阶段（2）浮水植物群落阶段（3）挺水植物群落阶段（4）湿生植物群落阶段（5）木本植物群落阶段C.次生演替

在天然条件下，原生植物受到了破坏，就会发生次生演替。发生次生演替的原因：外界因素：森林采伐、草原放牧、割草等，最主要的是人为活动。D.演替顶级顶级群落：一个群落或演替系列与环境处于平衡状态，只要不加外力干扰，它将保持永远原状，这一状态叫~。顶级群落与非顶级群落的区别：群落的生物适应性不同，如早期的种子多而大，后期的则相反；顶级群落中的实生苗在阴暗环境中正常生长——有利于自我更新和长期定居。顶级理论：Clememts，单元顶级学说：每一个气候区域内只有一个顶级。Transley，多元顶级学说：任何一个地区的顶级群落受受土壤、气候、动物活动等影响，会形成几种不同类型的顶级群落镶嵌体。顶级类型也是连续地逐渐地变化。8.3.3.3植被分类及主要类型某一地区所有植物群落的总体叫该地区的植被。一个地区出现什么植被，主要取决于该地区的气候条件（水、热）和土壤条件。主要植被类型：森林草原荒漠冻原草甸沼泽1.森林热带雨林：红树林常绿阔叶林常绿落叶阔叶混交林常绿硬叶林竹林落叶阔叶林针叶阔叶林针叶林（1）热带雨林/常绿木本群落现在地球表面种类最丰富，结构最复杂的植被。分布：南北纬50~100特点：种类组成特别丰富林内附生植物具有板根（有一木成林现象）热带雨林（2）红树林热带适宜于海岸和河湾特殊生态环境的常绿林或灌木林。分布：于不受海浪冲击的平坦海岸浅滩上。我国主要分布于海南、广东、广西、福建、台湾。群落构成：红树科植物（3）常绿阔叶林树木以双子叶常绿阔叶乔木为绝对优势，以壳斗科、樟科、山茶科和木兰科的常绿乔木为典型植物。分布：我国长江流域（亚洲的主要分布区）。（4）常绿落叶阔叶混交林落叶阔叶混交林与常绿阔叶林的过渡类型。无明显优势种，群落季相变化明显。树种：壳斗科栎属、水青冈属等。（5）针叶林松杉类植物构成。结构简单、层次分明。分为乔木、灌木、草本和地被层4个层次群落外貌独特。我国的分布：大兴安岭北部山地，西南高山地区及西北地区，其中大小兴安岭所占面积最大。2.草原广义包括在较干旱环境下形成的以草本植物为主的植被，主要包括两类：草原类型：温带草原、热带草原（1）温带草原：由耐寒的旱生多年生草本植物为主。我国的温带草原主体分布在内蒙古高原，东：辽河平原、松嫩平原，西：黄土高原、青藏高原（高寒草原）。温带草原的类型：草甸草原、典型（干）草原、荒漠草原、高寒草原。温带草原的类型：草甸草原典型（干）草原荒漠草原高寒草原。（2）热带草原：在热带干旱地区以多年生耐旱的草本植物为主所构成的大面积的热带草地、混杂其间还生长着耐旱灌木和非常稀疏的孤立乔木，呈现特有的群落结构和生态外貌——稀疏草原。分布区：非洲，我国主要在云南南部、北部、广东和海南北部。3.荒漠植被为超旱生的半乔木、半灌木和灌木或旱生的肉质植物占优势的稀疏植被，它是在干燥的大地气候条件下发育形成的植被类型。分布：亚热带和温带的干旱地区，其自然特征是气候极端干旱，年降水量在250mm以下，干燥度﹤4，夏季酷热，冬季寒冷，昼夜温差大，风沙活动频繁。主要分布在非洲、亚洲大陆东部、中部、阿拉伯半岛、澳大利亚、南美、北美。撒哈拉大沙漠是世界上最大的荒漠。荒漠的显著特点：植被十分稀疏，种类贫乏。植物生活型多样。短命植物、以根茎、鳞茎方式度过不良季节。植物贮水组织发达、根系发达、叶的角质层厚。我国荒漠的分布：准格尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、河西走廊等。仙人掌科一种我国荒漠植物的生活类型：小乔木荒漠灌木荒漠半灌木荒漠：分布最广小灌木荒漠垫状小灌木荒漠4.冻原（苔原）寒带植被的代表。分布：欧亚大陆和北美北部。分布区气候特点：冬季寒冷漫长、夏季凉爽短促，年降水量200~300mm，风大，土壤下面有永冻层，植物生长近2~3个月。冻原植被特点：植物组成简单（200~300种），多为灌木和草本，无乔木；苔藓和地衣植物发达植物群落结构简单，层次少而分明，只有小灌木和矮灌木、草本层和藓类地衣层。多年生草本植物，没有一年生植物。多为常绿植物极地冻原冻原的四个分布亚带：森林冻原亚带：落叶松属植物，西伯利亚云杉灌木冻原亚带：矮桦、圆叶柳、北极柳藓类冻原亚带：藓类地衣占优势北极冻原亚带：在北冰洋沿岸，植被稀疏，完全没有小灌木群落。我国冻原的分布：长白山和阿尔泰山的高山带（仙女木、牛皮杜鹃、圆叶柳、草本植物）。5.草甸/草本群落以多年生草本植物为主体的群落，在适中水分条件下发展起来的。草甸与草原的区别：（1）草原以旱生草本植物占优势（2）草甸属于非地带性植物，可出现在不同植被内。草甸可以分布在山间低地。草甸一般不呈地带性分布草甸植被的群落：群落类型复杂、种类组成比较丰富。以多年生根、茎禾草为主，丛生禾草较少。双子叶植物：蔷薇科、藜科、唇形科、玄参科、虎耳草科、桔梗科、败酱科、报春花科、伞形科、灯芯草科等植物为主。6.沼泽湿生植被类型，分布在土壤过湿、积水或有浅水层并常伴有泥炭的生境。由沼生植物组成，其中以草本植物为主，也有木本植物。沼生植物特点：通气组织发达，有不定根和特殊的繁殖能力。分布：广布世界各地，我国：三江平原和青藏高原。类型：木本沼泽、草本沼泽、苔藓沼泽8.4生物多样性在基因、物种、生态系统和景观4个层次上及其不同等级水平上的各种生命系统、生物类群、生命与非生命复合体以及与此相关的各种生态过程的总合，包括植物、动物、微生物和他们拥有的基因、所形成的群落和所产生的各种生态现象。8.4.2生态多样性研究的内容遗传多样性物种多样性生态系统多样性8.4.2.1遗传多样性也称为“种内多样性”物种多样性的表现：物种个体内的遗传多样性-杂合性。种群内不同个体之间的遗传差异。种群间的的遗传变异。遗传多样性8.4.2.2物种多样性物种多样性指数：物种的丰富度、物种丰度、物种均匀度2.物种多样性的分布格局：第一节生物多样性的含义和重要性所有生物种类，种内遗传变异和它们的生存环境的总称。包括三个方面：

物种多样性

基因多样性

生态系统