生物奥赛辅导

高中生物奥赛辅导

1．细胞生物学、生物化学、微生物学25%2．植物和动物的解剖、生理、组织和器官的结构与功能30%

3．动物行为学、生态学20%

4．遗传学与进化生物学、生物系统学25%生态学主要范围：一、生物与环境的相互关系二、种群生态学三、群落生态学四、生态系统五、环境问题一、生物与环境的相互关系：一〕、环境与生态因子的概念二〕、生物与生态因子关系的根本规律三〕、主要生态因子及其生态作用一〕、环境与生态因子的概念环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物群体生存的一切事物的总和，包括生物和非生物。环境总是针对某一特定的主体或中心而言的，离开了这个主体或中心也就无所谓环境了。生态因子：指像温度等环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。除了温度以外还包括湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等等。生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件，也称生物的生存条件。1．最小因子法那么(lawoftheminimum)任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需要量，因而成为决定该物种生存或分布的根本因素。二〕、生物与生态因子关系的根本规律2．耐受性法那么(lawoftolerance)各种生态因子对某一种生物都存在生物学的上限和下限，它们之间的幅度就是该种生物对某一生态因子的耐受范围。耐受性定律可用钟性曲线来表示。最适点最适区适宜区高死亡限低死亡限环境梯度生长、生殖0环境梯度生长、生殖广生态幅狭生态幅狭生态幅根据生物对环境因子的适应范围的大小

对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是不相同的。有的可耐受很广的温度范围，称广温性动物；有的只能耐受很窄的温度范围，称狭温性生物。注意：1).一般来说，如果一种生物对所有生态因子的耐受范围都是广泛的，那么这种生物在自然界的分布也一定很广。2).一种生物的耐受范围越广，对某一特定点的适应能力也就越低；相反狭生态幅的生物，通常对范围狭窄的环境条件具有极强的适应能力，但却丧失了在其它条件下的生存能力。3).自然界中的动植物很少能够生活在对他们来说是最适宜的地方，而只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。例如：很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。生物对生态因子耐受限度的调整1.驯化：

生物借助于驯化过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动。驯化在实验室条件下，一般只需较短时间；而在自然环境中这个变化通常要较长时间。驯化可以理解为生物体内决定代谢速率地酶系统的适应性改变。2.休眠：

休眠是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制，环境条件如果超出了生物的适宜范围(但不能超出致死限度)，虽然生物也能维持生活，但却常常以休眠的状态适应这种环境。动植物一旦进入休眠期，它们对环境条件的耐受范围就会比正常活动是宽得多。3．限制因子定律(limitingfactors)

任何一种生态因子，只要接近或超过生物的耐受范围，它就阻止其生长、繁殖、分布、生理机能或者生存的因素就是限制因子。例题：在以下情况下，测定了不同光照强度光合作用速率的影响〔4种实验条件〕：0.10%CO2、30℃(1)0.10%CO2、20℃(2)0.03%CO2、30℃(3)0.03%CO2、20℃(4)从以上实验可以得知，对实验2、实验4和P点起到限制作用的因素分别是A．光强度、0.03%CO2、温度B．0.10%CO2、光强度、温度C．温度、光强度、CO2浓度D．温度、0.03%CO2、光强度光强度光合速率123和4DP注意：如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广(窄)，而且这种因子又非常稳定(不稳定)，那么这种因子就不太可能(很容易)成为限制因子。例如：氧气对陆生动物来说，数量多，含量稳定，因此一般不会成为限制因子；但是氧气在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子。4．贝格曼定律〔Bergman’srule〕恒温动物〔内温动物〕在寒冷的气候条件下，体型趋向于大，在温暖的气候条件下，体型趋向于小。因为个体大的动物，其相对外表积小，单位体重散热量相对较少，这样有利于保持体温。5．阿伦定律〔Allen’srule〕恒温动物身体的突出局部如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，在温暖地区有变长的趋势。这也是在寒冷地区减少散热和在温暖地区增加散热的一种形态适应。6．乔丹定律〔Jordan’srule〕栖息于冷水水域中的鱼类，比栖息于温暖水域中的同种鱼的脊椎骨数目多。解释：低温使鱼类的生长和发育速度变慢，因而延长了其性成熟时间，从而产生更大的个体，其脊椎骨的数目也增多。7．葛洛格定律〔Gloger’srule〕一般来说，在枯燥而寒冷的地区，动物的体色较淡；而在潮湿而温暖的地区，其体色较深。解释：温热地区动物毛色较深的原因，可能与色素产生和酶活性有关，较高的湿度和温度能增强酶的活性，提高代谢速率，使皮肤中产生较多的黑色素，体色那么较深。8．阿利氏定律动物有一个最适宜的种群密度，种群过密或过疏都可能对自身产生不利影响。随着种群密度过大，将对整个种群带来不利影响，如它将抑制种群的增长率，增大死亡率等。三〕、主要生态因子及其生态作用1．光光质的变化：

光质随空间发生变化的一般规律是短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天内中午短波光较多，早晚长波光较多。深水中的红藻(紫菜)能够较有效的利用绿光。紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛。〔1〕光对植物的影响光合作用强度光合作用呼吸作用光强度CP

光合作用和呼吸作用两条线的交叉点就是光补偿点。在此处的光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。阳生植物和阴生植物有差异。

光对植物光合作用的影响光照强度有机物积累量光补偿点光饱和点ab光照强度有机物积累量阳生植物阴生植物阳生植物和阴生植物的补偿点和饱和点

一般来说，植物个体对光能的利用率远不如群体高，夏季当阳光最强时，单株植物很难充分利用这些光能，但在植物群体中对反射、散射和透射光的利用要充分的多。

对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素是光合面积、光合时间和光合能力。光合面积：主要指叶面积，通常用叶面积指数来表示，即植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值。光合时间：是指植物全年进行光合作用的时间，光合时间越长，植物体内就能积累更多的有机物质并增加产量。延长光合时间主要是靠延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期。光合能力：是指大气中二氧化碳含量正常和其它生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率。光对植物其它生理的影响a．与代谢的关系：对光照强度的要求不同植物分〔阳生植物、阴生植物、耐阴植物〕。阳生植物的光饱和点比阴生植物要高，当然通常光补偿点也会高一些b．与生殖的关系〔光周期现象〕：根据植物对日照长度的反响可分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。光周期现象：植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的反响，称为光周期现象〔photoperiodism或photoperiodicity〕。〔2〕光对动物的影响影响动物的体色、生长发育、繁殖、行为、视觉。有很多的动物繁殖、行为都由日照长度来决定。原因：光周期变化很有规律、很稳定，以它为信号一般不会“上当〞。而其它因素如温度等稳定性不强。〔一年中的同一天日照长短都是一致的，但是温度、湿度、食物等因素可能不一致〕2．温度最适点、最低点、最高点，在生态学上称为温度的三基点〔1〕植物和温度a.植物的春化：一般是指植物必须经历一段时间的持续低温才能由营养生长阶段转入生殖阶段生长的现象b．昼夜温差与有机物积累：白天温度高有利于光合作用，夜间温度低降低呼吸作用。c．季节变温与物候：生物长期适应于一年中温度的

寒暑节律性变化，形成于此相适应的生物发育节

律称为物候，实质是生物对季节性变温的适应。d.极端温度对植物的影响：低温对植物的伤害可分

为冷害、霜害和冻害三种。冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡，例如海南岛的热带植物丁子香在气温降到6.1℃时叶片便受害，降到3.4℃时顶梢枯槁，受害严重。冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。冷害冻害是指冰点以下的低温使生物体内(细胞内或细胞间隙)形成冰晶而造成的损害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。当温度不低于-3℃或-4℃时，植物受害主要是由于细胞膜破裂引起的；当温度下降到-8℃或-10℃时，植物受害那么主要是由于生理枯燥和水化层的破坏引起的。冻害e.高温对植物的影响高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调。例如马铃薯在温度到达40℃时，光合作用等于零，而呼吸作用在温度到达50℃以前一直随温度的上升而增强，但这种状况只能维持很短的时间。高温还可破坏植物的水分平衡，加速生长发育，促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。注：高温和低温〔极端温度〕对植物的致死，使植物的地理分布也受到温度的限制。植物水平分布的南界和北界，垂直分布的海拔上下。f.植物对极端温度的适应：低温适应：*形态的适应。芽叶具有油脂类物质，芽具鳞片，植表有蜡粉密毛，植株矮小。*生理的适应。减少细胞内的水，增加糖、脂、色素，以降低冰点，增加吸热。高温适应：*加强反光、滤光，形成木栓层〔隔热〕，降低含水量增加糖、盐〔减慢代谢速率、增强原生质抗凝结力〕加强蒸腾，反射红外线。〔2〕动物和温度a．影响动物的繁殖：b．温度与生物的发育：有效积温法那么：指生物〔植物和变温动物〕的生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育。如：水稻在浙江只能种两季，而在海南岛可以种三季。有效积温法那么的应用：①预测生物发生的世代数；②预测生物地理分布的北界；③预测害虫来年发生程度；④推算生物的年发生历；c．温度影响动物的形态：贝格曼定律、阿伦法那么。d．影响动物的分布：有效积温和极端温度；e．极限温度对动物造成的影响：低温使动物致死，主要是由于细胞内形成冰晶的损伤所致。高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。f．动物对极端温度的适应。例题：以下关于动物对温度的适应的说法正确的选项是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，变温动物完成发育的时间比在冷的地区长C．恒温动物在低温下保持恒定的体温，而变温动物随环境温度的提高而有相应变化D．温度是动物分布的限制因子，最重要的是地区平均温度〔AC〕3．水植物与水：水生植物〔沉水植物、浮水植物、挺水植物〕陆生植物〔湿生植物、中生植物、旱生植物〕 各种生态类型的植物的形态、解剖学结构特点〔具体参照植物形态、解剖学〕动物与水：a．影响动物的分布；b．影响动物的体色；葛洛格定律〔Gloger’srule〕c．影响动物的繁殖；d．影响动物的行为；e．影响动物的生长发育一〕水生植物适应特点是体内有兴旺的通气系统；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动；淡水植物具有自动调节渗透压的能力，而海水植物那么是等渗的。1．沉水植物整株植物漂浮在水下，为典型的水生植物。根退化或消失，表皮细胞可直接吸收水中气体、营养物和水分，叶绿体大而多，适应水中的弱光环境，无性繁殖比有性繁殖兴旺。如狸藻、金鱼藻和黑藻等。2．浮水植物叶片飘浮水面，气孔通常分布在叶的上面，维管束和机械组织不兴旺，无性繁殖速度快，生产力高。不扎根的浮水植物有凤眼莲、浮萍和无根萍等，扎根的有睡莲和眼子菜等。3．挺水植物植物体大局部挺出水面，如芦苇、香蒲等。二〕陆生植物1．湿生植物抗旱能力小，不能长时间忍受缺水。生长在光照弱、湿度大的森林下层，或生长在日光充足、土壤水分经常饱和的环境中。前者如热带雨林中的各种附生植物〔蕨类和兰科植物〕和秋海棠等；后者如水稻、毛茛、灯心草和半边莲等。2．中生植物适于生长在水湿条件适中的环境中，其形态结构及适应性均介于湿生植物和旱生植物之间，是种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。3．旱生植物能忍受较长时间干旱，主要分布在干热草原和荒漠地区。又可分为少浆液植物和多浆液植物两类。前者叶面积缩小，根系兴旺，原生质渗透压高，含水量极少，如刺叶石竹、骆驼刺和夹竹桃等；后者体内有兴旺的贮水组织，多数种类叶片退化而由绿色茎代行光合作用，如仙人掌、石蒜、景天和猴狲面包树等。水生动物的渗透压调节生活在海洋中的动物大致有两种渗透压调节类型。一种类型是动物的血液或体液的渗透浓度与海水的总渗透浓度相等或接近；另一种类型是动物的血液或体液大大低于海水的渗透浓度。1.硬骨鱼类和甲壳动物体内的盐是通过鳃排泄出去的，而软骨鱼类那么是通过直肠腺排出。2.淡水动物：丧失的溶质从两个方面得到弥补：一方面从食物中获得某些溶质，另一方面动物的鳃或上皮组织的外表也能主动地把钠吸收到动物体内。动物与水：

注意：温度和降水是影响生物在地球外表分布的两个最重要的生态因子，两者共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局。二、种群生态学：一〕、种群的概念：二〕、种群的根本特征三〕、种群的数量变动

种群是指在特定的时间内，由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统。例题：以下生物属于种群的是〔〕A．一水田内的全部水稻、稗草 B．一棉田中的幼蚜，无翅、有翅成熟蚜C．某池塘中的所有鱼 D．一根朽木上的全部真菌B二、种群生态学：一〕、种群的概念：二〕、种群的根本特征三〕、种群的数量变动一〕、种群的概念：

种群是指在特定的时间内，由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统。例题：以下生物属于种群的是〔〕A．一水田内的全部水稻、稗草 B．一棉田中的幼蚜，无翅、有翅成熟蚜C．某池塘中的所有鱼 D．一根朽木上的全部真菌B1．种群密度：种群密度是反映种群大小的一个参数。种群的大小〔总数〕也可通过标志重捕法来测定。标志重捕法的具体操作是：在调查样地上，捕获一局部个体进行标志，经一定期限进行重捕。根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中被调查动物的总数。即：N/M=n/m(其中M为标志数，n为再捕个体数，m为再捕中标记数。)二〕种群的根本特征种群密度、种群的空间分布格局、出生率与死亡率、

迁入与迁出、性别比例、年龄组成2．种群的空间分布格局：组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，分为三类：均匀型、随机型、成群型〔集群型〕。集群型是最常见的一种分布方式。均匀分布的产生原因，主要是由于种群内个体间的竞争。例如森林中植物为竞争阳光〔树冠〕和土壤中营养物〔根际〕。分泌有毒物质于土壤中以阻止同种植物籽苗的生长是形成均匀分布的另一原因。注：随机型往往被错误地认为是最多见的〔受到独立分配规律的影响，非等位基因之间随机组合〕，而事实上是最少见的，由于资源均匀分布、种群之间的个体间无吸引、无排拆的现象是不太可能出现的。

成群分布是最常见的内分布型。成群分布的形成原因是：①环境资源分布不均匀，富饶与贫乏相嵌；②植物传播种子方式使其以母株为扩散中心；③动物的社会行为使其结合成群。三〕、种群的数量变动1．种群数量变动的根本参数a．出生率与死亡率；b．迁入与迁出；c．存活曲线；d．生命表年龄Ⅲ型Ⅰ型Ⅱ型10001001010.1存活数n(log)存活曲线类型动态生命表静态生命表年龄时间t0t1t2t32．种群的增长模型种群在无限的环境中，即假定环境中空间、食物等资源是无限的，其增长率不随种群本身的密度而变化，种群呈指数增长格局，其增长曲线为“J〞字形。注意：指数增长的情况只有在实验室内，人为控制的环境条件下，才有可能发生，自然条件下一般是不会出现的，由于自然条件的环境都是有限的。种群的指数增长a．种群的指数增长数量b．种群的阻滞增长〔逻辑斯蒂增长〕

因为野外种群总是处于有限的环境当中，种群增长因此也是有限的。逻辑斯蒂增长曲线的意义：最大持续产量的模型〔K/2〕；防治有害生物〔K〕：种群的阻滞增长〔逻辑斯蒂增长〕KK/2K：环境容纳量逻辑斯蒂增长曲线可划分为5个时期：开始期、加速期、转折期、减速期、饱和期〔稳定期〕3．种群的数量波动调节a．种群的生态对策r-对策；k-对策；两种生态对策的特点。大局部有害动物属于r-对策，大局部珍稀动物属于k-对策。r和K分别表示内禀增长率和环境负载量。K－对策者(K-strategists)类型的r值较小，而相应K值较大，种群数量比较稳定。属于此种类型的物种，一般个体较大，寿命较长，繁殖力较小，死亡率较低，食性较为专一，活动能力较弱，其种群水平一般变幅不大，当种群数量一旦下降至平衡水平以下时，在短期内不易迅速恢复。r－对策者(r-strategists)是典型的时机主义者，类型的r值较大，K值相应较小，种群数量经常处于不稳定状态，变幅较大，易于突然上升和突然下降。一般种群数量下降后，在短期内易于迅速恢复。属于此种类型的物种，一般个体较小，寿命较短，繁殖力较大，死亡率较高，食性较广。b．种群数量的调节⑴密度制约：影响种群个体数量的因素中，其作用随种群密度而变化的，包括生物之间的相互作用——即生物因素。生物种群的相对稳定和规那么的波动与密度制约因素的作用有关。⑵非密度制约：有些因素虽对种群数量起限制作用，但作用强度和种群密度无关，主要是指气候等非生物因素。种群数量的不规那么变动往往同非密度制约因素有关。最后产量法那么：在一定范围内，当条件相同时，最后产量差不多总是相同的。-3/2自疏法那么：当植物密度太高时，局部个体死亡现象。以下哪一条线表示动物种群数量变动中的非密度制约。〔〕B种群密度ABCD不利效应〔死亡个体数〕例题：例题：曲线1和曲线2〔图5-4〕代表物种1和物种2的耐热范围，在什么温度情况下物种2能竞争过物种1〔〕A．温度在t1—t2范围内 B．温度在t2—t3范围内C．温度在t1以下 D．温度变化幅度很大时E．温度在t3以上t1t2t3t21NB三、群落生态学：一〕、群落中物种的多样性和优势种三〕、群落结构五〕、群落演替四〕、陆地植物群落分布的地带性二〕、生态位群落 A B C D 种1 50 92 75 0 种2 30 4 5 25 种3 10 0 5 20 种4 10 0 5 20 种5 0 1 5 20 种6 0 1 5 5 种7 0 1 0 0 种8 0 1 0 0 例题：生态群落K到N包含以数字1到8代表的物种，每个物种的密度不同，表5—5中给出了这些物种得密度〔每平方米的个体数〕，当受到大规模害虫袭击〔危害程度逐步增加〕时，这些群落中的哪一个受到的影响最小？〔〕一〕、群落中物种的多样性和优势种D1．群落多样性的含义：

生物多样性一般有三个水平：遗传多样性；物种多样性；生态系统多样性。生态系统多样性中包含群落多样性，而群落多样性包含两方面的含义⑴种的数目或丰富度；⑵种的均匀度2．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。它们通常是个体数量多，投影盖度大，生物量高，体积较大，生活能力较强。群落的不同层次有各自的优势种，而其中优势层的优势种常称为建群种。3．群落的交错区和边缘效应

群落的交错区又称生态交错区或生态过渡区，是两个或多个群落之间的过渡区域。

群落的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的群落大，这种现象称为边缘效应。二〕、生态位1、生态位的概念生态位是指物种在生物群落或生态系统中的地位和角色。生态位重叠；根底生态位；实际生态位。D例题：下图是种间竞争排斥图，如果供应点在①区，供应率低于A、B两物种的零增长线（ZNGI），那么A、B两物种的结果是（）(B)ZNGI(A)ZNGI供应点③②①yxA．都能生存B．共存C．物种A生存，

B排斥D．都不能生存三〕、群落结构

群落结构是指群落中各种生物在空间上的配置状况，包括垂直结构和水平结构。垂直结构：指群落的分层现象，群落中植物的分层导致动物的分层。群落的分层结构是自然选择的结果，它显著提高了利用环境资源的能力。水平结构：群落内水平的二维空间中生态因子常常不均匀，或由于人类和动物活动的影响，使群落在外形上表现为斑块相间，我们称之为镶嵌性，每一斑块就是一个小群落。四〕、陆地植物群落分布的地带性1．经度地带性； 2．纬度地带性 3．垂直地带性五〕、群落演替1．概念不同的群落在同一地方相继出现，即一种群落转变为另一种群落的过程，叫做群落演替。2．演替的基本类型1）按照演替发生的时间进程，可以分为：

a．世纪演替：延续时间相当长久，一般以地质年代计算；

b．长期演替：延续达几十年，有时达几百年；

c．快速演替：延续几年或十几年。2〕按演替发生的起始条件分，可以分为：a．原生演替：开始于原生裸地或原生芜原〔完全没有植被并且也没有任何植物繁殖体存在的裸露地段〕上的群落演替b．次生演替：开始于次生裸地或次生芜原〔不存在植被，但在土壤或基质中保存有植物繁殖体的裸地〕上的群落演替3〕按基质的性质划分，可分为：a．水生演替：演替开始于水生环境中，但一般都开展到陆地群落。如淡水

湖或池塘中水生群落向中生群落的转变过程。b．旱生演替：演替从干旱缺水的基质上开始。如裸露的岩石外表上生物群落

的形成过程。4〕按群落代谢特征来划分，可分为：a．自养性演替：自养性演替中，光合作用所固定的生物量积累越来越多，如由裸岩→地衣→苔藓→草本→灌木→乔木的演替过程。b．异养性演替：有机物质是随演替而减少的。如：出现有机污染的水体由于细菌和真菌分解作用特别强，有机物质是随演替而减少。5〕按控制演替的主要因素划分，：a．内因性演替：群落中生物生命活动的结果首先使它的生境得到改造，然后被改造了的生境又反作用于群落本身，如此相互促进，使演替不断向前开展。b．外因性演替：这种演替是由于外界环境因素的作用所引起的群落变化。其中包括气候发生演替、地貌发生演替、土壤发生演替、火成演替和人为发生演替。注意：一切源于外因的演替最终都是通过内因生态演替来实现的，所以说，内因生态演替是群落演替的最根本和最普遍的形式。3．演替顶极1〕单元顶极论：无论是水生演替，还是旱生演替，最后都开展成为一个与当地气候相适应的相对稳定的中性群落——气候顶极群落；2〕多元顶极论：在一个气候区内，群落演替的最终结果不一定都形成一个相同的气候顶极群落。除了气候顶极外，还可有土壤顶极、地形顶极、火烧顶极等。3〕顶极——格局假说：实际是多元顶极的一个变型，认为随着环境梯度的变化，构成一个顶极群落连续变化的格局。生态系统1、概念：指在一定的时间和空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动而相互作用、相互依存所形成的一个生态学功能单位。⑴生态系统内部具有自我调节能力；⑵能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。生态系统的结构生态系统的根本功能世界主要生态系统的类型生态系统的结构生产者是能用简单的无机物制造有机物的自养生物〔autotrophs〕，包括所有的绿色植物和某些细菌(蓝绿藻、光合细菌和化能合成细菌〕，是生态系统中最根底的成分。生产者通过光合作用不仅为本身的生存、生长和繁殖提供营养物质和能量，而且它所制造的有机物也是消费者和分解者唯一的能量来源。生产者是生态系统中最根本和最关键的成分。生产者消费者消费者是不能用无机物制造有机物的生物，它们直接或间接地依赖于生产者所制造的有机物质，是异养生物〔heterotrophs〕。消费者在生态系统中起着重要的作用，它不仅对初级生产物起着加工、再生产的作用，而且对其他生物的生存、繁衍起着积极作用。二、生态系统的物种结构〔一〕物种结构一些对其他物种具有不成比例影响的物种，在维护生物多样性和生态系统稳定方面起着重要作用。如果它们消失或削弱，整个生态系统就可能要发生根本性的变化，这样的物种称为关键种。关键种冗余种在一些群落中有些种是冗余的，这些种的去除不会引起生态系统内其他物种的丧失，同时对整个群落和生态系统的结构和功能不会造成太大的影响。〔二〕物种在生态系统中的作用认为生态系统中每个物种都具有同样重要功能，一个铆钉或一个关键种的丧失或灭绝都会导致严重事故或系统变故。铆钉假说冗余假说认为生态系统中物种作用有显著的不同，某些在生态功能上有相当程度的重叠，而冗余种在短时间内似乎多余，但经过在变化环境中长期开展，次要种和冗余种就可能在新环境下变为优势种或关键种，改变和充实原来的生态系统。三、生态系统的营养结构食物链食物链〔foodchain〕和营养级〔trophiclevel〕：食物链指生态系统中不同生物之间在营养关系中形成的一环套一环似链条式的关系，即物质和能量从植物开始，然后一级一级地转移到大型食肉动物。食物链上的每一个环节称为营养阶层或营养级，指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。食物网(foodweb)：生态系统中的食物链很少是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形成复杂的网络结构，此即食物网。食物链的类型：根据食物链的起点不同，可将其分成两大类:牧食食物链〔grazingfoodchain〕：又称捕食食物链，以活的动植物为起点的食物链，如绿色植物，草食动物、各级食肉动物。寄生食物链可以看作捕食食物链的一种特殊类型。腐食食物链〔detritalfoodchain〕：又称碎屑食物链，从死亡的有机体或腐屑开始。〔一〕食物网的结构特点不取食任何其他生物。食物网中，基位种称为源点，包括一种或数种被食者。为简化食物网结构，把营养阶层相同的不同物种或相同物种不同发育阶段作为一个营养物种。根据物种在食物网中所处的位置可分为三种类型：顶位种食物网中不被任何其他天敌捕食的物种。在食物网中，顶位种常称为收点，描述一种或数种捕食者。中位种它在食物网中既有捕食者，又有被食者。基位种“自下而上〞：较低营养阶层的密度、生物量等决定较高营养阶层的种群结构，称为上行效应。“自上而下〞：较低营养阶层的种群结构依赖于较高营养阶层物种的影响，称为下行效应。〔二〕食物网的控制机理三级消费者二级消费者一级消费者生产者分解者粪便、死亡体植物、藻类等细菌、真菌和微生物等四、生态系统的空间与时间结构自然生态系统一般都有分层现象，成层结构是自然选择的结果，它显著提高了植物利用环境资源的能力。〔一〕空间结构如水域生态系统：大量的浮游植物聚集于水的表层；浮游动物和鱼、虾等多生活在水中；底层沉积污泥层中有大量细菌等微生物。〔二〕时间结构生态系统的结构和外貌会随时间不同而变化，这反响出生态系统在时间上的动态。短时间周期性变化在生态系统中是较为普遍的现象。五、生态系统的稳定性生态系统的稳定性〔stability〕(生态平衡)：生态系统通过发育和调节到达一种稳定的状态，表现为结构上、功能上、能量输入和输出上的稳定，当受到外来干扰时，平衡将受到破坏，但只要这种干扰没有超过一定限度，生态系统仍能通过自我调节恢复原来状态。 生态系统稳定性包括了两个方面的含义:一方面是系统保持现行状态的能力,即抗干扰的能力〔抵抗力resistance〕;另一方面是系统受扰动后回归该状态的倾向,即受扰后的恢复能力〔恢复力resilience〕。生态系统稳定性机制：生态系统具有自我调节的能力，维持自身的稳定性，自然生态系统可以看成是一个控制论系统，因此，负反响〔negativefeedback〕调节在维持生态系统的稳定性方面具有重要的作用。生态系统中的反响〔正反响〔左〕和负反响〔右〕〕狼↑狼↓兔↓兔↑植物↓植物↑狼饿死狼吃饱吃了较多兔子吃了较少兔子兔吃饱兔饿死吃了较少的草吃了大量的草污染↑↑鱼死亡↑污染↑鱼死亡↑↑↑鱼死亡↑↑污染↑↑↑一、生态系统的根本功能一、生态系统的生物生产生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的根底阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产〔primaryproduction〕，或第一性生产。1初级生产的根本概念初级生产量或第一性生产量〔primaryproduction〕：植物所固定的太阳能或所制造的有机物质.

生产量:指单位时间单位面积上的有机物质生产量。

生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机

物质，单位是克干重/m2或J/m2。

初级生产过程可用以下方程式概述：光能6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2叶绿素总初级生产(grossprimaryproduction,GP)与：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：J·m-2·a-1或gDW·m-2·a-1；净初级生产(netprimaryproduction,NP)：植物总初级生产〔量〕减去呼吸作用消耗掉的〔R〕，余下的有机物质即为净初级生产〔量〕。二者之间的关系可表示如下：GP＝NP+R；NP＝GP－R2地球上初级生产力的分布全球净初级生产力在沿地球纬度分布上有三个顶峰，第一顶峰接近与赤道，第二顶峰出现在北半球的中温带，而最小的第三顶峰出现在南半球的中温带。我国陆地植被净初级生产力及其季节变化，根据遥感信息和地面气候资料的模型初步估计，年总净初级生产力约为2.645×109tC〔孙睿、朱启疆，2000〕。生态系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。

早期由于植物生物量很低，初级生产量不高。

一般森林在叶面积指数到达4时，净初级生产量最高但当生态系统发育成熟或演替到达顶极时，虽然生物量接近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。如森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地下局部反映了同样情况。水体也有类似的规律，不过水面由于阳光直射，生产量不是最高，最高的是深数m左右，并随水的清晰度而变化。初级生产力测定方法收割法本方法常用于估算陆地生态系统中的农作物和牧草等的生产力，使用这种方法定期地把所测植物收割下来并对它们进行称重(干重)烘成恒重后,该重量便可代表单位时间内的净初级生产量。二氧化碳同化法在陆地生态系统中,植物在光合作用中所吸收的二氧化碳和呼吸过程中所释放的二氧化碳可在面积或体积的透光容器内,用红外气体分析仪测定二氧化碳进入和离开这个密封容器的数量。假定容器内气体中所含二氧化碳的减少都是被植物用来合成有机物质,那么所减少的二氧化碳量就能代表光合作用量和光合作用率。黑白瓶法黑白瓶的根本原理是测定水中含氧,确定氧的净生产量。然后再利用光合作用方程计算出总初级生产量。放射性同位素测定法目前仍然是测定水生生态系统初级生产量的一种最便利最实用的方法。叶绿素测定法测定的具体程序是对植物进行定期取样,并在适当的有机溶剂中提取其中的叶绿素,然后用分光光度计测定叶绿素的浓度。假定每单位叶绿素光合作用率是一定的,依据所测数据就可以计算出取样面积内的初级生产量。黑白瓶法黑瓶〔呼吸作用〕白瓶(净光合作用)

对照瓶〔消除误差〕放置于水样深度处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量初级生产量的变化水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化；生态系统的初级生产量随群落的演替而变化；陆地上，热带雨林是生产量最高的，而且热带雨林向温带常绿林、落叶林、北方针叶林、稀树草原、温带草原地、寒漠和荒漠依次减少。影响初级生产的因素NPRCO2光H2O营养取食O2＋温度陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质(物质因素)、氧和温度(环境调节因素)六个因素决定的。污染物⑥①②③④⑤光合作用生物量GP〔1〕陆地生态系统光、CO2、水和营养物质是初级生产量的根本资源，温度是影响光合效率的主要因素，而食草动物的捕食减少光合作用生物量。富养化〔entrophication〕N,P,C是造成湖泊富养化的主要营养物质，磷是植物生产量的主要限制因子。〔2〕水域生态系统

淡水生态系统

海洋生态系统光：是限制海洋初级生产量的一个重要因子。营养物质：K、P为主要限制因子，但却分布在深水层中。在被同化的能量中，用于动物的呼吸代谢和生命维持的能量最终以热的形式消散掉，其余用于动物各器官组织的生长和繁殖新的个体，这就是我们所说的次级生产量。〔二〕次级生产次级生产量初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产(secondaryproduction〕，或第二性生产。次级生产的根本特点次级生产过程模型食物资源未采食拒食未食粪便(Fu)呼吸(R)分解被采食可利用食用(C)同化(A)动物产品产生能量(P)潜在能量保持能量损失能量ⅠⅡⅢⅣⅤⅥC=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R食物种群动物得到的动物未得到的动物吃进的动物未吃进的被同化的未同化的净次级生产量呼吸代谢被更高营养级取食未被取食次级生产量的一般生产过程次级生产量的测定方法按同化量A和呼吸量R，估计生产量PP=C-Fu-R，Fu-尿粪量根据个体生长或增重的局部Pg和新生个体重Pr，估计PP＝Pg＋Pr根据生物量净变化△B和死亡损失E，估计PP＝△B＋E

资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。资源分解的意义：理论意义：通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中二氧化碳的浓度；稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物；改善土壤物理性状，改造地球外表惰性物质；实践意义：粪便处理污水处理生态系统中的分解〔二〕能量在生态系统中流动的特点①太阳的辐射能以光能的形式输人生态系统后，通过光合作用被植物所固定，但不能再以光能的形式返回；②自养生物被异养生物摄食后，能量就由自养生物流到异养生物体内，不能再返回给自养生物；③从总的能流途径而言，能量只是一次性流经生态系统，是不可逆的。2．能流是单向流，主要表现在三个方面：1．能流在生态系统中和在物理系统中不同4．能量在流动中质量逐渐提高3．能量在生态系统内流动的过程是不断递减的过程①各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量；②各营养级的同化作用也不是百分之百的，总有一局部不被同化；③生物在维持生命过程中进行新陈代谢总是要消耗一局部能量。生态效率〔ecologicalefficiencies〕:是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值关系。最重要的生态效率(Kozlovsky,1969)有同化效率、生长效率、消费或利用效率、林德曼效率。同化效率(assimilationefficiency,AE):衡量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In,An为植物固定的能量或动物吸收同化的食物，In为植物吸收的能或动物摄取的食物。能量流动的生态效率问题生长效率(growthefficiency,GE):同一个营养级的净生产量〔Pn〕与同化量〔An〕的比值。GE＝Pn／An。消费或利用效率(comsumptionefficiency,CE):一个营养级对前一个营养级的相对摄取量。CE＝In＋1／Pn，In＋1为n＋1营养级的摄取量，Pn为n营养级的净生产量。林德曼效率(Lindemanefficiency):指n与n＋1营养级摄取的食物量能量之比。它相当于同化效率、生长效率和利用效率的乘积，即：In＋1／In＝An/In·Pn／An·In＋1／Pn三、生态系统的物质循环

生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归入环境中，称为物质循环，又称为生物地球化学循环。物质循环〔一〕物质循环的模式物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼此流通。由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物构成的，对于某一种元素而言，存在一个或多个主要的蓄库。库流通量常用单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值表达。③有机物分解的速率影响物质循环速率最重要的因素有：①循环元素的性质②生物的生长速率周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。周转率=流通率／库中营养物质总量周转时间=库中营养物质总量／流通率为了表示一个特定的流通过程对有关库的相对重发性，用周转率和周转时间来表示。生物积累(bioaccumlation):指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。〔二〕物质循环的类型物质的主要蓄库在土壤、沉积物和岩石中，因此这类物质循环的全球性不如气体型循环，循环性能也不完善。沉积型循环气体循环水循环所有的物质循环都是在水循环推动下完成的，水循环是物质循环的核心。物质的主要储存库是大气和海洋，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。〔三〕有毒物质循环1．物质循环的特点

某种物质进入生态系统后，使环境正常组成和性质发生变化，在一定时间内直接或间接地有害于人或生物时，就称为有毒物质或称为污染物。

对有机体有毒的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。有毒物质有毒物质循环毒物进入生态系统的途径是多种多样的；大多数毒物在生物体内具有浓缩现象；毒物进入环境经历迁移和转化的过程。特点物质交换废物处理循环原料提取加工生产贮存运输使用消耗进入生态系统2．有机毒物DDT在生态系统中的循环DDT富集的途径有两个：〔1〕茎、叶及根系→植物体→草食动物→肉食动物；〔2〕土壤动物〔蚯蚓〕→肉食动物〔小鸡〕→高级的肉食动物〔鹰〕类似DDT人工合成大分子化合物不能被生物消化与分解，沿食物链转移，食物链越复杂，逐级积累浓度越大，呈倒金字塔形。〔3〕水→土壤→植物→人畜3．重金属汞在生态系统中的循环〔1〕大气→土壤→植物→人畜〔2〕废水→水生植物→水生动物→人畜地壳中汞经过两种途径进入生态系统：汞循环〔mercurycycle〕是重金属在生态系统中循环的典型代表。〔1〕火山爆发、岩石风化、岩熔等自然运动；〔2〕人类活动，如开采、冶炼、农药喷洒等。生态系统中的主要循环：火山活动化石燃烧

降水挥发挥发沉积物农田风化和淋溶作用农药喷洒径流(CH3)2HgHg2＋CH3Hg鱼水生植物水鸟工厂汞的废物捕鱼由河水带走(中性pH)(酸性pH)四放射性核素循环放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，有的放射物质在体内可存留14年之久。生物地化循环与人体健康地方病：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或缺乏，或过剩，从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，故称“地方病〞。微量元素循环：地方病大多数与微量元素有关。碘的循环与分布特点：碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。微量元素与人体健康：碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。一、森林生态系统

森林生态系统就是森林群落与其环境在功能流的作用下形成一定结构、功能和自行调控的自然综合体。

森林生态系统是陆地生态系统中面积最大、最重要的自然生态系统。森林生态系统具有以下主要的共同特征：〔一〕物种繁多，结构复杂〔二〕生态系统类型多样〔三〕生态系统稳定性高〔四〕生产力高，现存量大，对环境影响大森林在全球环境中发挥着重要的作用：〔一〕是养护生物最重要的基地；〔二〕可大量吸收二氧化碳；〔三〕是重要的经济资源；〔四〕在防风沙、保水土、抗御水旱、风灾方面有重要生态作用等。森林在生态系统效劳方面的作用是无法替代的。我国森林生态系统的主要问题森林生态系统比例小，地理分布不均匀；森林生态系统生物群落结构发生变化，系统自身调节能力下降；恢复和重建速度慢。森林生态系统破坏的生态危害：促进沙漠化的过程；对大气化学产生影响；引起气候变化、增加自然灾害发生的频率。我国森林生态系统恢复和重建对策：加快森林生态战略工程的建设，增大比例、改变格局；积极推广农林复合生态系统的建设；尽快建立南方用材林基地；加强科学管理，发挥现有森林综合效益潜力。二、草地生态系统草地可分为草原和草甸。

草原因受水分条件的限制，动物区系的丰富程度及生物量均较森林低，但明显比荒漠高。

草原处于湿润的森林区与干旱的荒漠区之间，草原的净初级生产力变动较大。根据草原的组成和地理分布，可分为：

草原是地球上草地的主要类型，是内陆干旱到半湿润气候条件的产物，以旱生多年生禾草占绝对优势，多年生杂草及半灌木也或多或少起到显著作用。温带草原热带草原草原生态系统的类型降水减少降水增加荒漠草原典型草原原草甸草原辐射量增加辐射量减少草原生态系统的特点草原生态系统中生产者的主体是禾本科、豆科和菊科等草本植物，优势植物以丛生禾本科为主。垂直结构通常分为三层：草本层、地面层和根层。气候〔温度〕对草原植物有明显的影响。草原生态系统中的初能消费者有适于奔跑的大型草食动物、穴居的啮齿动物以及小型的昆虫等；食肉动物有狼、狐、鼬、猛禽等。初级生产量在所有的陆地生态系统中居中等或中等偏下水平。分布在南北两半球的中纬度地带，如欧亚大陆草原、北美大陆草原和南美草原等。分布在热带、亚热带，其特点是在高大禾草〔常达2~3m〕的背景上常散生一些不高的乔木，故被称为稀树草原或萨王纳。温带草原热带草原草原生态环境现状20世纪60年代以来，草原生态系统普遍出现草原退化现象。20世纪70年代中期，全国退化草原面积占草原总面积的15％，20世纪70年代中期，增加到30％以上。全国草原退化面积以1000－2000万亩的速度扩展。草原退化的主要特征：群落优势种和结构发生改变；生产力低下，产草量下降；草原土壤生态条件发生巨变，出现沙化(sandification)和风暴;固定沙丘复活、流沙在掩埋草场；鼠害现象严重；动植物资源遭破坏，生物多样性下降。海洋生态系统〔一〕海洋生态系统的主要特征1．生产者均为小型即由体型极小、数量极大、种类繁多的浮游植物和一些微生物组成。4．生物分布的范围很广2．海洋为消费者提供了广阔的活动场所3．生产者转化为初级消费者的物质循环效率高①海洋面积大，海洋中有大量的营养物质②海洋条件复杂〔二〕海洋环境的主要特点1．海洋是巨大的，它覆盖70%以上的地球外表2．海洋有连续和周期的循环3．海水含有盐分4．海洋是一个容纳热量的“大水库〞〔三〕海洋生物浮游生物游泳生物底栖生物在水流运动的作用下，被动地漂浮于水层中的生物类群，一般体积微小、种类多、分布广，遍布于整个海洋的上层。一些具有兴旺运动器官和游泳能力很强的动物，如鱼类、大型甲壳动物、龟类、哺乳类和海洋鸟类等属于游泳动物。一个很大的水生生态类群，种类很多，包括了一些原始的多细胞动物，如海绵和海百合。七、城市生态系统1．结构：分为社会生态亚系统、经济生态亚系统、自然生态亚系统，它们交织在一起，相辅相成，形成了一个复杂的综合体。〔一〕城市生态系统的结构和功能2．功能：生产，生活，复原〔二〕关于城市生态系统的几种观点1．自然生态观2．经济生态观以生物为主体，包括非生物环境的自然生态系统，它受人类活动干扰并反作用于人类。以高强度能流物流为特征，不断进行新陈代谢，经历发生、开展、兴旺和衰亡等演替过程的人工生态系统。社会—经济—自然的复合生态系统，城市的自然及物理组分是其赖以生存的根底；城市各部门的经济活动和代谢过程是城市生存开展的活力和命脉；城市人的社会行为及文化观念那么是城市演替与进化的源动力。3．社会生态观4．复合生态观人类集聚的结果，集中探讨了人的生物特征、行为特征和社会特征在城市过程中的地位和作用。五、环境问题：〔一〕人类对大气层的破坏1．酸雨污染：〔不是单纯的雨，他还包括雪、雾、尘埃等各种含有酸性物质的沉降物〕a．形成原因：SO2、NOb．酸雨的危害：c．酸雨的防治：2．光化学烟雾：