最新厦门大学海洋与环境学院普通生态学考研笔记.docx
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厦门大学海洋与环境学院普通生态学考研笔记
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第一章 绪论第二章 个体生态学λ⌝生物与环境第三章 种群生态学λ第一节 种群及其基本特征⌝第二节 种群的遗传与进化⌝⌝第三节 种内、种间关系第四章 群落生态学λ第一节 生物群落的组成与结构⌝第二节 生物群落的动态⌝⌝第三节 生物群落的分类与排序第五章 生态系统生态学λ第一节 生态系统的一般特征⌝第二节 生态系统的能量流动⌝⌝第三节 生态系统的物质循环第四节 自然生态系统⌝第六章 大尺度生态学λ第七章 应用生态学λλ参考书、期刊、网站《生态学》教学计划(环境科学专业54学时)《生态学》教学参考书籍孙儒泳等.《基础生态学》. λ 高等教育出版社,2003.孙儒泳.《动物生态学原理》(第三版).北京师范大学出版社,2001.λ孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编.λ《普通生态学》. 高等教育出版社,1993.Mackenzie,A.,A.S.Ball,S.R.λVirde著,孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如译.《生态学》. 科学出版社 BiosScientificPublishers,2000.λMackenzie,A.,A.S.Ball,S.R.Virde.《Ecology》. BiosScientificPublishersLimited,1999.曲仲湘,吴玉树,王焕校,姜汉桥,唐廷贵编.《植物生态学》(第二版). 高等教育出版社,1983.λλ蔡晓明编著.《生态系统生态学》.科学出版社,2000.尚玉昌,蔡晓明编.λ《普通生态学》.北京大学出版社,1992.《生态学》教学参考书籍金岚主编.《环境生态学》.高等教育出版社,1992.λ李博主编.λ《生态学》.高等教育出版社,2000.Molles,M.C..《生态学:
概念与应用Ecology:
ConceptsandλApplications》.科学出版社McGraw-Hill,2000.Chapman,J.L.,M.J.Reiss.λ《生态学:
原理与应用Ecology:
principlesandapplications》.清华大学出版社,CambridgeUniversityPress,2001.李振基,陈小麟,郑海雷,连玉武.《生态学》.科学出版社,2001.λλ傅伯杰,陈利顶,马克明,王仰麟.《景观生态学原理及其应用》,科学出版社,2002.张金屯,李素清.《应用生态学》.科学出版社,2003.λλ罗勃.德赛尔,本内德.谢尔沃特.《生态与进化研究中的分子方法》.科学出版社,2001.(何田华译,何田华,葛颂校)RichardB.λPrimack.《保护生物学概论》.湖南科学技术出版社,1996.(祁承经译)《生态学》期刊《生态学报》[λ中国生态学会,1982]《生态杂志》[中国生态学会,1982]λ《AMBIO--人类环境杂志》[瑞典皇家科学院,1972]λλ《应用生态学报》[中国生态学会,1990]《生物多样性》[中国科学院濒危物种委员会,1993]λ《植物生态学报》λ[中国植物学会,中国科学院植物研究所,1955]《Ecology》[theEcologicalSocietyofAmericaλ,1920] 《JournalofEcology》[1913] λ《EcologyλMonorgraphs》[1931]《JournalofAnimalEcology》[1932]λ国内《生态学》有关网站搜索引擎--λWWF--λwww.wwfchina.org万方数据--λ中国期刊网--λ生物学文摘(BA)--λ中国科学院生物多样性委员会--λ中国科学院生态环境中心--λ湿地国际—λwww.wetlands.org第一章 绪 论生态学(Ecology)定义Ecologyλ源希腊词“Oikos”和“logos”,前者表示住所和栖息地,后者表示学科,原意是研究生物栖息环境的科学。
⌝研究生物(organism)及环境(environment)间相互关系的科学(E.Haeckel,1866)。
研究科学的自然历史(C.⌝Elton,1927)。
研究生物形态、生理和行为上的适应(Кашкаров(克什卡洛夫),1954)。
⌝⌝研究有机体的分布和多度的科学(Andrewartha,1954)。
⌝研究有机体与生活之地相互关系的科学(环境生物学)(Smith,1966)研究决定有机体的分布与多度相互作用的科学(Krebs,1972,⌝1978, 1985)。
研究生态系统的结构和功能的科学(E.P.Odum,1956);综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学(⌝E.P.Odum,1997)。
研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及其机理的科学(马世骏,1980)。
⌝生物圈λ生态学研究的最高组织层次生态学的研究对象及分支学科分子(molecular)λ个体(individual)λλ种群(population)群落(community)λ生态系统(ecosystem)λ景观(landscape)λλ生物圈(biosphere)分子水平及分子生态学(Molecularecology)Moritz(1994)λ认为分子生态学是用线粒体DNA(mitochondriaDNA)(mtDNA)的变化来帮助和指导种群动态的研究。
HoelzelandλDover(1991)则认为分子生态学是用DNA和蛋白质的特征来研究物种分化、演化及种群生物学等生态学问题。
λ《分子生态学》杂志(1992)则认为分子生态学是分子生物学、生态学和种群生物学之间形成的交叉领域,主要是利用分子生物学方法研究自然种群或人工种群与其环境间的相互关系以及转基因生物(或其产物释放)所带来的一系列潜在的生态学问题。
我国学者λ(王小明) 认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物对其所处环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制。
经典的生态学λ按组织层次(levelsoforganization)划分:
个体生态学(Individualecology):
⌝研究重点是个体对生物和非生物环境的适应(adaptation)。
种群生态学(Populationecology):
⌝多度(abundance)和种群动态(populationdynamics)。
群落生态学(Communityecology):
⌝决定群落组成和结构的生态过程(ecologicalprocesses)。
生态系统生态学(Ecosystemecology):
能流(energy⌝flow)、食物网(foodweb)和营养循环(nutrientcycling)。
按生物类群划分:
λ动物生态学⌝⌝植物生态学微生物生态学⌝人类生态学⌝昆虫生态学⌝鱼类生态学⌝鸟类生态学⌝等等⌝λ按生物栖息环境划分:
水生生态学⌝淡水生态学⌝河口生态学⌝海洋生态学⌝陆地生态学⌝⌝湿地生态学等等⌝按交叉学科划分:
λ数学生态学⌝地理生态学⌝生理生态学⌝行为生态学⌝⌝进化生态学等等⌝按应用领域划分:
λ农业生态学⌝城市生态学⌝资源生态学⌝环境生态学⌝⌝保护生态学恢复生态学⌝旅游生态学⌝污染生态学⌝等等⌝景观及生物圈水平的生态学λ景观(Landscape)和景观生态学(Landscapeecology)景观:
由若干生态系统组成的异质区域(heterogeneous⌝area),这些生态系统构成景观中明显的斑块(patches),这些斑块称景观要素(landscapeelements)。
景观生态学:
⌝研究景观结构及其过程(landscapestructureandprocesses)的科学。
λ生物圈(biosphere)和全球生态学(Globalecology)生物圈:
地球上全部生物和一切适合于生物栖息的场所。
⌝它包括岩圈(lithosphere)的上层、全部水圈(hydrosphere)和大气圈(atmosphere)的下层。
⌝全球生态学:
研究生命系统和行星系统相互关系的科学。
生态学的发展史生态学的萌芽时期(公元16世纪以前) λλ生态学的建立时期(公元17世纪至19世纪) 生态学的巩固时期(20世纪初至20世纪50年代) λλ现代生态学时期(20世纪60年代至今)生态学的萌芽时期λ以古代思想家、农学家对生物环境相互关系的朴素的整体观为特点。
生态学的建立时期λ欧洲文艺复兴时期开始,欧洲科学探索活动再度兴起,崇尚科学调查与科学实验。
一些生态学的理论开始形成。
生态学达到一呼即出的境地。
1866年Heackel 提出Ecology一词,并首次明确生态学的定义。
生态学的巩固时期λ这一时期是生态学理论形成、生物种群和群落由定性向定量描述、生态学实验方法发展的辉煌时期。
形成几个著名的生态学派(四大学派)。
⌝北欧学派:
由瑞典乌普萨拉(Uppsala)大学的R.Sernauder创建。
以注重群落分析为特点。
法瑞学派:
代表人为J.⌝Braun-Blanquet.把植物群落生态学称为“植物社会学”,用特征种和区别种划分群落类型,建立严密的植被等级分类系统。
常被称为植被区系学派。
1953年后,与北欧学派合流,被称为西欧学派或大陆学派。
⌝英美学派:
代表人为F.E.Clements和A.G.Transley,以研究植物群落演替和创建顶极群落著名。
⌝前苏联学派:
注重建群种和优势种,重视植被生态、植被地理与植被制图工作。
现代生态学时期⌝研究层次上向宏观和微观两极发展:
生态学的研究层次已囊括了分子、基因、个体直到整个生物圈。
⌝研究手段的更新:
自计电子仪、同位素示踪、稳定性同位素、“3S”(全球定位系统(GPS)、遥感(RS)与地理信息系统(GIS))、生态建模,系统论引入生态学。
⌝研究范围的拓展:
结合人类活动对生态过程的影响,从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究.生态学研究的方法论λ科学思维的逻辑结构方法的重要性λ生态学研究的基本方法λ科学思维的逻辑结构观察→预测→ 假设→ 检验λ模型:
模型是对现实系统的结构与功能的物理或抽象的描述。
λ生态模型:
描述和预测生态系统行为。
λ方法的重要性⌝变量观测:
如何取样、样本大小、变量选择、精确水平实验设计:
对比组、控制组⌝⌝统计分析:
简单统计分析、多元统计分析生态学研究的基本方法野外研究:
优点:
直接观察,获得自然状态下的资料;缺点:
不易重复。
λλ实验研究:
优点:
条件控制严格,对结果的分析比较可靠,重复性强,是分析因果关系的一种有用的补充手段;缺点:
实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。
λ数学模型研究:
优点:
高度抽象,可研究真实情况下不能解决的问题;缺点:
与客观实际距离甚远,若应用不当,易产生错误。
第一章 绪论 参考文献朱善良.生态学研究的新领域——分子生态学.生物学杂志,2000,17(3):
11-12.λ张晓君,冯清平,白玲.λ分子生态学在微生物多样性研究中的应用.微生物学通报,1999,26
(1):
68-70.第一章 绪论 思考题一、名词解释1.生物圈(Biosphere)2.生态学(Ecology)二、问答题1.简述生态学的定义类型,并给出你对不同定义的评价.√(简述生态学的几种主要定义,并以此说明生态学的发展过程)。
2.列出我国5位著名生态学家,并概括其在生态学上的最主要贡献。
3.二十世纪六十年代以来,生态学迅猛发展,说明其社会背景。
4.按照研究对象的组织层次划分,生态学应包括哪几个分支学科?
概括各分支学科的主要研究内容。
√5.从生态学发展简史入手,谈谈你对该学科的总体认识。
第二章 个体生态学-生物与环境环境与生态因子λλ生物与环境关系的基本原理生物与主要生态因子的相互关系λ环境与生态因子环境概念λ生态因子的类型λλ自然环境的基本特征环境概念环境(environment)和环境因子(environmentalfactors)λ:
环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和,由许多环境要素构成,这些环境要素称环境因子。
λ条件(conditions)和资源(resources):
环境因子可分为条件和资源二类,不可消耗的称条件,可被消耗的称资源。
λ生态因子(ecologicalfactors):
环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。
生态因子是环境中对生物起作用的因子,而环境因子则是指生物体外部的全部要素。
生态因子的类型λ生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子(biOticfactors):
有机体(同种和异种)⌝非生物因子(abiotic⌝factors):
温度、光、湿度、pH、氧气等有的学者将生态因子分为五类λ气候因子(climatic⌝factors)、土壤因子(edaphicfactors)、地形因子(topographicfactors)、生物因子、人为因子(anthropogenicfactors)Begon等将非生物因子分为条件和资源两类λ条件:
温度、湿度、⌝pH等资源:
营养物质、水、辐射能等⌝生态因子的类型Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子λ⌝密度制约因子(densityindependentfactors):
食物、天敌等生物因子非密度制约因子(densitydependent⌝factors):
温度、降水、气候等因子Мончадский(蒙恰斯基)将生态因子分为稳定因子和变动物因子λ稳定因子(steady⌝factors):
地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子变动物因子(variable⌝factors):
周期性变动:
春夏秋冬、潮夕涨落;非周期性变动:
风、降水、捕食生态因子的空间分布特征λ纬度地带性:
从赤道到两极,整个地球表面具有过渡状的分带性规律。
太阳辐射量差异 太阳辐射--热量带⌝--水分差异--植被分带--土壤分带自然地理带:
赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带⌝植被地带性分布⌝λ垂直地带性:
因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同,生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。
λ经度地带性:
地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。
如北美大陆和欧亚大陆。
植被的空间格局(自M.C.Molles,Jr,1999)生物与环境关系的基本原理λ生态因子作用的特点生物对非生物因子的耐受限度λ生物对各生态因子耐受性之间的相互关系λ生物对生态因子耐受限度的调整λλ生态位生态因子作用的特点综合性:
如气候的作用λ非等价性(主导因子作用):
塜雉孵卵的温度控制;渔业高密度养殖增氧λλ直接性和间接性:
食物,降水限定性(因子作用的阶段性):
中华绒螯蟹的孵化λλ生态因子的不可替代性和互补性:
水体内的钙和锶生物对非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)λ植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素,这些处于最低量的营养元素称最小因子(JustusvonLiebig,1840,德国)。
⌝⌝两个补充条件(Odum,1983):
1)严格的稳定状态;2)因子补偿作用(factorcompensation) :
生物在一定程度和范围内,能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。
“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)(λV.E.Shelford,1913,美国)⌝每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点,在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)。
限制因子(limitingfactors)λ⌝在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子限制因子概念的意义⌝ϖ为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点;ϖ有助于把握问题的本质,寻找解决问题的薄弱环节。
生物种的耐受性限度图解(仿Smith,1980)生物对各生态因子耐受性之间的相互关系λ对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响:
如温湿的关系;湿度和溶氧的关系;温度和盐的协同作用λ生物因子和非生物因子之间也是相互影响的:
物种之间的竞争产生的生态位分离生物对生态因子耐受限度的调整驯化λ内稳态λλ适应驯化实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization) λ :
驯化(acclimation/acclimatization):
生物在实验/自然条件下,诱发的生理补偿变化,前者需要较短的时间,后者需要较长的时间。
有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化;有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化,实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。
λ驯化的应用:
植物的引种栽培内稳态内稳态(homeostasis):
生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。
λλ内稳态通过形态、行为和生理适应实现。
λ大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。
依靠三个基本组成成份:
接受器;控制中心;效应器。
负反馈过程(维持哺乳动物血液渗透性)适应λ适应(adapatation):
生物对环境压力的调整过程。
分基因型适应和表型适应两类,后者又包括可逆适应和不可逆适应。
如桦尺蠖在污染地区的色型变化。
λ适应方式(形态、生理、行为的适应):
形态适应:
保护、保护色、警戒色与拟态⌝行为适应:
运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌⌝⌝生理适应:
生物钟、休眠、生理生化变化营养适应:
食性的泛化与特化⌝适应组合(adaptivesuites):
λ生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性,称适应组合。
如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。
趋同适应和趋异适应λλ胁迫适应趋同适应和趋异适应生活型λ生态型λ生活型和趋同适应生态型和趋异适应生态位λ生态位(niche)与栖息地(habitat)生态位--有机体在环境中占据的地位;⌝栖息地--有机体所处的物理环境。
⌝λ超体积生态位(hypovolume)生态位的每一个环境变量称一维,生态位空间的环境变量可以是多个,超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。
⌝λ基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位(realizedniche)物种理论上占据的生态位空间称基础生态位;⌝⌝实际占有的生态位空间称实际生态位。
生物与主要生态因子的相互关系生物与光的关系λ生物与温度的关系λ生物与水的关系λλ生物与土壤的关系生物与光的关系太阳辐射及其变化规律λ光质变化对生物的影响λ光强度变化对生物的影响λλ光周期现象地球自转时,赤道附近照射的时间长(日周期)λλ地球公转时,夏天北半球照射的时间长;冬天南半球照射的时间长(季节周期)λ低纬度地区有较为恒定的热量,高纬度比低纬度地区接受的能量更少太阳辐射能(仿A.Mackenzieet.al,1999)λ光的性质:
波长150-4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类,波长在380-760nm之间的光为可见光。
绿色植物的光合作用有效范围是380-700nm之间。
光质变化对生物的影响λ海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:
海水表层植物色素吸收蓝、红光;⌝深水植物光合色素有效地利用绿光。
⌝λ高山植物— 对紫外光作用的适应,发展了特殊的莲座状叶丛。
动物—不同动物发展不同的色觉。
λ光强度变化对生物的影响λ植物—光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比,但达光饱和点后,不随光强增加。
水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。
λλ陆生生物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。
⌝阳性植物(cheliophytes)、阴性植物(sciophytes)和耐阴性植物(shadeplant):
阳性植物对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能进行正常生长;阴性植物对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低,呼吸作用、蒸腾作用都较弱,抗高温和干旱能力较低;耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能力,对光的需要介于前两类植物之间。
λ动物—光照强度影响动物的行为,昼行性动物在白天强光下活动,夜行性动物在夜晚或弱光下活动。
生物的光周期现象λ光周期现象(photoperiodism):
Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。
这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应,称光周期现象。
λ植物光周期现象—对繁殖(开花)的影响:
区分为长日照植物和短日照植物。
长日照植物(long-dayplants)和短日照植物(short-day⌝plants):
日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物;短日照短于一定数值才开花的植物称短日照植物,一般需要较长的黑暗才能开花。
前者如小麦、油菜,后者如苍耳、水稻。
λ动物光周期现象—对鸟类等迁徙影响;对繁殖的影响:
区分为长日照动物和短日照动物。
长日照动物(long-day⌝animals)和短日照动物(short-dayanimals):
在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代,称长日照动物;与些相反,一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖,称短日照动物。
前者如雪貂、野兔、刺猬;后者如绵羊、山羊和鹿等。
生物与温度的关系λ温度对生物的作用(温度的生态学意义)极端温度对生物的影响λ生物对极端温度的适应λ温度对生物的作用λ温度与生物生长:
温度是最重要的生态因子之一,参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度,即三基点温度;不同生物的三基点不同;在一定温度范围内,生物生长的速率与温度成正比;外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替,形成年轮;外温影响动物的生长规模。
λ温度与生物发育:
温度与生物发育最普遍的规律是有效积温。
温度与生物的繁殖和遗传性:
植物春化,动物繁殖的早迟。
λλ温度与生物分布:
许多物种的分布范围与温度区相关。
有效积温法则及其意义有效积温法则λ⌝植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程,而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数,称总积温或有效积温,因此可用公式:
N•T=K 表示,考虑到生物开始发育的温度,又可写成:
N(T-C)=K, T=C+K/N,其中,N为发育历期,即生长发育所需时间,T为发育期间的平均温度,C是发育起点温度,又称生物学零度,K是总积温(常数)。
λ有效积温法则的意义 预测生物发生的世代数;⌝预测生物地理分布的北界;⌝预测害虫来年的发生程历;
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