环境生态学总复习2012版.ppt
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1、本课程的主要内容,第一章 绪论 第二章 生物与环境 第三章 生物圈中的生命系统 第四章 生态系统生态学 第五章 生态系统服务 第六章 人类对自然生态系统的干扰与生态恢复 第七章 环境污染与生态环境影响评价 第八章 受损生态系统的修复 第九章 生态系统管理 第十章 生态环境保护与可持续发展,第一章 绪 论,环境生态学的研究内容,(一)人为干扰下生态系统结构和功能变化规律 (二)生态系统因人类活动而受损的生态学指标 (三)生态系统保护的理论与方法 (四)解决环境问题的生态学途径,(1)生态学(ecology)的定义,目前通用的观点: 生态学是研究生物在其生活过程中与环境关系的科学。,20世纪著名的
2、八大公害事件,第二章 生物与环境,第一节 地球上的生物,生物种的概念 1、有区别于其他物种并能稳定遗传的的形态特征 2、有一定的分布区 3、与其他物种存在生殖隔离 是自然界中一个基本进化单位和功能单位,生物的协同进化 生物与生物之间的关系称为交互作用。这两对物种在长期的进化过程中,相互形成了一系列形态、生理和生态的适应性特征。,二、生物多样性,包括四个层次: 1、遗传多样性:基因多样性 2、物种多样性:物种水平 3、生态系统多样性:生境多样性、生物群落多样性、生态过程多样性 4、景观多样性:不同类型的景观在空间结构功能机制和时间动态方面的多样化和变异性,影响生物多样性的因素,1.物种生物量 2
3、.物种的属性 3.生物地化循环 4.系统的稳定性 5.物种库 6.输入环境的总能量 7.纬度、栖息地异质性和生产力,第二节 环境及其类型,(1)环境(Environment)的概念,环境(environment) :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。 环境总是针对某一特定主体或中心而言的,是一个相对的概念,离开了这个主体或中心也就无所谓环境,因此环境只有相对的意义。,2.2.1 生态因子的概念,生态因子(Ecological Factors)概念 环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素 生态因子与环
4、境因子 环境因子指生物体外部全部环境要素。 生态因子是环境因子中对生物起作用的因子。 环境因子的外延大于生态因子。,2.2.2 生态因子作用的一般特征,综合作用 主导因子作用 直接和间接作用 阶段性作用 不可代替性和补偿作用,(1)综合作用,每一个生态因子是在与其他因子的相互影响、相互制约中起作用的,任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化,这就是生态因子的综合作用。生态因子间总是互相促进、相互制约,任何单一因子的变化必将引起其它因子的变化,导致生态因子的综合作用。如,光强,改变,温度、湿度等,影响,植物生长,(2)主导因子作用,生态环境中各因子地位不同,一般情况下,其中有一个或几
5、个因子对其它因子的变化起主导作用,该因子即为主导因子。主导因子的改变常会引起其他因子的发生明显的变化,或使生物的生长发育发生明显的变化。主导因子是随时间、空间变化而变化的。,例如: 光合作用时,主导因子是光,温度是次要因子 春化作用时,主导因子是温度,湿度和通气条件是次要因子,(3)直接作用与间接作用,植物的生长过程中,光照,温度和雨水能起直接作用,地形虽不重要,但能够影响光照,温度和降雨,故也起间接作用,(4)阶段性作用,生物的生长具有阶段性,生态因子的作用也就有了阶段性。,(5)不可替代性和可补偿性,生态因子虽非等价,但一般都不可缺少,一个因子的缺少不能由另一个来完全替代,具不可替代性,尤
6、其是主导因子,如果缺少,便会影响生物的正常发育,甚至造成其生病或死亡;但同时,在一定条件下,某一因子量的不足,可由其它因子的增加或增强而得到补偿,即为可补偿性。例如:锶大量存在时可以减少钙不足对动物造成的有害影响。,2.2.3 生态因子的限制性作用,(1)限制因子 限制生物生存和繁殖的关键性因子叫做限制因子 生物的限制因子取决于生物对某种因子的耐受范围: 限制因子的价值 某种生物的限制因子即是其生存的关键; 找到了限制因子就意味着掌握了某种生物与环境复杂关系的钥匙,(2)利比希(Liebig)最小因子定律,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,(3)谢尔
7、福特(Shelford)耐受定律,基本描述 生物的生存与繁殖,要依赖某种综合环境因子的存在,只要其中一项因子的量(或质)不足或过多,超过了某种生物的耐性限度,则该物种不能生存,甚至灭绝。 耐受定律的补充 生物能够对一个因子耐受范围广,而对另一个因子耐受范围窄 对所有生态因子耐受都很宽的生物,其分布一般很广; 在对一个因子处于不适状态时,对另一因子耐受力可能下降; 生物的耐受性是可以改变的 对耐受性来说,生态因子之间的作用是相互关联的。,(4)生态幅,概念:物种对于环境的适应范围的大小。 物种对两个生态因子适应范围不一致时,生态幅为适应范围窄的因子所限制,生物与环境之间的相互作用,1、环境对生物
8、的作用:影响生物的生长、发育、繁殖和行为;影响生物生育力和死亡率,导致种群数量的变化;某些生态因子能够限制生物的分布区域。 2、生物对环境的反作用:生物对环境的影响,一般称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况。,2.3 生态因子的生态作用及生物的适应性,光因子的生态作用及生物的适应 温度因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用及生物的适应 土壤因子的生态作用及生物的适应,2.3.1 光因子的生态作用及生物的适应,光是地球生物生存和繁衍的最基本的能量源泉。 光因子包括光强(光照度),光质和光周期,(1)光照度的生态作用与生物的适应性,植物光合作用率在光补偿点 附近与光强度成
9、正比,但达光饱和点后, 不随光强增加。,光 合 作 用 率,光 合 作 用 率,光强度,光强度,净生产力,光合作用,呼吸作用,A,B,A,B,A,CP,光补偿点,CP,CP,a,b,sp,sp,光饱和点,B,水生植物 水生植物在水中的分布与光照强度有关。 陆生植物 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。 阳生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;阴生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。 动物 光照强度影响动物的行为,昼行性动物在白天强
10、光下活动,夜行性动物在夜晚或弱光下活动。,光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成,许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下,植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上,光照时间越长,强度越大,形成的有机物越多,有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟,对果实的品质也有良好作用。,生物的光周期现象,光周期现象: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。 生物的自然选择和进化形成了各自特有的对日照长度的反应方式,植物光周期现象 对繁殖(开花)的影响
11、:区分为长日照植物和短日照植物。 长日照植物(long-day plants)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;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。,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-day animals):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
12、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。,(2)光质的生态作用与生物的适应,光合作用的光谱范围:可见光区,其中红、橙光主要被叶绿素吸收,对叶绿素的形成有促进作用:蓝紫光也能为叶绿素和胡萝卜素吸收,这部辐射称为生理有效辐射;绿光很少被吸收利用,称为生理无效辐射。此外,长波光(红光)有促进延长生长的作用,短波光(蓝紫光、紫外线)有利于花青素的形成,并抑制茎的伸长。,光质对植物的作用: 小麦的光合作用在波长为400-800nm区较强可见光中的红、橙光对光合作用有促进作用,而绿光为无效辐射; 紫色薄膜对茄子有增产作用;蓝色薄膜对草莓有增产作用;红光可以促进甜瓜的植株发育
13、。 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。 高山植物 对紫外光作用的适应,发展了特殊的莲座状叶丛。,光质对动物的作用 主要影响动物的生殖、迁涉、毛羽更换、生长和发育; 对色觉的影响差别较大:大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近,但昆虫则偏于短波光,而且许多昆虫对紫外光有趋光性,这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。 紫外光对动物和微生物都有有害影响 对微生物有抑制作用; 对人类有致癌作用 对昆虫的新陈代谢有促进作用,2.3.2 温度因子的生态作用及生物的适应,温度因子的生态作用 生物对极端温度的适应 温度与生物的地理分布
14、 变温与温周期现象 物候节律 休眠,(1)温度因子的生态作用,温度与生物生长 任一生物的生命活动都有最低、最适和最高温度(三基点); 三基点来源于酶系统的活性; 不同生物的三基点是不同的。 温度与生物发育 温度与生物发育的最普遍规律是有效积温;,(2)生物对极端温度的适应性,对低温的适应 植物 形态上的适应:如寒冷地区植物的芽和叶片通过表面油脂,腊粉,密毛以及个体矮小,蛰状或莲状等,有利于保温,抵抗寒冷 生理上的适应:减少细胞中的水分并增加糖类、脂肪、色素以降低冰点,动物 增大体形(贝格曼规律) 减少突出部位,以减少散热量 增加羽毛和皮下脂肪,并具有隔热性良好的皮毛,可不增加或少增加新陈代谢以
15、御寒。,对高温的适应 也表现在形态,生理和行为三个方面 1、结构上,植物的绒毛、浅色、革质、叶片垂直排列等特点,能够滤过、反射或减少吸收热量; 2、生理上,植物增大蒸腾作用;动物放松恒温型 3、行为上,动物的休眠等,(3)温度与生物的地理分布,温度是决定生物分布的重要因子,但不是决定因子 一般:温度暖和的地区生物种类多,反之较少。,(4)变温与温周期现象,不同地带的生物,对昼夜变温与温度周期性变化反应不同 变温与生长 植物的生长更适应温度的昼夜变化,及所谓植物的温周期现象大多数植物在变温下发芽较好; 植物的生长一般要求温度因子有规律地昼夜变化 变温与干物质积累 变温对于植物体内物质的转移与积累
16、有良好的作用,2.3.3 水因子的生态作用及生物的适应,水对动植物生长发育的影响 水对植物的生长也有“三基点”,到最低点,植物生长停止,最高点,植物根系缺氧,烂根; 水对动物的影响则表现在引起动物的滞育或休眠。,水对动植物分布的影响 水分与动植物的种类和数量有密切的关系。 雨量充沛的热带雨林中植物达52种/hm2,我国大兴安岭则只有10种/hm2。,(2)生物对水因子的适应a. 植物,水生植物 有发达的通气组织;不发达的机械组织;水下叶片多为带状、条状或线状,以增加面积,且很薄。,生态类型 沉水植物 浮水植物 挺水植物,陆生植物,形态适应: 发达的根系; 叶面小; 单子叶植物中一些具扇状的运动
17、细胞,可使叶面卷曲; 具发达的贮水组织; 表面蜡质、细毛、,生理适应: 水分运输的动力 原生质的渗透浓度高。 行为适应: 气孔关闭,陆生植物 有湿生,中生和旱生三种 湿生植物是抗旱能力最弱的植物,中生植物已经有一套保持水分的结构和功能,旱生植物在形态结构上既能增加水分摄入,又能减少水分丢失:如发达的根系,发达的贮水组织。,b. 动物,动物也分两大类 水生动物 水是溶剂,不同类型的水溶解有不同种类和数量的盐类 水生动物的适应性主要体现在渗透压调节与水分平衡 淡水动物对环境是高渗性的(排盐),海洋动物是等渗的。,陆生动物 陆生动物的适应性表现在三个方面 形态结构:如哺育动物的皮脂腺和毛,能防止水分
18、蒸发; 行为适应:如沙漠动物昼伏夜出; 生理适应:如骆驼不仅有储水的胃,其大量脂肪在缺水时也能分解出水,2.3.4 土壤因子的生态作用及生物的适应性,土壤的物理化学性质对生物的影响 土壤水分,土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化,促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱,太多又导致涝害,都对植物的生长不利。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。,土壤的物理化学性质对生物的影响土壤空气,在不良条件下,可以降至10%以下,可能抑制植物根系的呼吸作用。当土壤中CO2含量过高时(如达到10-15%),根系的呼吸和吸收机能就会受阻,甚
19、至会窒息死亡。,土壤的物理化学性质对生物的影响土壤温度,土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响,还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说,低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度,抑制根系的生长,减弱其吸收作用;土温过高则促使根系过早成熟,根部木质化加大,从而减少根系的吸收面积。,土壤的理化性质及其对生物的影响化学性质,土壤酸碱度:土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。过碱性和酸性不利于植物生长,酸性还不利于细菌生长。根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求,可把植物分成酸性土植
20、物(pH7.5)。土壤酸碱度对土栖动物也有类似影响。,d. 植物对盐类的适应性,植物的适应性类型 对酸性的反应:酸性土植物,中性土植物,碱性土植物 对钙盐的反应:钙质土植物,嫌钙植物 对含盐量的适应:盐土植物,碱土植物 对风沙基质的适应:沙生植物,种群及其基本特征,生命系统的组织层次,分子 基因 细胞 组织与器官 个体 种群 群落,种群的定义,种群(population):在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合 。,种群不是个体的简单叠加,是通过种内关系组成的一个有机统一体或系统。 种群是一个自我调节系统,通过系统的自动调节,使其能在生态系统内维持自身稳定性。作为系统还具有群体的信息传递
21、、行为适应与数量反馈控制的功能。 种群不仅是自然界物种存在、物种进化、物种关系的基本单位,也是生物群落、生态系统的基本组成成份,同时,还是生物资源保护、利用和有害生物综合管理的具体对象。 一个物种,由于地理隔离,有时不只有一个种群。,种群主要特征,数量特征 种群参数变化是种群动态的重要体现。 空间特征 组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局,称为种群的内分布型 遗传特征 种群具有一定的遗传组成,是一个基因库。,种群动态,种群动态是种群生态学的核心问题,是种群数量在时间和空间上的变动规律:,种群的分布格局,均匀分布:原因:种群内个体间的竞争。 随机分布:原因:资源分布均匀,种群内个体间没有
22、彼此吸引或排斥。 聚集分布:原因:资源分布不均匀;种子植物以母株为扩散中心;动物的社会行为使其结群。,种群密度的估计方法: 绝对密度估计:单位面积或空间上的个体数量。 相对密度估计:表示个体数量多少的相对指标。,种群统计,种群结构年龄结构,种群各年龄组的个体数或百分比的分布呈金字塔形,因此,称这样的年龄分布称为年龄金字塔或年龄锥体(age pyramid)。 年龄锥体有三种类型:下降(declining)、稳定(stable)和增长(increasing)型。,年龄锥体的三种基本类型,a下降型种群: 幼年组个体数少,老年组个体数多,种群的死亡率大于出生率,种群种群数量趋向减少。 b稳定型种群:
23、 种群出生率大约与死亡率相当,种群稳。,c增长型种群: 幼年组个体数多,老年组个体数少,种群的死亡率小于出生率,种群迅速增长。,种群结构性别结构,性比: 同一年龄组的雌雄数量之比,即年龄锥体两侧的数量比例。,肯尼亚、美国和澳大利亚的人口年龄结构,生命表,同生群生命表:根据大约同一时间出生的一组个体(同生群)从出生到死亡的记录编制的生命表称同生群生命表。 静态生命表:根据某一特定时间对种群作一年龄结构调查数据而编制的生命表称静态生命表。 综合生命表:包括了出生率的生命表称综合生命表。,生命表的意义,通过生命表的研究可以了解种群的动态。,型存活曲线: 幼体和中年个体的存活率相对高,老年个体的死亡率
24、高。 型存活曲线: 各年龄段的死亡率恒定,曲线呈对角线型。 型存活曲线: 一段极高的幼体死亡率时期之后,存活率相对高。,年龄,存活数的对数,存活曲线,种群变化率,种群变化率: N/t = rNt dN/dt = rNt Nt = N0ert r =ln ( Nt/N0)/t 瞬时增长率(r): 任一短的时间内,出生率与死亡率之差便是瞬时增长率。 r= ln R0/T 应用,关键因子分析,K-因子分析 分析各年龄级k值对总k值的影响,就可知道哪一个关键因子对总k值的影响最大,这一技术称k-因子分析,种群增长模型,非密度制约种群增长模型 密度制约种群增长模型,非密度制约种群增长模型,在资源充分(无
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