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特别是W.C.Alle(1949)等的《动物生态学原理》出版,被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。
学派的形成:
主要有
①北欧学派:
以注重群落分析为特点。
代表人物:
G.E.DuRietz
②法瑞学派:
用特征种和区别种划分群落类型,建立了严密的植被等级分类系统。
代表人物是J.Braum-Blanquet
③英美学派:
研究植物群落的演替和创建顶极学说。
代表人物是Clements和Tansley
④苏联学派:
注重建群种和优势种,建立了一个植被等级分类系统,并重视植被生态、植被地理与植被制图工作。
B.H.Cykayeb
(四)现代生态学阶段(20世纪60年代至现在)
20世纪60年代以来,由于工业的高度发展和人口的大量增长,带来了许多全球性的问题(例如,人口问题、环境问题、资源问题和能源问题等),涉及到人类的生存死亡。
人类居住环境的污染、自然资源的破坏与枯竭以及加速的城市化和资源开发规模的不断增长,迅速改变着人类自身的生存环境,造成对人类未来生活的威胁。
上述问题的控制和解决,都要以生态学原理为基础,因而引起社会上对生态学的兴趣和关心。
5、现代生态学的发展趋势及特点:
a.研究层次上向宏观和微观两极发展;
b.研究手段的更新;
c.研究范围的扩展。
第二章生物与环境
1、种:
美国现代生物学家E.Mary(1963)从种群遗传学的角度把种定义为“能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合构成一个种”,而“种群是某一地区具有实际或潜在杂交能力的个体的集群”。
2、物种:
是由内在因素(生殖、遗传、生理、生态、行为)联系起来的个体的集合,是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。
3、环境(environment):
是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
4、生态因子(ecologicalfactors):
是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。
例如,温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。
所有生态因子构成生物的生态环境(ecologicalenvironment)。
具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境(habitat),其中包括生物本身对环境的影响。
5、生态因子作用的一般特征(一般规律):
(1)综合作用;
(2)主导因子作用;
(3)直接作用和间接作用;
(4)阶段性作用;
(5)不可代替性和补偿作用;
6、.限制因子(limitingfactor):
①限制生物生存和繁殖的关键性因子;
②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,而且阻止其生长、繁殖或扩散甚至生存的因子。
7、.最小因素定律(lawofminimum):
植物的生长和繁殖取决于处在最小量状况的食物的量。
8、.耐性定律(lawoftolerance),又称shelford耐性定律:
生物的存在与繁殖,要依赖于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,则使该物种不能生存,甚至灭绝。
9、耐性(tolerance):
①指生物能够忍受外界极端条件的能力;
②指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。
10、耐性限度(thelimitsoftolerance):
每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。
也即生物种在其生存范围内,对任一生态因子的需求总有其上限与下限,两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度。
耐性限制用曲线表示,称为耐性曲线(tolerancecurve)。
11、生态幅:
每一个种对环境因子适应范围的大小即生态幅,这主要决定于各个种的遗传特性。
12、内稳态(homeostasis):
即生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制,它能减少生物对外界条件的依赖性,从而大大提高生物对外界环境的适应能力。
内稳态是通过生理过程或行为的调整而实现的。
13、.指示动物:
生物在与环境相互作用、协同进化的过程中,每个种都留下了深刻的环境烙印。
因此,常用生物作为指示者,反映环境的某些特征。
14、光强的生态作用对生物的适应:
①光强对植物的生长发育和形态建成有重要作用—植物黄化现象(eitiolationphenomenon)
②光照强度与水生植物;
③植物对光照强度的适应类型
15、光饱和点:
在一定范围内,光合作用的效率与光强成正比,但是到达一定程度,倘若继续增加光强,光合作用的效率不仅不会提高,反而下降,这点称之为光饱和点。
16、光合作用:
红、橙光主要被叶绿素吸收,对叶绿素的形成有促进作用;
蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素所吸收,我们将这部分称为生理有效辐射。
而绿光很少被植物吸收利用,称为“生理无效辐射”。
实验表明,红光有利于糖的合成,蓝光有利于蛋白质的合成。
17、昼夜节律:
大多数生物活动表现出昼夜节律,即24小时循环一次的现象。
18、光周期现象:
生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。
生物和许多周期现象是受日照长短控制的,光周期是生命活动的定时器和启动器。
19、生长:
“三基点”:
任何一种生物,其生命活动中每一生理生化过程都有酶系统地参与。
然而,每一种酶的活性都有它的最低温度、最适温度和最高温度,相应形成植物生长的“三基点”。
20、发育:
植物的春化作用(某些植物要经过一个“低温“阶段才能开花结果);
有效积温法则
21、贝格曼Begman定律:
生活在高纬度地区的恒温动物,其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。
因为个体大的动物,其单位体重散热量相对减少。
22、阿伦(Allen)规律:
恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小变短的趋势。
23、物候节律:
物候又称物候现象(phenologicalphenomenon),是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。
物候学(pheology)则是指研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学。
24、水因子的生态作用:
水分不足,使植物萎蔫;
使动物滞育或休眠。
某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关,如澳洲鹦鹉遇到干旱年份,就停止繁殖;
而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆发性开花结果”。
25、生物对水因子的适应:
植物依其对水分的需求量和依赖程度划分为水生植物、陆生植物两大类型。
各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物;
湿生植物、旱生植物和中生植物等。
26、陆生动物对水因子的适应:
①形态结构上的适应:
以各种不同形态结构,使体内水分平衡;
②行为的适应:
沙漠动物昼伏夜出;
迁徙等;
③生理适应:
“沙漠之舟”骆驼可以17天喝水,身体脱水达体重的27%,仍然照常行走。
它不仅具有贮水的胃,驼峰中还储藏丰富的脂肪,有消耗过程中产生大量水分;
其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质,不易脱水。
27、土壤因子的生态作用:
土壤是岩石圈表面能够生长动物、植物的疏松表层,是陆生生物生活的基质,它提供生物生活所必需的矿物质元素和水分。
第三章种群及其基本特征
1、种群(population)的概念
a.是占据特定空间(地理位置)的同种有机体的集合群;
b.是占据某一地区的某个种的个体总和(Friederich,1930);
c.某一特定时间占据某一特定空间的一群同种有机体(Merrile,1981);
d.是物种在自然界中存在的基本单位,又是生物群落的基本组成单位;
是一种特殊组合,具有独特性质、结构、机能,有自动调节大小的能力。
2、种群生态学(populationecology):
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(例如,捕食者与猎物、寄生物和宿主等)的相互作用的科学。
(种群生物学populationbiology)
3、种群动态,种群生态学的核心问题,研究种群数量在时间上和空间上的变动规律。
简单的说,就是
a、种群的数量或密度;
b、种群的分布;
c、种群数量变动和扩散迁移;
d、种群调节。
4、种群的群体特征:
:
a.种群密度;
b.初级种群参数,包括出生率(natality)、死亡率(mortality)、迁入和迁出率;
出生和迁入是使种群增加的因素,死亡和迁出是使种群减少的因素。
出生率泛指任何生物产生新个体的能力,不论这些新个体是通过分裂、出芽、结籽、生产等哪一方法形成的。
迁出是指种群内个体由于种种原因而离开种群的领地,迁入则是别的种群进入领地。
c.次级种群参数,包括性比(sexratio)、年龄分布(agedistribution)和种群增长率等。
5、种群的年龄结构(agestructure):
不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。
按锥体形状,年龄锥体可划分为三个基本类型:
增长型、稳定型、下降型。
6、性比(sexration):
种群中雄性个体和雌性个体数目的比例。
受精卵的♂/♀大致是50:
50,这叫第一性比;
幼体成长到性成熟这段时间里,由于种种原因,♂/♀比继续变化,到个体成熟时为止的♂/♀比例叫第二性比;
以后还有充分成熟的个体性比,叫第三性比。
7、生命表(lifetable):
是指列举同生群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张清单。
8、动态生命表(dynamiclifetable):
根据对同年出生的所有个体进行存活数动态监察资料编制而成,也称为同生群生命表。
9、静态生命表(staticlifetable):
根据某一特定时间对种群作一年龄结构调查资料编制的。
10、生命表的作用(意义):
综合记录了生物体生命过程的重要数据;
系统表示出种群完整生命过程;
研究种群数量动态必不可少的方法。
11、马尔萨斯(Malthus)方程:
又称种群指数增长模型,与密度无关
小注:
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,因而其增长率不随种群本身的密度而变化,这类增长通常呈指数是增长,可称为与密度无关的增长(density—independentgrowth,或译为非密度制约性增长)。
Nt=N0ert指数增长;
lnNt=lnN0trt对数增长
12、逻辑斯蒂增长(Logisticgrowth)模型:
是比利时学者Verhulst1838年创立的。
逻辑斯蒂增长模型是指种群在有限环境下,受环境制约且与密度相关的增长方式。
Nt=k/1+(1-Nt/k)e-rt
13、自然种群的数量变动:
①种群增长;
②季节消长;
③不规则波动;
④周期性波动;
⑤种群的暴发
赤潮:
是指水中一些浮游生物(如腰鞭毛虫、裸甲藻、梭角藻、夜光藻等)暴发性增殖引起水色异常的现象,主要发生在近海,又称红潮。
它是由于有机污染,即水中氮、磷等营养物过多形成富营养化所致。
其危害主要有:
ⅰ藻类死体的分解,大量消耗水中溶解氧,使鱼贝等窒息死亡;
ⅱ有些赤潮生物产生毒素,杀害鱼贝,甚至距离海岸64km的人,也会受到有风带来毒素的危害,造成呼吸和皮肤的不适。
⑥种群平衡——种群较长期的维持在几乎同一水平上
⑦种群的衰落和灭亡
⑧生态入侵(ecologicalinvasion):
由于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,分布区逐步稳定的扩展,这种过程称生态入侵。
14、种群空间格局(spatialpattern):
组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局,称为种群空间格局或内分布型。
大致可分为3类:
①均匀型(uniform);
②随机型(random);
③成群型(clumped)
15、建筑学结构(architecture):
植物重复出现的构件的空间排列,可以称为建筑学结构(architecture),它是决定植物个体与环境相互关系和个体间相互作用的多层次的等级结构系统。
16、种群调节(种群的数量变动,反映着两组相互矛盾的过程(出生和死亡,迁入和迁出)相互作用的综合结果):
(1)气候学派——强调种群数量变动,否定稳定性;
(2)生物学派——主张捕食、寄生、竞争等生物过程对种群调节起决定作用;
(3)食物因素——强调食物因素为决定性;
(4)自动调节学说——研究焦点在动物种群内部;
第四章种群生活史
1、生活史的定义:
一个生物从出生到生物所经历的全部过程称为生活史(lifehistory)或生活周期(lifecycle)。
a.个体大小:
是生物的遗传特征,与生活周期长短有很好相关性。
b.生长与发育速度:
呈“S”形生长曲线,包括停滞期、指数期、静止期。
生长(growth):
①生物体生物物质的增加;
②生物细胞数量的增加;
发育(development):
伴随着生长过程,生物体的结构和功能从简单到复杂,从幼体形成一个与亲代相似的性成熟的个体,这个总的转变过程叫做发育。
繁殖:
指有机体生产出与自己相似后代的现象,是生物形成新个体的所有方式的总称。
包括:
营养繁殖(vegetativereproduction)、孢子生殖(sporereproduction)和有性生殖(sexualreproduction)。
营养繁殖是指从生物营养体的一部分生长发育为一个新个体的繁殖方式。
孢子生殖是指生殖细胞即孢子,不经过有性过程而直接发育成新个体的繁殖方式。
有性生殖是指通过两性细胞核的结合形成新个体的繁殖方式。
有时把营养繁殖和包子生殖一并称为无性生殖(asexualreproduction)。
生物繁殖方式的生态学意义:
①在现存环境条件下的扩展性;
②对多变环境的适应性;
③繁殖速度;
④繁殖潜力;
⑤在自然选择压力下的进化速度。
比较而言,无性繁殖不经过复杂的有性过程和胚胎发育阶段,它的子代是来自同一基因型的亲体,因而在扩展性、繁殖速度与繁殖潜力上比有性生殖更具优势。
扩散:
指生物个体或繁殖体从一个生境转移到另一个生境中。
①植物的扩散(被动扩散,繁殖体的传播):
传播距离决定于3方面因素:
可动性、传播因子、地形条件。
扩散形式——水力、动物(包括人)、风力,各自有特殊的适应性。
②动物扩散(主动扩散)扩散形式——迁出、迁入、迁移
迁出(emigration):
分离出去而不再归来的单方向移动;
迁入(immigration):
进入的单方向移动;
迁移(migration):
周期性的离开和返回(回游、迁徙)。
③动植物扩散的生物学与生态学意义
a、可以使种群内和种群间的个体得以交换,防止长期近亲繁殖而产生不良的后果;
b、可以补充或维持在正常分布区以外的暂时性分布区域的种群数量;
c、扩大种群分布区。
对于动物来说,扩散可能带来遭到天敌侵袭、存活和繁殖成功率降低等诸多风险,但也可能降低报漏给捕食者和染上疾病的机会,增加遇到资源和配偶的机会,并由于杂种优势而产生更多的合适后代的机会。
2、繁殖成效(reproductiveeffort):
个体现时的繁殖输出与未来繁殖输出的总和称为繁殖成效(reproductiveeffort)。
繁殖成效是衡量个体在生产子代方面对未来世代生存与发展的贡献。
3、繁殖价值:
是指在相同时间内特定年龄个体相对于新生个体的潜在繁殖贡献。
包括现时繁殖价值或称当年繁殖价值(presentreproductivevalue)和剩余繁殖价值(residualreproductivevalue)两部分。
前者表示当年生育力(M),后者表示余生中繁殖的期望值(RRV)。
亲本投资(parentalinvestment):
有机体在生产自带以及抚育和管护时所消耗的能量、时间和资源量称亲本投资。
繁殖成本(reproductivecosts):
有机体在繁殖后代时对能量或资源的所有消费。
分配原理(principleofallocation):
如果增加某一生命环节的能量分配,就必然要以减少其它环节能量分配为代价,这就是Cody(1966)所称谓的“分配原理”。
4、繁殖格局(reproductionpatterns):
生活史系生物从合子(受精卵)到死亡的各个生命历程。
对一些生物来说,它繁殖新世代之际就是自己生命结束之时。
但对大多数生物来说,子代出生并不意味着亲代的死亡,因为个体的生命在繁殖阶段结束以后,还要经历一个衰老的过程。
在生活史中,只繁殖一次即死亡的生物称为一次繁殖生物(semelparity)。
一生中能够繁殖多次的生物称为多次繁殖生物(iteroparity)。
植物可划分为一年生、二年生和多年生三种类型的生活年限;
动物也分别划分为短命型、中等寿命型和长寿型三种类型的生活年限。
有机体的生活年限(life-span)或寿命(lifetime)既具遗传性,也具有较大的生态可塑性,通常前者为生理寿命,后者为实际寿命或生态寿命。
短命型可视为提前繁殖,长寿型视为延迟繁殖。
繁殖格局是自然选择的结果,它主要视生境条件决定的。
5、繁殖策略(reproductionseratagem):
是表示生物对它所处生存条件的不同适应方式。
生物的各种策略是物种在不同栖息环境下长期演化的结果。
MacArthur(1962)提出的r-K选择的自然选择理论,从而推动了生活史策略研究从定性描述走向定量分析的新阶段。
A.r-选择——有利于增大内禀增长率的选择称为r-选择。
r-选择的物种称为r-策略者(r-strategistis)。
r-策略者是新生境的开拓者,但存活要靠机会,所以在一定意义上它们是“机会主义者”,很容易出现“突然的爆发和猛烈的破产”
B.k-选择——有利于竞争能力增加的选择称为k-选择。
k-选择的物种称为k-策略者(K-strategistis)。
k-策略者是稳定环境的维护者,在一定意义上,它们是保守主义者,当生存环境发生灾变时,很难迅速恢复,如果再有竞争者抑制,就可能趋向灭绝。
C.r-选择和k-选择的相关特征
在动物中,大分类动物间比较时,昆虫可视为r-选择,脊椎动物为k-选择;
在分类单位之内比较时,体形大,生育力低,对幼小个体有良好保护的为典型的k-选择,体形小,生育力高,对幼小个体怃育时间短的,为典型的r-选择。
在植物中,一年生植物如农田杂草,原生和次生裸地的先锋草种属于r-选择,大多数森林树种属于k-选择。
生物种群的繁殖策略也是自然选择的结果。
6、选择受精(selectivefertilization)是指具有特定遗传基础的精核与卵细胞优先受精的现象。
选择受精主要表现为生理生化和遗传上的特征,包括自交不亲和性、远缘杂交不亲和性、多个花粉精核间的竞争等现象。
7、植物的选择受精的生物学意义:
(1)可保证最适应的两性细胞的高度融合,从而增强后代的存活能力;
(2)限制异种之间的自由交配,使种间生殖隔离,从而保证各个种的相对稳定性。
8、动物性选择形式:
动物的性选择形式多种多样,主要以异性的外表和行为作为选择的依据。
通常表现为修饰(ornamentation)、色泽(coloration)、求偶行为(courtshipbehavior)等方面,形成明显的雌雄二形(sexualdimorphism)现象。
9、雌性动物的婚配选择:
精心选择那些携带最好基因型的雄性个体交配,来获得高质量的后代,提高其繁殖成效。
为此,雌性动物往往对雄性个体有敏锐的洞察力,特别对色彩和声音有较高的鉴别力。
此外,对雄性的体态、行为特征(如争斗、给饵等)等也有一定的鉴别力,从中择优选择,才能保证后代健康。
第五章种内与种间关系
1、种内关系(intraspecificrelationship):
存在于各个生物种群内部的个体与个体之间的关系;
种内关系有密度效应、动植物性行为、领域性和社会等级等;
2、种间关系(interspecificrelationship):
生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系;
种间关系有正相互作用与负相互作用两大类,具体有偏利作用、原始合作、互利共生、中性作用、竞争:
直接干涉型、竞争:
资源利用型、偏害作用、寄生作用、捕食作用。
3、密度效应:
在一定时间内每当种群的个体数目增加时,就必定会出现邻接个体之间的相互影响,称为密度效应或邻接效应(theeffectofneighbours)。
种群的密度效应是由矛盾着的两种相互作用决定的,即出生和死亡、迁入和迁出。
4、植物的密度效应有两个基本的规律:
①最后产量恒值法则:
在一定范围内,当条件相同时,不管一个种群的密度如何,最后产量差不多总是一样的。
②-3/2自疏法则:
随着播种密度的提高,种内对资源的竞争不仅影响到植株生长发育的速度,也影响植株的存活率。
在高密度的样方中,有些植株死亡了,于是种群开始出现“自疏现象”。
5、动植物的性行为与两个重要的生物学问题有关,即两性细胞的结合和亲代投入.
6、亲代投入(parentalinvestment):
是指花费于生产后代和抚育后代的能量和物质资源。
7、领域(territory):
是指由个体、家庭或其他社群(socialgroup)单位所占据的,并积极保卫不让同种其他成员侵入的空间。
领域性的三条规律:
a、领域面积随领域占有者的体重而扩大,领域大小必须以能保证供应足够的食物资源为前提,动物越大,需要资源越多,领域面积也就越大。
b、领域面积受食物品质的影响,食肉性种类的领域面积较同样体重的食草性种类大,并且体重越大,这种差别也越大。
c、领域行为和面积往往随生活史,尤其是繁殖节律而变化。
例如,鸟类一般在营巢期中领域行为表现最强烈,面积也大。
8、社会等级(socialhierar
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