普通生态学

王汨 殷旭旺

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 生态学的定义
    • 1.2 新建课程目录
    • 1.3 生态学的研究内容及分支学科
    • 1.4 生态学的研究方法
    • 1.5 生态学与社会
  • 2 生物与环境
    • 2.1 生态因子
    • 2.2 最小因子、限制因子与耐受限度
  • 3 生物与环境的相互作用
    • 3.1 光的生态作用及生物对光的适应
    • 3.2 温度的生态作用及生物对温度的适应
    • 3.3 水对生物的作用及生物对水的适应
    • 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响
  • 4 种群及其基本特征
    • 4.1 种群的概念
    • 4.2 种群的动态
      • 4.2.1 种群统计学
      • 4.2.2 种群的增长模型
      • 4.2.3 自然种群的数量变动
    • 4.3 种群调节
  • 5 生活史对策
    • 5.1 种群生活史
    • 5.2 繁殖成效与策略
    • 5.3 R选择和K选择
    • 5.4 性选择
  • 6 种内与种间关系
    • 6.1 种内关系
      • 6.1.1 密度效应
      • 6.1.2 性别生态学
      • 6.1.3 领域和社会等级
      • 6.1.4 化感作用(他感作用)
    • 6.2 种间关系
      • 6.2.1 种间竞争
      • 6.2.2 捕食与共生作用
      • 6.2.3 寄生作用
  • 7 群落的组成与结构
    • 7.1 生物群落
    • 7.2 群落的种类组成
    • 7.3 群落的结构
    • 7.4 群落组织-影响群落结构的因素
  • 8 群落的动态
    • 8.1 生物群落的内部动态
    • 8.2 生物群落的演替
      • 8.2.1 演替的概念
      • 8.2.2 演替的类型
      • 8.2.3 演替系列
      • 8.2.4 新建课程目录
      • 8.2.5 演替方向
      • 8.2.6 演替过程的理论模型
      • 8.2.7 演替顶级学说
  • 9 群落的分类与排序
    • 9.1 群落分类
      • 9.1.1 植物群落分类的单位
      • 9.1.2 中国植物群落的分类和命名
      • 9.1.3 植物群落的命名
    • 9.2 群落排序
生态因子




环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。

从定义中可看出,环境总是针对某一特定的主体而言。

从生物学角度来看,环境的主体是生物,在环境科学中,环境的主体是人类。

《中华人民共和国环境保护法》所指的环境是从法学的角度对环境概念的阐述:“本法所称环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹,人文遗迹、风景名胜区、自然保护区、城市和乡村等。”由此可见,环境保护法所指的环境是人类生存的环境,是作用于人类并影响人类生存和发展的外界事物。

1.环境的类型


人们习惯上将生活的环境分为自然环境和社会环境。自然环境亦称地理环境,是指环绕于人类周围的自然界,它包括大气、水、土壤、生物和各种矿物资源等。自然环境是人类赖以生存和发展的物质基础。在自然地理学上,通常把这些构成自然环境总体的因素,分别划分为大气圈、水圈、生物圈、土圈和岩石圈等五个自然圈。

社会环境是指人类在自然环境的基础上,为不断提高物质和精神生活水平,通过长期有计划、有目的的发展,逐步创造和建立起来的人工环境,如城市、农村、工矿区等。社会环境的发展和演替受自然规律、经济规律以及社会规律的支配和制约,其质量是人类物质文明建设和精神文明建设的标志之一。

在不同的学科或研究领域,环境的分类有很大差异,这主要是研究的环境主体和性质等的不同,所以,在环境的分类中也可以按照环境的主体、环境的性质、环境的范围或环境要素等为依据分类。如图2-1所示,若按照环境要素来分类,可以分为大气环境、水环境、地质环境、土壤环境及生物环境;按环境的主体则可分为人类环境(以人为主体)和自然环境(以生物为主体);按环境的性质可分为自然环境、半自然环境(被人类破坏后的自然环境)和社会环境;按环境的范围大小可分为宇宙环境(星际环境)、地球环境、区域环境、微环境和内环境。

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图2-1 环境的类型

1)宇宙环境

宇宙环境(space environment)又称为星际环境,是指地球大气圈以外的宇宙空间环境,由广漠的空间、各种天体、弥漫物质及各类飞行器组成。它是人类活动进入地球邻近的天体和大气层以外的空间的过程中提出的概念,是人类生存环境的最外层部分。太阳辐射能为地球的人类生存提供主要的能量。太阳的辐射能量变化和对地球的引力作用会影响地球的地理环境,与地球的降水量、潮汐现象、风暴和海啸等自然灾害有明显的相关性。随着科学技术的发展,人类活动越来越多地延伸到大气层以外的空间,发射的人造卫星、运载火箭、空间探测工具等飞行器本身失效和遗弃的废物,将给宇宙环境以及相邻的地球环境带来新的环境问题。

2)地球环境

地球环境(global environment)又称地理环境或全球环境,地理学上所指的地球环境位于地球表层,处于岩石圈、水圈、大气圈、土壤圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交融带上。它下起岩石圈的表层,上至大气圈下部的对流层顶,厚约10~20km,包括了全部的土壤圈,其范围大致与水圈和生物圈相当。概括地说,地球环境是由与人类生存与发展密切相关的,直接影响到人类衣、食、住、行的非生物和生物等因子构成的复杂的对立统一体,是具有一定结构的多级自然系统,水、土、气、生物圈都是它的子系统,每个子系统在整个系统中有着各自特定的地位和作用。非生物环境都是生物(植物、动物和微生物)赖以生存的主要环境要素,它们与生物种群共同组成生物的生存环境。这里是来自地球内部的内能和来自太阳辐射的外能的交融地带,有着适合人类生存的物理条件、化学条件和生物条件,因而构成了人类活动的基础。

3)区域环境

区域环境(regional environment)是指占有某一特定地域空间的自然环境或社会环境。区域环境按功能可分为自然区域环境、社会区域环境、农业区域环境、旅游区域环境等,它们各具有独特的结构和特征。划分区域环境的目的是为了进行区域对比,并按各区域特点来研究和解决有关环境问题。

(1)自然区域环境。

自然区域环境按自然特点可划分为森林、草原、草甸、荒漠、冰川、海洋、湖泊、河流、山地、盆地、平原等。同一类型的自然区域环境可以出现在地球上不同的空间,例如亚洲有温带草原,北美洲也有温带草原。同一类型的自然区域环境也有差异,例如森林区域环境有寒带针叶林环境、温带阔叶林环境、亚热带常绿林环境、热带雨林环境等。自然区域环境的出现和分布符合自然地带的水平分布规律和垂直分布规律。一个完整的自然区域环境,往往就是一个生态系统,如寒带针叶林环境有高等绿色植物群落和相应的动物群落,林下发育着灰化类型的土壤和栖息着相应的微生物区系,这些生态特点是与热带雨林环境不相同的。自然区域环境是随着地球自身的演变发展而形成的,我们现在所见到的海洋和陆地以及陆地上各种类型的自然区域环境,都是地质历史的产物。例如喜马拉雅山在白垩纪以前还沉睡在海底,在白垩纪晚期至第三纪初期,由于印度板块向北漂移,与欧亚板块相碰撞,喜马拉雅山才开始上升为陆地,并逐渐成为称作“世界屋脊”的高大山脉,而且至今仍在继续上升。但是,自然区域环境在人类影响下,会发生变化,例如:森林的无计划砍伐,会造成森林植被的消失,引起严重的水土流失和气候异常,森林区域环境就会变成另一种类型的自然区域环境;草原的过度放牧,会引起草原退化和沙漠化,富饶的草原会成为不毛之地。如果人类合理利用或改造自然区域环境,则可以保持并且能够改善原来的环境质量。例如森林的合理砍伐,加上人工培育更新,原来的森林类型不仅可以得到保存和发展,木材的贮积量还会增加。

(2)社会区域环境。

社会区域环境可按社会经济文化特点划分为城市区域环境、工业区域环境等,它们分别构成一个独特的人类生态系统。城市区域环境与自然区域环境不同,它是人口密集、活动频繁的区域。在城市区域环境中还包含次一级的区域,如工业区、商业区、文化区、交通枢纽区等。城市类型不同,社会区域环境特点也有差异:有的城市主要功能是一个政治中心,如德国的波恩,这样的区域环境主要包含行政机关、居民区和商业区等;有的是以科学文化事业为主的,如日本的筑波;有的是以旅游业为主的,如意大利的威尼斯;许多城市是以工业为主体的,如美国的底特律以汽车工业占优势,日本的四日市以石油化工为主。

在城市区域环境中,由于工业迅速发展和人口急剧增加,大量废弃物排入周围的大气、水体和土壤中,造成环境污染,使环境质量下降。一些城市对环境污染开始进行治理和控制,城市区域环境有了一定的改善。

(3)农业区域环境。

农业区域环境与城市区域环境不同,人口的密集程度和交通的发达程度都较低,它在很大程度上受到自然条件(特别是气候和地形)和经济技术条件的影响。例如:中国南方的气候条件适宜种植水稻,长江以南的农业区域环境中,农田主要由稻田构成;中国北方的气候适于种植小麦、玉米、高粱等旱地作物,农田主要由旱地构成。一些国家经营集约型农业,种植单一的作物(如咖啡、甘蔗、棉花等),这种农业区域环境就不同于多种经营的农业区域环境。农业区域环境的共同特点是以生产农产品和畜产品为主,有的兼营农产品加工业及其他工业。

(4)旅游区域环境。

旅游区域环境主要作为观赏、娱乐、休息和疗养的场所,大多数处在风景优美的自然区域环境中,并有人工建筑物以及各种文化娱乐、体育、居住、交通、医疗等生活服务设施。中国许多旅游区域环境都是世界著名的,如浙江的杭州西湖、广西的桂林、江西的庐山和安徽的黄山等。

4)微环境

微环境(micro-environment)是指区域环境中,由于某一个(或几个)圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。例如,生物群落的镶嵌就是微环境作用的结果。

5)内环境

内环境(inner environment)是指生物体内组织或细胞间的环境,对生物体的生长和繁育具有直接的影响。


生态因子


环境包括许多环境要素,但并不是所有的环境要素都对生物产生影响,比如说大气中的惰性气体,它对生物体没有任何作用。但它属于环境要素。因此我们把对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素称为生态因子。如温度、湿度、氧气、土壤

生物生存条件:生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件。

生态环境:所有生态因子的综合作用构成了生物的生态环境。

生境:特定生物体或种群的栖息地的生态环境称为生境。



 

 

1.综合作用

境中的各种生态因子彼此联系、互相促进、互相制约,任何一个单因子的变化必将引起其他因子不同程度的变化,对生物起到不是单一的而是综合的作用。例如光照强度的变化必然会引起大气和土壤温度、湿度的改变,而所有这些改变都同时对生物产生影响,这就是生态因子的综合作用。

水体温度与溶解氧的关系

从表中可以看出,淡水与海水随温度的升高,溶解氧含量下降的。说明温度的变化,引起了溶解氧含量的变化。这必然会对生物生存产生作用。

2.主导因子作用

组成环境的生态因子都是生物所必需的,但对生物起作用的诸多因子是非等价的,其中有1~2个是起主要作用的生态因子,即主导因子。主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化。例如,光合作用时,光照是主导因子,温度和CO2是次要因子;春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。

春化:低温促使植物开花的作用。

举个例子,冬小麦必须在秋季播种,出苗后越冬,来年夏季抽穗开花。如果将冬小麦在春季播种就只长茎叶,不能开花。不能开花就意味着不结实,没有收获。这说明低温是冬小麦苗期时的一个主导因子。

中国农民早已发现这个规律。当因自然灾害冬前未能按季节播种小麦时,采用“闷罐法”,把湿种子闷在罐里放在冷处4050天(人工春化),春暖后播种,当年仍可以收获。

3.直接作用和间接作用

生态因子对生物的生存生长有直接和间接作用。生态因子对生物的作用有的是直接的,有的是间接的。直接影响或直接参与生物体新陈代谢的生态因子为直接因子,如光、温度、水、气、土壤等。不直接影响生物,而是通过影响直接因子来影响生物的生态因子为间接因子,如地形、地势、海拔高度等。间接因子对生物的作用虽然是间接的,但往往也是非常重要的,它一般支配着直接因子,而且作用范围广,作用强度大,有时甚至构成地区性影响及小气候环境的差异。区分生态因子的直接作用和间接作用对生物的生长、发育、繁殖及分布很重要。


图中所画的是四川二郎山(海拔3437米),在它的东坡分布的植被是常绿阔叶林,西坡分布的是耐旱灌草丛。植被的分布为什么会有如此大的不同。原因东坡是迎风坡,大量的暖湿气流沿坡而上,海拔升高,温度就会降低,气流中的水分就会凝结降落,当气流来到西坡时,变得干冷,在下行时,反而从坡面上吸收水分,使得西坡更干旱,只能生长耐旱灌草丛。

可见,地形因子是通过影响温度、水分等,而对植被产生作用,地形起到间接作用,温度、水分等是直接作用。

4.阶段性作用

在自然界,各生态因子组合随时间的推移而发生阶段性变化,并对生物产生不同的生态效应,生物在生长发育的不同阶段对外界生态条件的要求也存在阶段性变化,因此,生态因子对生物的作用也具有阶段性。例如,小麦的春化阶段要求有相应的低温作保证,而一旦通过春化阶段,低温对小麦的生长发育就显得不很重要,有时,低温还会对小麦产生有害的影响。

图中是大马哈鱼溯河洄游的情形。生活在海洋中,生殖季节回游到淡水河流中产卵

5.不可替代性和补偿作用

不可替代性:生态因子虽非等价,但都不可缺少,一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。但某一因子的数量不足,有时可以由其他因子来补偿。

植物进行光合作用时,如果光照强度不足,可以增加二氧化碳的量。