第一章 生态学基础知识

第一节生态学基本概念与原理

一、生态学

  生态学（Ecology）：最早黑格尔（德国生物学家）1869年提出。意为：自然界的经济学。

  Eco：Eco(logy) →Eco(nomics）.来自希腊文，表示家庭居处或环境的意思。可见，生态学与经济学、家庭、环境等有着密切的关系。是研究生物与环境之间相互关系的一门基础学科。研究重点在于生态系统和生物圈，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用。生态系统中的物质循环和能量的流动、生态系统的稳定与平衡以及影响平衡的因素及相关结果都是生态学家所关心的问题。

   我国著名生态学家马世骏把生态学定义为“研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学”。

    生态学中所说的生物包含植物、动物和微生物。

    最近，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学也扩展到人类生活和社会形态等方面，把人类这一生物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生物圈内生态系统的相互关系问题。

生态与环境的关系

生态就是指一切生物的生存状态，以及它们之间和它与环境之间环环相扣的关系。德国生物学家Ernst Haeckel最早提出生态学的概念，它是研究动植物及其环境间、动物与植物之间及其对生态系统的影响的一门学科。

 环境（environment）总是相对于某一中心事物而言的。我们通常所称的环境就是指人类的环境。

生态环境是指由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体，主要或完全由自然因素形成，并间接地、潜在地、长远地对人类的生存和发展产生影响。

 生态环境与自然环境是两个在含义上十分相近的概念，有时人们将其混用，但严格说来，生态环境并不等同于自然环境。

 自然环境的外延比较广，各种天然因素的总体都可以说是自然环境，但只有具有一定生态关系构成的系统整体才能称为生态环境。仅有非生物因素组成的整体，虽然可以称为自然环境，但并不能叫做生态环境。

从这个意义上说，生态环境仅是自然环境的一种，二者具有包含关系。

二、生态幅和生态位

 

 

三、生物物种、种群、群落及其关系

物种：生物分类的基本单位。是具有一定的自然分布区、形态、结构、功能、发育、生态分布基本相同的一群生物

种群：栖息在同一地域中同种个体组成的集合体，占有一定的空间的、具有潜在杂交能力和自己独立的特征、结构和功能的整体。 

群落：栖息在同一地域中，相互之间有直接或间接关系的所有种群的集合体，包括该地域中的动物、植物和微生物。 

   

 

 1、概念 : 一定的时间和空间内，生物和非生物的成分之间，通过不断的物质循环和能量流动而相互作用、相互依存的统一体，构成一个生态学的功能复合体。是由生物群落和非生物环境的复合体。

    在生态系统中，各种生物彼此间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用，关系密切，而且不断进行着物质的交换、能量的传递和信息的交流。目前，人类所生活的生物圈内有无数大小不等的生态系统。

2   组成

生态系统是由四个部分组成的见下图：

生产者：主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者之列。

消费者：主要是动物，又分为一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；……等等。

分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。

无生命物质：指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。

 

3 结构

⑴ 形态结构：生态系统的生物种类，种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化（发育、季相）等构成了生态系统的形态结构。

如：在森林生态系统中，有各种乔木、灌木和草本植物，有各种动物和复杂的微生物种群。它们各自的数量、空间的分布和种的时间的变化就构成了森林生态系统特有的形态结构。

生态系统中物种的类型、分布、空间配置

生态系统中种的时间变化（发育、季相）

(2) 营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营养结构（食物链和食物网）。是生态系统中能量流动和物质循环的基础。

食物链：生态系统中，由食物关系把多种生物联接起来，一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食，……彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系，称为食物链。

比如：老鼠以农作物为食，而鼬鼠又以老鼠为食，这就构成了一个最简单的食物链。再如：碎屑-蘑菇-昆虫-蛙-蛇-鹰就构一个较为复杂的食物链。

按照生物间的相互关系，一般可把食物链分为

食物网：在一个生态系统中，食物关系往往复杂，各种食物链相互交错，形成所谓食物网。能量的流动，物质的迁移和转化，就是通过食物链或食物网进行的。见下图：

4、功能

生态系统中能量流动、物质循环和信息联系构成了生态系统的基本功能。

(1) 能量流动 

生态系统中全部生命活动所需要的能量均来自太阳。太阳能在生态系统中的流动是按热力学定律进行的。热力学第一定律告诉我们：“在一个封闭系统中（我们通常把以地球为中心包括太阳在内的宇宙环境看成是一个封闭系统），能量和物质是不能产生或消灭的。即能量和物质不能凭空产生也不能凭空消亡”。

      根据热力学第二定律：从一种能向另一种能的任何转换都不是完全有效的，能的消费是不可逆的过程。在能量的转换过程中，总有一些能量失掉了。因此，如果没有新的能量从外部投入，一个封闭系统最终会耗尽其能量。因为生命需要能量，能量耗尽了，生命也就停止了。当然，地球并不是封闭系统，地球从太阳得到能量。

环境卡片——能量流动的1/10规律

       在生态系统中，能量从植物体内转移至草食动物体内时大约为总能量的1/10，而再转移到肉食动物体内时，为草食动物能量的1/10左右。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10，这就是说，在能量流动过程中，约有9/10的损失掉了。

 

 (2) 物质循环

生态系统中的一切生物（动物、植物、微生物）和非生物的环境，都是由运动着的物质构成的。并在地球长期的演化过程中建立起来了各种循环体系。其中碳、氢、氧、氮、硫、磷等的循环是生态系统基本的物质循环。锰、锌、铜、钼、钴、钙、镁、钾等微量元素，也在生态系统中的构成了各自的循环。而与人类环境关系比较密切的主要有水、碳、氮、三大循环。

水循环

 

 

碳循环

 

氮循环

 

 

(3) 生态系统中的信息联系

在生态系统的各组成部分之间及各组分内部，伴随着能量和物质的传递与流动还同时存在着各种信息的联系，而这些信息把生态系统联成一个统一的整体，起着推动物质流动、能量传递的作用。信息在生态系统中表现为多种形式，主要有营养信息、化学信息、物理信息、遗传信息和行为信息。

环境专栏—北极狐和北极兔

    据科学家们观察，生活在北极地区的北极狐是以北极兔为食的。北极狐一胎可以怀单胎，也可以怀双胎。而这是取决于北极兔的多少。北极兔的数量多，怀双胎；数量少则怀单胎。这对于维持生态系统的平衡是至关重要的。难道是北极兔告诉北极狐自己的数量吗？显然不可能，这只能是生态系统中某些类似物理、化学等信息在起作用。

5、生态系统平衡与稳定

在任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定的时期内，生产者、消费者和分解者之间都保持着一种相对的平衡状态，这种平衡是动态的平衡，不是静止的平衡。系统内部的因素和外界因素的变化，尤其是人为的因素，都可能对系统产生影响，并引起系统的改变，甚至破坏系统的平衡。