生态学是研究生物及环境间相互关系的科学.ppt

1、生态学,Ecology,Ecology,源于希腊文，由词根“oiko”“和“logos”演化而来 “oikos”表示住所， “logos”表示学问 原意：生态学是研究生物“住所”的科学 。“科学的自然历史” （英）研究有机体的分布与多度的科学 （澳）研究生态系统的结构与功能的科学 （美）研究生命系统和环境系统相互关系的科学（中）,生态学定义,1866年，德国博物学家E. Haeckel在其著书普通生物形态学中首次提出生态学概念生态学是研究生物及环境间相互关系的科学研究对象 生物大分子基因细胞个体种群群落生态系统景观生物圈（全球）都是生态学的研究对象,生态学的发展简史,发展初期 1900年以前，

2、是发展初期。有关生态学的研究散见于自然本体论述。发展中期 19001950年是发展时期，在此时期内，生态学的定性研究进一步得到完善和系统化。发展盛期 1950年以后，是发展盛期。表现为生态学方法论，生态系统的研究表现在进化生态和系统分析的成绩上。,生态学的发展趋势,微观方向 个体生态学、器官生态学、细胞生态学、分子生态学、基因生态学方向发展宏观方向 种群生态学、群落生态学、生态系统、地球生态学、宇宙生态学方向发展 综合方向 城市生态学、人口生态学、经济生态学、化学生态学、污染生态学、环境生态学等多学科、交叉学科方向发展,个体和种群生态学,主要内容生物学与社会：人口爆炸生态学概述生物的进化适应种

3、群生态学生活史及其进化和进化的联系：检验达尔文的假说,一、人口爆炸,400多年前 4亿1990年 52亿1999年 60亿2006年3月 65亿2007年 65.8亿2008年11月 67亿,人口增长曲线,世界人口翻番所用时间,200多年5 亿 10亿 小于100年10亿 20亿 小于70年20亿 40亿 40年30亿 60亿增长速度 7300万/年，翻番时间越来越短,四个稠密区共有人口44亿人,亚洲东部 19亿（中国、印度尼西亚、日本、菲律宾等）亚洲南部 14亿（印度、孟加拉、巴基斯坦）欧洲大部 7亿（43国、法罗群岛、布罗陀 地区 ）北美洲东部 4亿（美国、墨西哥）,中国、印度、美国、印度

4、尼西亚、俄罗斯联邦、巴西、日本、尼日利亚、巴基斯坦和孟加拉。,中国总人口13亿 印度10.5亿 美国约4亿印度尼西亚2.1亿 巴基斯坦有1.5亿 孟加拉国有1.4亿 墨西哥 菲律宾 越南 1亿左右,中国 13亿印度10.5亿 美国约3.5亿印度尼西亚2.1亿巴西1.9亿巴基斯坦有1.5亿 俄罗斯联邦 1.5亿孟加拉国有1.4亿尼日利亚1.4日本1.3亿墨西哥1亿菲律宾 越南 德国 1亿左右 3000人/20min,3000人/20min, 同时有1种植物或动物消失人口剧增与生物灭绝相互关联 空间、食物、住所、燃料、水等资源人类生存环境与生物圈的破坏 生物栖息地环境组成 生物因素和非生物因素 生

5、物因素：人、动物、植物、细菌微生物非生物因素：温度、光、水、矿物质和空气 总之，人口增长关系到粮食、耕地、淡水、海洋捕捞、肉类产品、自然保护区、森林、生物多样性、气候变化、能源、废弃物、就业、收入、住房、教育、城市等多方面。,二、科学研究的生态学,史前时期的猎人和采食者亚里士多德（前384前322年 ）达尔文（1809-1882年）科学方法提出假说 观察、实验 验证假说,亚里士多德（前384-前322年）,古希腊斯吉塔拉人，哲学家、科学家、教育家 五百多种不同的植物动物进行了分类 五十多种动物进行了解剖研究 在勒斯波斯岛居住过三年 ，研究海洋生物 将生物学分门别类的第一个人,前384前322年

6、,达尔文（1809-1882 年）,英国博物学家，进化论的奠基人 18311836年五年的科学考察 1859年出版了震动当时学术界的物种起源1868年发表动物和植物在家养下的变异 1871年发表人类由来及性的选择 1872年发表人类和动物的表情 共同祖先和自然选择,生物与环境相互作用的层次,个体 生态学种群 生态学群落 生态学生态系统 生态学,个体生态学autecology,个体生态学主要研究生物的进化适应生物个体如何适应非生物环境，例如： A. 鲸为什么能长时间潜于水下？是某个器官起作用？ B. 蚯蚓的皮肤不能防止脱水 当土壤中的水分达到10%一17时，则十分适宜于蚯蚓的生活。 自然环境和土

7、壤过湿或过干，均对蚯蚓生活不利。,种群生态学,种群（population） 种群指生活在一个特定地理区域内同一物种的个体集合体。主要研究影响种群密度和种群增长的各种因素例如：什么因素限制生活在特定区域内的条文鼠的数量？,群落生态学,群落（community） 群落是由生活在一个特定地区的所有生物构成的，它是不同物种种群的一个集合体。主要研究物种之间是如何相互作用的 捕食、竞争和共生对群落结构和组织的影响，如：什么因素影响着构成某一森林树木种类的多样性。,生态系统生态学,生态系统（ecosystem） 生态系统包括某一特定地区的群落加上全部非生物因素。主要研究在各种生物和非生物成分之间的能量流动

8、和物质循环如：什么过程促成了稀树草原生态系统内重要化学物质（如氮）的再循环？,生物圈,所有生命及其栖息地的总和为生物圈数千米大气圈 1500m含水岩石层,生态学与环境保护,上世纪30年代使用新型化肥和杀虫剂（DDT） 消除虫媒疾病，提高农业生产力上世纪50年代后发现化肥和农药的毒害1962年出版的寂静的春天 强调自然独立于人类的内在价值,抨击征服自然、改造自然的观念,反对为了经济利益对自然进行过度掠夺。对绿色运动的推动起了重要作用。 环保运动的兴起,三、生物圈中非生物因素,（一）阳光太阳能是生态系统的动力阳光对藻类生长和分布有很大影响光合作用只发生在水面附近在陆地，林下植物激烈竞争阳光,（二）

9、水,水生生物体内水份取决于体内与环境中溶质浓度情况陆生生物有减少水份损失的外被层（蜡质层）人和哺乳动物皮肤表面有护水层肾脏分泌浓缩尿的功能（排毒保水）,温度,环境温度050酶的最适温度耐温与耐寒生物温度决定生老病死是马悦凌保健养生研究的最新成果,风（the wind）,风是空气分子的运动。相对于地表面的空气运动,通常指它的水平分量，以风向、风速或风力表示 风向指气流的来向， 风速（风力）是空气在单位时间内移动的水平距离，大气中水平风速一般为 1.010米秒， 风与食物传送、花粉传播和水份蒸发有关,风在生态系统的作用,利于夏日降温产生冬天寒流增加生物的失水率（水份蒸发）植物靠风传播花粉和种子细菌

10、、原生动物、多数昆虫依赖风传送食物,岩石和土壤,地表岩石在风化、化学和生物作用下转变为土壤岩石和土壤的物理结构和化学成分决定动植物的分布河流基底构成成分影响水质，进而影响水中生物类型植物萌芽、支撑和腐烂水和营养物的储存场所污物转化的重要基地,周期性干扰,火烧火山爆发龙卷风暴风雨 生物生存、定居和适应,暴风雨就要来了,四、生物的进化适应,进化适应是种群在环境中较长时间内的变化在进化中对种群基因库产生影响生物与环境在自然选择中产生进化适应（保护色）进化适应在个体表现在生理的，形态的和行为的反应,（一）生理反应,毛皮隔热保温（毛竖立、血管收缩）高原低氧刺激造血恒温（鸟类、哺乳）与变温动物（爬行）驯化

11、能力 较长期的生理反应称为驯化,蜥蜴,蛇,（二）形态反应,以体形或身体结构改变适应环境变化 哺乳动物或鸟类冬季长出重厚的毛皮或羽毛 体色随季节改变植物的形态比动物具有更大的可塑性,体形改变高手章鱼,章鱼的变色和拟态特性,北极狐等季节性变换体色的动物,变色专家蜥蜴,（三）行为反应,迁移栖息地穿衣御寒挖洞盖房,南来北往的候鸟,五、种群生态学,（一）种群生态学概念种群生活在特定时间和特定地区的同一物种个体的集合体。种群生态学研究种群的数量、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的相互作用。种群的地理边界可以是自然的 如：一个湖泊中的某种鲑鱼；一个潮水池塘中的某种海葵；一个州的鹿；一个国

12、家人口中某种病感染率，等等。,（二）种群密度,种群密度一个物种在单位面积（或体积）内的个体数量。绝对密度 可以统计种群分布边界内全部个体数，如10只/hm2，相对密度 用估算方法得到的数量，如：10个鼠洞数/hm2；用少数几个单位（1km2）鳄鱼数估算整个沼泽草地鳄鱼的种群密度。,标志重捕法 捕捉器 动物 标记 释放 重捕 记录已标记和未标记的动物个 数 估算种群的总个体数。,捕捉,蟑螂捕捉器,（三）分布型,组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局为种群的分布型三种分布型： a .随机分布（ random distribution ） b.均匀分布（uniform distribution

13、 ） c. 集团分布（ group distribution ）,1. 集团分布,种群内个体聚集成斑块状（成群分布最常见）三角叶杨沿流溪斑块分布（斑状湿土沙质土）蚊虫、鱼类结群分布（增加交配机会）动物集团分布（食物分布不均）,2. 均匀分布,种群内个体相互作用（竞争）引起森林中植物竞争阳光和土壤中的营养沙漠中植物竞争水分小岛上大量拥挤的鸟巢因社会相互作用而均匀分布,3. 随机分布,种群内个体之间无固定格式和不可预测的随机分布比较少见，种群内个体间没有彼此吸引或排斥才产生随机分布森林地被中的一些蜘蛛面粉中的黄粉虫,（四）种群增长,1.种群增长模型 * 指数增长模型 种群在理想的无调控条件下的爆炸

14、式增长称之。如细菌繁殖20min一次，则21，22，23，24,36h后细菌数可铺满地球表面0.3m厚（像银行存款拿取的复利） *重要特点：种群增长速度决定于种群中已有的个体数量，数量越多，种群增长越快。,菌落增长数据表,澳大利亚的野兔种群增长,1859年，维多利亚引入12对野兔。*6年内的指数增长率在每年1.5左右（倍增期约为5.5个月） *实际情况是：野兔种群一年平均下来既未增长也未下降。*野兔种群是如何保持稳定的？ *说明指数增长模型是理想状态下的情况,* 逻辑斯谛增长模型,种群限制因素 指限制种群增长的环境因素逻辑斯谛增长是指一个理想的种群增长受到限制因子而减缓种群的增长速度决定两个重

15、要因素 种群的潜在增殖能力和环境容纳量环境容纳量（carrying capacity） 环境容纳量指物种在特定环境中的平衡密度。达环境容纳量时没有净增加或净减少。,逻辑斯谛曲线,开始期 种群个体数少，密度增长缓慢加速期 随个体数增加，密度增长逐渐加快转折期 个体数达饱和密度一半，密度增长 最快减速期 个体数超过饱和密度一半后，密度 增长逐渐变慢饱和期 个体数达到环境容纳量而饱和。,比较逻辑增长和指数增长,个体数量,时间,逻辑斯谛增长的特点和意义,种群数量很少或很多，种群增长率很低在环境容纳量中值，种群增长率最高达到环境容纳量时，出生率等于死亡率是两个相互作用种群增长模型的基础是渔捞、林业和农业

16、等实践中确定最大持续产量的主要模型,2.种群增长的调节, 密度制约因子种群限制因子中其作用强度随种群大小的增加而增加的因子，如食物短缺和毒物废物的积聚属密度制约因子增加死亡率及降低出生率而抑制种群增长种群密度低 食物多、好 种群增长种群密度高 食物少、差 种群抑制 例：白尾鹿喜食木本灌木的高营养部位，该食物制约白尾鹿的增长。,（2）非密度制约因子,限制因子的作用强度与种群密度无关 如：秋天的霜冻会杀死昆虫，但首次霜冻的出现日期和严重程度不受昆虫种群密度的影响容易发生增长曲线突然下降 蚜虫数在6月中旬突然下降 4月 5 6 7 8月,（3）种群周期,周期性蝉 生活周期13或17年雪兔猞猁 10年

17、周期相互作用及捕食,（五）人类的人口增长,1.人口增长历史1650年全球人口约5亿1850年翻番达10亿（200年）1930年再翻番至20亿（80年）1975年再次翻至40亿（45年）2017年将达到80亿？,世界人口增长曲线,增长率=出生率-死亡率,出生率和死亡率是影响人口增长的两个重要因素出生率 农业社会取代1万年前的猎狩和采食生活方式后，出生率增加，死亡率下降死亡率 工业革命以来，死亡率下降 医疗、营养、公卫条件的改善,斯里兰卡的人口变化,2.年龄结构与人口增长,发达国家人口稳定（出生率与死亡率平衡） 瑞典、发展中国家人口增长（出生率大于死亡率）,1975-2005年我国人口增长率变化,

18、国家统计局网站,俄罗斯人口下降,从1992年至2006年，俄罗斯人口总量已经连续14年持续下降 ，常住人口从1992年的14832.6万人下降到2006年的14137.7万人，减少了694.9万人 俄罗斯人口下降的主要原因是低出生率和高死亡率,20世纪初，俄平均每个育龄妇女生育7.12个孩子,每年有大约4万人死于酒精中毒,世界人口增长率及人口数,世界各大洲人口比例图,人口数：亚洲非洲欧洲拉丁美洲北美洲大洋洲,人口年龄结构,指不同年龄人群在人口中所占的比例。相对均匀的年龄分布可保持人口稳定，即生殖期和生殖前期人口所占比例适当,人口增长的社会学、经济学和政治学,上图中肯尼亚未来适龄人口就业问题是个

19、很大的社会问题意大利和美国将会出现退休人口逐渐上升，老年公民的福利、医疗保健等社会保障系统任务，社会负担越来越重人口增长的独有特征是可以人为控制，实行计划生育，推迟结婚和生育，降低出生率,比较两组人口群生育时间（3人/妇女）,15年 30年 60年 总人数第一组 2代（3人） 3代（9人） 4代（27人） 41人第二组 2代 （3人） 3代（9人） 14人,政府投多少资金支持家庭计划？,各国政府面临情况不同，决策不同怎样才算人口太多？人口预测的意义何在？环境容纳量随科学技术的发展而增加降低出生率使世界人口缓慢达到环境容纳量人类对决定自己物种和地球上其他生物的命运有着不可取代的责任,六、生活史及

20、其进化,生活史能影响生物生殖和死亡时间安排的那些特征就构成了这种生物的生活史（life history）。（一）生命表和存活曲线1.生命表 记录和跟踪人口的存活和死亡绘制的表格（早期是根据人寿保险业研究人口用）,2.存活曲线（survivorship curve）,存活曲线用曲线图表示生命表中的一些数据类型 开始相当平缓，中后期曲线向下陡降，死亡增加类型 介于、 型之间，整个一生中死亡率变化不大 类型 生命早期死亡率很高，少数存活到一定年龄个体的死亡率大大降低,3.作为进化适应的生活史特征,影响种群增长的一些生活史特征第一次生殖的年龄每次生殖的产仔数亲代提供照顾的程度生殖的总能量消耗自然选择能

21、使生物产生最大量有活力和有生育力的后代存在两种极端生活史类型：机会型和平衡型,（1）机会型生活史（opportunistic life history）,在适合环境中呈指数增长，迅速产生大量后代小型物种（蒲公英、蝗虫等）后代或卵小，后代数多寿命短，死亡率高一次生殖无亲代抚育相对不可预测,（2）平衡性生活史（equilibrial life history）,种群大小只在环境容纳量附近作微小波动，种群稳定，属类型存活曲线大型物种（北极熊）后代或卵大，后代数少寿命长，死亡率低几次生殖有亲代抚育相对可预测,P353表18.2,检验达尔文的假说,种群的生活史特征是由自然选择所塑造的进化适应里佛赛德加利福尼亚大学的David Reznick和圣巴巴拉 加利福尼亚大学的John Endler在加勒比海的Trinidad岛从事11年虹鳉种群生活史研究虹鳉生活史与流溪中主要捕食者类型有关花鳉捕食小虹鳉，水潭中剩下虹鳉个体大狗鱼捕食大虹鳉，水潭中剩下虹鳉个体小,小结,生态学定义，研究对象，研究层次生物进化中有哪些适应性表现？种群生态学的研究内容：种群密度，分布类型，增长模型，限制因子3种存活类型 类型、基本概念：种群、群落、生物圈、生态系统、环境容纳量,