農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)第二章：基本生物結(jié)構(gòu)

第二章

基本生態(tài)關(guān)系教學(xué)目的與要求：通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求學(xué)生●

了解自然生態(tài)環(huán)境、種、種群、群落的概念及其相互之間的關(guān)系●了解并掌握環(huán)境與生物之間的相互關(guān)系以及形成的規(guī)律、理論和原理●了解農(nóng)業(yè)生物多樣性的重要意義及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用●掌握種群和群落有關(guān)的基本理論、原理、規(guī)律及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：●種、種群和群落相關(guān)的基本理論、原理、規(guī)律2/1/2023一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境與生物１、環(huán)境(environment)１）定義：指某一特定生物體或生物群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物總合。２）分類(lèi)：大小主體自然環(huán)境人工環(huán)境宇宙環(huán)境地球環(huán)境區(qū)域環(huán)境微環(huán)境內(nèi)環(huán)境土壤水分溫度光照大氣生物2/1/20233）農(nóng)業(yè)環(huán)境(agriculturalentironment):是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的非生物因素，即指農(nóng)作物、林木、果樹(shù)、畜禽和魚(yú)類(lèi)等農(nóng)業(yè)生物賴(lài)以生存、發(fā)育、繁殖的自然環(huán)境。包括農(nóng)田土壤、農(nóng)業(yè)用水、空氣、日光和溫度等。從當(dāng)前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境情況上，土地退化、土壤荒漠化及鹽堿化、水土流失現(xiàn)象十分嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水污染及由此導(dǎo)致的農(nóng)田土壤污染、農(nóng)藥和化肥污染也時(shí)有發(fā)生。這一切均嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和糧食的安全。所以，農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)已成為迫在眉睫的重要問(wèn)題。2/1/2023４）生態(tài)因子（ecologicalfactor）：指環(huán)境中對(duì)生物生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素。所有生態(tài)因子構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境。生境（habitat）：具體生物個(gè)體和群體生活地段上的生態(tài)環(huán)境。生態(tài)因子一般作用綜合作用主導(dǎo)因子作用直接和間接作用不可替代性和補(bǔ)償作用階段性作用生態(tài)因子限制作用限制因子最小因子定律:耐性定律:184019132/1/2023E.P.Odum(1973)等對(duì)耐性定律的補(bǔ)充：

1）同一物種對(duì)各種生態(tài)因子的生態(tài)幅不同。

2）不同種生物對(duì)同一生態(tài)因子的生態(tài)幅不同。3）同一生物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)生態(tài)因子的耐性范圍不同。4）當(dāng)某個(gè)因子不在適宜狀態(tài)時(shí)，則生物對(duì)其它生態(tài)因子的耐性范圍將縮小。5）同一物種的不同品種，長(zhǎng)期生活在不同的生態(tài)環(huán)境下，對(duì)多個(gè)生態(tài)因子會(huì)形成有差異的耐性范圍。生態(tài)幅：每一個(gè)生物種對(duì)環(huán)境因子適應(yīng)范圍的大小，也叫耐性范圍。2/1/2023２、生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)光水土壤溫度光強(qiáng)光質(zhì)光周期極端溫度溫周期變溫金屬污染堿土鹽土水澇干旱１）生態(tài)位（niche）：指生物完成其正常生活周期所表現(xiàn)的對(duì)特定生態(tài)因子的綜合適應(yīng)位置。指示生物生態(tài)位空間營(yíng)養(yǎng)超體積或基礎(chǔ)現(xiàn)實(shí)實(shí)際2/1/20232）生態(tài)型(lifeform)和生活型（ecotype）區(qū)別：氣候、土壤和生物生態(tài)型植物生活型生態(tài)型不同種生物同種生物長(zhǎng)期生存在相同自然環(huán)境和人為培育條件下發(fā)生趨同適應(yīng)發(fā)生趨異適應(yīng)經(jīng)自然和人工選擇分化形成形態(tài)、生理和生態(tài)特征物種類(lèi)群不同的可遺傳物種類(lèi)群種以上概念種內(nèi)概念象、海獅、海豹等2/1/2023二、種群1、種（species）：彼此能互配產(chǎn)生后代的種群不同種存在生殖上的隔離。2、種群（population）：指在某一特定時(shí)間中占據(jù)某一特定空間同種生物的集合體。種群是物種存在的具體形式，它是物種繁殖的單位，群落構(gòu)成的單位，物種進(jìn)化的單位。種種群群落生態(tài)系統(tǒng)2/1/20233、種群結(jié)構(gòu)1）密度：?jiǎn)挝幻娣e或容積內(nèi)種群的個(gè)體數(shù)。2）年齡結(jié)構(gòu)：種群中不同年齡段間的比例。3）性比（sexratio）：指一個(gè)♀♂異體的種群所有個(gè)體或某個(gè)齡級(jí)的個(gè)體中♂對(duì)♀的比率。密度粗密度、生態(tài)密度最適密度、飽和密度相對(duì)密度、絕對(duì)密度類(lèi)型增長(zhǎng)型穩(wěn)定型衰退型生態(tài)年齡組氣候型生理型土壤型2/1/20234）種群的出生率和死亡率：出生率影響出生率的因素生理（最大）出生率生態(tài)（實(shí)際）出生率死亡率生理（最?。┧劳雎噬鷳B(tài)（實(shí)際）死亡率性成熟速度每次產(chǎn)仔數(shù)每年生殖次數(shù)生殖年齡的長(zhǎng)短2/1/20235）種群分布分布類(lèi)型隨機(jī)分布均勻分布聚集分布核心(奈曼)分布型負(fù)二項(xiàng)(嵌紋)分布型阿里（Allee）群聚原則：每個(gè)生物個(gè)體或種群都有自己最適的密度，避免過(guò)度緊密，也避免過(guò)度稀疏。2/1/20234、種群動(dòng)態(tài)：１）生命表（lifetable）：按種群生長(zhǎng)的時(shí)間，或按種群的年齡(發(fā)育階段)的程序編制的，系統(tǒng)記述了種群的死亡或生存率和生殖率。

是最清楚、最直接地展示種群死亡和存活過(guò)程的一覽表。分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)生命表。生命表方法是研究種群數(shù)量變動(dòng)機(jī)制和制定數(shù)量預(yù)測(cè)模型的一種重要方法，最初用于人壽保險(xiǎn)。對(duì)研究人口現(xiàn)象和人口的生命過(guò)程有重要的意義。2/1/2023２)種群增長(zhǎng)（種群的生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)型）指數(shù)增長(zhǎng)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)種群增長(zhǎng)邏輯斯諦增長(zhǎng)世代離散性生長(zhǎng)模型世代連續(xù)性生長(zhǎng)模型有限環(huán)境中生長(zhǎng)模型Nt=N0λtNt=N0ert

N0ertNt=1+N0/K(1-ert)2/1/20233)生命參數(shù)的計(jì)算：★延伸思考:中國(guó)人口計(jì)劃生育的理論基礎(chǔ)是什么？如何理解？★世代平均歷期(周期)：T=∑lxmxx/∑lxmx★凈增殖率：每過(guò)一個(gè)世代種群數(shù)量增長(zhǎng)倍數(shù)

R0=∑lxmx★周限增長(zhǎng)率：

λ=erm

★內(nèi)稟增長(zhǎng)率(intrinsicgrowthrate)：在沒(méi)有任何環(huán)境因素限制的條件下，由種群內(nèi)在因素決定的穩(wěn)定的最大增殖速度。

rm

r

=

lnR0/T（r>0,r<0）

T為世代時(shí)間，R0為世代凈增殖率2/1/20235、種群間關(guān)系關(guān)系類(lèi)型關(guān)系特點(diǎn)

競(jìng)爭(zhēng)(--)

彼此互相抑制捕食(+-)

種群A殺死或吃掉種群B一些個(gè)體

寄生(+-)

種群A寄生于種群B，并有害于后者中性(00)

彼此互不影響

共生(++)

彼此互相有利，專(zhuān)性

互惠(++)

彼此互相有利，兼性

偏利(+0)

對(duì)A種群有利，對(duì)種群B無(wú)利害偏害(-0)

對(duì)A種群有害，對(duì)種群B無(wú)利害正相互關(guān)系負(fù)相互關(guān)系2/1/2023１）物種競(jìng)爭(zhēng)（competition）：

指生活在同一地區(qū)的兩個(gè)物種，由于利用相同的資源而產(chǎn)生的對(duì)抗作用，即兩種群彼此發(fā)生有害影響。２）高斯原理，也叫競(jìng)爭(zhēng)排斥原理（competitionexclusionprinciple）

：具有相同生態(tài)位的不同物種，在同一生境中不能長(zhǎng)期共存。競(jìng)爭(zhēng)資源利用型競(jìng)爭(zhēng)直接干涉型競(jìng)爭(zhēng)３）特征替代現(xiàn)象:同地分布的近緣種之間差異往往比異地分布時(shí)所表現(xiàn)的差異大。因同地分布時(shí)，彼此由于競(jìng)爭(zhēng)而發(fā)生分化，而異地分布時(shí)，由于無(wú)競(jìng)爭(zhēng)而分化不明顯。2/1/2023４）生態(tài)分離：具有相似要求的種群之間為了爭(zhēng)奪有限的資源和空間，各方面都力求抑制對(duì)方。

種間競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果：一方取得優(yōu)勢(shì)，另一方受到抑制甚至被消滅；兩個(gè)物種占據(jù)不同的空間（地理分隔）、吃不同的食物（食性特化）、或其他生態(tài)習(xí)性上的分隔（時(shí)間分隔）。５）化感作用（allelopathy）：德國(guó)科學(xué)家Molisch（1937）提出化感作用一詞，意指植物（包括微生物）間的生物化學(xué)相互作用?！锷锘瘜W(xué)相互作用既包括抑制作用，也包括促進(jìn)作用。★高等作物的化感物質(zhì)（allelochemicals）通過(guò)水淋溶、根分泌、殘?bào)w分解和氣體揮發(fā)4種途徑釋放到周?chē)h(huán)境中影響鄰近植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

2/1/20236）密度制約因素和非密度制約因素

密度制約因素非密度制約因素一般情況下,只涉及種群的對(duì)種群中各個(gè)體的影一些個(gè)體(如:捕食、寄生)響基本上是一致的其影響與種群密度有關(guān)。如:其影響與種群密度無(wú)關(guān)密度大時(shí)，更易尋得寄主種群個(gè)體與密度制約因素種群個(gè)體對(duì)非密度制約表現(xiàn)出相互適應(yīng)的關(guān)系.因素只有單方面的適應(yīng)對(duì)群落中的其他種群也發(fā)其不同影響是不同種群對(duì)生態(tài)生不同程度的影響條件要求不同而表現(xiàn)出來(lái)的2/1/2023生態(tài)對(duì)策６、種群生活史對(duì)策(bionomicstrategies)：

也叫生態(tài)對(duì)策，指生物以何種形態(tài)和功能特征的適應(yīng)而在其生境中生存和繁殖后代的進(jìn)化過(guò)程。K-對(duì)策

-對(duì)策能量主要用于生殖能量用于生殖以外的其它各種活動(dòng)★討論：

A、生物種群與其環(huán)境是如何相互制約的？請(qǐng)舉例分析說(shuō)明！

B、種群為什么不能無(wú)限增長(zhǎng)r2/1/2023r類(lèi)與k類(lèi)對(duì)策特征比較：

r類(lèi)k類(lèi)氣候條件

可變，不確定的穩(wěn)定或可測(cè)，較為確定死亡率

災(zāi)難性，非直接，非密較為直接，密度制約的

度制約的種群大小

可變,不平衡,常小于K值，穩(wěn)定,平衡的,常處K值附

不飽和，每年需移植近，飽和，不必重新移植競(jìng)爭(zhēng)

松弛，可變常保持選擇有利性

快速發(fā)育,rm高,生育提早緩慢發(fā)育,競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),S曲線(xiàn)，

體型小，繁殖1次延遲發(fā)育,體型大,多次繁殖壽命

短，常少于一年長(zhǎng)，常長(zhǎng)于一年

2/1/2023３、群落結(jié)構(gòu)２、群落基本特征

三、群落1、定義：群落（community）指在一定地段或生境中各種生物種群所構(gòu)成的集合。具有一定的種類(lèi)組成

具有一定的結(jié)構(gòu)

具有一定的動(dòng)態(tài)特征

不同物種之間存在相互影響

具有一定的分布范圍

形成一定的群落環(huán)境

具有特定的群落邊界特征

水平結(jié)構(gòu)

垂直結(jié)構(gòu)

時(shí)間結(jié)構(gòu)

2/1/2023４、群落交錯(cuò)區(qū)（ecotone）：

是兩個(gè)或多個(gè)群落或生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡區(qū)域。交錯(cuò)帶類(lèi)型城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶干濕交錯(cuò)帶農(nóng)牧交錯(cuò)帶水陸交錯(cuò)帶群落交錯(cuò)帶開(kāi)發(fā)邊緣地帶2/1/2023５、群落邊緣效應(yīng)（edgeeffect）：

由于群落交錯(cuò)區(qū)生境條件的特殊性、異質(zhì)性和不穩(wěn)定性，使得毗鄰群落的生物可能聚集在這一生境重疊的交錯(cuò)區(qū)域中，不但增大了交錯(cuò)區(qū)中物種的多樣性和種群密度，而且增大了某些生物種的活動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)力的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因、意義？過(guò)渡帶自然界群落自然界群落2/1/2023６、群落演替１）定義：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物群落隨時(shí)間推移，一些物種消失，另一些物種侵入，群落組成及其環(huán)境向一定方向產(chǎn)生有順序的發(fā)展變化。２）自然群落演替的趨勢(shì)無(wú)論原生演替或次生演替，生物群落總是由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單向復(fù)雜的方向發(fā)展，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷的演化，最后達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。在演替過(guò)程中，生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生著一系列的變化。

錄象2/1/2023演替分類(lèi)

３）頂級(jí)群落（climax）：

指生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落通過(guò)復(fù)雜的發(fā)展演替，達(dá)到最后成熟階段的群落是與周?chē)锢憝h(huán)境取得相對(duì)平衡的穩(wěn)定的群落。

原生演替(primarysuccession)次生演替(secondarysuccession)頂級(jí)群落形成種理論

多元頂級(jí)理論：英國(guó)生態(tài)學(xué)家A.G.Tansley，氣候、土壤、地形等頂級(jí)單元頂級(jí)理論：美國(guó)生態(tài)學(xué)家F.E.Clements（1916），氣候頂級(jí)

R.H.Whittaker

，強(qiáng)調(diào)各個(gè)頂級(jí)群落類(lèi)型的連續(xù)性2/1/2023４）協(xié)同進(jìn)化（coevolution）：是指在種間相互作用的影響下，不同種生物間相關(guān)性狀在進(jìn)化中得以形成和加強(qiáng)的過(guò)程。５）群落多樣性：是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。群落的多樣性與物種的豐富度及物種的均勻度密切相關(guān)，群落內(nèi)組成物種越豐富，物種均勻性越大，則多樣性越大。６）群落穩(wěn)定性指群落在一定時(shí)間過(guò)程中維持物種互相結(jié)合及各物種數(shù)量關(guān)系的能力，以及在受到擾動(dòng)的情況下恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。包括現(xiàn)狀的穩(wěn)定、時(shí)間過(guò)程的穩(wěn)定、抗變動(dòng)能力和變動(dòng)后恢復(fù)原狀的能力。

★討論:如何利用群落演替原理建造農(nóng)業(yè)群落？

2/1/2023四、生物多樣性（biodiversity）：

1、定義：是生物與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和。層次基因/遺傳多樣性：分子水平的種內(nèi)基因變化物種多樣性：分類(lèi)、系統(tǒng)、生物地理學(xué)的區(qū)域物種水平生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生物圈內(nèi)生境、生物群落、生態(tài)過(guò)程的差異2、景觀多樣性（landscapediversity）：指由不同類(lèi)型的景觀