生态学绪论

地球环境的六大变化：

①从工业革命以来大气的二氧化碳浓度提高了30%； ②人工固氮的总量已经超过了天然固氮总量；

③人类利用的地表淡水，已经超过可用总量的二分之一； ⑤接近三分之二的海洋渔业资源已经过捕或耗尽； ⑥1/3到1/2的陆地面积已经被人类活动所改变。

温室效应的危害：极地、高山的冰会融化；海洋会因热而膨胀，海平面上升；全球气候的大规模变化 。

生物多样性的价值：调节环境和生命维持系统，是生物生存的基础；向人类提供了食物、纤维、药物和燃料、建材等；伦理或道德价值。

生态学是研究生物（动物、植物、微生物）与周围环境相互作用关系的科学。

生态学者的使命：生态学者的责任是通过研究诸如捕食动物对种群的调节、土壤肥力对植物生长的影响、微生物对环境污染的进化性响应、生物在地球表面的扩散等等各式各样的课题，获得生态学知识；

生态学者要把生物资源管理好，使其能够持续维持人类良好的生活，这依赖于智慧地应用生态学原理去解决和预防环境问题，并且通过生态学思想和实践行动把信息传递给我们的经济、政治和社会各界。

城市化带来的问题：人口问题、交通问题、住宅问题、环境问题、资源问题；城市环境问题；城市环境问题解决。

园林生态学：园林生态学属于园林学与生态学的交叉学科。

主要研究内容：1.城市绿地结构与布局研究；2.城市绿地生态效益的研究；3.城市植被的恢复和构建；4.生态景观规划设计与城市的生态管理。 第一章 生物与环境

一、自然环境： 环境（environment）是指某一特定生物体或生物群体 生活空间的外界因子的总和。 1、大气圈（atmosphere）： 对流层厚度约为10km，占全部大气质量的70—80%。 对流层中，空气组成的主要成分保持不变。3-4km以上高度 内，CO2要比下层少。O2总含量近108kg。

2，水圈hydrosphere：全球估计有15亿km3的水。其中海水占97%，淡水3%。

3，岩石圈与土壤圈(lithosphere and pedosphere) ：岩石圈是指地球表面30-40km厚的地壳层。它是组成生物体的各种化学元素的仓库。

4，生物圈(biosphere)：地球上全部生物及其赖以生存的环境的总体。其范围为海平面以上10km，海平面以下12km。其间最活跃的是生物，地球上总的生物生产量中，植被占99%。

二、人工环境：广义的人工环境包括所有的栽培植物、引种驯化以及所有农作物需要的环境。狭义的人工环境指的是人工控制下的植物环境。

三、生态因子(ecological factors) ：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。

生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素。

生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类：生物因子（biOtic factors）：有机体； 非生物因子（abiotic factors）：温度、光、湿度、pH、氧气等。

有的学者将生态因子分为五类：气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors) 、地形因子(topographic factors) 、生物因子(biological factors)、人为因子(anthropogenic factors) Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 ：条件：温度、湿度、 pH 生态因子的空间分布：

纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。

（1） 太阳辐射量差异 ：太阳辐射－－热量带 －－水分差异－－植被分带－－土壤分带

（2）自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、温带、亚寒带、寒带。

（3）植被地带性分布：垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃ /100m;湿润空气,-0.6℃ /100m)。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。 生态因子作用的特点：

综合性: 各因子间的相互作用 非等价性（主导因子作用）：光周期现象中的光照长度、植物春化作用中的温效应 直接性和间接性：食物，降水

阶段性：植物不同发育阶段所需营养不同 生态因子的不可替代性和互补性 生态因子作用的基本原理：

“最小因子定律”(law of the minimum) ：植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。

“耐受性定律”(law of tolerance)：每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。

限制因子(limiting factors)：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阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子

限制因子概念的意义：为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。 生物对生态因子耐受限度的调整：

1.驯化(acclimation/acclimatization)：有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。

2.内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。

内稳态通过形态、行为和生理适应实现。大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。

3.适应(adapatation) ：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。

适应方式（形态、生理 、行为的适应） ：形态适应：保护色、警戒色与拟态；行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌；生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化；营养适应：食性的泛化与特化 适应组合(adaptive suites): 生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。 趋同适应和趋异适应

趋同适应(convergent adaptation)

不同生物，生活在相似或相同的环境条件下，常形成相同或相似的适应方式和途径。如生活在干旱环境中的生物具有相似形态、行为或生理适应性。 趋异适应(radiation adaptation)

亲缘关系相近的生物，由于分布地区的隔离，长期生活在不同的环境条件下，形成不同的适应方式和途径。 生活型：与一定生境相联系的，主要依外貌特征区分的生物类型。常用来描述成熟的高等植物。高等植物的外貌特征主要指高矮、大小、形状、分枝等；有时还结合植物的年度周期（一年生或多年生）来区分。一般可以把高等植物分为乔木、灌木、木质藤本、草质藤本、多年生草本、一年生草本、垫状植物、肉质植物等生活型；木本又分阔叶、针叶以及落叶、常绿等。在这种粗的划分级别上，按植物外貌区分的生活型也常称为生长型。 生态型：气候生态型、土壤生态型、生物生态型和人为生态型。

生态位(niche)－－有机体在环境中占据的地位； 栖息地(habitat)－－有机体所处的物理环境。

超体积生态位(hypovolume)— —生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。

基础生态位(fundamental niche)——物种理论上占据的生态位空间称基础生态位； 实际生态位(realized niche)——实际占有的生态位空间称实际生态位。

第二章 生物与主要生态因子的相互关系

一、光的性质 ：波长150-4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380-760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380-700nm之间。 二、光在地球表面上的分布规律： 1，在空间上的分布：

光照强度随纬度的增加而减弱；随海报的升高而增强；随坡向而改变； 2，在时间上的分布：

一年中以夏季光照强度最大，冬季最弱；一天中以中午光照强度最大，早晚最弱。 3，城市光环境特点：

(1)，城市雾天、阴天和低云天多于郊区；(2)，随城市扩大，太阳直接辐射减少，散射增多；(3)，城市局部地区太阳辐射不均匀；(4)，光污染严重。 三、生物对光因子的生态适应：

1，光谱成分的生态作用：(1)，紫外线破坏细胞分裂和生长素，所以抑制植物生长。(2)，红外线促进植物生长发育，提高植物体温。(3)，可见光是植物色素吸收利用最多的光波段（红光促进叶绿素和碳水化合物合成，影响植物开花、茎伸长和种子萌发。蓝光有利于蛋白质合成，蓝紫光和青光抑制植物伸长，促进花青素形成。红外线是地表的基本热源。） 二、光因子的生态作用：

1，光照强度对植物光合作用的影响

根据碳同化过程中最初产物所含碳原子的数目以及碳代谢的特点，将碳同化途径分为三类：C3途径、C4途径和CAM(景天科酸代谢)途径。

光补偿点 (compensation point)与光饱和点(saturate point)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。 2，植物对光照强度的适应性 特 征 阳地植物叶 阴地植物叶

形 枝叶 稀疏 茂 盛

态 叶片 较小 较大、薄

特 角质层 发达 不发达 征 气孔 较多 较 少

栅栏组织 发达 不发达

生 理 特 征

细胞汁液浓度 蒸腾作用

CO2补偿点的光强度 光合作用的光饱和点 RuBP羧化酶

以干重计的叶绿素

+ + + + 高 高 + + + + + +

+ + 低 低 + + + +

3,生物对光周期的适应

根据植物对光周期的适应性，可以把植物分为四类:长日照植物 (long day plant)；短日照植物 (short day plant)；中日照植物 (day intermediate plant)；日中性植物 (day neutral plant)。

地球上温度的分布

地表大气温度的分布与变化

空间分布与变化：纬度升高1℃,气温降低0.5 ℃；沿海地区气温变化小,内陆地区变化大;南坡气温较北坡高,海拔升高100m,气温降低0.6-1℃。

一般情况下，离地面越远，对流层大气气温越低（平均垂直递减率为0.6℃/100米）。有时，对流层的某一高度会出现气温随高度增加而升高，这种气温逆转现象就是逆温。产生逆温原因： 1.地面辐射冷却：在晴朗无风夜晚，地面很快冷却，贴近地面的大气层随之降温。离地面愈近，降温愈多，因而形成了自地面开始的逆温。 2.空气平流：当暖空气水平移动到冷却的地面、水面或气层上时，底层空气因受下垫面的影响迅速降温，上层空气因距离较远，降温较少，于是产生逆温。逆温的强弱，主要由暖空气和冷地表面的温差决定。温差大，逆温越强。冬半年，在中纬度的沿海地区，因为那里海陆的温差显著，当海上暖空气流到大陆上时，常常出现逆温。 3.空气下沉：常发生在山地。山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底的暖空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温主要是在一定 的地形条件下形成的，所以又称为地形逆温。

时间变化:日较差:随纬度增高减小，随海拔升高而增加；年较差:随纬度增高增大，大陆性气候越强越大。

土壤温度的分布与变化

土壤温度自身特点：

1、土壤表层的温度变化远较气温剧烈，随土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。在1m深度以下，土壤温度无昼夜变化。一般在30m以下，土壤温度无季节变化。深井水恒温，冬暖夏凉。

2、随土壤深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比。

3、土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置。

4、土壤温度年变化在不同地区差异很大，中纬度地区由于太阳辐射强度与照射时间变化较大，土温的年变幅也较大。 城市温度条件

热岛效应（heating island effect)： 城市热岛效应是城市气候中典型的特征之一。它是城市气温比郊区气温高的现象。

“热岛效应”的成因 ： 一、城区反射率小，吸收热量多，蒸发耗热少，热量传导较快，而辐射散失热量较慢，郊区恰相反；二、城区排放的人为热量比郊区大；三、城区大气污染拖物浓度大，气溶胶微粒多，在一定程度上起了保温作用。 生物对温度的适应

一、温度对生物的影响： （1）酶促反应速率与温度：

高温对生物的伤害，蛋白质(酶)变性、有机体脱水 ；低温对生物的伤害，冻害与冷害

（2）生物发育和生长速度：

发育阈温度：发育生长是在一定的温度范围上才开始的，低于这个温度，生物不发育，这个温度称为发育阈温度，或者称生物学零度。最低温度、最适温度、最高温度称为酶活性的“三基点”温度，生物的生长与温度的关系也服从“三基点”温度。

总积温(有效积温)：1753年，Reanmur概括出有效积温（sum of effective temperature）法则：植物在