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绪论
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生态圈
- 定义:是生物圈与生命支持系统的统一体,是地球上全部生物和与之发生相互作用的环境的总和
- 特点:1、物质是循环封闭的 2、是具有自我调节和控制能力的自持系统,当生态系统的一个环节或子系统从正常状态偏离时,其他环节会发生矫正偏离的反应(负反馈机制),但这种能力不是无限的,在强烈的干扰特别是非自然的人为干扰的压力下,一个环节或一个子系统失去控制都有可能成为对系统整体的威胁
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环境生态学
- 定义:研究在人为干扰下,生态系统内在的变化机制,规律和对人类的反效应,运用生态学的理论,阐明人与环境间的相互作用机制以及解决环境问题的生态途径的科学
- 学科任务:研究生物圈系统与各支持系统在人类活动干扰下的演变过程、互相作用的机制和规律以及变化效应及危害,寻求受损生态系统和环境要素恢复或重建的各种生态学措施
- 生态学:以研究生物个体、种群、群落和生态系统为主。是研究生物与其生活环境之间相互关系的科学
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生物与环境
- 生物种:自然界基本进化单位和功能单位,种的形状可分为基因型和表现型
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生物的进化由遗传变异和自然选择共同作用
- 协同进化:两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化过程。举例:蹬羚羊为了不被猎豹所捕食,就要提高奔跑速度,但反过来这又将成为猎豹的一种选择压力,促使猎豹也要提高奔跑速度。
- 生物多样性:遗传多样性是基础,物种多样性、生态系统多样性是遗传多样性和环境复杂性的体现,而景观多样性则是生态系统多样性在宏观尺度的空间配置形式
- 环境科学:以人类为主体,环境是是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。
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生物与环境因子的相互作用
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光因子
- 光周期:由于分布在地球各地的动物、植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中,借助于自然选择和进化而形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式。
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温度因子
- 每一种酶的活性都有它的最低温度、最适温度和最高温度,与之相应的则是生物生长的最低温度、最适温度和最高温度
- 有效积温法则:指生物在生长发育过程中,需从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育,而且某一特定生物类各发育阶段所需的总热量是一个常数,该常数称为有效积温 K=N(t-t0) K为有效积温,N为天数,t为当地平均温度,t0为该生物生长活动所需最低临界温度(生物学零度) 有效积温法则的应用:预测生物地理分界的北界、预测生物发生的世代数、预测害虫来年发生的历程、制定农业气候区划、预报农时
- 环境因子对生物的作用具有综合性、非等价性、阶段性、不可替代性和互补性等基本特征
- 生态因子: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输,如温度、湿度、食物、氧气和二氧化碳
- 生态因子和环境因子是两个既有联系又有区别的概念。环境因子具有综合性和可调剂性,它包括生物有机体以外所有的环境要素,而生态因子更侧重于环境要素中对生物起作用的部分
- 限制因子:生物的生存和繁殖依赖于各种环境因子的综合作用,但是其中必有一种或少数几种因子是限制其生存和繁殖的关键性因子,称之为限制因子
- Liebig最小因子定律:植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养成分
- 生态幅:生物对每一种环境因子都有耐受的上限和下限,上限和下限之间就是生物对这种环境因子的耐受范围,称为生态幅。
- shelford耐受定律:生物不仅受环境因子最低量的限制,而且也受环境因子最高量的限制。任何一个环境因子在数量或质量上的不足或过多,即当其接近或达到某种生物的耐受性限制时,都会使该生物衰退或不能生存
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生物圈中的生命系统
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种群
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概念
- 是物种在自然界中存在的基本单位
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基本特征
- 数量特征、空间分布特征、遗传特征
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种群结构与性比
- 年龄锥体可划分为三个基本类型:增长型、稳定型、下降型
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存活曲线
- I型曲线:曲线凸型,表示在接近生理寿命前只有少数个体死亡
- II型:曲线呈对角型,各年龄死亡率相等
- III型:曲线凹型,幼年期死亡率很高
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增长模型
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与密度无关
- 假设基础:环境中空间、食物资源是无限的。因而种群增长率不受其密度的影响,这类增长通常呈指数式增长
- 类型
- 离散型
- 各个世代彼此不相互重叠,如一年生的植物和昆虫,种群增长是不连续的、分步的,一般用差分方程来表示 N(t+1)=λ*N(t) N为种群大小,λ为种群的周限增长率
- 连续型
- 各个世代彼此重叠,种群以连续方式变化。把种群变化率dN/dt与任何时间的种群大小联系起来,最简单的情况是有一恒定的每员增长率,与密度无关dN/dt=rt,其积分式为N(t)=N(0)*e^rt 其增长曲线为J型
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与密度有关(Logistic方程)
- 假设基础:1、存在环境容纳量(K),当Nt=K时,种群为0增长,即dN/dt=0 2、存在增长率随密度上升而按比例降低的变化,即每增加一个个体,就产生1/K的抑制影响
- 按照假设:种群的增长不是J型的而是S型的,S型的曲线有两个特点:1、曲线趋近于K值,即平衡密度 2、曲线上升是平滑的
- 微积分形式
- 参数的意义
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种群关系
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种内关系
- 集群
- 集群效应对种群整体是有益的,它可以提高捕食效率和防御能力,促进繁殖和增加彼此学习效率等。
- 种内竞争
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种间关系
- 种间竞争
- 捕食
- 寄生与共生