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生态学※动物行为学


环境

生 物
生物

人类 社会

一、生物与环境

六、群落生态学

二、生理生态学
三、行为生态学 四、种群生态学

七、生态系统生态学
八、景观生态学 九、分子生态学

五、种群遗传学

十、应用生态学

环境(environment)
大环境(macroenvironment )
地区、地球、宇宙……

小环境(microenvironment)
栖息地 生态学更重视小环境

生态因子(ecological factor)
分类(略)

特征:
综合作用、主导因子作用(非等价)、 阶段性作用(限制性)、直接和间接作 用(略) 不可替代性和补偿作用;
光合作用:光照缺乏、CO2补偿; 软体动物:缺钙、用锶补偿等。

利比希最小因子定律 (Liebig`s ‘law of minimum’)
低于某种生物需要的最小量的任何特定因子, 是决定该种生物生存和分布的根本因素。

限制因子定律(Law of limiting factors)
任何生态因子,当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。

谢尔福德耐受性定律 (Shelford law of tolerance)

生态幅(ecological amplitude)
耐受上限和耐受下限之间的范围 其中包括最适区

环境:
能量环境:光、温度; 物质环境:水、大气、土壤等。

光:
植物光周期现象:长、短、中日照、日 中性等 动物光周期现象:昆虫滞育、鸟兽换毛 (羽)、鸟(鱼)类迁徙等

温度:
内、外、常(恒)、变温,冷、热血动物 发育阈温度(生物学零度):外温动物 有效积温法则:K=N(T-C)日度
K(有效积温)、N(发育历时)、T(环境平均 温度)、C(发育阈温度)。

生物对极端温度的适应

生物对低温的适应:
植物对低温的适应(略) 动物对低温的适应:
形态适应: 贝格曼规律(Bergmann`s rule); 阿伦规律(Allen`s rule); 毛、皮下脂肪……

动物对低温的适应:
形态适应: 生理适应:
增加产热: 逆流热交换机制:冰上鸟类等; 异温性:
空间(局部) 时间(日、季节性):冬眠、夏眠

特殊动力作用

冬眠:
异温动物:产生冬眠的内温动物; 适应性低体温 植物休眠 动物冷适应指标:
热中性区宽; 下临界点低; 下临界点下直线斜率小。

动物对低温的适应:
形态适应; 生理适应; 行为适应:
迁徙、集群、穴居、冬眠等……

生物对高温的适应:
植物对高温的适应(略); 动物对高温的适应:
形态适应:
厚毛隔热;换毛反光;精巢下降;逆流交换。

生理适应:
放松恒温性,体温波动。

行为适应:
穴居、昼伏夜出; 夏眠或滞育……

水:
水的特性(略) 陆地水分布(略) 植物与水:
湿(水)生植物(略) 中生植物(略) 旱生植物:
少浆液植物、多浆液植物; 减少蒸腾:叶面积小、气孔下陷; 根系发达、贮水组织等。

动物对水的适应:
鱼类的渗透压调节:
淡水鱼:
体内高渗、体外低渗; 大量排低渗尿,维持水平衡。

海洋硬骨鱼:
体内低渗、体外高渗; 吞海水,补充水;少排尿,节约水;多余盐,从 鳃排。

海洋软骨鱼:
内外等渗;靠尿素等特殊物质维持体内高渗。

广盐性洄游鱼类:淡水硬骨鱼+海洋硬骨鱼

生态因子:
能量因子:光、温度; 物质因子:水、O2、CO2、土壤、火……

觅食行为 生殖行为
鸟类

战斗行为
鹰鸽博弈 战斗预期

生殖合作 动物社群生活 捕食者与猎物
军备竞赛

利他行为 社会行为 信号与通讯 动物行为的生理基础
神经调节 体液调节

生境选择 领域行为

种群(population)
空间特征、数量特征、遗传特征 物种存在的基本单位; 物种进化的基本单位; 群落组成的基本单位;

种群大小; 种群密度; 种群数量:
标记重捕法 (Lincoln指数法)

种群统计学参数:
基本特征:密度 初级参数:出生率 、死亡率、迁入、 迁出 次级参数:性比、 年龄结构、种群增 长率等

种群分布; 种群研究重点:
动物社会行为 植物建筑学结构

鲑鱼生活周期的k-值 生命表; (仿Mackenzie等,1998)

K-因子分析;

种群存活曲线:

种群增长率r; 内禀增长率rm; 种群增长模型: 与密度无关:
离散型:
昆虫、一年生植物

连续型:

与密度有关:
逻辑斯谛方程 (logistic equation) K环境容纳量

自然种群增长:
季节消长; 季节波动; 种群爆发:
害虫、水华、赤潮

生态入侵
(ecological invasion) 迁移、定居、繁殖

种群平衡; 种群衰落、灭亡:
最小可存活种群

种群调节(略) 集合种群
生境斑块; 局域种群的集合; 保护生物学意义。

收获理论:
最大可持续产量(MSY) 配额限制; 努力限制。

基因、基因库、基 因频率、哈代-魏伯 格定律、地理变异 、渐变群…(略) 适合度(fitness)
以基因型个体的平 均生殖力乘以存活 率 W=ml

进化动力:
自然选择(大) 遗传漂变(小)

遗传瓶颈
北方象海豹

建立者效应

自然选择类型; 物种形成:
地理隔离→独立 进化→生殖隔离 异域物种形成 邻域物种形成 同域物种形成 适应辐射

生活史对策
体型效应; 生殖对策:
r-选择和k-选择

生境适应:
GrimeCSR三角形

权衡(trade-off)

生物与生物之间的关系:

种内关系
竞争、自相残杀、性别关系、领 域性、社会等级等

种间关系
竞争、捕食、寄生、互利共生等

种内关系:
最后产量衡值法则

种内关系:
性比:
Fisher氏性比理论:1:1 让步赛理论:奢侈特征=能量=基因 Fisher氏私奔模型:雌性促进雄性进化

动物婚配:
一雄多雌制:最普遍 资源分布不均匀; 单配制:由一雄多雌制演变而来; 一雌多雄制:极端环境

种内关系:
领域性; 社会等级; 他感作用(异株克生)
争议……

种间关系:
共生(略) 竞争:
生态位(niche): 物种在生物群落或 生态系统中占据的 地位和角色 基础生态位、实际 生态位

竞争释放:在缺乏竞 争者时,物种扩张其 实际生态位的现象 竞争排斥原理:生态 位相似则不共存;共 存则生态位分化

捕食:
典型捕食; 食草;
合理放牧

寄生;
微寄生物(生长繁殖) 大寄生物(生长,不繁殖) 巢(窝)寄生

协同进化(军备竞赛)

群落的特征:
具有一定的外貌; 具有一定的种类组 成; 群落中各物种之间 是相互联系的 ; 群落具有自己的内 部环境 ; 具有一定的结构 ; 具有一定的动态特 征; 具有一定的分布范围; 具有边界特征 :
过渡带-群落交错区 (ecotone)-边缘效应

群落中各物种不具有同 等的群落学重要性
优势种、建群种、亚优 势种、伴生种、偶见种 (罕见种)

种类组成的调查
最小面积法
组成群落的种类越丰富,其最小面积越大 西双版纳热带雨林2500M2 北方针叶林为400 M2 落叶阔叶林为100 M2 草原灌丛为25-100 M2 草原为1-4 M2

种类组成的性质分析
优势种(dominant species) 建群种(constructive species)
单建群种群落(单优种群落) 共建群种群落(共优种群落)

亚优势种(subdominant species) 伴生种(companion species) 偶见种(罕见种)(rare species)

种类组成的数量特征
多度(abundance)
估计 德鲁提(Drude)七级制多度

密度(density)
实测

盖度(Coverage) 频度(frequency)

物种多样性:
丰富度、均匀度 辛普森多样性指数 (Simpson’s diversity index) 无限大小的群落中,随机抽取 两个个体,它们属于不同物种 的概率 香农-威纳指数 (Shannon-Weiner index) 描述种的个体出现的紊乱和不 确定性

空间变化规律:
随纬度增高降低 随海拔升高降低 随深度增加降低

群落的结构:
生活型、层片(略) 群落的垂直结构:
成层性 竞争与选择的结果

群落的水平结构:
镶嵌性 生态因子分布不均匀,形成小群落

群落的时间结构:
季相

群落交错区(ecotone)
生态交错区或生态过渡带 两个或多个群落间(或生态地带间) 的过渡区域

边缘效应(edge effect)
群落交错区内种的数目及一些种的密度增大的趋势

生态过渡带
生态系统中,两种或两种以上物质体系、能量体系 、结构体系、功能体系间形成的界面,及围绕该界 面向外延伸的过渡带。 多样性高;抗干扰能力弱,难于恢复;环境变化快

影响群落结构因素
同资源种团
生态位接近

空间异质性 岛屿效应:
面积越大,种数越多

捕食者:
泛化捕食者 特化捕食者

岛屿与集合种群:
斑块、廊道

干扰(disturbance) 断层(gap) 抽彩式竞争 中度干扰假说
森林火灾

大小保护区之争:
更多物种; 流行病; 空间异质性; 大型动物-大保护区。

群落动态:
内部动态(略)

群落演替: (succession)
低级-高级 简单-复杂 一个阶段接着一个 阶段 一个群落代替另一 个群落

原生裸地 次生裸地 原生演替 次生演替

群落形成条件
迁移-定居-竞争

演替的类型(略)

水生演替系列
自由漂浮植物阶段 沉水植物阶段 浮叶根生植物阶段 直立水生阶段 湿生草本植物阶段 木本植物阶段

旱生演替系列
地衣植物群落阶段 苔藓植物阶段 草本植物群落阶段 灌木群落阶段 乔木群落阶段

植物长满裸地

湖泊填平

演替方向
进展演替 逆行演替

过程理论模型(略) 群落的分类与排序
分类(离散)
分类单位:[中国] 植被型组(10) 植被型(29) 群系(560多个) 群丛(基本)

演替顶级学说
单元顶级论
气候顶级:一个气候 区一个顶级预期

多元顶级论
多种顶级

顶级-格局假说
多种顶级连续变化 优势顶级:气候

排序(连续)
直接梯度分析 间接梯度分析

生物地理群落 组成与结构 生态金字塔(锥体)
能量锥体; 生物量锥体; 数量锥体。

生态效率
同化、生产、消费、 林德曼效率

富集(生物积累、生物放大)

反馈(feedback)
负反馈 (negative feedback) 保持稳定 正反馈 (positive feedback) 偏离加剧

生物量≠生产量
生物量:
某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物 质,单位是克干重/m2或J/m2。

生产量:
单位时间单位面积上的有机物质生产量。

地球上净初级生产力的分布

初级生产量的限制因素 陆地生态系统:
光、CO2、H2O、营养物质 温度-光合效率 捕食-光合效率 水-限制因子(一般)

水域生态系统
海洋:光 淡水:营养物质(P)、光、捕食

初级生产量的测定方法(略) 生态系统中的次级生产(略) 生态系统中的分解:

分解过程、分解者生物(略) 资源质量:
表面特性、机械结构、化学成分(单糖>纤维 素>木质素>蜡>酚) C/N:N供应量(微生物含N高,植物含N低)

理化环境对分解的影响:温度高、湿度大

生态系统中的能量流动(略)
能流分析; 生物贡献……

生态系统的物质循环
全球生物地球化学循环
水循环、气体型循环、沉积型循环

全球水循环 全球碳循环:
源(释放CO2)、汇(吸收CO2)

全球氮循环 全球磷循环:不完全循环、海洋沉积 全球硫循环……

水热条件决定植被分布; 植被分布的水平地带性:
纬向地带性:
太阳辐射-气候带-地带性

经向地带性:
土壤、水陆分布等

地带性植被
充分反映当地气候特点

夏绿阔叶林-温带海洋性气候 常绿阔叶林-亚热带气候 热带雨林-热带高温高湿气候

植被的垂直地带性:
垂直地带性是水平地带性的浓缩; 水平地带性决定垂直地带性

淡水生态系统(略) 海洋生态系统:
潮间带(或沿岸区)
海陆群落交错区 干扰

浅海带-半深海带-深海带-大洋带

陆地主要生态系统类型
热带雨林※ 亚热带常绿阔叶林 夏绿阔叶林 北方针叶林 草原 荒漠※ 冻原 青藏高原※

热带雨林
1. 种类组成特别丰富 2. 群落结构复杂,树冠不 齐,分层不明显 3. 藤本及附生植物极丰富 4. 板状根、支柱根 5. 茎花现象 6. 寄生植物很普遍 7. 植物终年生长发育 8. 动物种类极其丰富

世界雨林分布(略) 我国热带雨林
分布 优势乔木 世界雨林分布最北缘 附生植物少 龙脑香科不如东南亚典型 雨林多 小型叶比例较大 有一定的季节变化

草原
我国是欧亚草原的 一部分; 我国草原类型:
草甸草原 典型草原 荒漠草原 高寒草原

荒漠
超旱生半乔木、半灌 木、小半灌木和灌木 占优势的稀疏植被 植物具有明显的旱生 结构 消费者:爬行类、啮 齿类、鸟类、蝗虫等 初级生产力非常低物 质循环速率很低

具有山地草原

青藏高原的高寒植被
热量丰富,植被分布界限高; 大陆性强,植被的旱生性显著; 植被带宽广; 高原上的山地植被垂直带明显。

景观:
一定空间范围内,由 不同生态学系统组 成,具有重复性格局 的异质性地域单元

特点:
由不同空间单元镶嵌 而成,具有异质性 具有明显形态特征与 功能联系的地理实体 是生物的栖息地,更是 人类的生存环境 处于生态系统之上、 区域之下的中度尺度 具有经济、生态、文 化的多重属性

研究:
景观结构 景观功能 景观动态

以分子遗传为标志 研究和解决生态学 和进化问题 从基因、遗传、进 化角度考察生物与 环境的关系 种群遗传与进化

常见分子标记:
同工酶电泳 限制性片段长度多态性分 析(RFLP) 小卫星DNA指纹 随机扩增多态性DNA( RAPD) 微卫星(SSR) DNA序列分析 单核苷酸多态性(SNP) 实时定量PCR技术

全球尺度生态学:
全球尺度才解决问题 全球变暖、温室效应 臭氧层破坏 生态破坏:
主要农村、发展中国家

水污染

环境污染
主要城市、发达国家 大气污染 土壤污染 有毒物质与核污染

生态工程
应用生态系统中物 种共生与物质循环 再生原理,结构与 功能协调原则、结 合系统分析的最优 化方法,设计的促 进分层多级利用物 质的生产工艺系统 马世骏(1984)

农业生态学 人口问题(略) 资源问题(略) ……

生物多样性与保育
全方位的丧失 灭绝方式:
背景灭绝 大量灭绝 人为灭绝

保护:
多层保护(全球) 就地保护 迁地保护 种子库、基因库 恢复 监测 法律……

生态系统服务

生态系统服务

湿地、海岸、农田…

生态系统管理
具有明确和可适应的目标,通过政策、协议和 实践活动而实施的对生态系统的管理。 管理目标:
使生态系统得以持续 使产品服务得以持续

生态学是生态系统管理的科学基础 3S技术应用
遥感技术RS 地理信息系统GIS 全球定位系统GPS

生物入侵
某种生物从外地自然传入或人为引种后 成为野生状态,并对本地生态系统造成 一定危害的现象。 外来物种-定居-入侵 没的天地 引种:
自然 人为

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