農(nóng)業(yè)生態(tài)學第二章基本生物結(jié)構(gòu)

1、2024/3/19,第二章基本生態(tài)關(guān)系,教學目的與要求：通過本章學習，要求學生● 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)用教學重點： ● 種、種群和群落相關(guān)的基本理論、原理、規(guī)律,,2024/3/19,一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境

2、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：,,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,2024/3/19,3）農(nóng)業(yè)環(huán)境(agricultural entironment):,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、畜禽和魚類等

3、農(nóng)業(yè)生物賴以生存、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)象十分嚴重，農(nóng)業(yè)用水污染及由此導致的農(nóng)田土壤污染、農(nóng)藥和化肥污染也時有發(fā)生。這一切均嚴重影響著農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和糧食的安全。所以，農(nóng)業(yè)環(huán)境保護已成為迫在眉睫的重要問題。,2024/3/19,４）生態(tài)因子（ecological factor）：指環(huán)境中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布

4、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,主導因子作用,直接和間接作用,不可替代性和補償作用,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:,1840,1913,2024/3/19,E.P.Odum(1973)等對耐性定律的補充：1）同一物種對各種生態(tài)因子的生態(tài)幅不同。2）不同種生物對同一生態(tài)

5、因子的生態(tài)幅不同。,3）同一生物在不同的生長發(fā)育階段對生態(tài)因子的耐性范 圍不同。4）當某個因子不在適宜狀態(tài)時，則生物對其它生態(tài)因子的耐性范圍將縮小。5）同一物種的不同品種，長期生活在不同的生態(tài)環(huán)境下，對多個生態(tài)因子會形成有差異的耐性范圍。,生態(tài)幅：每一個生物種對環(huán)境因子適應(yīng)范圍的大小，也叫耐性范圍。,2024/3/19,２、生物對環(huán)境的適應(yīng),光,水,土壤,溫度,,,,,,,光強,光質(zhì),光周期,,極端溫度,,,,,溫周期,變溫,,,

6、,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,營養(yǎng),超體積或基礎(chǔ),現(xiàn)實,實際,2024/3/19,2）生態(tài)型 (life form)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

7、和人工選擇分化形成形態(tài)、生理和生態(tài)特征,物種類群,不同的可遺傳物種類群,種以上概念,種內(nèi)概念,象、海獅、海豹等,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024/3/19,二、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，物種進化的單位。,種,種群,群落,生

8、態(tài)系統(tǒng),,,,2024/3/19,3、種群結(jié)構(gòu),1）密度：單位面積或容積內(nèi)種群的個體數(shù)。,2）年齡結(jié)構(gòu)：種群中不同年齡段間的比例。3）性比（sex ratio）：指一個♀♂異體的種群所有個體或某個齡級的個體中♂對♀的比率。,密度,粗密度、生態(tài)密度,最適密度、飽和密度,相對密度、絕對密度,,,,,,,,,類型,,增長型,穩(wěn)定型,衰退型,,,,生態(tài)年齡組,,,,,氣候型,生理型,土壤型,2024/3/19,4）種群的出生率和死亡率：,出

9、生率,影響出生率的因素,,生理（最大）出生率,生態(tài)（實際）出生率,死亡率,,生理（最?。┧劳雎?生態(tài)（實際）死亡率,,性成熟速度,每次產(chǎn)仔數(shù),每年生殖次數(shù),生殖年齡的長短,2024/3/19,5）種群分布,分布類型,,隨機分布,均勻分布,聚集分布,,核心(奈曼)分布型,負二項(嵌紋)分布型,阿里（Allee）群聚原則：每個生物個體或種群都有自己最適的密度，避免過度緊密，也避免過度稀疏。,2024/3/19,4、種群動態(tài)：１）生命表（

10、life table）：按種群生長的時間，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?！　　∈亲钋宄⒆钪苯拥卣故痉N群死亡和存活過程的一覽表。　分為靜態(tài)和動態(tài)生命表。,生命表方法是研究種群數(shù)量變動機制和制定數(shù)量預(yù)測模型的一種重要方法，最初用于人壽保險。對研究人口現(xiàn)象和人口的生命過程有重要的意義。,2024/3/19,２)種群增長（種群的生長速率和生長型）,指數(shù)增長,幾何級數(shù)增長,種群增長,,邏輯斯

11、諦增長,,,,世代離散性生長模型,世代連續(xù)性生長模型,有限環(huán)境中生長模型,Nt = N0λt,Nt = N0ert,N0ertNt = 1+N0/K(1-ert),,2024/3/19,3)生命參數(shù)的計算：,★延伸思考:　中國人口計劃生育的理論基礎(chǔ)是什么？如何理解？,★世代平均歷期(周期)：T=∑lxmxx/∑lxmx★凈增殖率：每過一個世代種群數(shù)量增長倍數(shù) 　R0=∑ l

12、xmx★周限增長率： 　　　λ=erm ★內(nèi)稟增長率(intrinsic growth rate)：在沒有任何環(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 為世代時間，R0為世代凈增殖率,2024/3/19,5、種群間關(guān)系,關(guān)系類型 　　關(guān)系特點 競爭(- -) 　　彼此互相抑制 捕食(+

13、-) 　　種群A殺死或吃掉種群B一些個體 寄生(+ -) 　　 種群A寄生于種群B，并有害于后者 中性(0 0) 　　 彼此互不影響 共生(+ +) 　　彼此互相有利，專性 互惠(+ +) 　　 彼此互相有利，兼性 偏利(+ 0) 　　對A種群有利，對種群B無利害 偏害(- 0) 　　對A種群有害，對種群B無利害,,正相互關(guān)系,負相互關(guān)系,2024/3/19,１）物種競爭（com

14、petition）：　　指生活在同一地區(qū)的兩個物種，由于利用相同的資源而產(chǎn)生的對抗作用，即兩種群彼此發(fā)生有害影響。,２）高斯原理，也叫競爭排斥原理（competition exclusion principle） ：具有相同生態(tài)位的不同物種，在同一生境中不能長期共存。,競爭,,資源利用型競爭,直接干涉型競爭,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所表現(xiàn)的差異大。因同地分布時，彼此由于競爭而發(fā)生分化，而異地分布時，

15、由于無競爭而分化不明顯。,2024/3/19,４）生態(tài)分離：具有相似要求的種群之間為了爭奪有限的資源和空間，各方面都力求抑制對方。 種間競爭的結(jié)果：一方取得優(yōu)勢，另一方受到抑制甚至被消滅；兩個物種占據(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)習性上的分隔（時間分隔）。,５）化感作用（allelopathy）：德國科學家Molisch（1937）提出化感作用一詞，意指植物（包括微生物）間的生物化學相互作用。

16、★生物化學相互作用既包括抑制作用，也包括促進作用?！锔叩茸魑锏幕形镔|(zhì)（allelochemicals）通過水淋溶、根分泌、殘體分解和氣體揮發(fā)4種途徑釋放到周圍環(huán)境中影響鄰近植物的生長發(fā)育。,2024/3/19,6）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 對種群中各個體的影

17、 一些個體(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關(guān) 密度大時，更易尋得寄主 種群個體與密度制約因素 種群個體對非密度制約 表現(xiàn)出相互適應(yīng)的關(guān)系. 因素只有單方面的適應(yīng) 對群落中的其他種群也發(fā) 其不同影響是不同種群對生態(tài) 生不同程度的影響

18、 條件要求不同而表現(xiàn)出來的,2024/3/19,生態(tài)對策,６、種群生活史對策(bionomic strategies)： 也叫生態(tài)對策，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化過程。,,K -對策,-對策,能量主要用于生殖,能量用于生殖以外的其它各種活動,,,★討論：A、生物種群與其環(huán)境是如何相互制約的？請舉例分析說明！B、種群為什么不能無限增長,r

19、,2024/3/19,r類與k類對策特征比較： 　　r類 　　　 k類氣候條件 　可變，不確定的 　 穩(wěn)定或可測，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

20、 不飽和，每年需移植 近，飽和，不必重新移植競爭 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,競爭力強, S曲線， 體型小，繁殖1次 延遲發(fā)育,體型大,多次繁殖

21、壽命 短，常少于一年 長，常長于一年,2024/3/19,３、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。,,,具有一定的種類組成,具有一定的結(jié)構(gòu),具有一定的動態(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),時間結(jié)構(gòu),2

22、024/3/19,４、群落交錯區(qū)（ecotone）：　　是兩個或多個群落或生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)域。,交錯帶類型,,城鄉(xiāng)交錯帶,干濕交錯帶,農(nóng)牧交錯帶,水陸交錯帶,群落交錯帶,,開發(fā)邊緣地帶,2024/3/19,５、群落邊緣效應(yīng)（edge effect）：　由于群落交錯區(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區(qū)域中，不但增大了交錯區(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強度和生

23、產(chǎn)力的現(xiàn)象。,其產(chǎn)生原因、意義？,2024/3/19,６、群落演替,１）定義：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物群落隨時間推移，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　無論原生演替或次生演替，生物群落總是由低級到高級，由簡單向復(fù)雜的方向發(fā)展，經(jīng)過長期不斷的演化，最后達到一種相對穩(wěn)定狀態(tài)。在演替過程中，生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生著一系列的變化。,錄象,2024/3/19,演替分類,３）頂級群

24、落（climax）： 　指生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落通過復(fù)雜的發(fā)展演替，達到最后成熟階段的群落是與周圍物理環(huán)境取得相對平衡的穩(wěn)定的群落。,,原生演替(primary succession),次生演替(secondary succession),頂級群落形成種理論,,?多元頂級理論：英國生態(tài)學家A.G.Tansley，氣候、土壤、地形等頂級,?單元頂級理論：美國生態(tài)學家F.E.Clements（1916），氣候頂級,? R.H.Whittak

25、er ，強調(diào)各個頂級群落類型的連續(xù)性,2024/3/19,４）協(xié)同進化（coevolution）：是指在種間相互作用的影響下，不同種生物間相關(guān)性狀在進化中得以形成和加強的過程。,５）群落多樣性：是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標。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間過程中維持物種互相結(jié)合及各物種數(shù)量關(guān)系的能力，以及在受到擾動的情況下恢復(fù)到原來平衡

26、狀態(tài)的能力。包括現(xiàn)狀的穩(wěn)定、時間過程的穩(wěn)定、抗變動能力和變動后恢復(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？,2024/3/19,四、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、系統(tǒng)、生物地理學的區(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)過程的差異,2、景觀多樣性

27、（landscape diversity）：指由不同類型的景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的景觀在空間結(jié)構(gòu)、功能機制和時間動態(tài)方面的多樣性和變異性。,2024/3/19,景觀要素,,嵌塊體,廊道,基質(zhì),生態(tài)多樣性指數(shù),,α多樣性指數(shù): 測度群落內(nèi)物種多樣性,β多樣性指數(shù)：測度群落間物種多樣性,γ多樣性指數(shù)：測度區(qū)域內(nèi)總物種多樣性,即反映隨群落（內(nèi)部）中物種豐富度和個體在各物種中均勻程度的指標。,即反映隨群落內(nèi)環(huán)境異質(zhì)性變化或隨群落間環(huán)境變化而導致

28、的物種豐富度和均勻度變化的指標。,用在更大生態(tài)學尺度（景觀水平）上測量物種多樣性變化或差異。,2024/3/19,3、農(nóng)業(yè)活動對生物多樣性的影響：,1）土地的農(nóng)業(yè)利用：破壞生物生境2）農(nóng)業(yè)的耕作方式：改變土壤物理環(huán)境3）農(nóng)田雜草防治措施：除草劑的使用4）殺蟲劑的使用：對土壤動物的殺傷5）放牧對草地的影響：要適當放牧6）作物的間套輪作：可提高起多樣性7）農(nóng)業(yè)動植物品種改良影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中遺傳多樣性：忽略品種多樣性,2024/