第一章 生态学基础知识

第一章 生态学基础知识

第一节

生态学基本概念与原理

一、生态学

生态学（Ecology）：最早黑格尔（德国生物学家）1869年提出。意为：自然界的经济学。

是研究生物与环境之间相互关系的一门基础学科。研究重点在于生态系统和生物圈，尤其是生物与环境、生物与生物之间的相互作用。生态系统中的物质循环和能量的流动、生态系统的稳定与平衡以及影响平衡的因素及相关结果都是生态学家所关心的问题。

生态学中所说的生物包含植物、动物和微生物。

最近，由于人类环境问题和环境科学的发展，生态学也扩展到人类生活和社会形态等方面，把人类这一生物种也列入生态系统中，来研究并阐明整个生物圈内生态系统的相互关系问题。

生态与环境的关系

生态就是指一切生物的生存状态，以及它们之间和它与环境之间环环相扣的关系。德国生物学家Ernst Haeckel最早提出生态学的概念，它是研究动植物及其环境间、动物与

植物之间及其对生态系统的影响的一门学科。

环境（environment）总是相对于某一中心事物而言的。我们通常所称的环境就是指人类的环境。

生态环境是指由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体，主要或完全由自然因素形成，并间接地、潜在地、长远地对人类的生存和发展产生影响。

生态环境与自然环境是两个在含义上十分相近的概念，有时人们将其混用，但严格说来，生态环境并不等同于自然环境。

自然环境的外延比较广，各种天然因素的总体都可以说是自然环境，但只有具有一定生态关系构成的系统整体才能称为生态环境。仅有非生物因素组成的整体，虽然可以称为自然环境，但并不能叫做生态环境。

从这个意义上说，生态环境仅是自然环境的一种，二者具有包含关系。

二、生态幅和生态位

生态幅：生物对环境因素的耐受范围。

生态位：自然生态系统中一个种群在时间、空间上的

位子及其与相关种群之间的功能关系。即：

物种在生物群落或生态系统中的地位和角色。

生态入侵：也称外来生物入侵。指某一生物通过有意或无意的人为活动被引进到其自然分布范围以外的非原产地区；在适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，在当地自然或人为生态系统中建立了可自我维持的种群；其分布地区逐步稳定扩展，造成自然景观或生态系统的明显变化或给当地的生态系统造成损害。

三、生物物种、种群、群落及其关系

物种：生物分类的基本单位。是具有一定的自然分布区、形态、结构、功能、发育、生态分布基本相同的一群生物。

种群：栖息在同一地域中同种个体组成的集合体，占有一定的空间的、具有潜在杂交能力和自己独立的特征、结构和功能的整体

群落：栖息在同一地域中，相互之间有直接或间接关系的所有种群的集合体，包括该地域中的动物、植物和微生物。

生存对策

R-对策：以量取胜（杂草和害虫）

K－对策：以质取胜（珍惜濒危动植物）

三、生态系统

1、概念

一定的时间和空间内，生物和非生物的成分之间，通过不断的物质循环和能量流动而相互作用、相互依存的统一体，构成一个生态学的功能复合体。是由生物群落和非生物环境的复合体。

在生态系统中，各种生物彼此间以及生物与非生物的环境因素之间互相作用，关系密切，而且不断进行着物质的交换、能量的传递和信息的交流。目前，人类所生活的生物圈内有无数大小不等的生态系统。

生产者：主要是绿色植物，凡能进行光合作用制造有机物的植物种类，包括单细胞藻类，均属于生产者。还有一些能利用化学能把无机物转化为有机物的化能自养型微生物，也应列入生产者之列。

消费者：主要是动物，又分为一级消费者（如草食性动物）；二级消费者（如肉食动物）；

分解者：指各种具有分解能力的微生物，也包括一些微型动物，如鞭毛虫，土壤线虫等。

无生命物质：指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素（如土壤、空气、水等）。

3 结构

⑴ 形态结构：生态系统的生物种类，种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化（发育、季相）等构成了生态系统的形态结构。

(2) 营养结构：生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系，构成了生态系统的营

养结构（食物链和食物网）。是生态系统中能量流动和物质循环的基础。

食物链：生态系统中，由食物关系把多种生物联接起来，一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食，……彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系，称为食物链。

按照生物间的相互关系，一般可把食物链分为：

捕食性食物链：即由一些以其他动物为食的动物构成的食物链。例如由狐狸和野兔构成的食物链。

碎食性食物链：是由一些食碎屑生物构成的。诸如秃鹫、蚯蚓、千足虫、白蚁、蚁和甲虫等。

寄生性食物链：是由一些寄生性生物构成的。它们是与其“捕获物”建立起一种紧密地联系，长期地以“捕获物”为生。比如：动物肠内的绦虫、寄生在动物体外的蜱、虱或七鳃鳗以及一些植物如菟丝子、槲寄生等。

腐生性食物链：是由腐生性生物构成的。如水晶兰、真菌等。

食物网：在一个生态系统中，食物关系往往复杂，各种食物链相互交错，形成所谓食物网。能量的流动，物质的迁移和转化，就是通过食物链或食物网进行的。

4、功能

生态系统中能量流动、物质循环和信息联系构成了生态系统的基本功能

(1) 能量流动

生态系统中全部生命活动所需要的能量均来自太阳。太阳能在生态系统中的流动是按热力学定律进行的。热力学第一定律告诉我们：“在一个封闭系统中（我们通常把以地球为中心包括太阳在内的宇宙环境看成是一个封闭系统），能量和物质是不能产生或消灭的。即能量和物质不能凭空产生也不能凭空消亡”。

根据热力学第二定律：从一种能向另一种能的任何转换都不是完全有效的，能的消费是不可逆的过程。在能量的转换过程中，总有一些能量失掉了。因此，如果没有新的能量从外部投入，一个封闭系统最终会耗尽其能量。因为生命需要能量，能量耗尽了，生命也就停止了。当然，地球并不是封闭系统，地球从太阳得到能量。

环境卡片——能量流动的1/10规律

在生态系统中，能量从植物体内转移至草食动物体内时大约为总能量的1/10，而再转移到肉食动物体内时，为草食动物能量的1/10左右。一般说来，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动，而后者所获得的能量大体等于前者所含能量的1/10，这就是说，在能量流动过程中，约有9/10的损失掉了。

(2) 物质循环

生态系统中的一切生物（动物、植物、微生物）和非生物的环境，都是由运动着的物质构成的。并在地球长期的演化过程中建立起来了各种循环体系。其中碳、氢、氧、氮、硫、磷等的循环是生态系统基本的物质循环。锰、锌、铜、钼、钴、钙、镁、钾等微量元素，也在生态系统中的构成了各自的循环。而与人类环境关系比较密切的主要有水、碳、

氮、三大循环。

(3) 生态系统中的信息联系

在生态系统的各组成部分之间及各组分内部，伴随着能量和物质的传递与流动还同时存在着各种信息的联系，而这些信息把生态系统联成一个统一的整体，起着推动物质流动、能量传递的作用。信息在生态系统中表现为多种形式，主要有营养信息、化学信息、物理信息、遗传信息和行为信息。

5、生态系统平衡与稳定

在任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定的时期内，生产者、消费者和分解者之间都保持着一种相对的平衡状态，这种平衡是动态的平衡，不是静止的平衡。系统内部的因素和外界因素的变化，尤其是人为的因素，都可能对系统产生影响，并引起系统的改变，甚至破坏系统的平衡。

第二节

生态平衡及生态系统的动态变化

一、生态平衡的概念

如果某生态系统各组成成分在较长时间内保持相对协调，物质和能量的输出接近相等，结构与功能长期处于稳定状态，在外来干扰下，能通过自我调节恢复到最初的稳定状态，则这种状态可称为生态平衡。

生态平衡包括三个方面：结构上的平衡、功能上的平衡以及输入和输出物质数量上的平衡。

生态平衡是相对的平衡、动态的平衡。

二、生态系统的动态变化

（一）生态系统的演替

一些生态系统，依靠自身的发展和活动的本性，一方面消灭某些物种，另一方面又允许别的物种侵入，以此来改变它们的环境。因而，在占领这个地区的各种生物中，存在着一种渐近的变化。最后，一个生态系统可能被另一个生态系统全部代替。生态系统中的这种变化过程就叫做演替。

1、原生演替

如果这个地域先前没有生物占领，那么，一个生态系统被另一个生态系统所代替的过程就称为原生演替。

2、次生演替

开始于次生裸地或原生芜原（不存在植被，但在土壤或基质中保留有植物繁殖体的裸露地段）上的演替。

3、顶极生态系统

这是演替到最后阶段的一种生态系统。全部已有的物种继续彼此按比例繁殖，并不再发生变化的平衡状态称为顶极。这个系统也就叫做顶极生态系统。

顶极生态系统的类型依这个地区占优势的非生物因素的不同而异。在炎热的干旱地区，顶极是热带荒漠生态系统；在炎热的潮湿地区，顶极是热带雨林。

（二）影响生态系统演替变化的因素

当生态系统的演替进行到顶极时，则可以理解为达到了动态的平衡。这种平衡也不是一成不变的，特别是当自然因素和人为因素的强烈干扰和变动，往往破坏了生态平衡。

1、自然因素

主要是指自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物的有害因素。如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害，都会使生态平衡遭到破坏。

2、人为因素

主要指人类对自然资源的不合理利用、盲目发展生产带来的环境污染等问题。

三、生态学的一般规律

（一）相互依存与相互制约规律

相互依存与相互制约，反映了生物间的协调关系，是构成生物群落的基础。生物间的

这种协调关系主要分为两类：

1、普遍的依存与制约，亦称“物物相关”规律。有相同生理、生态特性的生物，占据与之相适宜的小生境，构成生物群落或生态系统。系统中不仅同种生物相互依存、相互制约，异种生物（系统内各部分）间也存在依存与制约的关系；不同群落或系统之间，也同样存在依存与制约关系，亦可说彼此影响。

2、通过“食物”而相互联系与制约的协调关系，亦称为“相生相克”规律。具体形式就是食物链和食物网。即每一种生物在食物链或食物网中，都占据一定的位置，并具有特定的作用。各生物物种之间相互依赖、彼此制约、协同进化。被食者为捕食者提供生存条件，同时又为捕食者控制；反过来，捕食者又受制于被食者，彼此相生相克，使整个体系（或群落）成为协调的整体。

（二）物质循环与再生规律

生态系统中，植物、动物、微生物和非生物成分，借助能量的不停流动，一方面不断地从自然界摄取物质并合成新的物质，另一方面又随时分解为原来的简单物质，即所谓“再生”，重新被植物所吸收，进行着不停顿的物质循环。

（三）物质输入输出的动态平衡规律

物质的输入输出规律又称为协调稳定规律，它涉及生物、环境和生态系统三个方面。当一个生态系统不受人类活动干扰时，生物与环境之间的输入与输出，是相互对立的关系，生物体进行输入时，环境必然进行输出，反之亦然。生物体一方面从环境摄取物质，另一方面又向环境排放物质，以补偿环境的损失（这里的物质输入和输出，包含着量和质两个

指标）。

（四）相互适应与补偿的协同进化规律

生物与环境之间，存在着作用与反作用的过程。或者说，生物给环境以影响，反过来环境也会影响生物。如：生物在土壤形成过程中的作用。

（五）环境资源的有效极限规律

任何生态系统中作为生物赖以生存的各种环境资源，在质量、数量、空间和时间等等方面，都有其一定的限度，不能无限制地供给，因而其生物生产力通常都有一个大致的上限。也因此，每一个生态系统对任何的外来干扰都有一定的忍耐极限；当外来干扰超过这一极限时，生态系统就会被损伤、破坏、以致瓦解。如：草场的退化、森林的过度采伐和过量捕鱼等。