生态学原理与应用(终极版),生态学原理及应用

('一、简述生物的耐受性及其调整方式二、试述辐射适应和趋同适应的生态意义三、是分析无性生殖和有性生殖的优缺点四、举例说明种群衰落及其原因五、人类如何才能做到对生物资源的科学管理和合理利用六、人类应如何成为“精明的捕食者”？七、简述中度干扰理论与生物资源管理的关系八、简述岛屿理论及其在自然保护区的建设中的应用九、简述有机物质分解的意义及影响有机物质分解的因素十、简述生态效率及其研究意义1.简述生物的耐受性及调整方式1、一种生物能够生存与繁殖，要依赖综合环境中全部因子的存在，其中一种因子在数量或质量上不足或过多，超过了生物的耐受限度，该种生物就会衰退或不能生存。生物对每一种生态因子都有一定的耐受范围，在耐受上限和耐受下限之间的范围称为生物对这种生态因子的生态幅。2、生物耐受性的调整方式包括三种：驯化、休眠、昼夜节律和周期性补偿变化。（1）驯化通常指在自然条件下诱发的生物生理补偿变化。这种变化一般需要很长时间。某种生物由其原产地进入另一地区，多数情况下，新地区的各种环境因子与其原产地存在差异，外来生物需经较长时间的适应，这就称为驯化。驯化包含两个层次：一是引进个体能够完成生长发育。二是引进亲本在引种区可以实现有效繁殖，产生可育后代。驯化包括两类：实验驯化和气候驯化。二者的区别在于驯化时间的长短不同。后者指在自然条件下的长期过程。（2）休眠是生物抵御暂时不利环境的一种非常有效的生理机制。如果环境条件超出生物的适宜范围,生物能维持生命，但却常常以休眠状态适应这种环境。生物一旦进入休眠期，对环境的耐受范围会大幅增加。休眠的意义是使动物最大限度的减少能量消耗。（3）昼夜节律和周期性补偿变化：生物在不同季节和一天内的不同时刻可以表现不同的生理适宜状态和补偿能力，这种补偿性变化往往是you节律的。因此，生物在一个时期可以比其他时期具有更强的驯化能力，或者具有更大的补偿调节能力。补偿能力的周期变化实际上反映了环境的周期性变化。2.试述辐射适应和趋同适应的生态学意义同一种生物长期生活在不同条件下，可能出现不同的形态结构和生理特性，这些变异特性往往具有适应意义，这种适应称为辐射适应。所形成的生物适应类型称为生态型。是一个物种对一特定生境发生基因型的反应而产生的产物，是种内适应不同生态条件或区域的遗传类群。辐射适应是生物对复杂环境条件适应的结果，可以增加物种多样性，促进生物的进化。趋同适应是指亲缘关系很远甚至完全不同的类群，长期生活在相似的环境中，表现出相似的外部特征,在生态系统中起相同的作用，占有相同或相近的生态位。而趋同适应的结果使生物类群产生了相似的生活型。可以称为生态等值种。发生趋同适应的物种可以提高对生态因子的耐受性，更好的适应生活环境，使其在竞争中不处于劣势。3.陆生动物是如何调整水分代谢，适应陆地环境的？陆生动物失水的主要途径是排尿、排粪、皮肤和呼吸道表面的蒸发等；得水可能通过饮水、食物、体表吸水及代谢水等途径。1.通过饮水和进食从外界获得水分，这是陆生动物得水的最主要的方法。两栖类和某些无脊椎动物生活在潮湿的环境中能通过皮肤吸水；在干旱缺水的环境中的动物，常利用代谢水弥补体内水分。如100g糖氧化产生55g水，100g脂肪氧化可产生110g水。2.陆生动物减少失水的适应形式是多种多样的，首先是减少水分蒸发，节肢动物体表有厚角质层和蜡膜，爬行动物表有鳞片或甲片能有效减少水分的蒸发，昆虫能通过气门瓣的关闭，最大限度的降低呼吸失水。大多数陆生动物可对呼吸水分进行回收。3.减少排泄失水，许多昆虫，马尔比基管有渗透作用而吸收水分，消化道后肠部分也能吸水。4.减少蛋白质的代谢产物的排泄失水，两栖类和兽类排泄尿素，而昆虫、爬行类鸟类则排尿酸。1g氨需耗水300～500ml，排泄1g尿素或尿酸，需水量分别为50ml及10ml。5.行为适应：保水方面的适应如荒漠啮齿类昼伏夜出。4.试分析无性生殖与有性生殖的优缺点营无性生殖的生物多为植物，尤其是杂草更多，还包括一些低等的动物。无性生殖是植物对开拓暂时性新生境的一种适应性，在物种进化选择上具有重要的优越性。与有性生殖相比，无性生殖减少了减数分裂价、基因重组价和交配价等方面的亲代投入。但由于无性生殖的变异仅仅来自基因突变，产生变异的机会减少无法产生更多具新性状的个体，导致完全营无性生殖的个体适应性逐渐降低。大多数的高等动物采用有性生殖的方式，这是生物对多变环境的一种适应。有性生殖的过程中包含有基因突变、基因重组等多种变异的来源方式，可以产生更的多的变异类型以接受自然选择。因为雌雄配子的融合能产生更多变异型的后代，在不良环境下，至少保证少数个体能生存下来并获得繁殖后代的机会，所以，多型性是一种很有效的生存对策。在稳定有利的环境中，宜行无性生殖，而在多变不利的环境中，生物进行有性生殖比较有利。另有一些生物在不同的环境条件下选择不同的生殖方式。如蚜虫在条件适宜时一直是无性生殖，产生大量的可行孤雌生殖的后代，在秋季，环境条件恶化，蚜虫开始采用合子生殖，产卵过冬。5.举例说明种群衰落及其原因当种群长久的处于不利的条件下，或在人类的过度捕猎下，或栖息地被破坏的情况下，其种群数量会持续的下降，即种群衰落，甚至出现种群灭亡。捕鲸业的历史是由于人类过捕而使资源动物种群不断衰落的典型例子。白鳍豚是我国特有的一种淡水鲸，属世界级的稀有动物，其种群数量日益减少。我国的大熊猫数量也十分稀少，种群密度极低，各保护区内，平均每9-11平方公里一头。原因：（1）种群密度过低，由于难以找到配偶而使繁殖机率降低；近亲繁殖，使后代体质变弱，死亡率增加。（2）生物栖息环境的改变，如森林砍伐，草原荒漠化，农田的大量开垦，城市化的加剧，工业、交通运输业的发展等。（3）植物的减少和消失则是动物种群衰落和灭亡的重要原因。6.人类应如何成为“精明的捕食者”？精明的捕食者学说是由斯洛博金（Slobodkin）首先提出的，认为捕食者在进化过程中能够形成自我约束能力，对猎物不造成过捕，而且精明的捕食者应该是捕食将要死亡或者生产力小的猎物个体。如果把这种理论在自然界中的正确性放在一边，它至少应该给人类社会以启示。人类要生存就要不断的从自然生态系统和人工生态系统中获得资源，而要获得最大持续产量，就要科学合理的利用资源。从种群的逻辑斯蒂（logistic）增长曲线可以看出，要保证获得最大持续产量应该在种群瞬时增长速率最大的时期捕获，因为这时种群在收到干扰后返回平衡的自然反应时间最短。所以养殖业应该懂的这个道理。7.简述中度干扰理论与生物资源管理的关系中度干扰理论首先由Connell提出，即中等程度的干扰能增加或维持高的物种多样性，理由是：1、一次干扰后少数先锋种入侵断层，如果干扰过于频繁，则先锋种不能存在到演替中期，使多样性较低。2、如果干扰间隔期很长，演替过程便能发展到顶级期，多样性也不会很高。3、中等程度的干扰允许更多的物种入侵和定居，可以维持最高的物种多样性水平。我们在保护自然资源生物多样性的过程中，不能简单地排除干扰，因为中度干扰能增加多样性。群落中不断地出现断层、斑块状镶嵌及新的小群落，都可能是维持和产生生态多样性的动力。在自然保护、农业、林业和野生动物管理等方面，应该开展适度的干扰研究，以利于生物多样性的保护。例如斑块状的砍伐森林就有可能增加物种的多样性。8.试述陆地生物群落在地球上的分布规律陆地环境中水分是主要的限制因素，温度的变化更加剧烈。在这种大的气候条件下，各地区不同的地理条件造就了陆地生物群落的多样性。因气候条件和地理环境的规律性，陆地生物群落也表现出一定的规律性。水平分布规律：纬向地带性：从低纬度到高纬度，地球表面接受到的热量逐渐减少，植被也随这种规律呈规律性分布。北半球的基本规律是：从北向南分布着苔原、寒温带的北方针叶林、温带的夏绿阔叶林、亚热带常绿阔叶林、以及热带雨林。动物群落随植物群落的分布也有一定的规律性。经向地带性：主要与海陆位置、大气环流和地形有关。一般规律是从近海到内陆降水量逐渐较少，群落也出现明显的规律性变化，依次分布有森林、草原、荒漠垂直分布规律：因为其环境条件变化规律上与在纬度上的变化规律类似，所以生物群落的分布规律类似于纬向地带分布。另外也受山体高度、山脉走向、坡度等的影响。9.为什么将湿地生态系统称作“地球之肾”？湿地指陆缘含有60%以上湿生植物的植被区，水缘为海平面以下6m的缓冲区。包括内陆和外流江河流域中自然的或人工的、咸水或淡水的所有富水区域（枯水期水深超过2m的水域除外），不论区域内的水是流动的还是静止的、间歇的还是永久的。湿地生态系统具有一些特点：潜在的土地资源、天然的基因库、泥炭资源；脆弱性、高生产力、过渡性。正因为湿地生态系统的这些特点决定了其有独特的功能清除污染的功能，湿地水体与土壤及生活于其中的生物群落具有吸附、吸收、分解污染物、净化环境的功能，他们在去除悬浮物、促进营养物质循环、产生氧气等方面亦有重要作用。因此将湿地生态系统称作地球之肾。另外，湿地生态系统还有其他的功能，如调节气候与水文、物质生产功能、生物独特的栖息环境。10.生态系统中三大功能团缺一不可，为什么？生态系统中的三大功能团是指生产者、消费者、分解者。生产者是能以简单无机物制造有机物的自养生物；消费者是指直接或间接以生产者为食的异养生物；分解者是指将复杂的有机物分解为简单的无机物，使其重新回到生态系统中去的异养生物。系统是指彼此之间相互作用、相互依赖的事物有规律的联合的集合体，是有序的整体。生态系统是一个在物质循环、能量流动和信息传递上都保持相对稳定的系统。生态系统中的任一构成成分缺失都会破坏这种稳定性。生产者是生态系统中能量的唯一直接来源，若没有了生产者，整个生态系统将无力运行；消费者的功能不仅仅在于消耗生产者制造的有机物，还在于起到了一定程度的分解作用，所以在分解者和消费者在功能上并没有明显的界限；分解者将生物遗体等有机物转化为可被生产者利用的无机物，从而实现物质的循环。能量是储存在物质中的，物质循环下更实质的内容是完成了能量在整个系统中的流动。八、简述岛屿理论及其在自然保护区的建设中的应用1、岛屿面积越大其生物种数越多，称为岛屿效应，大岛有较多物种数是含有较多生境的简单反映，即生境多样性导致物种多样性。岛屿效应显示了岛屿对形成群落结构过程的重要影响。2、MacArthur的平衡说岛屿上生物种数取决于物种迁入和灭亡的平衡。迁入率取决于岛的远近和大小，近而大的岛屿迁入率高；远而小的迁入率低。灭亡率也受岛屿大小的影响。可预测：①岛上的物种数不随时间而变化；②动态平衡，即消失种不断的被新迁入种所代替；③大岛比小岛能“供养”更多的物种；④岛屿与大陆的距离由近到远，平衡种数由高到低。3、岛屿与大陆是隔离的，隔离是形成新物种的重要机制之一。因此，岛屿特有种可能比较多，尤其是扩散能力弱的分类单元。另外，岛屿群落由于进化的历史较短，有可能是物种未饱和。应用：岛屿生态理论对自然保护区设计具有指导意义。1、一般来说，保护区面积越大，越能支持更多的物种数；面积小，支持的种数也少。2、在同样面积下，一个大保护区好还是若干小保护区好，这决定于：①若每一小保护区支持的都是相同的一些种,那么大保护区能支持更多种；②从传播流行病而言,隔离的小保护区有更好的防止传播作用；③如果在一个相当异质的区域中建立保护区，多个小保护区能提高空间异质性，有利于保护物种多样性；④对密度低、增长率慢的大型动物，为了保护其遗传特性，较大的保护区是必需的。若保护区过小，种群数量过低，则近交可是遗传特性退化，也易于遗传漂移而丢失优良特征。3、在各个小保护区之间的“通道”或“走廊”,对于物种保护是很有帮助的。一方面能减少居留种灭亡的风险；另一方面，细长的保护区也有利于新的种群的迁入。九、简述有机物质分解的意义及影响有机物质分解的因素1、分解作用的意义主要在于维持全球生产和分解的平衡。在全球生态系统的动态平衡中，资源分解的主要作用有：①通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；②维持大气中CO2浓度；③稳定和提高土壤有机物质的含量，为碎屑食物链以后各级生物提供食物；④改变土壤物理性状，改变地球表面惰性物质。2、分解过程的特征和强度决定于：分解者生物（K）；被分解资源的质量（C）；理化环境条件（L）（1）分解者生物分解过程是由多种生物共同完成的，参加这个过程的生物统称为分解者。分解过程主要是在土壤中进行，分解者包括土壤生物和部分地表生物真正的分解者主要是指微生物，包括细菌、放线菌和真菌。有机物质的分解过程一般是从微生物的入侵开始，它们通过分泌细胞外酶，把有机物质分解为简单的分子状态，然后再吸收利用。在细菌体内和真菌菌丝体内具有各种完成多种特殊化学反应生物的入侵开始，它们通过分泌细胞外酶，把有机物质分解为简单的分子状态所必需的酶系统，这些酶被分泌到死的物质资源内进行分解活动。微生物中主要有群体生长和丝状生长两类生长型，丝状生长对分解过程的意义在于能穿透和侵入有机物质。真菌主要分解植物性死有机物质大多数种类的真菌具有分解木质素和纤维素的酶。细菌中只有少数具这种能力，但在极端缺氧条件下进行着有效的分解过程，因此，细菌在极端温度下和缺氧条件时成为优势的腐生种类。土壤动物在有机物质的分解过程中起着非常重要的作用，在生态系统研究中常把土壤动物称之为分解者动物。它们包括食腐性、食菌性、食根性和捕食性动物等，构成一个很复杂的食物网。土壤动物在有机物质分解过程中的作用有直接作用和间接作用两种类型，直接作用是次要的，主要是间接作用。间接作用主要表现为撕碎增加落叶的暴露面积，使微生物更容易侵入。物质转化粪尿中的有机物质和动物性有机物质更有利于土壤微生物的分解。食菌作用促进土壤微生物的新老交替，使土壤微生物保持较强的分解能力。2、被分解资源的质量（C）有机物质的物理的（表面性质、机械结构等）和化学的（营养物、生长因素、刺激摄食等）性质影响着分解的速率。有机物质的相对表面积越大越有利于分解；动物性有机物质比植物性有机物质更易分解；植物不同部位的组织分解速度也不一样，落叶要比枯枝易分解。待分解有机物质资源按基质的化学特性，可分为3种类型：碳和能量的来源、营养物和调节剂。（1）碳和能量的来源：一般对单糖、淀粉和半纤维素等资源分解较快，对纤维素和木质素等则难以分解。（2）营养物：通常，动物性有机物质和微生物有机物质的营养元素比植物性资源含量高。植物性资源含量依次是种子、阔叶、针叶，最低为木质组织。分解速率大致也按这个顺序降低。生态系统中的分解速率与待分解有机物质的碳氮比之间存在着直接的相关性，常可作为生物降解性能的测量指标。待分解有机物质的最适C:N比大约是25:1～30:1。有机物质的氮含量对分解速率影响很大。如果有外源性氮的供应，植物性有机物质分解速率便能够加快。（3）调节剂待分解资源中能引起分解微生物生理活性和行为特征变化的化学成分，称为调节剂。如植物在与食草动物协同进化过程中形成的保护性次级产物能够抑制食草动物取食的行为。如在枯枝落叶中存在单宁，就是分解过程特别重要的调节剂。在贫瘠土壤中生长的植物体内能形成较高浓度的多元酚，有利于积累有机质，提高土壤的肥力。许多农药，包括一些生物农药都能影响分解过程，有类似调节剂的作用。3、环境因素（L）影响土壤微生物活动的因素也都是影响有机物质转化的因素：①土壤温度，土壤微生物活动的最适温度一般在25～35℃之间，高于45℃或低于0℃时，一般微生物活动受到抑制，多停止活动；②土壤湿度和通气状况；温度高、湿度大的地带，土壤有机质的分解速率高；而在低温和干燥地带，其分解速率就低，土壤中很容易形成有机物质的积累。高温高湿环境有利于微生物的生长繁殖，土壤有机物质的分解速率就高；而低温干燥环境不利于土壤微生物的生长繁殖，土壤有机质的分解速率就低。③pH状况。十、简述生态效率及其研究意义生态效率是指各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值，常用百分比表示，也可以称为传递效率。生态效率在生产力生态学研究中，用来估计各个环节的能量传递，在生态系统生态学中有重要的意义。分解作用的意义：生物对有机物质的分解作用主要是维持生态系统中生产和分解的平衡。在全球生态系统的动态平衡中，资源的分解作用主要表现在:1、通过有机物质的分解，实现营养物质的再循环，为生产者提供营养物质。2、维持大气中CO2的平衡3、稳定和提高土壤中有机物质的含量，为碎屑食物链以后各级生物提供食物。4、改善土壤物理性状，改变地球表面惰性物质。影响分解作用的因素有：分解者生物被分解资源的质量和理化环境因素分解者生物：分解有机物的过程有多种生物共同完成，参与分解的生物统称为分解者。分解过程主要在土壤中进行，包括土壤动物和部分地表动物。真正的分解者主要是微生物，包括细菌真菌放线菌。有机物质的分解过程一般从微生物入侵开始的，微生物通过入侵有机物，释放一些分解有机物质的酶。把有机物质分解为简单的小分子然后再吸收利用。土壤动物在有机物质的分解过程中发挥重要作用在生态系统中常把土壤动物称为分解者，土壤动物的分解作用包括直接作用和间接作用其中直接作用是次要的而间接作用是主要的撕碎物质转化食菌作用被分解资源的质量碳和能量来源淀粉糖类半纤维素分解快纤维素木质素分解慢营养物动物微生物组织营养物高分解快植物组织不同分解速度不同果实阔叶针叶茎根分解速度逐渐减低适宜C：N25:1-30:1调节剂被分解物质内含有某些化学物质如植物在于植食动物协同进化的过程中会产生一些保护性次级代谢产物，如枯枝落叶中存在单宁，是分解过程中重要的调节剂。环境理化因素：温度湿度PH',)