植物生态学植物生态学

绪论1生态学。定义（赫克尔）生态学是研究有机体与其周围环境相互关系的科学。简述生态学的几种主要定义，并以此说明生态学的发展过程。主要定义：英国生态学家埃尔顿（1927）在最早的一本生态学教科书《动物生态学》中，把生态学定义为"科学的自然历史"前苏联生态学家克什卡洛夫（1945）扩展了这个定义，认为生态学研究应该包括生物的形态、生理和行为上的适应性，即达尔文的生存斗争学说中所指的各种适应性。澳大利亚生态学家安德列沃斯（1954）认为生态学是：研究有机体的分布和多度的科学。纳乌莫夫（1955,1963）认为：种群的数量变动是动物生态学的中心问题，他给出的生态学定义是：动物生态学研究动物的生活方式与生存条件之间的联系，以及动物生存条件对繁殖、存活、数量以及分布的影响。加拿大学者克雷布斯（1972)的定义是：生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学美国生态学家奥德姆提出的定义：生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。中国生态学家马世骏对生态学的定义：生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学。生态学定义归纳起来可分为三大类：第一类：研究重点是自然历史；英国生态学家埃尔顿、克什卡洛夫；第二类：研究重点是动物、植物群落生态学；澳大利亚生态学家安德列沃斯、纳乌莫夫、加拿大学者克雷布斯；第三类：研究重点是生态系统生态学；奥德姆、马世骏。发展过程：自然历史→种群生态学→生态系统生态学。2种群、生物群落、生态系统、生物圈的定义种群：是栖息在同一地域中同种个体组成的复合体生物群落：是栖息在同一地域中动物、植物和微生物的复合体生态系统：是指同一地域中生物群落与非生物环境的复合体生物圈：是指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所，它包括岩石圈的上层、全部水层和大气圈的下层3生态学按照研究对象的组织层次划分，生态学应包括哪几个分支学科？概括各分支学科的主要研究内容。答：按研究对象：个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学其他组织水平：分子生态学，景观生态学，全球生态学4植物生态学四个著名学派：北欧学派，法瑞学派，英美学派，苏联学派\n5根据研究对象所属分类学类群划分：植物生态学，动物生态学，微生物生态学，陆地植物生态学，哺乳动物生态学，昆虫生态学，地衣生态学，各个物种的生态学二、个体生态学1生态因子概念及分类答：生态因子指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳以及其它相关生物等生态因子∈环境因子分类：气候因子：如温度、湿度、光、降水、风、气压和雷电等。土壤因子：土壤是在岩石风化后在生物参与下所形成的生命与非生命的复合体。包括：土壤结构、土壤有机和无机成分的理化性质、土壤生物.地形因子：如地面的起伏，山脉的坡度和阴坡阳坡(坡度、坡向、坡位)等，这些因子对植物的生长和分布有明显影响生物因子：包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。人为因子：人类的活动对自然界和其他生物的影响已越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都直接或间接受到人类活动的巨大影响。2smith(1935)将生态因子分为密度制约因子和非密度制约因子答：密度制约因子：作用强度随着种群密度变化而变化的因子。密度制约因子起调节种群数量，维持种群平衡作用，如食物、天敌和流行病等各种生物因子。非密度制约因子：作用强度不随种群密度变化而变化的因子。非密度制约因子对种群密度不能起调节作用，如温度、降水和天气变化等非生物因子。3生态因子作用的特点：综合性、非等价性、不可替代性和互补性、限定性、直接作用和间接作用答：1）综合性：每一个生态因子都是在与其它因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化（生物对某一极限因子的耐受限度，会因其它因子的改变而改变）。例如：光强度变化会引起大气、土壤的温度和湿度发生改变。2）非等价性（主导因子作用）：对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中必有1～2个是起决定性作用的因子（主导因子），主导因子的改变常会引起许多其它生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如:植物春化阶段的温度因子就是主导因子，湿度和通气是次要因子；光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2是次要因子。3）不可替代性和互补性：生态因子虽非等价；但都不可缺少。一个因子的缺失不能由另一个因子来替代。但某一因子的数量不足，有时可以靠另一因子的加强而得到调剂和补偿。4）限定性(阶段性)：\n生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。因此某一生态因子的有益作用常常只限于生物生长发育的某一特定阶段。例如:低温对某些作物的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的；例如，梨、苹果。5）直接作用和间接作用区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布十分重要。地形因子：其起伏程度、坡向、坡度、海拔及经纬度等对生物的作用不是直接的，但它们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，对生物产生间接作用。光照、温度、水分则对生物类型、生长和分布起着直接作用。4光强对植物形态的影响（1光照不足时。2光照较强时）答：光照不足时植物形态：黄化；节间长，叶子不发达，侧枝不发育，植物体水分含量高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。光照较强时：树干较粗，尖削度大，机械组织发达，分枝多，树冠庞大。叶的细胞和气孔通常小而多，细胞壁与角质层厚，叶片硬，叶绿素较少。根系发达，分布较深。提示：光照过强是红松主干分叉的重要原因5树种耐阴性：树种忍耐庇荫的能力，即在林冠庇荫下完成更新和正常生长的能力。鉴别耐阴性的主要依据：林冠下能否完成更新过程和正常生长。6低温伤害种类（冷害，冻害，霜害，冻举，冻裂，生理干旱）答：冷害：是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡，是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。冻害:是指冰点以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间隙）形成冰晶而造成的损害霜害:温度在0oC左右，由于霜出现使植物受害为霜害冻举（又称冻拔）：土壤反复冻融，使树苗被完全拔出土壤。寒冷地区更新造林的危害之一。多发生在土壤粘重、含水量高、地表温度容易剧变的立地之上。冻裂：昼夜温差导致树干纵向开裂生理干旱：冬季或早春土壤冻结时，树木根系不活动。这时如果气温过暖，地上部分进行蒸腾，不断失水，而根系又不能加以补充，导致植物干枯死亡。7温度与植物分布关系（高纬度和高海拔的限制—冬温过低，夏温不足；低纬度和低海拔限制—冬季冷期过短），尤其注意高温限制的例子。答：高纬度和高海拔的限制——低温对生物分布的限制作用更为明显冬温过低：直接作用是妨碍新陈代谢,使组织结冰，降低养分和水分可利用性以及机械伤害。夏温不足：夏季短而凉的地方，总光合不足以补偿呼吸消耗，植物凋落、无净生长。低纬度和低海拔的限制——高温限制夏温过高：破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡，引起植物新陈代谢紊乱、过热死亡、失水过度、呼吸速率增高，水分和养分可利用性下降。\n冬季冷期过短：冬季冷期过短或寒冷程度不够，植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段，因而限制树种向低纬度和低海拔分布。由于高温的限制:白桦、云杉在自然条件下不能在华北平原生长；苹果、梨、桃不能在热带地区栽培；在长江流域和福建，黄山松因高温限制无法分布在海拔1000～1200米以下的高度。菜粉蝶无法忍受26℃以上高温，所以26℃成为这种昆虫分布的南限。8趋异适应：是指同一种生物长期生长在不同环境条件下，可能出现不同的形态结构和生理特性类型，这些特性常具有适应的性质。生态型：同一物种因适应不同生境而表现出的，具有一定结构或功能差异的不同类群。一般来说，物种分布越广，特别是分布区内生境差异越大，分化出的生态型也越多；生态型是新种的先驱。根据引起生态型分化的主导因素，可将生态型划分为:：气候生态型（籼米和粳米）、土壤生态型（水稻和陆稻）、生物生态型（稗草）趋同适应：自然界中，亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同的气候或其他环境之中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面出现很相似的外貌特征。生活型：不同植物种长期受到同一外界环境作用，显现出相同或相似的适应形态，如：乔木、灌木、草本、攀援植物等。三．火因子1林火类型（树冠火、地表火、地下火）树冠火：地表火：火沿林地表面蔓延，以烧毁死地被物和林下植物为主，也能烧伤林木干基和露出的根系。地下火：林地腐殖质层或泥炭层中燃烧的火灾。地表只有烟雾，基本见不到火焰。2火对植物的影响和植物的适应答：影响：1、对一些植物落种产生影响2、促进种子萌发3、促进球果开裂4、对开花植物的影响5、火烧迹地上阳性植物增加，阴性植物减少6、火烧后含氮植物减少，固氮植物增加7、使浆果类植物增加奥德姆把依赖火或耐火种分为两个类型：再萌芽型，火后大量结实型。营养阶段对火的适应：抗火树皮、减小易燃性（阔叶树抗火性较强）、保护芽。繁殖阶段对火的适应：提早开花结实，种子散布\n四、生物与土壤1菌根真菌定义及类型（外生型菌根，内生型菌根，内外兼生型菌根）答：菌根真菌是菌丝侵入树木根的表层细胞壁或细胞腔内，形成一种特殊结构的共生体。根据真菌菌丝着生状况可分三种类型：外生型菌根由担孢子菌、子囊菌或藻状菌形成。菌丝形成菌套，菌丝仅侵入根外层细胞之间而不进入细胞腔内，如桦树、冷杉、松树的菌根.内生型菌根由藻状菌的一些属形成，菌丝不形成菌套、伸进根的表皮和表皮细胞之内和其间，并发展到土壤中，如某些槭树、鹅掌楸，南洋杉等.内外兼生型菌根，兼具二者特点,主要是子囊菌2根际效应：根向周围土壤分泌碳水化合物、维生素和氨基酸等，可使根围微生物的数量大大增加。3、盐碱土植物对环境的适应有哪些？答：形态：植物矮小、干硬、叶不发达、蒸腾面小、气孔下陷、表皮有厚外皮、灰白绒毛结构：细胞间隙小、栅栏组织发达、贮水细胞生理：聚盐性植物：植物原生质对盐的抗性强，极高的渗透压，能从土壤里吸收大量的可溶性盐类，并把这些盐类积聚在体内而不受伤害。泌盐性植物：根细胞对于盐类的透过性很大，但是他们吸进体内的盐分不积累在体内，而是通过茎、叶表面上密布的分泌腺，把吸收的过多盐分排出体外。不透盐性植物：植物细胞的渗透压也很高，根细胞对盐类的透过性非常小，几乎不或很少吸收土壤中的盐类。五、种群生态学1、种群的水平（局限种群、混合种群、地理小钟、物种）答：局域种群：通常是指包含相互之间很可能混合或重组的一群个体。 混合种群：由一群通过偶然基因流松散联系的局域种群组成,种群区分不是非常明确，混合种群有时也被称为种群的种群，混合种群是一个种群内部不同亚种群的集合。地理小种(亚种)：由遗传上相似的地理种群或基因型集合组成，这些集合在一个或多个遗传元素上具有明显的区别。常被称之为亚种。物种：能够互相交配的自然群体，该群体与其他群体在生殖上是隔离的。2、内分布型答：组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局，称为种群的内分布型3、环境容纳量：种群在一个生态系统中，即一个有限环境中所能稳定达到的最大数量或最大密度，称为系统或环境对该种群的容纳量4、性比：种群中雌雄个体的比例\n5、种群的年龄结构类型（增长型种群、稳定型种群、下降型种群）答：①增长型种群：锥体呈典型金字塔形，基部宽，顶部狭。表示种群有大量幼体，而老年个体较小，种群的出生率大于死亡率，是迅速增长的种群。②稳定型种群：锥体形状和老、中、幼比例介于增长型和下降型之间。出生率与死亡率大致相平衡，种群稳定。③下降型种群：锥体基部比较狭、而顶部比较宽。种群中幼体比例减少而老体比例增大，种群的死亡率大于出生率。6、种群生命表定义及类型答：生命表是指列举同生群在特定年龄中个体的死亡和存活比率的一张清单，是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表。类型：特定时间生命表（静态）；适用于世代重叠的生物；根据在某一时刻对种群的年龄分布频率的取样分析而获得，反映了种群在某一特定时刻的剖面。特定年龄生命表（动态）；适用于世代不重叠的生物，如一年生的草本植物的各月种群动态。从同时出生或同时孵化的一群个体开始，跟踪观察并记录其死亡过程，直至全部个体死亡为止。动态混合生命表；把不同年份同一时期标记的个体作为一组动物处理图解式生命表植物生命表7、Logistic增长模型形式及参数含义（S型增长曲线）答：应具备的条件:第一:具有稳定的年龄分布.第二:对种群密度测定有恰好的单位.第三:每个个体增长率与种群大小成线性关系.第四:种群密度对增长率的影响是瞬时作用,不存在时滞效应.8、内禀增长率rm答：安德烈沃斯（1954）的定义：①具有稳定年龄结构的种群；②在食物和空间不受限制；③同种其他个体的密度维持在最适水平；④在环境中没有天敌；⑤并在一定温度、湿度、光照和食物性质的环境组配下；种群的最大瞬时增长率。人们只能在实验室条件下，人为的“不受限制”才能观察到种群的内禀增长率。9、生态入侵\n答：是指外来物种通过人类活动或者自然途径被引入到新的生态系统中，并依靠其自身强大的生存竞争力，种群不断增加，分布区逐步稳定地扩展，造成当地生物多样性的削弱或丧失；或者外来物种进入相对完整的植被中，在其中起支配作用，甚至完全替换了该植被，这些现象称为生态入侵。6、r-对策定义：生活在条件严酷和不可预测环境中，种群死亡率通常与密度无关，种群内的个体常把较多的能量用于生殖，而把较少的能量用于生长、代谢和增强滋生的竞争能力。r-对策特征：个体小，寿命短，出生率高，死亡率高，在裸地生境具有很强的占有能力，对后代的投资不注重质量，更多的是考虑其数量。在植物界表现为种子小，结实量大，能够远距离传播种子。举例及生态学意义：老鼠、松鼠1、生殖率高，发育速度快，世代时间短;2、种群在数量较低时，可以迅速恢复到较高的水平；3、后代数量多，通常具有较大的扩散迁移能力，可迅速离开恶化的环境，在其他地方建立新种群;4、常常出现在群落演替的早期阶段；5、高死亡率、高运动性和连续面临新环境，可能使其成为物种形成的新源泉。k-对策定义：生活在条件优越和可预测环境中，其死亡率大都取决于密度相关的因素，生物之间存在着激烈的竞争，因此种群内的个体常把更多的能量用于除生殖以外的其他各种活动。k-对策种特征：个体大、寿命长，出生率低，死亡率低，稳定环境下竞争能力较高，对每个后代投资巨大。举例及生态学意义：大象1、种群的数量较稳定，一般保持在K值附近，但不超过此值;2、导致生境退化的可能性小；3、具有个体大和竞争能力强等特征，保证它们在生存竞争中取得胜利。7、生境：生物生存的周围环境生态位：在自然生态系统中一个种群在时间、空间上的位置，及其余相关种群之间的功能关系8、蚂蚁与金合欢的互利共生（提供蜜和蛋白质等食物：提供防御性）答：植物为蚂蚁提供蜜和蛋白质，空的叶刺可以筑巢；蚂蚁为植物提供防御性：有蚂蚁的合欢长得较快，萌芽存活率较高，无蚂蚁的合欢芽上有大量的食草昆虫13、什么是他感作用？研究他感作用有什么重要意义？答：某些植物能分泌一些有害化学物质，阻止别种植物在其周围生长，这种现象称他感作用,或叫异株克生。意义：1、植物他感作用的研究在农林业生产和管理上具有极重要的意义。在农业上，有些农作物必须与其他作物轮作，不宜连作，连作则影响作物长势，降低产量。这种现象被称为歇地现象。例如，早稻就是不宜连作的农作物，它的根系分泌的一种酸，对早稻的幼苗起强烈的抑制作用，连作时则长势不好，产量降低。2、\n植物群落都由一定的植物种类组成，他感作用是造成某种植物的出现引起另一类消退的主要原因之一。例：Bode（1958）阐明了黑核桃树下几乎没有草本植物的原因。该树种的树皮和果实含有氢化核桃酮，当这种物质被雨水冲洗到土中，即被氧化成核桃酮，并抑制其他植物的生长。3、引起植物群落演替的原因大体上分为外因和内因两大类，关于植物群落演替的内在因素，他感作用是重要的因素之一。4他感作用在森林动态与森林经营中的作用他感作用是影响森林天然更新的重要因子混交林森林植物中很多树种如松科、柏科、杨柳科、桦木科、壳斗科、胡桃科等都具有他感作用。5发展趋势抗病虫害、抑制杂草等品种的开发；分离鉴定他感作用物质是一个重要的研究方向。全球变化等因素对他感作用的影响。六、种群生态学1、生物群落的基本特征：一定的种类组成、各物种相互联系、群落具有自己的内部环境、具有一定结构、具有一定的动态特征、具有一定的分布范围、具有边界特征2、Raunkiaer生活型系统的类型：高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物、一年生植物3、群落交错区及边缘效应答：群落交错区（生态交错区或生态过渡带）：是两个或多个群落之间（或生态地带之间）的过渡区域。边缘效应：群落交错区是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，发育完好的群落交错区，可包含相邻两个群落共有的物种以及群落交错区特有的物种，在这里，群落中物种的数目及一些种群的密度往往比相邻的群落大。群落交错区种的数目及一些种的密度有增大的趋势。4、生物多样性：生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。物种水平：物种多样性低于物种水平：遗传多样性高于物种水平：群落多样性、生态系统多样性\n4、地形与物种多样性关系答：多样性随纬度的变化：从北极到热带，物种多样性增大陆地环境：海拔增高，物种数量减少水生环境：深度增大，物种数量减少5、综合性a多样性指数（辛普森指数、香农-维纳指数）计算公式答：辛普森（Simpson）指数——概率度量香农－威纳（Shannon-Weiner）指数——信息度量Pi：第i个物种数量占群落总个体数量的比例S：物种总数7、干扰：任何导致生态系统、群落。或种群结构破坏，并改变资源、基质的可利用性或无极环境的时间上离散的事件。8、中度干扰假说解释答：中度干扰说——群落在中等程度的干扰水平能维持高多样性①在一次干扰后少数先锋种入侵断层，如果干扰频繁，则先锋种不能发展到演替中期，使多样性较低②如果干扰间隔时间长，使演替能够发展到顶极期，则多样性也不很高③只有在中等程度的干扰，才能使群落多样性维持最高水平，它允许更多物种入侵和定居七、生态系统生态学1、初级生产量和净初级生产量答：初级生产量：生态系统中绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产。净初级生产量：在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量称净初级生产量。2、生物量概念答：生物量:是指某一时刻调查时单位面积上积存的有机物质，以鲜重或干重表示。3、次级生产概念答：次级生产：消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成自身的物质，称为次级生产，亦称第二性生产。4、林德曼定律：能量沿营养级移动时，逐级变小，后一营养级获得的能量只能达到前一营养级能量的十分之一左右。\n5、生态系统中能量流动的特点：越流越细、能量在流动过程中逐级递减、单向流动，不可逆。6、生物地球化学循环概念答：生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中。这些循环的路径包括生物与非生物二者,同时也包含一些地质与地理作用在內,因此称为生物地球化学循环。7、生物地球化学循环的类型答：水循环生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。气体型循环元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程，其贮存库是大气和海洋。气相循环把大气和海洋相联系，具有明显的全球性，循环性能最为完善，气体循环速度比较快。例如CO2、N2、O2等。沉积型循环参与沉积循环的物质，其分子或化合物主要通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是相当长的、缓慢的、单向的物质转移过程，时间要以千年计算，这类循环速度比较慢。主要储库在土壤、沉积物和岩石。因此沉积循环的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善。8、生态系统服务功能的价值分类答：根据生态服务功能和利用状况可以将服务功能价值分为4类：直接利用价值：主要指生态系统产品所产生的价值，可以用产品的市场价格来估计；间接利用价值：主要指无法商品化的生态系统服务功能，如维护和支撑地球生命支持系统功能。间接利用价值通常根据生态服务功能的类型来确定；选择价值：它是人们为了将来能够直接利用与间接利用某种生态系统服务功能的支付意愿；存在价值又称内在价值：它表示人们为确保这种生态服务功能继续存在的支付意愿，它是生态系统本身具有的价值。