环境生态学教案

云南民族大学教案课程名称: 环境生态学 授课班级: 2011级 任课教师: 李文义 职 称: 助教 课程性质: 必修 授课学期: 2013-2014学年下学期云 南 民 族 大 学 教 案第一章 绪论 一、本章授课时间： 2014年3月 授课学时：2二、本章授课教师姓名： 李文义 职称：助教三、本章教学目标和学习要求：教学目标：1 掌握环境科学、恢复生态学等基本概念； 2 熟悉环境生态学的主要研究内容； 3 了解环境问题的现状，提高保护环境意识。 四、教学重点、难点：教学重点： 人类社会的发展与环境问题的产生及演变，环境生态学的形成与发展；环境生态学的研究内容、环境生态学的学科任务及发展趋势。 教学难点： 当今世界环境问题产生的根源；比较生态学、环境生态学与环境科学的研究对象差异。五、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：多媒体、引入主题、启发讨论、课外研究性学习 六、布置的作业及复习思考题： 名词解释：生态学、环境生态学 生态学：研究生物与其他生活环境之间相互关系的学科。 环境生态学：根据是研究人为干扰下，生态系统内在的变化机制、规律和对人类的反效应，寻求受损生态系统修复、重建和保育对策课科学。 思考题： 1.生态圈运行的主要特点及启示。 答：特点：生态圈的物质是封闭循环的；生态圈是具有自我调节和控制能力的自持系统；生态圈具有优化演进的能力。启示以自己的理解围绕要怎么善待生态圈来作答。 2.简答环境生态学的主要研究内容和学科任务。 答：研究内容包括人为干扰下生态系统内在变化机制和规律研究；生态系统受损程度及危害性的判断研究；各类生态系统的功能和保护措施的研究；解决环境问题的生态学对策研究。 学科任务：研究以人为主体的各种环境系统在人类活动的干扰下，生态系统演变过程、生态环境变化的效应以及相互作用的规律和机制，寻求受损生态系统恢复和重建的措施。 3.环境问题产生的几种观点。 答：环境问题产生的几种观点有：经济超速增长的结果；人口的快速增长；科学技术发展的结果；宗教鼓励人口增长和人对自然贪欲的结果。 4.阐述你对生态圈各圈层关系的认识。 答：生态圈由生物圈和生命支持系统两大部分组成，主要包括大气圈、水圈、岩石圈和能量。其中大气圈是动植物最直接的生命支持系统，没有大气圈提供的氧和二氧化碳，氧循环和碳循环将不能进行；水循环是通过大气圈的运动而实现的；大气环流还调节了气候，使之较适合生物的生存。水圈中的水是生命存在的基本条件，水循环保证着地球水量的动态平衡。岩石圈的表层即土壤层，它是一个特殊的生命子系统，在生态系统的物质循环、初级生产中发挥着重要的作用，如大气圈中的氮不能被高等植物利用，而需要经土壤微生物的固氮作用才能利用。 5.举例说明你对人类活动与环境问题两者关系的认识。 答：围绕人类活动导致生态破坏和环境污染两大问题，来举例说明你对人类活动与环境问题两者关系的认识。 六、论述题 1.当今世界面临的环境问题是如何产生的？从中你得到了什么启示？ 答：环境问题（environmental problem） ：指人类为其自身生存和发展，在利用改造自然的过程中，对自然环境破坏或污染所产生的危害人类生存的各种不利的反馈效应。或指由于人类不恰当的生产活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现 了不利于人类生存和发展的问题。环境问题是伴随着人类社会的发展而发展演变的，大致经历了四个发展时期：1）原始文明时代（公元前 200 万1 万年） 人与环境的关系是人类对自然的适应，人是“自然界中的人” ； 2）农业文明时代（公元前 1 万公元 1700）环境问题主要是生态破坏的问题；3）工业文明时代（1700年今）期间的17 世纪中叶至 18 世纪后半叶（蒸气机时代/第一次产业革命）进入生态破坏与环境污染并存的格局，但危害还是局部的或区域性的，20 世纪的两次世界大战及 60 年代后，化学工业的崛起使环境污染和生态破坏并存的格局扩展为全球性。 从环境问题的产生与历史演变，给人的启示有：1）环境是人类生存所依赖的资源库；2）环境问题的产生是人类社会发展的产物；3）人类面临的环境问题是相互联系相互制约的；4）环境问题发展和变化的关键是人类。 （以上为参考答案，也可以依自己的理解来展开论述） 2.举例说明你所熟识的某个环境问题，并从生态学的视野阐述其危害的作用过程、基本特征及你所思考的解决对策。 答：需围绕所举例环境问题的产生原因、危害作用过程、基本特征做分析，并针对危害提出解决对策。七、选用教材和主要参考书：选用教材：教材： 环境生态学导论盛连喜主编，高等教育出版社 主要参考书：肖显静. 后现代生态科技观从建设性角度看北京：科学出版社2003 李博等. 生态学. 北京：高等教育出版出版社2004 谢高地等.中国生态资源承载力研究. 北京：科学出版社2011 钱易，唐孝炎环境保护与可持续发展，北京：高等教育出版社，2000.八、教学主要内容及教学安排：第一节 环境生态学的定义及其形成与发展 1 主要内容：环境问题的产生与演变，环境生态学的定义及其发展。 2 基本概念和知识点：环境生态学，人类社会的发展与环境问题的产生及演变， 环境生态学的形成与发展。 3 问题与应用（能力要求） ：认识当今世界环境问题产生的根源。 第二节 环境生态学的研究内容与学科任务 1 主要内容：环境生态学的研究内容与学科任务； 2 基本概念和知识点：环境生态学的研究内容、环境生态学的学科任务及发展趋势； 3 问题与应用（能力要求） ：了解环境生态学的主要研究内容与任务。 第三节 环境生态学与相关学科 1 主要内容：生态学、环境生态学、环境科学的研究对象与发展简史； 2 基本概念和知识点：生态学、生态学的研究对象及其发展简史、生态学的分支学科；环境科学、环境科学的研究内容与分支学科、恢复生态学、生态经济学、环境经济学、污染生态学、人类生态学； 3 问题与应用 （能力要求） ： 比较生态学、 环境生态学与环境科学的研究对象差异。云 南 民 族 大 学 教 案第二章 生物与环境 一、本章授课时间： 2014年3月 授课学时：6二、本章授课教师姓名： 李文义 职称：助教三、本章教学目标和学习要求：教学目标： 1掌握生物多样性、生物的协同进化等概念和环境的生态作用规律； 2熟悉盖雅(Gaia)假说，光照、温度、水分的生态作用及生物的适应性； 3了解生态因子作用的一般规律四、教学重点、难点：教学重点： 1.生物的起源、生物种的概念、生物的协同进化（昆虫与植物、大型草食动物与植物、互惠共生物种、协同适应系统） 、生物多样性（概念、影响因素） 、盖雅假说（地球上所有生物都起着调控作用、地球生态系统保持稳定性、地球本身是进化系统、地球系统是有机整体、地球生理学是地球进化的方式） ； 2.光因子的生态作用（光照强度、光质、光周期） 、温度因子的生态作用及生物的适应（温度的“三基点” 、有效积温法则、极端温度对生物的影响、变温对生物的影响） 、水因子的生态作用及生物的适应（水的重要作用，水对动植物发育、数量和分布的影响，动植物的适应） 、土壤因子的生态作用及生物的适应（聚盐性植物、泌盐性植物、透盐性植物） ； 3.生态因子、生态因子作用的一般特征（综合作用、主导因子作用、直接和间接作用、阶段性作用、不可替代性和补偿性作用） 、生态因子的限制性作用（限制因子、最小因子定律、耐受性定律） 教学难点： 生命产生与进化的过程和盖雅假说的主要论点；主要环境因子的生态作用及其生物的适应规律；理解和运用生态因子作用的一般特征和限制性作用规律五、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：多媒体、引入主题、启发讨论、课外研究性学习 六、布置的作业及复习思考题： 名词解释： 1.生物有生命的物体叫做生物，生物包括动物、植物和微生物。 2.环境能够为生命形式提供空间支持和生存资源保障的外部空间的总和。或表述为是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。 3.协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为对另一物种性状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象。 4.生物多样性生物中的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性。它包括动物、植物、微生物的所有种及其组成的群落和生态系统。一般又有四个水平：遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。 5.环境因子指从环境中分析出来的各种要素或条件单位，如气候因子、土壤因子、地理因子、生物因子等，这些因子对生物的形态、构造、生长发育、遗传变异、生态及分布等产生一定的影响。 6.光周期现象是指植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应。 7.有效积温发则植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数。 8.阿伦规律寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，其是减少散热的适应。 9.贝格曼规律生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，其是减少散热的适应。 10.生态因子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。 11. 生境具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称之,其中包括生物本 身对环境的影响。 12.限制因子在众多生态因子中， 任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子。 13.最小因子定律植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素， 这些处于最低量的营养元素称最小因子。 14.耐受性定律每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围， 即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅或生态价。 15.内稳态生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 思考题 1.光强度的生态作用与生物的适应。 答：光强度的生态作用表现为对生物的生长发育和形态建成有重要的作用。 植物对不同光照强度的适应产生阳性植物、阴性植物和耐阴性植物。阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；阴性植物对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间。 动物对光照强度的适应产生昼行性和夜行行动物，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。 2.光质的生态作用与生物的适应。 答：光质的生态作用表现为：不同光质对植物的光合作用，色素形成、向光性、形态建成的诱导等影响是不同的；可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长、发育等都有影响。 生物对光质的适应表现为：海洋植物光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:海水表层植物色素吸收蓝、红光，深水植物光合色素能有效地利用生理无效辐射绿光；高山植物对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛；不同动物则发展了不同的色觉。 3.生物对光周期现象的适应。 答：植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。光周期是生命活动 的定时器和启动器。 植物对光周期现象的适应可区分为长日照植物、短日照植物和中间性植物。 日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物；短日照短于一定数值才开花的植物称短日照植物，一般需要较长的黑暗才能开花；只要其他条件合适，在什么日照条件下都能开花植物可称中间性植物。 动物对光周期现象的适应可区分出长日照动物和短日照动物，在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代，称长日照动物；与些相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照动物。 4.温度因子的生态作用。 答：温度因子的生态作用表现为：1）.温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率与温度成正比。 2）.温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效积温法则，即植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数。 3）.温度与生物的地理分布：日平均温度累计值的高低是限制生物分布的重要因素，最高温度、最低温度也是限制生物分布的最重要条件。 4）.变温对生物的影响：多数生物在变温环境下比恒温下生长得更好；植物的形态特点有时与变温也有关系。 5）.变温与干物质积累：变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用。 5.有效积温法则及其意义。 答：植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温。有效积温法则的意义：预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。 7.极端温度对生物有什么影响？ 答：低温对生物的影响：当温度低于临界(下限) 温度 ，生物便会因低温而受寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等 。8.水因子的生态作用。 答：1）水是生物生存的重要条件：水是生物体不可缺少的组成成份；水是生物体所有代谢活动的介质；水为生物创造稳定的温度环境；生物起源于水环境。 2）水对动植物生长发育的影响 ：就植物而言，水量对植物的生长也有一个最高、最适和最低3 个基点；水是种子萌发的主要关键；就动物而言，湿度、降水、冰覆盖对动物的形态、体色、生长发育、繁殖、分布代谢、活动和行为以及寿命都有影响。 3）因地理纬度、海陆位置、海拔高度的不同导致降水在陆地的分布是不均的，进而对动植物数量和分布生产影响。 9.土壤的生态学意义。 答：为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；提供生物生活所必须的矿质元素和水分；提供植物生长所需的水肥气热；维持丰富的土壤生物区系； 生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。 10.举例说明生物的协调进化。 答：协同进化是指在进化过程中，一个物种的性状作为对另一物种性状的反应而进化，而后一物种的性状本身又作为前一物种性状的反应而进化的现象。 在放牧系统中， 食草动物种群与植物种群的相互关系是复杂的， 如在乌克兰草原上，曾保存 500 公顷原始的针茅草原，禁止人们放牧。经若干年后，那里长满杂草，变成不能放牧的地方。其原因是停止放牧使针茅草簇繁茂发展，连结成片，而针茅草等残体分解缓慢、阻碍其嫩枝发芽并大量死亡，演变成杂草草地。在经过 1520年自然演替后才能恢复为原来禾本科的草簇草原。因此，如果没有有蹄类的经常放牧，即经常的吃割、践踏，以其粪滋养土地，禾本科植物就不可能长期地生存。所以，放牧活动能调节植物种间关系，使牧场植被保持一定的稳定性。但过渡放牧也破坏草原群落。所以，大型食草动物对植物群落的结构和物种组成均有影响。 11. 生物多样性及其影响因素。 答：生物多样性的影响因素在于1）物种生物量，高生物量支持高多样性； 2）物种的属性，不同种属对所在生态系统产生量的积累，达到质的飞跃；3）生物地化循环，高质量的土壤增加植物的生产量，有利于生物多样性的提高；4）系统的稳定性，通过系统的弹性和抗性来维持。 论述题 1.请从形态、生理、行为三个方面论述生物对极端温度的适应。 答：生物对低温的适应： 形态上的适应植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律） ，外露部分减小（阿伦规律） 。阿伦规律(Allens rule):寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。贝格曼规律(Bergmans rule):生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。约旦规律(Jordans rule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。 生理上的适应植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物） ；动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。行为上的适应迁移和冬眠休眠等。 生物对高温的适应： 形态上的适应植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。 生理上的适应植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。行为上的适应植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。 2.论述陆生植物的水平衡调节机制。 答：陆生植物的水平衡调节机制从两方面来实现。 形态适应方面具有发达的根系，叶面小，体表密被细毛和刺，蜡质表皮，气孔深陷 于植物叶中，单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲，具发达的贮水组织使陆生植物即有较强的保水能力，又能防止水份的丧失。 生理适应方面具有强大的体内运输水分的动力，使机体各部分有充足的水份供应；提高了原生质的渗透浓度，使根系能向干旱的土壤中吸水，同时不至于反深透想象发生，使植物失水。 3.论述水生动物对水因子的渗透压调节。 答; 渗透压调节可以限制体表对盐类和水的通透性，通过逆浓度梯度主动地吸收或排出盐类和水分，改变所排出的尿和粪便的浓度与体积，如淡水动物体液的浓度对环境是高渗性的，体内的部分盐类既能通过体表组织弥散，又能随粪便、尿排出体外，因此体内的盐类有降低的危险，那么它们一是使排出体外的盐分降低到最低限度；二是通过食物和鳃，从水中主动吸收盐类。海洋生活的大多数生物体内的盐量和海水是等渗的（如无脊椎动物和盲鳗） ，有些比海水低渗（如七鳃鳗和真骨鱼类），低渗使动物易于脱水，于是要喝水，在喝水的同时又将盐吸入，它们对吸入多余的盐类排出的办法是将其尿液量减少到最低限度，同时鱼的鳃可以逆浓度梯度向外分泌盐类。对于某些洄游性鱼类，其体表对水分和盐类的渗透性较低，能适应在不同的海水和淡水中生活，当它们由淡水转移到海水中时，有一段时间体重因失水而减轻，体液浓度增加，但在 48 小时内能进行渗透调节，而使体重和体液浓度恢复正常。 4.生态因子作用的一般规律。 答：生态因子作用的一般规律包括： 1.限制因子：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生存和繁殖的一种或少数几种关键性因子就是限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子；相反，如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很窄，而且这种因子又易于变化，那么这种因子就很可能是一种限制因子。 2Liebig 最小因子定律：每一种生物都需要一定种类和一定数量的营养物，如果其中有一种营养物完全缺失，植物就不能生存，如果这种营养物质数量极微，植物 的生长就会受到不良的影响。 3Shelford耐性定律：生物的存在与繁殖，要依赖于某种综合因子的存在，只要其中一项的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐受限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。该定律把最低量因子和最高量因子相提并论，把任何接近或超过耐受下限和上限的因子都称为限制因子。 应注意的是， 生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而变化，当一个种生长旺盛时，会提高对一些因子的耐性限度；相反，当遇到不利因子影响它的生长发育时，也会降低对其他因子的耐性限度。七、选用教材和主要参考书：选用教材：环境生态学导论盛连喜主编，高等教育出版社 主要参考书：丁照，理解自然：文明起源自然背景初探北京：清华大学出版社，2004 李博等.生态学.北京：高等教育出版出版社2004 Larcher W.植物生理生态学，李博等译，北京：科学出版社，1985 杨持，等，生态学北京：高等教育出版社，2008. 八、教学主要内容及教学安排： 第一节 地球上的生物 1 主要内容：生命的产生与进化、生物多样性与盖雅假说； 2 基本概念和知识点：生物的起源、生物种的概念、生物的协同进化（昆虫与植物、大型草食动物与植物、互惠共生物种、协同适应系统） 、生物多样性（概念、影响因素） 、盖雅假说（地球上所有生物都起着调控作用、地球生态系统保持稳定性、地球本身是进化系统、地球系统是有机整体、地球生理学是地球进化的方式） ；3 问题与应用（能力要求） ：了解生命产生与进化的过程和盖雅假说的主要论点。第二节 环境的概念及其类型 1 主要内容：环境的主要类型及环境因子的分类； 2 基本概念和知识点：环境（地球环境或地理环境） 、环境的类型、环境因子的分类； 3 问题与应用（能力要求） ：了解环境的主要类型。 第三节 主要环境因子的生态作用 1 主要内容：光照、温度、水分、土壤因子的生态作用及其生物的适应； 2 基本概念和知识点：光因子的生态作用（光照强度、光质、光周期） 、温度因子的生态作用及生物的适应（温度的“三基点” 、有效积温法则、极端温度对生物的影响、变温对生物的影响） 、水因子的生态作用及生物的适应（水的重要作用，水对动植物发育、数量和分布的影响，动植物的适应） 、土壤因子的生态作用及生物的适应（聚盐性植物、泌盐性植物、透盐性植物） 。 3 问题与应用（能力要求） ：了解主要环境因子的生态作用及其生物的适应规律。第四节 生态因子作用的一般规律 1 主要内容：生态因子作用的一般特征和限制性作用； 2 基本概念和知识点：生态因子、生态因子作用的一般特征（综合作用、主导因子作用、直接和间接作用、阶段性作用、不可替代性和补偿性作用） 、生态因子的限制性作用（限制因子、最小因子定律、耐受性定律） ； 3 问题与应用（能力要求） ：能够理解和运用生态因子作用的一般特征和限制性作用规律。云 南 民 族 大 学 教 案第三章 生物圈中的生命系统 一、本章授课时间： 2014年4月 授课学时：4二、本章授课教师姓名： 李文义 职称：助教三、本章教学目标和学习要求：1 掌握种群、生物群落、生态对策等基本概念，种群的特征、种群的数量变动及种群调节；2 熟悉 r-选择和 K-选择理论的主要特征； 3 了解影响群落结构的因素。 四、教学重点、难点：教学重点： 1.宏观生态学、微生态学和分子生态学，分子、基因、细胞组织、个体、种群、生物群落、生态系统； 2.种群、种群的特征（数量、空间分布、遗传）、种群的增长（种群的群体特征、增长模型）、种群的数量变动及生态对策（不规则波动、周期性波动、季节波动、暴发、生态入侵、衰落和灭亡、r-对策、k-对策）、种群调节（气候、生物、食物、行为、内分泌调节和遗传调节） ； 3.种内关系（集群，种内竞争：资源利用性竞争、直接竞争）、种间关系（种间竞争：高斯假说、竞争模型、生态位理论，捕食，寄生与共生），玛他种群（玛他种群理论：灭绝、重建，在保护生物学中的应用） ； 4. 生物群落（概念、基本特征） ，生物群落的种类组成（优势种和建群种、亚优势种、伴生种、偶见种） ，物种组成的数量特征和综合特征（数量特征：密度、多度、盖度、频度、高度、重量、体积，综合特征：优势度、重要值、综合优势比，物种多样性） ，生物群落的结构（生活型和生长型、垂直结构、水平结构） ； 5. 干扰，生物因素（竞争 捕食）， 岛屿与群落结构 （物种数与岛的面积， MacArthur的平衡说）；6. 原生演替，次生演替，单元顶级论，多元顶级论，生物群落的演替的制约因素。教学难点： 生命系统的层次； r-选择和 K-选择理论， 指数增长模型和逻辑斯谛增长模型； 种内、种间关系，如何利用玛他种群理论指导濒危动植物的保护；生物群落演替的单元顶级论与多元顶级论。 五、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段： 多媒体、引入主题、启发讨论、课外研究性学习 六、布置的作业及复习思考题： 名词解释： 1.种群是指在特定时间内，由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统，也可简称为在一定空间中同种个体的组合。 2.种群的年龄结构是指不同年龄组的个体在种群内的比例和配置情况。 3.生命表是按种群生长的时间，或按种群的年龄(发育阶段)的程序编制的，系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率， 是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表。 4.种群季节消长自然种群数量随年内季节变化而出现种群数量增长或降低的现象。 5.生态入侵由于人类有意识或无意识地把某种生物带人适宜其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展的过程。 6.生态对策是指生物在进化过程中所形成的各种特有的生活史特征，是生物适应特定的生活环境所具有的一系列生物学特征的设计。 6.能量分配原则任何一种现实生物的能量都是有限的，这些有限的能量只能协调的分配到各种生活史对策中；一种生物如果把大部分能量分配到生活史某一方面，那么它就不可能再把大部分能量用于生活史的其他方面。 7.D.Lack 法则动物总是面对两种对立进化选择，一种是高生育率但无亲代抚 育，一种是低生育率但有亲代抚育。 8.r 对策种群生活在条件严酷和不可预测环境中的种群,其死亡率通常与种群密度无关,种群内个体常把较多的能量用于生殖,而把较少的能量用于生长、代谢和增强自身竞争能力。 9. K策略者生活在条件优越和可预测环境中的种群,其死亡率通常由种群密度相关因素引起,生物间存在激烈竞争,种群内个体常把更多的能量用于生殖以外的其它各种活动。 10.种内关系存在于各个生物种群内部的个体与个体之间的关系。 11.集群是同一种生物的不同个体，或多或少都会在一定的时期生活在一起，从而保证种群的生存和正常繁殖，其是一种重要的适应特征。 12.最小种群原则对于一些集群生活的动物种类，如果数量太少，低于集群的临界下线，则该动物种群就不能正常生活，甚至不能生存。 13.拥挤效应随种群中个体数的增加，密度过高时，由于食物和空间等资源的缺乏，排泄物的毒害以及心理和生理反应，则会对群体带来不利的影响，甚至死亡率上升，抑止种群的增长率，产生所谓的。 14.阿利规律在一定条件下，当种群的密度（数量）处于适度的情况时，种群的增长最快，密度太低或太高都会对种群的增长取着限制作用。 15.最后产量恒值法在一定范围内，当条件相同时，不管一个种群的密度如何，最后产量差不多都是一样的，即产量与密度变化无关。 16.-32自疏法则随着播种密度的提高，种内对资源的竞争不仅影响到植株生长发育的速度，也影响到植株的存活率；日本学者 Yoda 等（1963）把自疏过程中存活个体的平均株干重（W）与种群密度（d）之间的关系用公式 WC d-a 表示，英国生态学家 JLHarper（1981）等研究发现 a 为一个恒值，等于 32，因此WC d-3/2 被称为-32 自疏法则。 17.生态位是指在自然生态系统中一个种群在时间、 空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系。 18.寄生是指一个种（寄生者）寄居于另一个种（寄主）的体内或体表、从而摄取寄主养分以维持生活的现象。 思考题 1.种群分散利用和共同利用的生态学意义。 答： 分散利用的生态学意义:在于保证了食物的需要； 保证了有营巢地和隐蔽所，并能调节种群的密度，促使种群分散，不致于因过分拥挤而产生危害。共同利用的生态学意义：它有利于改变小气候条件，有利于共同取食，有利于共同防御天敌，有利于种群繁殖和幼体发育，有利于进行迁移；但随着种群中个体数量的增加，将对整个种群带来不利的影响，如抑制种群的增长率、死亡率增加等。 2.比较 r策略者和 K策略者的特征。 答：r策略者将大部分能量用于繁殖，是以量取胜，是新生境的开拓者，但存活要靠机会，所以在一定意义上，它们是机会主义者，很容易出现“突然的爆发和猛烈的破产”。K策略者将大部分能量用于提高存活，是以质取胜的，是稳定环境的维护者，在一定意义上，它们又是保守主义，当生存环境发生灾变时很难迅速恢复，如果再有竞争者抑制，就可能趋向灭绝。 3.生物在rK策略连续统中表现出的一般规律。 答：生物在 rK 策略连续统中表现出的一般规律：个体大小与世代时间之间有明显的正相关性；在世代时间与繁殖关系上表现为世代时间减半，r 值就加倍；r值越大则体重越小；同一物种分布在不同生态梯度上也可以形成一种 rK 连续统特征。例如，云杉在低海拔属于偏 r选择，中海拔为 K选择，中高海拔为偏 K选择，高海拔为r选择。 4.生物产生集群的原因。 答：集群是同一种生物的不同个体，或多或少都会在一定的时期生活在一起，从而保证种群的生存和正常繁殖， 其是一种重要的适应特征。 生物产生集群的原因：对栖息地生态因子的共同需要；对昼夜天气和季节气候的共同反映；繁殖的结果；被动运送的结果；由于个体之间社会吸引力相互吸引的结果。 5.集群效应的生态学意义。 答：集群效应的生态学意义在于：集群有利于提高捕食效率；集群可以共同防御敌害；集群有利于改变小生境；集群有利于某些动物种类提高学习效率；集群能够促进繁殖。 6.捕食作为一个重要生态学现象的理由。 答： 捕食作为一个重要生态学现象的理由: a.限制种群的分布， 抑制种群的数量；b.捕食同竞争一样，是影响群落结构的主要生态过程；c.捕食是一个主要的选择压力，生物的很多适应可用捕食者和猎物间的协同进化来说明。 7.什么是种群？与个体特征相比较，种群有哪些重要的群体特征？ 答：种群是指在特定时间内，由分布在同一区域的许多同种生物个体自然组成的生物系统， 也可简称为在一定空间中同种个体的组合。 从个体到种群是一个质的飞跃。个体的生物学特性主要表现在出生、生长、发育、衰老及死亡等，而种群则具有出生率、死亡率、年龄结构、性比、社群关系和数量变化等特征。这些都是个体水平所不具有，而组成种群以后才出现的新的特性。具体为：1.数量特征（密度或大小） 。种群的数量越多、密度越高，种群就越大，种群对生态系统功能的作用也就越大。种群的数量大小受四个种群基本参数（出生率、死亡率、迁人率和迁出率）的影响，这些参数继而又受种群的年龄结构、性别比率、内分布格局和遗传组成的影响。2.空间分布特征。即种群内部分布格局（聚群分布、随机分布或是均匀分布）和地理分布。3.遗传特征。种群具有一定的遗传组成，是一个基因库。一个种群中的生物具有一个共同的基因库，以区别于其他物种。 8.何谓种内与种间关系？种间关系有哪些基本类型？ 答：种内关系是存在于各个生物种群内部的个体与个体之间的关系。种间关系是生活于同一生境中的所有不同物种之间的关系。种间关系的基本类型有种间竞争、捕食、寄生和共生三类。 论述题 1. 请从 r策略者和 K策略者的种群增长曲线入手，分析 r策略者和 K策略者的特征，并比较两者的进化中的优缺点。 答：由图可知：K对策者曲线有两个交点 X 和 S，X 是不稳定的平衡点，可称为灭绝点；S 是稳定的，如果种群下降到 X 点以下就有灭绝的危险。相反，r对策者由于低密度下增殖快，所以只有一个平衡点S，种群容易在 S点上下作激烈的波动。 特征：r策略者将大部分能量用于繁殖，是以量取胜，是新生境的开拓者，但存活要靠机会，所以在一定意义上，它们是机会主义者，很容易出现“突然的爆发和猛烈的破产”。K策略者将大部分能量用于提高存活，是以质取胜的，是稳定环境的维护者，在一定意义上，它们又是保守主义，当生存环境发生灾变时很难迅速恢复，如果再有竞争者抑制，就可能趋向灭绝。 进化中的优缺点：K对策者的种群保持在 K值附近，但不超过，因为超过 K 值有导致生境退化的可能。生育力降低，相应的存活力增强，因此，K对策者防御和保护幼代的能力较强。因为有亲代的关怀，虽生育力低，但寿命长。这些特征保证K对策者在激烈的生存斗争中取胜。但当K对策者种群一旦遭到破坏，回到平衡的能力是有限的，有可能灭绝。r对策者的密度是经常激烈变动的，它们的死亡率很高，竞争力也弱，高的 rm值必然导至种群的不稳定性。在数量很低时，通过迅速增殖而恢复到较高的水平。密度很高时，r对策者通常具有较大的扩散迁移能力，离开了恶化的生境，并在别的地方建立新的种群。这使得 r对策者的个别种群虽然容易灭绝，但物种整体却是富有恢复力的。 2.什么是逻辑斯谛方程？逻辑斯谛增长模型在什么条件下成立？它在种群动态研究中有什么意义？ 答：逻辑斯谛方程或译阻滞方程的表达式是：dN/dt=rN(1-NK)=rN(K-N)K，式中(k-N)/k:逻辑斯谛系数，当 Nk,种群下降; N=k,种群不增不减;Nk种群上升。 逻辑斯谛增长模型在以下四点假设下成立：假设环境条件允许种群有一个最大值，此值称为环境容纳量或负荷量，常用“K”表示，当种群大小达到K值时，种群则不再增长，即 dKdt0。种群增长率随密度而降低的变化是按比例的。种群中密度的增加对其增长率的降低作用是立即发生的，无时滞的。 种群无年龄结构及无迁出和迁入现象。按此四点假设，种群增长曲线是呈“S”型。逻辑斯谛方程的重要意义在于：它是许多两个相互作用种群增长模型的基础；它也是渔捞、 林业、 农业等实践领域中， 确定最大持续产量 （maximum sustained yield）的主要模型；模型中两个参数 r、K，均具有重要的生物学意义：r表示物种的潜在增殖能力；K则表示环境容纳量，即物种在特定环境中的平衡密度。七、选用教材和主要参考书：选用教材：环境生态学导论盛连喜主编，高等教育出版社 主要参考书：宋爱云，刘世蒙，史作民，等，卧龙自然保护区亚高山草甸植物群落物种多样性 研究林业科学研究，2006，19 (6)：767 -772. 7李博等. 生态学. 北京：高等教育出版出版社2004 席跃翔，张金屯，李军玲关帝山亚高山灌丛草甸群落的数量分类与排序研究， 草业学报，2004，13 (1)：15 - 20. 八、教学主要内容及教学安排：第一节 生命系统的层次 1 主要内容：生态学与生命系统的层次； 2 基本概念和知识点：宏观生态学、微生态学和分子生态学，分子、基因、细胞组织、个体、种群、生物群落、生态系统； 3 问题与应用（能力要求） ：了解生态学与生命系统的层次。 第二节 生物种群的特征及动态 1 主要内容：种群的特征、种群的数量变动及生态对策、种群调节； 2 基本概念和知识点：种群、种群的特征（数量、空间分布、遗传） 、种群的增长（种群的群体特征、增长模型） 、种群的数量变动及生态对策（不规则波动、周期性波动、季节波动、暴发、生态入侵、衰落和灭亡、r-对策、k-对策） 、种群调节（气候、生物、食物、行为、内分泌调节和遗传调节） ； 3 问题与应用（能力要求） ：比较 r-选择和 K-选择理论，指数增长模型和逻辑斯谛增长模型。 第三节 种群关系 1 主要内容：种内、种间关系和玛他种群； 2 基本概念和知识点：种内关系（集群，种内竞争：资源利用性竞争、直接竞争） 、种间关系（种间竞争：高斯假说、竞争模型、生态位理论，捕食，寄生与共生） ，玛他种群（玛他种群理论：灭绝、重建，在保护生物学中的应用） ； 3 问题与应用（能力要求） ：了解生物的种内、种间关系，如何利用玛他种群理论指导濒危动植物的保护。 第四节 生物群落 1 主要内容：生物群落的特征、种类组成和结构特点。 2 基本概念和知识点：生物群落（概念、基本特征） ，生物群落的种类组成（优势种和建群种、亚优势种、伴生种、偶见种） ，物种组成的数量特征和综合特征（数量特征：密度、多度、盖度、频度、高度、重量、体积，综合特征：优势度、重要值、综合优势比，物种多样性） ，生物群落的结构（生活型和生长型、垂直结构、水平结构） 。 3 问题与应用（能力要求） ：了解生物群落的种类组成及其研究意义。 第五节 群落组成与结构的影响因素 1 主要内容：外在干扰和生物因素对群落结构的影响； 2 基本概念和知识点：干扰，生物因素（竞争、捕食） ，岛屿与群落结构（物种数与岛的面积，MacArthur 的平衡说） ； 3 问题与应用（能力要求） ：了解对群落结构的影响的主要因素。 第六节 生物群落的演替 1 主要内容：生物群落的演替理论和生物群落的演替的制约因素； 2 基本概念和知识点：原生演替，次生演替，单元顶级论，多元顶级论，生物群落的演替的制约因素； 3 问题与应用（能力要求） ：比较生物群落演替的单元顶级论与多元顶级论。云 南 民 族 大 学 教 案第四章 生态系统生态学 一、本章授课时间： 2014年4月 授课学时：6二、本章授课教师姓名： 李文义 职称：助教三、本章教学目标和学习要求：教学目标：1 掌握生态平衡、生态系统的能量流动、物质循环和信息传递的特点； 2 熟悉生态系统的组成与结构； 3 了解地球生态系统的主要类型。四、教学重点、难点：教学重点： 1. 生态系统的组成（生物部分：生产者、消费者、分解者，非生物部分） ，生态系统的物种结构（关键种，冗余种） ，生态系统的营养结构（食物链、食物网）生态系统的空间结构，生态系统的时间结构； 2. 生态系统的初级生产、次级生产，生态系统的能量流动（方向单一、逐级递减、质量提高） ，生态系统的物质循环（水循环、气体型循环、沉积型循环） ，周转率，有毒物质循环的特点，生态系统的信息传递（物理信息、化学信息、行为信息、营养信息） ，生态系统的调节（反馈调节、生态平衡） ； 3. 世界主要生态系统的类型及其主要特征； 教学难点： 生态系统的组成与结构；生态系统的能量流动和物质循环特点。 五、结合教学内容选择的主要教学方法和教学手段：多媒体、引入主题、启发讨论、课外研究性学习 六、布置的作业及复习思考题： 名词解释： 1.生态系统指在一定的空间内，生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动互相作用、互相依存而构成的一个生态学功能单位。 2.食物链生产者所固定的能量和物质，通过一系列的取食与被取食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序。 3.营养级指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。 4. 食物网生态系统中各种食物链并不是孤立的，它们往纵横交织，紧密结合在一起，形成复杂的多方向的相互联系的网。 5.初级生产/植物性生产是生产者（主要是绿色植物）把太阳能转变为化学能的过程，实质上是能量的转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程，故又称之为植物性生产。 6.生物量是指在某一调查时刻生态系统单位面积上积存的有机物质，实际上是净生产量的积累量。 7.次级生产量是指除初级生产者以外的其他有机物的生产，即消费者和还原者利用初级生产量进行同化作用，将同化能用于动物和微生物的生长、繁殖和营养物质的储存等生命活动能量。 8.生态金字塔在营养级系列上，上一营养级总是依赖于下一营养级，下一营养级只能满足上一营养级少数消费者的需要，逐级向上，营养级的物种、数量和能力呈阶梯状递减，于是形成一个以底部宽，上部窄的尖塔形。 9.物质循环生态系统中各种有机物质经过分解者分解成可被生产者利用的形式归还环境中重复利用，周而复始地循环的过程。 10.生态平衡是指生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状况， 它包括结构上的稳定、功能上的稳定和能量输入、输出上的稳定，它是一种动态平衡。 11.生态平衡失调各类生态系统，当外界施加的压力（自然的或人为的）超过了生态系统自身调节能力或代偿功能后，都将造成其结构破坏，功能受阻，正常的生态关系被打乱以及反馈自控能力下降等状态。 12.生态危机由于人类盲目活动而导致局部地区甚至这个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁道人类生存。 思考题 1.生态系统的基本特征是什么？ 答：1）生态系统具有自动调节的功能；2） 生态系统是开放的“自持系统” ；3）是一个动态功能系统；4）生态系统具有一定的区域特征；5）营养级的数量通常不超过56 级。 2.生态系统食物链内部特征是什么？ 答：食物链的长度通常不超过 6 个营养级，最常见的 45个营养级，因为能量沿食物链流动时不断流失；食物链越长，最后营养级位所获得的能量也越少。因为从起点到终点经过的营养级越多，其能量损耗也就越大；食物链或食物网的复杂程度与生态系统的稳定性直接相关；生态系统中的食物链不是固定不变的，它不仅在进化历史上有改变，在短时间内也会发生变化。 3.食物链和食物网的生态学意义。 答：食物链是生态系统营养结构的形象体现；生态系统中能量流动和物质循环正是沿着食物链和食物网进行的；食物链和食物网还揭示了环境中有毒污染物转移、积累的原理和规律。 4.能量在生态系统中流动的特点。 答：1.能流在生态系统中和物理系统中不同；2.能流是单向流；3.能量在生态系统内流动的过程是不断递减的过程；4.能量在流动中质量不断提高。 5.气体型物质循环与沉积型物质循环有哪些异同？ 答： 共同点： 气体型物质循环与沉积型物质循环都是在水循环的推动下完成的。不同点：气体型循环物质来源充沛，循环速度快，具有明显的全球性，循环性能最完善 。沉积型循环循环速度慢，时间长，全球性不明显，循环性不完善 。 6.能量金字塔不会出现倒置的原因。 答：能量金字塔是利用营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔。生态系统的能流是单向的，从一个营养级到另一个营养级，能量的传递效率是1020，因此，每一个后继营养级大约只是前一营养级的 1/101/5 那么大，所以能量金字塔不会出现倒置的现象，反应了生态系统内能流从高到低变化的本质。 论述题 1.什么是生态系统的反馈调节机制？反馈调节机制的存在有何意义？ 答：生态系统的反馈调节机制是指当系统中每一成分发生变化时，它必然会引起其他成分出现一系列的相应反应，这种变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分的过程。包括正、负反馈两种类型。正反馈作用是使生态系统远离平衡状态或稳态，结果不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化。负反馈作用是能够使生态系统达到或保持平衡和稳定，结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。 反馈调节机制的存在意义：地球和生物圈是一个有限的系统，其空间。资源都是有限的，所以应该考虑用负反馈来管理生物圈及其资源，使其能成为长久的为人类谋福利的系统。 2.生态系统有哪些主要成分，它们是如何构成生态系统的？ 答：任何一个生态系统由非生物环境和生物成分的生产者、消费者和分解者四类组成。 非生物环境包括能源（太阳能等能源） 、气候（温度、湿度、风和雨雪等） 、基质和介质（岩石、土壤、空气等） 、物质代谢原料（包括物质循环中的各种无机物如氧、二氧化碳及蛋白质、糖类、等有机化合物） 。生产者是能以简单的无机物质制造食物的自养生物，主要是绿色植物、蓝绿藻和能进行光合作用的细菌。生产者所制造的有机物是消费者和分解者唯一的能量来源，是生态系统中最基本和最关键的成分。消费者是以其他生物为食的各种异养动物，依食性的不同，可分为：草食动物；肉食动物；杂食动物；寄生生物和腐食消费者。分解者是把动植物残体的复杂有机物分解为生产者能利用的简单化合物，并释放能量的异养生物。 生态系统的这四个基本成分，在能量获得和物质循环中各以其特有的作用而相互影响，互为依存，通过复杂的营养关系而紧密结合为一个统一整体，共同组成了生态系统这个功能单元。生物成分是生态系统的核心，绿色植物则是核心的核心，因为绿色植物既是系统中其它生物所需能量的提供者，同时又为其它生物提供了栖息场所。而且，就生物对环境的影响而言，绿色植物的作用也是至关重要的。正因为如此，绿色植物在生态系统中的地位和作用始终是第一位的。生态系统中还原者的分解作用使物质循环得以进行，否则，生产者将因得不到营养而难以生存和保证种族的延续，地球表面也将因没有分解过程而使动植物尸体堆积如山。因此一个独立发生功能的生态系统至少应包括非生物环境，生产者和还原者三个组成成分。 3.自然生态系统是如何维持动态平衡的？ 答：生态系统平衡的调节主要是通过系统的反馈机制，具体来说是通过负反馈机制的抵抗力和恢复力来实现的。 1）反馈机制：当系统