生物圈:在地球上存在有生物並受其生命活動影響的區域叫做生物圈,它包括大氣圈的下層、整個水圈和巖石圈的上部,厚度20公裡。生物圈存在所需要的條件,首先需要有大量液態水,其次要有物質的液態、固態和氣態三相變化和其間的變化;還要有必須能得到來自太陽的充足能量。
環境:從生態學觀點來看,所謂環境是指生物有機體或生物群體所在空間內一切事物和要素的綜合。即包括非生物的所有自然要素,也包括主體生物之外的其他一切動植物。環境對於生物的影響是很大的,它控制和塑造著生物的全部生理過程、形態構造和地理分布。生物也對環境產生明顯的改造作用,所有地理過程都受生物的直接或間接影響。
生態因子:環境是一個由多種要素組成的綜合體,其中對生物的生長、發育、繁殖、行為和分布有影響的環境要素叫做生態因子。即對生物影響產生強烈顯著因素的環境作用,例如太陽輻射、氣溫、水溫、土溫。生態因子中生物生存所不可缺少的那些因子稱作生存條件。例如對綠色植物來說,光、熱、水、礦質營養元素、氧氣和二氧化碳等就是保證其正常生存而不可缺少的生存條件。生態因子對生物的作用:綜合性、非等價性、不可替代性忽然限制性。
限制因子:生態因子對於生物的生存並非總是適宜的,因為地球上各種生態因子的變動幅度非常大,而每種生物所能耐受的範圍卻有一定的限度,如果當一個或幾個生態因子的質或量,低於或高於生物的生存所能忍受的臨界限度時,生物的生長發育和繁殖就會受到限制,甚至引起死亡,這種接近或超過耐性上下限的生態因子稱作限制因子。例如乾旱和半乾旱地區,水分條件往往是植物生存的限制因子。限制因子和限制強度隨時間地點而變化,也因生物種類和其發育階段不同而異。即凡是限制其他生態因素對生命活動發揮正常顯著作用的生態因素。
生態幅:生物在其生存過程中,對每一種生態因子都有其耐受的上限和下限,上下限之間就是生物對這種生態因子的耐受範圍,或稱作生態幅,其中包括最適生存範圍,在這裡生物生產發育得最好。各種生物對生態因子的耐受範圍不同,根據耐受範圍的寬廣或狹小,把生物分為廣生態幅生物和狹生態幅生物。
光周期:由於日照長短的變化是地球上最嚴格和最穩定的周期變化,長期的適應便使各類生物對日照長度或者說對晝夜長短比例的反應格式是不同的,這就是在生物中普遍存在的光周期現象。即光照的晝夜變化和季節變化給生物的生活帶來顯著影響。比如在生長季節裡許多植物的開花結實對晝夜長短的反應很不相同,據此將植物劃分為長日照植物、短日照植物和中間性植物等類型。日照長短對動物的生殖、換毛和遷移等都有明顯影響。
生物之間(種間)的關係
1.競爭:對食物、生存空間和其他條件具有相似或相同要求的不同物種,為了自身生存相互間都力求抑制對方,從而給雙方都帶來不利影響,謂之競爭。競爭多發生在彼此共同需要的資源和空間有限而物種個體密度過大的情況下。競爭排斥原理:種間競爭的結構出現不等性或不對稱性,即一個種被另一個種完全排擠掉,或是一個種被迫使另一個種佔據不同的空間位置和利用不同的食物資源等,即發生生態分離,這在生態學上稱作高斯的競爭排斥原理,即生態學(或生態位)上相同的兩個物種不可能在同一地區內共存。如果生活在同一地區內,由於劇烈競爭,它們之間必要出現棲息地、食性、活動時間或其他特性上的分化。
2.寄生:一個物種的個體(寄生物)生活在另一個物種個體(寄主)的體內或體表,並從體液或組織中吸取營養以維持生存,完全靠寄主生存,因此常常降低寄主生物的抵抗力,但並不一定導致寄主生物的死亡,如果寄主死亡則會引起寄生物的死亡,這是不同於捕食作用的。如冬蟲夏草,菟絲子。
3.捕食作用:是捕食生物襲擊並捕殺被捕食者生物作為食物的一種現象。捕食者因獲得食物而受益,被捕食者或獵物則受到抑制(植物)或死亡(動物)。通過捕食可以對被捕食者起到提高質量,控制數量的作用。
原始合作:又稱互助,在一起生活的兩個物種彼此從中都受到利益,但它們並不必須互相依賴,可以單獨生存。如蜜蜂和花朵。
4.共生互利:是兩個不同物種的有機體密切的結合在一起,在共同的生活中雙方均獲得利益,但彼此不能分開單獨生存,因而有別於原始合作。如固氮的根瘤菌與豆科植物。
生物對環境的適應性:生物的適應是指生物的形態構造、生理機能、個體發育和行為等特徵與長期生存的一定環境條件相互同意、彼此適合的現象。生物與環境之間所表現出的這種協調與合理,在一定程度上保證了生物的生長、發育與繁殖。分趨同和趨異。
趨同適應:是指親緣關係相當疏遠的不同種類的生物,由於長期生活在相同或相似的環境中,接受同樣生態環境選擇,只有能適應環境的類型才得以保存下去。通過變異和選擇,結果形成相同或相似的適應特徵和適應方式的現象。有時在外貌上也非常相似。哺乳類的鯨、海豚、海象、海豹,魚類的鯊魚,他們在親緣關係上相距甚遠,但都長期生活在海洋中,整個身軀形成為適於遊泳的紡錘形。
趨異適應:或稱輻射適應是指同一種生物的若干個體在不同環境條件下長期生活,形成了不同的適應特徵和適應方式。生臺型:具有不同生態特徵的同種個體群稱為生態型。
無論趨同適應還是趨異適應都是通過改變生物的形態構造、生理生態機能或行為等特徵而實現的。
植物可按適應外界環境條件的形態特徵劃分生活型。或者說,生活型是植物在長期受一定環境綜合影響所表現出來的生長形態。
種群:生態學家把佔據一定空間或地區的同一種生物的個體群叫做種群。或任一生物種生活在特定範圍內的個體總稱,當該種生物分布地區或生境有若干個,可以說就有若干個該種的種群(個體群)。種群是由個體組成的,但作為整體的種群出現了許多不為個體所具有的新屬性,如出生率、死亡率、性別比例和某些動物種群獨有的社群結構。
生物群落:在自然界很難見到哪一個生物種群是單獨地佔據著一定的空間或地段,而是若干個生物種群有規律地結合在一起,形成為一個多物種的、完整而有序的生物體系,即生物群落。用來指明大小不同的生物聚集。群落是種群的集合體,但不是種群的簡單集合,它是經過生物對環境的適應和生物種群之間相互適應而形成的有規律的組合,是一個比種群更複雜更高一級的生命組建層次。群落由於組成成分中生物類別的不同而有不同的類型和名稱,如植物群落,動物群落。
物種多樣性:把群落中物種數目的多少(豐富度)和各物種個體數目的多少(均勻度)兩個參數的結合稱為群落的物種多樣性。即組成群落的物種愈豐富多樣性愈大,各個物種的個體在物種間分配越均勻多樣性越大。從熱帶到兩極,物種多樣性減小。低緯高山區,隨海拔高度增加,物種多樣性減小。在海洋或淡水中,隨深度增加,物種多樣性降低。物種多樣性是影響群落穩定性的一個重要因素。
生態位:群落中每一個生物種所佔據的小生境(住所、空間)和它的功能(作用)結合起來就叫做生態位。
優勢種:凡是在群落的每個層中佔優勢的種類,即個體數量多,生物量大,枝葉覆蓋地面的程度也大,生活能力強,並且對其他植物和群落環境產生很大影響的生物種類叫做優勢種。植物群落的外貌主要決定於群落中優勢植物的生活型。
建群種:優勢種中的最優勢者,即蓋度最大,佔有最大空間,因而在建造群落和改造環境方面作用最突出的生物種叫建群種,它決定著整個群落的基本性質。決定群落外貌的主要是它的建群種的生活型。它們是群落中生存競爭的真正勝利者。
季相:在有季節現象的地區,當地植物群落出現與季節相對應的周期性變化,即植物在不同季節通過發芽、展葉、開花、結果、落葉和休眠等不同的物候階段,使整個群落在各季表現出不同的外貌,叫群落的季相。不同氣候帶群落的季相表現很不一致。群落的季節性變化是地理環境變化的反映,並不導致群落髮生根本性質的改變。
演替:由於氣候變遷、洪水、火燒、山崩、動物的活動和物質繁殖體的遷移散布,以及因群落本身的活動改變了內部環境等自然原因,或者由於人類活動的結果,使群落髮生根本性質變化的現象也是普遍存在的,這種在一定地段上一種群落被另一種群落所替代的過程叫做演替。是一漫長的過程。
按群落所在地的基質狀況(物理環境)可分為兩類:原生演替和次生演替。
原生演替:在以前沒有生產過植物的原生裸地上首先出現先鋒植物群落,以後相繼產生一系列群落的替代過程叫做原生演替。又可分為發生於乾燥地面的旱生演替和發生於水域裡的水生演替系列。
次生演替:原來有過植被覆蓋,後來由於某種原因原有植被消失了,這樣的裸地叫次生裸地,有土壤的發育,其中常常還保留著植物的種子或其他繁殖體,環境條件比較好,發生在這種裸地上的群落演替稱作次生演替。
生態系統的組成包括生產者、消費者和分解者。所以自然界只要在一定空間內有生物和非生物成分存在,並通過物質和能量流動、信息傳遞,將它們聯繫成為一個功能上的整體,這個整體就是一個生態系統。
食物網:一個生態系統中常常生活許多不同的植物和動物,它們形成若干個食物鏈同時存在,這些食物鏈上的一些動物常常即吃植物又吃其他幾種動物,而它本身又可能被不同的消費者所食,因此,各個食物鏈彼此交織、錯綜複雜形成複雜的能量與物質流通的網絡,即為食物網。
食物鏈越長,食物網越複雜,抵抗外力幹擾的能力越強,穩定性就越大。
營養級:在生態系統的食物網中,凡是以相同的方式獲取相同性質食物的植物類群和動物類群可分別稱作一個營養級。在食物網中從生產者植物起到頂部肉食動物止。即在食物鏈上凡屬同一級環節上的所有生物種就是一個營養級。
生物放大作用:汙染物通過食物鏈產生逐級富集的現象。營養級越高的生物體內所含有的汙染物的數量或濃度越大,從而嚴重危害營養級生物的生長發育或人體健康。
初級生產量(第一性生產量):綠色植物是有機物質的最初製造者,也是能量的第一個固定者,所以綠色植物被稱為生態系統的初級生產者或第一性生產者。它所固定的太陽能或所製造的有機物質的數量就稱為初級生產量或第一性生產量,單位克乾重/m2•a或J/m2•a
生物量:在單位面積上淨初級生產量日積月累所形成的有機物質數量叫做生物量,單位克乾重/m2 或J/m2
生態金字塔:由於受到能量傳遞效率的限制,沿著營養級序列向上,能量或生產力急劇的、梯級般的遞減,用圖表示得到能量即生產力金字塔,生物的個體數目和生物量也出現順序向上遞減的現象,形成個體數目金字塔和生物量金字塔,三者合稱生態金字塔。
百分之十定律(林德曼效率):在每一個生態系統中,從綠色植物開始,能量沿著捕食食物鏈或營養轉移流動時,每經過一個環節或營養級數量都要大大減少,最後只有少部分能量留存下來用於生長,形成動物的組織。美國學者林德曼在研究淡水湖泊生態系統的能量流動時發現,在次級生產過程中,後一營養級所獲得的能量大約只有前一營養級能量的10%,大約90%的能量損失掉了,這就是著名的百分之十定律。