種群與生態系統間的相互關系課程大綱1基本概念2種群特征與動態3生態系統結構與功能4種群與生態系統的相互作用基本概念：種群定義同一物種在特定時空中的個體集合研究單位生態學研究的基本單位特點有特定的數量、分布和結構基本概念：生態系統整體系統生物群落與物理環境的統一整體生物組分各種生物及其相互關系非生物組分氣候、土壤、光照等物理因素種群與生態系統的關系構成基礎種群是生態系統的組成部分相互影響種群活動改變生態環境動態平衡種群間相互作用構成生態系統動態生態學層次1生物圈地球上所有生態系統的總和2生態系統生物與環境的統一體3群落共同生活的不同種群4種群同種生物的集合5個體單個生物有機體種群生態學研究對象種群結構、分布和動態變化研究內容出生率、死亡率、年齡結構研究重點種群內部和種群間的相互作用生態系統生態學1234結構研究生態系統的組織結構功能研究能量流動、物質循環動態研究生態系統的變化和演替應用研究生態系統服務與管理生物多樣性的重要性物種多樣性不同物種的豐富度和均勻度遺傳多樣性同一物種內的基因變異生態系統多樣性不同類型生態系統的多樣化生態平衡1概念定義生態系統各組分間的動態平衡狀態2形成機制正負反饋調節和自我修復能力3重要意義種群和生態系統穩定性的基礎4人類影響人類活動可打破生態平衡種群特征：大小N種群數量個體總數D種群密度單位面積個體數K環境容納量最大可持續數量種群特征：分布均勻分布：個體間距相等；隨機分布：位置無規律；聚集分布：個體成群種群特征：年齡結構年齡金字塔反映種群發展趨勢：增長型、穩定型、衰退型種群特征：性別比例性別決定不同物種有不同的性別決定機制繁殖影響性別比例對種群增長的影響平衡意義平衡的性別比有利于種群穩定種群特征：出生率定義單位時間內新個體產生的比率計算新生個體數/總個體數影響因素資源、環境條件、種群密度種群特征：死亡率定義單位時間內個體死亡的比率計算方法死亡個體數/總個體數影響因素年齡、捕食、疾病、競爭生態意義種群更新與選擇壓力種群增長模型：指數增長時間種群數量條件：資源充足，無限制；表達式：dN/dt=rN；例：細菌繁殖種群增長模型：邏輯斯蒂增長時間種群數量環境容納量K限制增長；形成S形曲線；密度制約因素增強種群波動1周期性波動有規律的變化循環2獵物-捕食者循環捕食關系導致的波動3季節性波動隨季節變化的種群大小4非周期性波動不規則變化，常因環境波動種群調節機制密度依賴性調節種群密度影響出生率死亡率1密度無關性調節環境因素直接影響種群2自然選擇適應性強的個體存活繁衍3種群反饋種群本身對環境的影響4K-選擇和r-選擇K-選擇特征大型、長壽、少子女、精心養育r-選擇特征小型、短命、多子女、少照顧生態適應適應穩定vs不穩定環境種間競爭競爭排斥相似種不能長期共存生態位分化減少競爭的資源分配共存機制通過資源分配實現共存捕食關系捕食者增加獵物減少1獵物減少捕食者減少2捕食者減少獵物增加3獵物增加捕食者增加4共生關系互利共生雙方都獲益（蜜蜂與花朵）偏利共生一方獲益另一方不受影響寄生關系一方獲益另一方受損共棲關系物理空間的共享種群遷移與擴散1遷移類型季節性遷移、單向遷移2擴散機制主動擴散、被動擴散3影響因素資源、氣候、競爭壓力4生態意義基因流動、避險、資源利用生態系統結構：生物組分1高級消費者頂級捕食者2中級消費者次級肉食動物3初級消費者草食動物4生產者綠色植物5分解者細菌和真菌生態系統結構：非生物組分氣候因子溫度、降水、光照、濕度土壤因子質地、肥力、pH值、微生物地形因子海拔、坡度、朝向生態系統功能：初級生產力總初級生產力：光合作用總量；凈初級生產力：除去呼吸消耗后的量生態系統功能：次級生產力1次級生產力消費者生物量積累2傳遞效率約10%能量傳遞效率3生態金字塔上層生物量減少能量流動能量來源太陽輻射能量轉化光合作用固定能量能量傳遞食物鏈和食物網能量損耗呼吸作用和熱量散失物質循環：碳循環光合作用CO?固定為有機碳1呼吸作用有機碳氧化為CO?2食物鏈傳遞碳在生物間傳遞3分解與儲存碳沉積于土壤和沉積物4物質循環：氮循環氮固定N?轉化為銨態氮1硝化作用銨態氮轉化為硝態氮2同化作用植物吸收氮化合物3反硝化作用硝態氮還原為N?4物質循環：水循環蒸發水體表面水分子進入大氣1蒸騰植物釋放水汽2凝結和降水水汽冷凝并降落地面3徑流和滲透水在地表和地下流動4生態系統演替1初始階段裸地或擾動后的環境2先鋒物種首先定居的耐受性物種3中間階段物種多樣性增加4頂極群落相對穩定的最終狀態生態系統服務供給服務食物、水、木材、藥物調節服務氣候調節、水凈化、授粉文化服務審美、教育、休閑、靈感支持服務光合作用、土壤形成、養分循環生態系統健康評估1物種豐富度指標生物種類數量與多樣性2生態系統完整性食物網結構完整程度3生產力指標生物量積累和能量流動效率4抗干擾能力面對外部擾動的穩定性生物地球化學循環元素在生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈間的循環流動種群對生態系統的影響：關鍵種1關鍵種定義影響遠超其生物量占比的物種2生態系統工程師改變環境的物種3生態平衡維持維持穩定的關鍵物種種群對生態系統的影響：優勢種定義數量最多或生物量最大的物種群落結構影響決定生態系統的基本特征資源利用占用大部分生態系統資源功能調控主導某些生態系統功能種群對生態系統的影響：指示種環境指示反映環境質量的物種生態監測水質、空氣質量的生物指標生態系統健康指示整體生態系統狀況生態工程師物種環境改造如河貍建壩改變水文土壤改良蚯蚓改善土壤結構棲息地創建珊瑚蟲建造珊瑚礁入侵種的生態影響入侵機制缺少天敵、強競爭力生態威脅競爭本地物種、改變棲息地經濟損失農業損失、基礎設施破壞防控策略預防引入、早期監測、綜合治理生態系統對種群的影響：資源可用性資源限制食物、水、空間等限制因素1種群調節資源限制種群大小2生態位形成資源分配形成不同生態位3適應性進化物種適應特定資源環境4生態系統對種群的影響：環境脅迫1非生物脅迫極端溫度、鹽度、干旱等2生理適應特殊器官和機制應對脅迫3行為適應遷移、躲避等行為策略4種群篩選脅迫導致適應性選擇生態系統對種群的影響：棲息地分化垂直分層森林不同高度的物種分布水平分化不同地形地貌的物種分布時間分化季節性活動時間差異種群與生態系統的反饋機制正反饋變化加強原始趨勢1負反饋變化減弱原始趨勢2穩定性負反饋維持生態穩定3彈性恢復原狀的能力4氣候變化對種群和生態系統的影響1物候變化開花、遷徙等季節性活動時間改變2分布范圍變化物種向高緯度或高海拔遷移3不匹配現象捕食者與獵物周期不同步4生態系統功能改變初級生產力、碳儲存變化生境破碎化的影響邊緣效應邊緣環境增加影響物種組成種群隔離基因交流減少導致近親繁殖連通性喪失遷移和擴散受阻生物多樣性與生態系統功能物種數量生態系統功能生態系統穩定性多樣性增加提升功能和穩定性；功能冗余提供生態保險種群動態與生態系統過程的耦合1時間尺度耦合短期種群變化與長期生態過程2空間尺度整合局部種群與區域生態系統3多尺度研究綜合不同層次的生態學數據4模型整合將種群模型與生態系統模型結合營養級聯效應1自上而下控制捕食者控制下層營養級2自下而上控制資源限制上層營養級3中間控制中間營養級的關鍵作用種群遺傳學與生態系統進化微進化種群內基因頻率變化生態進化反饋生態變化促進進化共同進化物種間相互適應進化生態系統調節進化改變生態系統功能景觀尺度的種群-生態系統相互作用元種群理論局部種群的網絡結構景觀連通性棲息地之間的連接程度生態廊道連接隔離棲息地的通道景觀異質性不同生境鑲嵌分布全球變化背景下的種群與生態系統人類活動影響土地利用變化、污染、氣候變化適應性管理基于監測的反饋式管理恢復生態學修復退化生態系統的原則和方法可持續發展平衡生態保護與人類需求應用：生態系統修復1評估損害確定退化程度和原因2制定目標確定修復的參考狀態3實施措施重新引入關鍵種、改善棲息地4監測評價追蹤修復進展并調整方法應用：生物多樣性保護就地保護自然保護區、國家公園遷地保護動物園、植物園、種子庫瀕危物種棲息地保護、繁育放歸應用：生態系統服務評估與管理$經濟價值生態系統服務的貨幣化評估??生態補償為生態保護提供經濟激勵??可持續利用資源的永續利用策略研究方法與技術野外調查：標記重捕法