第二十三章动物生态Word文件下载.docx
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如粉螟(Ephdstia)的幼虫在同样温度下的相对湿度为70%时33天完成发育,而在相对湿度为33%时则需50天。
粘虫的生殖力在25℃的情况下,相对湿度为90%的产卵量比60%以下时增大一倍。
湿度也是限制许多动物(例如两栖类)分布的重要因子。
干旱是多种动物进入夏眠的主要原因。
湿度对恒温动物的影响主要是通过水源以及食物中的含水量而起作用的。
降低草食性啮齿类食物中的水分,可降低其繁殖力,并导致一些种类进入夏眠。
(三)光(light):
生物有机体所须能量全部直接或间接地来源于日光。
植物依赖日光进行光合作用,它的分布对动物分布有着巨大影响。
光照对于动物的热能代谢、行为、生活周期和地理分布等都有直接的或间接的影响。
如变温动物的活动、动物体内的“生物钟”、动物的洄游和迁徙等,均与光照有密切关系。
实验证实,以人工光照可以改变鸟类换羽和兽类换毛的时间和速度。
不同动物对于光的依赖和度不同,尤其在低等动物最为明显。
日出性(趋光性)昆虫喜欢在光亮的白天活动,夜出性(避光性)昆虫对紫外光敏感,因此常利用黑光灯诱杀农业害虫。
不同种昆虫或生活在不同地区的同种昆虫地理种群,对日照时间的长短(光照周期)反应不同。
光照周期的变化是引起昆虫滞育(diapause)的主导因子。
二、化学因子(chemicalfactor):
主要包括气体(O2、CO2、氢等)、盐度和酸碱度(pH)等。
(一)气体:
气体对动物生存的影响很大,大气及水中的含氧量,直接影响动物的生存和分布。
有害气体可导致动物死亡或发生畸变。
(二)盐度(salinity):
盐度主要是通过影响水的密度和渗透压而对水生生物的生活和卵的发育产生影响。
水环境的盐度差异很大,淡水含盐量为0.5‰、海水为33‰∽35‰,这是淡水及海洋生活种类在分布上互相隔离的主要原因。
某些溯河产卵的海洋鱼类,在生殖洄游期间对环境盐度的适应产生阶段性的改变,以能在淡水中产卵。
(三)酸碱度(pH值):
水域中的酸碱度主要取决于水中二氧化碳的含量及其与碳酸盐类的关系。
水中游离二氧化碳愈多则水愈呈酸性;
如果游离的二氧化碳相同,则碳酸盐愈多,水愈呈碱性。
各种水生动物对pH值都具有一定的忍受范围,但也有很多水生动物可在较宽的酸碱度水域中生活,如我国的家鱼能在pH5∽10水域中生存;
某些绦虫能生存于pH4∽11的环境中;
眼虫生活于pH2∽8的流水中。
也有的种类能在较酸或较碱的水中生活,如一些蚊的幼虫常见于pH小于5的水中;
有些原生动物仅在极碱的水中生活。
具有碳酸钙壳的动物对于酸性水域最敏感,因为它们的壳能被酸所侵蚀。
少数水母在pH6以下的水中栖居。
pH值对某些水生动物卵的受精也产生影响,pH值过高或过低都影响受精作用并导致受精卵死亡。
三、生物因子(bioticfactor):
生物因子在动物有机体的数量消长方面具重要影响,食物关系是这种影响的主要形式,尤其是狭食性种类。
食物不足引起种内和种间竞争激烈,特别在种群密度较高的情况下,个体间对于食物和栖息地竞争加剧,导致生殖力下降、死亡率增高以及动物的外迁,从而使种群数量(密度)降低,构成一种与密度有关的反馈调节机制,称密度制约或密度依赖性影响(density-dependentinfluence)。
由于植物是动物的食料(直接或间接)、居住地和隐蔽所,所以与动物的关系十分密切,甚至可以根据植被类型来推断当地的主要动物类群。
生物有机体之间还存在着寄生(parasitism)、共生(symbiosis)和捕食(predation)等。
寄生是一种动物长期或短暂地在寄主(宿主)的体外或体内生活,以寄主的体液、组织或营养物质为食,常对寄主造成严重危害。
寄生动物与寄主之间关系是在长期历史进化过程中形成的,寄主就是寄生动物永久的或暂时的栖息地。
共生是两种动物彼此互利地在一起生活,如疣海葵(Adamsiapalliata)和寄居虾(Eupagurusprideauxi),没有这种寄居虾,海葵就不能独立生存。
第二节:
种群
种群是占有一定地域(空间)的一群同种个体的自然组合。
在自然界内种内个体是互相依赖、彼此制约的统一整体。
同一种群内的成员栖于共同的生态环境内并分享同一食物来源,它们具有共同的基因库(genepool),彼此间可进行繁殖并产出有生殖力的后代。
种群也是一种自我调节系统(self-regulatingsystem),借以保持生态系统内的稳定性。
只要不受到自然或人的过分干扰,总是保持着与环境呈相对平衡的状态。
一种群内的个体在单位时间和空间内存在着不断地增殖、死亡、移入和迁出,但作为种群整体却是相对稳定的,这是借种群的出生率、死亡率、年龄比、性比、分布、密度、食物供应和疾病等一系列因子来加以调节的。
一、种群的结构及特征:
(一)种群内个体的空间分布:
种群内个体的空间分布有:
①均匀分布;
②随机分布;
③聚群(斑块)分布。
均匀分布型在自然界内十分罕见;
随机分布也较少见,仅见于单一环境和不表现任何聚丛倾向的物种上;
聚群分布则为自然界内最普遍的分布类型,这与环境因子(例如湿度、食物、植被覆盖等)的分布常呈斑块状,很多动物又有聚群行为的倾向有关。
(二)种群的年龄分布:
种群内各种年龄个体的比例称年龄结构或年龄分布,一般是指幼体(繁殖前阶段)、成体(繁殖阶段)及老年个体(繁殖后阶段)3种成分的分布。
表示种群年龄结构的锥体称年龄锥体。
增长着的种群内有极多的幼体及成体,老年个体的比例很少;
稳定的种群幼体、成体与老年个体的比例适中,每年种群内个体的死亡率与出生率相平衡。
在自然界中有时能存在着“衰老的种群”,即其年龄锥体呈倒置状,老年个体最多,幼体很少,很多濒危物种呈这种年龄结构,如不采取措施保护及恢复其生存条件,会导致灭绝。
(三)出生率(birthrate):
出生率是指在单位时间内一种群所产后代个体的平均数。
理论上的或最大出生率称繁殖潜力(potentialbirthrate),即在理想条件下所能产生的后代数目。
但繁殖力受到多方面的抑制,并非所有的雌性个体都有繁殖力,卵和幼体也并非全部能孵出或存活,这种实际出生率又称生态出生率。
出生率的大小与以下因子有密切关系,即:
性成熟速度,胚胎发育时间,每窝卵或幼仔的数目以及每年繁殖的次数等。
例如鼠类2~6个月即可达性成熟,每年繁殖3~10窝,每窝2~10只幼仔;
而象则为20~25岁达性成熟,2~3年繁殖一次,每胎产一只幼兽。
显然啮齿类常为多种生态环境中的优势种。
一般说来低等动物的生殖力最高,以补偿其后代的低成活率,如每只粘虫雌蛾一生产卵可达1000~2000个,人蛔虫雌虫每天产卵多达200000个。
种群的繁殖力受环境条件所影响,例如当地的食物条件、降雨、湿度条件等自然条件以及种群本身的密度、年龄结构和性比等因子,在一定条件下都能成为主要的限制因子。
(四)死亡率(deathrate或mortality):
死亡率是单位时间内种群内个体死亡的平均数。
在理论上最小死亡率只涉及那些老年个体因生理寿命所致的死亡,但实际死亡率远远超过最小死亡率,而且随着种群的密度增大、生存斗争愈趋激烈,导致死亡率升高,这种实际死亡率又称生态死亡率。
——影响动物种群死亡率的因子:
1、食物条件:
食物条件是影响种群数量变动的关键因子,是狭食性种类。
例如以云极杉种子为主食的松鼠数量,每隔4年有一个显著增高,随后的一年就显著降低,这是由于云杉种子每隔4年有一次丰收,随后就是歉收年,而种子丰收年份内松鼠生殖力及存活率均大为提高,导致次年种群数量的高峰出现。
掌握这种相关的规律,对于准确地预报经济动物的狩猎量具有重要的指导意义。
食物条件对动物种群数量的影响,有些是通过对繁殖力的影响而起作用的,如在食物不足的年份很多肉食性鸟类及兽类完全停止繁殖。
食物条件不仅影响食物的数量,还涉及食物的质量(营养价值)和水分,它们也都对动物种群的繁殖力产生影响。
2、寄生虫和疾病:
寄生虫和动物流行病都能引起动物种群数量发生周期性波动。
动物的种群密度愈高,则种群内个体彼此间接触的机会愈多,感染寄生虫和疾病并发展成为动物流行病的可能性愈大。
所以随着动物数量急剧上升之后,往往伴随着食物不足以及动物流行病的发生,使该种群的数量恢复到一个相对恒定的水平。
3、栖息环境的恶化:
栖息环境的恶化甚至消失,是影响动物种群死亡率的主要外因之一。
随着人口增长和经济开发,人们在有意无意地改善着动物栖息地的环境质量以及面积,使动物失去栖息条件。
大规模砍伐森林、开垦荒地以及修建大型水库等,都会对动物栖息环境带来剧变,对动物种群的影响有时是毁灭性的,因而必须进行慎重的科学论证,对影响及前景做出估价并制订合理可行的实施方案。
此外,在对种群数量进行预测时,除了要对各种限制因子进行研究和分析以外,还需特别注意种群的密度、性比和比例分布(agedistribution),因为它们都与出生率和死亡率有密切关系。
(五)种群存活曲线:
描述一动物种群从出生到死亡的存活状态特征的曲线称为存活曲线。
动物界大致有3种存活曲线类型,即凸型、对角线型和凹型。
凸型是接近生理寿命的存活曲线,例如人类(假定生理寿命为100岁,出生后死亡率约有5%,5-45岁很少死亡,45岁以后死亡率上升)。
大多数动物种群的存活曲线为对角线型,即每年的死亡率基本相似。
但由于环境条件经常变动,因而实际的曲线是复杂的。
凹型是极少见存活曲线,其种群中的幼体死亡率极高,后期则死亡率极低,种群稳定。
牡蛎就是这种类型,自由游泳的幼体大多死亡,少数找到适宜的固着地点之后,则很少死亡。
二、种群的增长及调节:
(一)种群的增长特性:
动物种群的数量变动取决于一系列复杂的因子,其中两个基本因子是出生率与死亡率。
种群数量的变动,基本上是这一对矛盾相互作用的结果。
此外,动物的行为(例如扩散、聚集和迁徙)也影响着种群的数量。
研究种群数量变动称为种群动态(populationdynamic)。
种群增长的特性用种群增长曲线(populationgrowthcurve)来描述。
如果不存在与其他种群或天敌的生存斗争并具有足够的空间和食物供应的话,种群增长曲线应该是直线上升,即呈几何级数增长,为“J”型。
如在实验室培养细菌、果蝇等的早期阶段以及一种动物侵入新形成的岛屿。
但在自然界种群增长不可能是永无限制的,随着种群密度的增长,各种竞争因子也在加大,种群密度增高还引起传染病流行而死亡率上升。
因而所有动物种群的增长曲线均十分相似,即开始时有一段停滞期,随后进入对数期,种群数量呈对数上升,最后降低至相对稳定的平衡期,大致呈现“S”型(又称罗辑斯谛模型)。
种群数量最终达于稳定状态时,其实际增长率为零。
在某一特定空间条件下,环境所能负担的(允许的)种群的最大的密度,即为环境载力(carryingcapacity),一般用“K”表示。
(二)种群数量的调节:
单位空间内种群个体的数目称为种群密度(populationdenisity)。
种群密度既受气候因子等非生物因子(又称非密度制约因子)所控制,也受密度制约因子(densitydependentfactor)所控制,例如种间关系,种内关系、营养、疾病、捕食等。
当种群数量上升时,各种因子开始起作用,导致生存斗争激烈,死亡率上升、出生率下降、迁出增加,起着“负反馈”的调节作用。
种群每年越冬之后至繁殖前期的密度最低,繁殖之后的一段时间内是密度最高的时期。
由于食物、疾病、天敌、气候等因素以及种群内部的衰老死亡,待越冬之后,种群密度又降低到一定的水平。
在正常的年景下,保持着相对地稳定。
种群数量的年间变动,有些是呈周期性的规则波动,有些是非周期性的不规则波动,但总的看来,大多数生物物种是属于不规则波动。
人类活动(如砍伐森林、污染水源、乱捕滥猎等)是影响种群密度的最重要的因子。
第三节:
群落(Community)
一、群落的特性:
群落是一定地区内所栖息的各种生物种群(动物、植物和微生物)的自然组合。
每一群落内的各个生物是互相联系,互为影响,并各自独立地、恒定地利用和消耗能量。
例如一株树上所栖息的各种不同的生物以及一片森林内所栖息的各种不同生物,就是不同大小的群落。
无数的小群体构成大群落(majorcommunity),例如森林和池塘就是大群落。
大群落具有自我维持和自我调节的生物学功能,是群落生态学研究的主要内容。
掌握群落内在的生物有机体之间的关系和规律,才有可能合理地利用和控制动物数量。
(一)物种多样性(speciesdiversity):
群落内生物物种的多少以及种群数量的大小,均影响着群落的性质,即群落的复杂性和多样性。
生物多样性包含着遗传多样性、物种多样性和生态系统的多样性,其中物种多样性是基础。
物种多样性可用物种的数目或种群的丰富度(rich-ness)、相对丰富度(relativeabundance)指数来表示。
群落内物种的分布状况各不相同,它也影响着群落的性质,通常用均匀度(evenness)来表示。
(二)生态优势(ecologicdominance):
典型的生物群落,总是有一种或数种动、植物占优势,它们的数量多、分布广,决定着局部地区的环境特征,其他成员,均适应或从属于优势种所创造的环境条件。
通常以优势种(dominantspecies)命名其特有的生物群落,例如云杉群落或云杉——山誉群落。
由于优势种数量多、生产力大,常占据群落中的较大空间,如果受到限制,群落结构会发生改变。
(三)生态位(生态灶、生态小生境)(ecologicalniche)与集团结构(guild):
生态位就是有机体在群落中的功能作用及其所占的(时间和空间的)特殊位置。
就像没有2个物种在结构上完全相同一样,没有2个物种在生态功能上完全相同并具有绝对同一的环境需求。
如果2个物种占有同一生态位的话,则或是通过生存斗争而将其中的一个种最终消灭,或是通过自然选择而分化出不同的生态位。
群落中的一些物种倾向于利用类似的生态位空间及资源而形成集聚,构成许多集团,不同集团之间有着生态分隔。
显然在同一集团内的种间竞争是十分激烈的。
因此,集团不仅是群落的结构单位,也是功能单位。
(四)群落的分层(stratification):
群落成员因所占据的空间不同,常呈现垂直的和水平的分化,垂直分层尤为明显,这是群落结构的一个重要特点。
例如草原群落可分为地下层、地表层和草层。
地下层具有植物的根、土壤细菌、多种类型的穴居无脊椎动物以及暂时性栖居的昆虫、爬行类和啮齿类等。
地表层包括植物的根和茎,动植物有机体残体、蜘蛛、爬行类和啮齿类等典型动物。
草层为植物体上部有关动物构成,例如昆虫、鸟和有蹄类等。
根据植物种类和环境条件的不同,草层的变化也很大,例如可分为高草层和矮草层等。
森林是陆地群落中分层最复杂的群落,一般可分为地下层、地表层、草被层、灌丛及低植物层、乔木的树冠层和顶层等。
各层内均栖息有复杂的、具有典型生活习性的动物类群。
很多种动物,特别是昼间活动的动物,常从某一层移动到另一层,有些种类能在几个层次中栖居。
动物所栖居的层次可随昼夜、季节或迁徙而发生改变。
除了群落的垂直结构以外,陆地植物的分布型会影响群落水平分布的格局。
植物的呈斑块状的镶嵌分布是群落内环境因子(例如地形、土壤、温度等)的综合影响,而这又导致动物的不均分布。
(五)群落演替(succession):
群落是相对稳定的,又是一个不断运动着的体系,按照一定的规律演变,这一过程称为群落演替。
物理因子可以引起群落演替,如山被酸蚀而成平原,河流堵塞而成沼泽或平地,地表上升而成山岳等。
但更普遍的则为生态的自然群落演替,如池塘经过一系列的演替而变为陆地群落:
池塘在开始形成时水底为沙质、水体清澈、岸边缺乏植物。
随着河水把周围的土壤带入,沙底逐渐被淤泥和植物肥料代替,浮游生物、底栖生物等逐渐繁盛,岸边植物也逐渐侵入。
沉水植物及挺水植物的繁茂使水域败坏,鱼类等水生动物减少,两栖类和陆生动物增加(如蛙、蜗牛和蜻蜓等)。
随后成为暂时性(雨季)的池塘,池底淤泥及腐殖质积累成陆地,生长着草甸群落。
蚯蚓、蝗虫、啮齿类及地栖性鸟类在此聚集。
最后灌木及乔木繁殖而演替为森林群落,整个动物生态群也彻底改变。
在群落演替的顺序中,最先出现的为先驱群落,经过过渡群落而达于最终的顶极群落(climaxcommunity)。
顶极群落与环境处于相对平衡状态,但这种“稳定”也是暂时的,变化是不可避免的。
二、影响群落结构的因素:
(一)竞争(competition):
群落内的种间竞争是与生态位密切相联系的。
一般说来,愈是生态位比较接近的种类之间,种间竞争愈激烈。
竞争的结果,或是导致生态位的分化,或是导致处于劣势的物种在群落中消亡。
(二)捕食(predation):
捕食、寄生以及疾病均能导致群落结构发生改变,其中以捕食作用是最普遍。
通常广食性动物(例如牛、羊、啮类等)对其所食物种(例如草)的影响,取决于捕食强度以及被食种群的恢复能力。
在捕食压力适中的情况下,群落内猎物中的优势种受到一定的抑制,为竞争中处于劣势的物种提供了机会,导致群落的多样性增加。
随着捕食压力的增加和优势种受到抑制,则多样性也随之降低。
狭食性或选食性动物对其猎物的影响也有不同,如果猎物是优势种,则捕食能提高多样性;
如果猎物劣势种,则捕食会降低多样性。
特化的单食性捕食者(例如某些捕食性昆虫及吸血寄生虫)有时能控制群落中的被食物种,是生物防治中的应用对象。
(三)干扰(disturbance):
自然突发事件(例如森林火灾)以及人类的经济活动(例如放牧、狩猎、污染等)、新的物种入侵等,可以影响群落的稳定性,导致群落结构发生改变。
(四)岛屿效应:
岛屿中的物种数目与岛屿的年龄以及距大陆的远近有关。
从生态学考虑,湖泊,城市以及各种类型的自然保护区和国家公园,都是相对于其周围环境的“岛屿”,也存在着岛屿效应。
对于面积有限的一些保护区之间,有时需保留或兴建一些通道,以提高群落内物种的多样性和群落的稳定性。
第四节:
生态系统
一、生态系统的结构:
群落连同其所生活的物理环境所构成的能量、物质的转化和循环系统,称生态系统(ecosystem)。
生态系统就所涉及的范围是可大可小的,小至一个池塘、一片森林,大致整个地球,都是生态系统。
所有的生态系统一般包括以下4个基本组成部分:
1、非生物物质和能量:
包括无机物、水、气体等等以及日光能。
日光是生物能量的来源。
2、生产者:
自养生物(主要是植物)。
3、消费者:
异养生物(主要是动物)。
根据其在食物链中所占的位置可分初级、次级及三级消费者等等。
寄生生物和腐生生物通常也归入此类。
4、还原者(或称分解者):
将动植物尸体的复杂有机物分解为简单的无机物并释放于环境中,以供植物再一次利用。
生态系统最简单的例子是池塘。
日光透射入水内作为浮游植物和水生植物(自养生物)的能源。
自养生物还利用水中和池底淤泥中的无机物作为制造有机物的原料,称为生产者(producer)。
浮游动物吃浮游植物而获得能量,称初级消费者(primaryconsumer)。
小鱼吃浮游动物,为次级消费者(secondaryconsumer)。
大鱼吃小鱼,为三级消费者(tertiayconsumer)。
鱼鹰吃大鱼,为四级消费者(quaternaryconsumer)。
上述食物链中的动植物死亡以后,其尸体即被微生物所分解,称为分解者(decompomer)。
能量、物质就在这样一个生态系统中转化和循环。
能量只能被有机体或种群用一次就转化成热并散失了,是一种单向流(one-wayflow),而非能物质(如氮、碳和水)则能周而复始地被利用。
二、食物链:
生态系统中不同物种间的最主要的联系是食物联系,通过食物而直接地或间接地把各个成员联结成一个整体,这种食物联系称为食物链(foodweb)。
生态系统内的生产——消费结构中,有机体所占据的特定部分称营养水平(trophiclevel)。
通常把营自养生活的绿色植物作为第一级营养水平的主体;
草食性动物构成第二级营养水平;
以草食性动物为食的动物构成第三级水平;
以肉食性动物为食的动物构成第四级营养水平。
但实际情况要复杂得多,因为很多动物不止一个营养水平中获取食物,因而食物网间的物种种类及其数量,是互为影响的。
复杂的食物网是生态系统保持稳定的重要条件,它具有较强的抵抗干扰的能力。
食物链愈简单,生态系统就愈脆弱,对外力的干扰愈敏感,容易引起波动甚至破坏。
地球上生态系统所需的能量均来自太阳能,由初级生产者(绿色植物)通常光合作用,把太阳能固定下来转化为化学能,所制造出的物质称为生产力。
净初级生产力是生态系统中一切消费者的能量来源,它被食物网中处于不同营养水平的动物所消耗,用于维持生命和构成自身的生物量,并成为较高营养水平动物的能量来源。
由于并不是所有的生产者及较低营养均被吃掉和全部利用,以及生物体维持生命需消耗相当的能量,因而各级消费者所获得的能量呈递增性减少。
此外还有相当一部分动植物尸体是被腐生细菌所分解。
能量的递减,使各级营养水平呈金字塔状,称为生态锥体(ecologicalpyramid)。
三、环境保护:
生态学所研究的多数问题均涉及环境保护。
环境保护的目的就是最有效和最有益的合理利用并保护自然资源。
从生态系统来考虑,不论对于动植物资源都必须在其能够不断更新的范围内来加以利用。
不能轻易地消灭某些动植物,因为它们作为生态系统的一部分,对于保持生态系统的相对稳定性是不可缺少的。
由于人类活动对环境的破坏,使野生动物的生存面临着极为严重的威胁。
据近2千年以来的记录表明,已有110多种兽类和139种鸟类被人类消灭了,其中大多数是在1600年以后消灭的。
目前尚有255种兽类和381种鸟类濒临灭绝。
人类对环境的破坏,主要有3个方面:
即由于经济活动(例如砍伐森林、城市设施以及城乡工业的发展)而导致的生态系统的破坏,环境污染以及由于乱捕滥猎而导致的生态平衡的破坏。
生态系统的污染源可分为3类,即工业废物污染、农药污染以及放射性污染。
工业设
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