动植物的生长现象

1. 种群

地球上任何一种动物或植物都由许多个体组成,这些个体在地表总是占据着一定的地区,我们把占据着一定环境空间的同一种生物的个体集群叫做种群.换句话说,种群就是在一定空间中同种生物的个体群.种群是由个体组成的,但是当生物进入到种群水平时,生物的个体已成为较大和较复杂生物体系中的一部分,此时,作为整体的种群出现了许多不为个体所具有的新属性,如出生率、死亡率、年龄结构、分布格局和某些动物种群独有的社群结构等特征.在自然界,种群是物种存在、物种进化和表达种内关系的基本单位,是生物群落或生态系统的基本组成部分,同时也是生物资源开发、利用和保护的具体对象.

种群个体数目的增加称为种群增长.如果一个单独的种群（在自然界,常常是若干种群的个体生长在一起）在食物和空间充足,并无天敌与疾病以及个体的迁人与迁出等因素存在时,按恒定的瞬时增长率（r）连续地增殖,即世代是重叠时,该种群便表现为指数式增长,即dN／dt＝rN.其积分就得到经过时间t后种群的总个体数,可用一条个体数目不断增加的J形曲线来表示.种群如按此方式增长,那么一个细菌经过36小时,完成108个世代后,将繁殖出2107个细菌,可以布满全球一尺厚.达尔文也曾计算过繁殖缓慢的大象的个体.一对大象任其自由繁殖,后代都能成活,750年后将会有19 000 000 头大象的存在.这些显然是一种推算.实际上,这种按生物内在增长能力即生物潜力呈几何级数或指数方式的增长在自然界是不可能实现的.因为限制生物增长的生物因素和非生物因素即环境阻力的存在（如有限的生存空间和食物,种内和种间竞争,天故的捕食,疾病和不良气候条件等）和生物的年龄变化等必然影响到种群的出生率和存活数目,从而降低种群的实际增长率,使个体数目不可能无限地增长下去.相反,通常是当种群侵入到一个新地区后,开始时增长较快,随后逐渐变慢,最后稳定在一定水平上,或者在这一水平上下波动.此时个体数目接近或达到环境最大容量或环境的最大负荷量（K）.在这种有限制的环境条件下,种群的增长可用逻辑斯谛方程表示：dN/dt=rN（K-N／K）=rN（1-N/K）,1-N/K 代表环境阻力.增长曲线表现为S形.一般认为,这种增长动态是自然种群最普遍的形式.

种群动态与调节机能的研究,对于管理和保护生物资源,以及对于了解自然界的生态平衡都具有重要意义.

2. 生物群落

① 群落的概念

在自然界,任何生物物种都不是孤立地生存,总有许多其他生物种与之同群共居,形成一个完整的生物群休.正如种群是个体的集合体一样,群落是种群的集合体,是一个比种群更复杂更高一级的生命组织层次.群落因成分中生物类别不同而有不同的名称.如果在一定地段上,共同生活在一起的植物种以多种多样的方式彼此发生作用,形成一种有规律的组合,这种多植物种的组合就叫做植物群落.它是不同种类植物松散地组织起来的单位.河漫滩上的一块草地,山坡上的一片松林,湖岸浅水处的一片芦苇丛,乃至一块人工管理的稻田,都是植物群落.其类型繁杂多样,其面积差别悬殊,彼此之间的边界明显或不明显.

动物同植物一样,也常常是以群落的形式组合在一起共同生活着.只是由于动物的流动性很大,群落组合更松散,在科学研究上多以种群为对象而很少应用“动物群落”一词.

植物群落是动物的食物资源库、隐蔽所和繁殖生息的地方.所以地球上没有毫无动物栖居的植物群落,也没有不与植物群落发生关系的动物群落.在动植物生活的地方,甚至其躯体上都布满着微生物的群体.因此,在一定地段的自然环境条件下,由彼此在发展中有密切联系的动物、植物和微生物有规律地组合成的生物群体,叫做生物群落.每个生物群落都是自然界真实存在的一个整体单位,占据着生物圈的一定地区,具有一定的组成和结构,在物质和能量交换中执行着独特的功能.生物群落中以陆地植物群落的外貌最为突出,在生物群落的结构和功能中所起作用最大.一个地区全部植物群落的总体,叫做该地区的植被.如北京的植被、秦岭山地的植被都是指该地区范围内分布的全部植物群落.

地球上所存在的各种自然群落,如森林、草原、荒漠、沼泽等都是亿万年来地球历史发展的产物,是通过长期自然选择在一定地区产生的最合理、最有效的生物群体.人们研究它,可从中得到启示,以便更合理地创造人工群落,改造自然群落.

② 生物群落的动态

生物群落同其他自然现象一样是一个动态系统,处在不断发展变化之中.生物群落作为一个由多种有机体构成的生命系统,既有季相变化和年变化,又有群落的演替和演化等.其中,以群落的季节性变化和演替比较重要. 在气候季节变化明显的地区,植物在不同季节通过发芽、展叶、开花、结果和休眠等不同的物候阶段,使整个群落在各季表现出不同的外貌,叫做群落的季相.不同气候带群落季相表现很不一致,在终年炎热多雨的热带雨林变化很不明显；温带地区四季分明,变化最为突出. 群落的季节性变化除季相更替外,群落的生产力、植物的营养成分和群落的内部环境也都相应地发生周期性变化.

由于气候变迁、洪水、野火、山崩、动物的活动和植物繁殖体的迁移散布,以及因群落本身的活动改变了内部环境等自然原因,或者由于人类活动的结果,可使群落发生根本性的变化.这种在一定地段上一个群落被性质不同的另一个群落所替代的现象叫做演替.例如,在某一林区,一片土地上的树木被砍伐后辟为农田,种植作物；以后这块农田被废弃,在无外来因素干扰的情况下,就发育出一系列植物,并且依次替代.首先出现的是一年生杂草群落；然后是多年生杂类草与禾草组成的群落；再后是灌木群落和乔木的出现,直到一片森林再度形成,替代现象基本结束.在这里,原来的森林群落被农业植物群落所代替,就其发生原因而论是一种人为演替.此后,在撩荒地上一系列天然植物群落相继出现,主要是由于植物之间和植物与环境之间的相互作用,以及这种相互作用的不断变化而引起的自然演替过程.

群落的演替按发生的基质状况可分为两类.发生于以前没有植被覆盖过的原生裸地上的群落演替叫做原生演替.原来有过植被覆盖,以后由于某种原因原有植被消灭了,这样的裸地叫做次生裸地.土壤中常常还保留着植物的种子或其他繁殖体,发生在这种裸地上的演替称做次生演替.上述出现于撩荒地上的演替即属此类.原生演替如果是发生在森林气候环境下,其演替系列可概括为：裸岩－地衣群落－苔藓群落－草本群落－灌木群落－乔木群落.如果发生在淡水湖泊里,演替系列为：开敞水体－沉水植物群落－浮叶植物群落－挺水植物群落－湿生植物群落－陆地中生或旱生植物群落（图10－5）.从图中可以看出,与植物群落发生演替的同时,栖居于其中的动物种群也发生更替,每一阶段的动物群都与一定的植物群落类型相联系.

群落演替还因其发展方向不同分为顺行演替与逆行演替.当发生于裸露地面或撩芜地面的群落经过一系列发展变化,总趋势朝向逐渐符合于当地主要生态环境条件（如气候和土壤）的演替过程,叫做顺行演替.顺行演替的结果,群落的特征一般表现为生物种类由少到多,结构由简单到复杂,由不稳定变得比较稳定.最后会发展成为与当地环境条件协调一致的、结构稳定的顶极群落,整个群落的物质与能量的输入和输出保持相对平衡.

群落由于受到干扰破坏而驱使演替过程倒退,即逆行演替.强度放牧下的草原,因适口性强的牧草逐渐减少或消失,品质低劣或有毒和有刺的植物得以繁生蔓延,草群总盖度下降,甚至出现裸露地面.草原发生的这种退化现象即是逆行演替.河流中上游地区的森林或其他类型的植被被过度砍伐,如遇大雨、河水暴涨造成危害,是植被逆行演替带来的恶果. 群落演替的速度随具体条件不同而有差异.一般在演替系列的早期阶段比较迅速,群落稳定性差；后期演替速度逐渐变慢；最后阶段的群落保持相对稳定的状态.次生演替比原生演替快些. 研究群落的演替对于认识它们的性质,预测未来发展的趋向,以及合理利用、改造和保护等方面都有重要意义.

3. 生态系统

在自然界,任何生物群落总是通过连续的能量－物质交换与其生存的自然环境不可分割地相互联系和相互作用着,共同形成统一的整体,这样的生态功能单位就是生态系统.

按照生态系统的上述定义,我们既可以从类型上去理解,例如森林、草原、荒漠、冻原、沼泽、河流、海洋、湖泊、农田和城市等；也可以从区域上理解它,例如分布有森林、灌丛、草地和溪流的一个山地地区或是包含着农田、人工林、草地、河流、池塘和村落与城镇的一片平原地区都是生态系统.生态系统是地球表层的基本组成单位,它的面积大小很悬殊,从整个最大的生物圈,到最小的一滴水及其中的微生物.所以整个地球表层就是由大大小小各种不同的生态系统镶嵌而成.

作为一个开放系统,生态系统并不是完全被动地接受环境的影响,在正常情况下的一定限度内,其本身都具有反馈机能,使它能够自动调节,逐渐修复与调整因外界干扰而受到的损伤,维持正常的结构与功能,保持其相对平衡状态.因此,它又是一个控制系统或反馈系统.

生态系统概念的提出,使我们对生命自然界的认识提到了更高一级水平.它的研究为我们观察分析复杂的自然界提供了有力的手段,并且成为解决现代人类所面临的环境污染、人口增长和自然资源的利用与保护等重大问题的理论基础之一.

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