2025年基礎生態(tài)學課后習題和答案一、種群生態(tài)學1.生命表構建與分析：某小型哺乳動物種群的年齡數據如下（以1年為一個年齡組）：0-1歲個體數120，1-2歲85，2-3歲50，3-4歲20，4-5歲5，5歲以上0。假設該種群為動態(tài)生命表（跟蹤同一cohort存活情況），請計算各年齡組的存活數（lx）、死亡率（qx）、平均壽命（ex），并判斷其存活曲線類型（Ⅰ型、Ⅱ型或Ⅲ型）。2.種群增長模型應用：某昆蟲種群在理想環(huán)境（資源無限）中，初始數量N?=80，20天后數量N?=1280。（1）計算其周限增長率（λ）；（2）若該種群符合連續(xù)增長模型，計算內稟增長率（r?）；（3）預測40天后的種群數量。3.Logistic模型驗證：某魚類種群的環(huán)境容納量K=3000尾，初始數量N?=200尾，瞬時增長率r=0.15/月。（1）寫出Logistic增長方程；（2）計算3個月后的種群數量；（3）說明當N=K/2時，種群增長速率的特點。4.生活史策略比較：比較r-選擇與K-選擇物種的生態(tài)策略差異（從繁殖力、壽命、棲息地穩(wěn)定性、后代存活率等方面），并各舉1例（如昆蟲vs.大象）說明其適應環(huán)境的機制。5.擴散的生態(tài)意義：2024年某研究團隊在秦嶺地區(qū)將5只人工繁育的朱鹮放歸野外，3個月后監(jiān)測到2只擴散至50公里外的新棲息地。結合此案例，分析擴散對種群動態(tài)的影響（如基因流動、避免資源競爭、種群恢復）。二、群落生態(tài)學1.物種多樣性計算：調查兩個山地森林群落的物種多度數據如下（個體數）：-群落A：物種1（50）、物種2（40）、物種3（30）、物種4（20）、物種5（10）-群落B：物種1（120）、物種2（25）、物種3（15）、物種4（10）、物種5（5）（1）計算兩個群落的Shannon-Wiener指數（H’）和Simpson指數（D）（保留2位小數）；（2）比較兩者的物種多樣性差異，并分析可能原因（如干擾強度、資源均勻度）。2.種間關系分析：高斯實驗中，雙小核草履蟲與大草履蟲單獨培養(yǎng)時均呈Logistic增長，混合培養(yǎng)時大草履蟲被排除。（1）解釋“競爭排除原理”的核心內容；（2）若兩種草履蟲在自然環(huán)境中共存，可能的機制有哪些（如資源分配、時間生態(tài)位分化）？舉例說明。3.群落演替階段：以我國南方棄耕農田為例，描述次生演替的一般階段（至少4個階段），并分析各階段優(yōu)勢物種的生態(tài)功能（如固氮、改善土壤結構）及演替驅動因素（如光照、土壤養(yǎng)分、種間競爭）。4.關鍵種識別：某珊瑚礁群落中，石斑魚（頂級捕食者）被過度捕撈后，草食性魚類（如刺尾魚）數量激增，導致藻類覆蓋度從15%上升至60%，珊瑚覆蓋率下降。（1）說明石斑魚可能的關鍵種作用；（2）提出3種野外調查方法（如移除實驗、功能性狀分析）驗證其關鍵種地位。5.群落結構比較：比較熱帶雨林與溫帶草原群落的垂直分層結構（如層次數量、各層優(yōu)勢生物）、物種豐富度及穩(wěn)定性差異，從氣候（溫度、降水）和資源可利用性（光照、土壤養(yǎng)分）角度分析原因。三、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學1.能量流動計算：某草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流動數據（單位：kJ·m?2·a?1）：-初級生產者（草）的總初級生產力（GPP）=25000，呼吸消耗（R?）=10000；-初級消費者（羊）的同化量=3000，呼吸消耗=1200；-次級消費者（狼）的同化量=300，呼吸消耗=150。（1）計算初級生產者的凈初級生產力（NPP）；（2）計算初級消費者的同化效率（同化量/GPP）；（3）計算狼與羊之間的林德曼效率（相鄰營養(yǎng)級能量傳遞效率）。2.碳循環(huán)干擾：繪制簡化的碳循環(huán)示意圖（標注主要碳庫：大氣、植被、土壤、海洋、化石燃料；主要過程：光合作用、呼吸作用、燃燒、分解、海洋吸收），并說明人類活動（如化石燃料燃燒、森林砍伐）如何打破碳平衡，導致大氣CO?濃度上升。3.生態(tài)系統(tǒng)生產力：某森林生態(tài)系統(tǒng)的總初級生產力（GPP）=1800gC·m?2·a?1，自養(yǎng)呼吸（R?）=700gC·m?2·a?1，異養(yǎng)呼吸（R?）=500gC·m?2·a?1。（1）計算凈初級生產力（NPP）和凈生態(tài)系統(tǒng)生產力（NEP）；（2）判斷該森林是碳源還是碳匯，并解釋原因。4.分解過程實驗設計：設計一個控制變量實驗，探究凋落物質量（如松針vs.楊樹葉）對分解速率的影響。（1）寫出實驗步驟（包括材料準備、處理方法、觀測指標）；（2）預測實驗結果（如分解90%所需時間：松針>楊樹葉），并從凋落物化學組成（C/N比、木質素含量）角度解釋。5.生態(tài)系統(tǒng)服務：（1）定義“生態(tài)系統(tǒng)服務”；（2）列舉供給服務（如食物）、調節(jié)服務（如氣候調節(jié)）、文化服務（如生態(tài)旅游）各2例；（3）分析生物多樣性降低對調節(jié)服務（如水土保持）的潛在影響。四、景觀生態(tài)學1.景觀指數計算：某區(qū)域景觀由以下斑塊組成（面積單位：ha）：森林（4000，斑塊數80）、農田（3000，斑塊數200）、水域（1000，斑塊數50）、城鎮(zhèn)（2000，斑塊數100）。（1）計算森林斑塊的平均面積；（2）計算農田的斑塊密度（個/100ha）；（3）說明斑塊密度與景觀破碎化的關系。2.景觀異質性與生物多樣性：（1）解釋景觀異質性的3個維度（組成、結構、功能）；（2）為什么高異質性景觀通常具有更高的生物多樣性？結合“邊緣效應”或“資源斑塊互補”理論說明。3.廊道設計與功能：某高速公路需穿越一片候鳥遷徙區(qū)，設計一個野生動物廊道方案（需考慮物種需求、廊道寬度、植被配置）。（1）說明廊道的主要生態(tài)功能（如物種遷移、基因交流）；（2）提出3條設計原則（如寬度不小于候鳥飛行高度的5倍、植被模擬原生群落）。4.矩陣與斑塊的生態(tài)作用：某區(qū)域森林斑塊被農田矩陣包圍，邊緣寬度50米。（1）比較矩陣（農田）與斑塊（森林）在物質循環(huán)中的作用（如碳固定vs.農藥擴散）；（2）分析邊緣效應對森林內部物種（如地棲鳥類）的影響（如光照增強、天敵增加）。5.景觀恢復措施：針對破碎化的草原生態(tài)系統(tǒng)（斑塊間隔離度高、連通性差），基于景觀連通性理論提出3條恢復措施（如建立生態(tài)廊道、增加踏腳石斑塊、優(yōu)化矩陣質量），并解釋其生態(tài)學原理（如降低擴散阻力、促進物種遷移）。五、全球變化與生態(tài)學1.溫室氣體與機制：（1）列舉3種主要溫室氣體（如CO?、CH?、N?O）及其自然/人為來源（如CO?：自然-呼吸作用，人為-化石燃料燃燒）；（2）從輻射平衡角度解釋溫室效應的基本機制（大氣吸收地面長波輻射，反射回地面）。2.物種分布變化：某高山植物的分布上限在過去30年中向海拔升高了150米。（1）提出2種可能的驅動因素（氣候變化vs.人類活動如放牧）；（2）設計一個實驗（如控制溫度的移地栽培）驗證是否由溫度升高導致。3.生物入侵與氣候協(xié)同：互花米草是我國東南沿海的入侵植物，研究表明全球變暖（冬季溫度升高）使其北界從浙江擴展至山東。（1）分析溫度升高如何促進互花米草擴張（如延長生長期、降低低溫死亡率）；（2）說明其對本地生態(tài)系統(tǒng)的影響（如擠占灘涂、減少底棲生物多樣性）。4.物候同步性破壞：某植物因全球變暖開花期提前2周，而依賴其傳粉的昆蟲羽化期僅提前5天。（1）解釋“物候同步性”的概念；（2）預測可能的生態(tài)后果（如傳粉失敗、植物結實率下降、昆蟲幼蟲食物短缺）。5.基于自然的解決方案（NbS）：（1）定義NbS；（2）列舉2個NbS案例（如紅樹林修復、退化森林再造林）；（3）分析其在應對氣候變化中的雙重效益（如紅樹林固碳+保護海岸帶生物多樣性）。參考答案一、種群生態(tài)學1.生命表構建：-存活數lx（以0-1歲為基數l?=120）：l?=85，l?=50，l?=20，l?=5，l?=0。-死亡率qx=(l?-l???)/l?：q?=(120-85)/120≈0.29，q?=(85-50)/85≈0.41，q?=(50-20)/50=0.60，q?=(20-5)/20=0.75，q?=(5-0)/5=1.00。-平均壽命ex=Σ(l???+l???+…+l?)/l?：e?=(85+50+20+5)/120≈1.33年，e?=(50+20+5)/85≈0.88年，依此類推。-存活曲線類型：早期死亡率較低（0-1歲qx=0.29），中后期死亡率顯著上升（3-4歲qx=0.75），接近Ⅲ型（幼體存活高，成體死亡率劇增）。2.種群增長計算：（1）λ=(N?/N?)^(1/t)=(1280/80)^(1/20)=16^(0.05)≈1.15（周限增長率）。（2）連續(xù)增長模型N?=N?e^(r?t)，故r?=ln(N?/N?)/t=ln(16)/20≈2.77/20≈0.14/天。（3）40天后N??=N?λ??=80×1.15??≈80×162=80×256=20480（或用連續(xù)模型：80e^(0.14×40)=80e^5.6≈80×270≈21600，因λ與r?為近似轉換，結果接近即可）。3.Logistic模型應用：（1）方程：dN/dt=rN(1-N/K)=0.15N(1-N/3000)。（2）3個月后N?=K/[1+(K/N?-1)e^(-rt)]=3000/[1+(3000/200-1)e^(-0.15×3)]=3000/[1+14×e^(-0.45)]≈3000/[1+14×0.637]≈3000/(1+8.92)=3000/9.92≈302尾（因初始N?遠小于K，前期增長接近指數）。（3）當N=K/2=1500時，dN/dt最大（增長速率峰值），此時種群對環(huán)境變化最敏感。4.生活史策略：-r-選擇（如蝗蟲）：高繁殖力（每雌產卵數百粒）、短壽命（數月）、適應不穩(wěn)定環(huán)境（如偶發(fā)降雨后的臨時濕地），后代存活率低（依賴數量補償）。-K-選擇（如大象）：低繁殖力（每胎1仔，間隔4-5年）、長壽命（60-70年）、適應穩(wěn)定環(huán)境（非洲草原），親代撫育強（后代存活率高）。5.擴散的影響：擴散通過以下途徑影響種群動態(tài)：（1）基因流動：新棲息地個體與原種群雜交，增加遺傳多樣性；（2）資源分配：減少原棲息地種內競爭（食物、巢位）；（3）種群恢復：擴散個體建立新種群，降低局域滅絕風險（如朱鹮新種群可避免原棲息地疾病或自然災害的威脅）。二、群落生態(tài)學1.多樣性計算：-群落A總個體數=50+40+30+20+10=150，各物種pi=50/150≈0.33，40/150≈0.27，30/150=0.20，20/150≈0.13，10/150≈0.07。H’=-[0.33ln0.33+0.27ln0.27+0.20ln0.20+0.13ln0.13+0.07ln0.07]≈-[0.33×(-1.10)+0.27×(-1.31)+0.20×(-1.61)+0.13×(-2.04)+0.07×(-2.66)]≈-[-0.36-0.35-0.32-0.26-0.19]≈1.48。D=1-(0.332+0.272+0.202+0.132+0.072)=1-(0.11+0.07+0.04+0.02+0.005)=1-0.245=0.755。-群落B總個體數=120+25+15+10+5=175，pi=120/175≈0.69，25/175≈0.14，15/175≈0.09，10/175≈0.06，5/175≈0.03。H’=-[0.69ln0.69+0.14ln0.14+0.09ln0.09+0.06ln0.06+0.03ln0.03]≈-[0.69×(-0.37)+0.14×(-1.97)+0.09×(-2.41)+0.06×(-2.81)+0.03×(-3.51)]≈-[-0.25-0.28-0.22-0.17-0.11]≈1.03。D=1-(0.692+0.142+0.092+0.062+0.032)=1-(0.48+0.02+0.01+0.004+0.001)=1-0.515=0.485。-結論：群落A的Shannon和Simpson指數均高于群落B，說明其物種多樣性更高，可能因群落A受干擾更?。ㄈ缥催^度砍伐），資源分配更均勻（無單一優(yōu)勢種）。2.種間競爭：（1）競爭排除原理：生態(tài)位完全重疊的兩個物種無法長期共存，其中生態(tài)位較寬或對資源利用效率更高的物種將排除另一個。（2）自然共存機制：①資源分配（如一種取食草履蟲前端，另一種取食后端）；②時間生態(tài)位分化（一種白天活動，另一種夜晚活動）；③環(huán)境波動（如季節(jié)變化導致資源優(yōu)勢種交替）。例如，北美兩種林鶯通過占據樹冠不同層次（上層vs.下層）實現(xiàn)共存。3.群落演替：階段1（1-3年）：一年生草本（如狗尾草），快速占據光照資源，分泌化感物質抑制其他植物，加速土壤有機質積累。階段2（3-10年）：多年生草本（如白茅），根系發(fā)達，固土能力強，土壤氮含量因固氮微生物增加而提升。階段3（10-30年）：灌木（如牡荊），遮蔭降低草本層光照，促進耐陰植物生長，土壤結構改善（團粒結構形成）。階段4（30年以上）：喬木（如馬尾松），形成垂直分層，動物種類增加（如鳥類筑巢），群落穩(wěn)定性提高。驅動因素：早期（光照、種子擴散）→中期（土壤養(yǎng)分、種間競爭）→后期（遮蔭、生物相互作用）。4.關鍵種識別：（1）石斑魚通過捕食控制草食性魚類數量，維持藻類與珊瑚的平衡（“下行控制”），其移除導致草食性魚類過度攝食珊瑚，藻類暴發(fā)，破壞珊瑚礁結構。（2）調查方法：①移除實驗（對比移除區(qū)與對照區(qū)的生物多樣性變化）；②功能性狀分析（評估其捕食量是否遠超其他物種）；③網絡分析（在食物網中是否為高度連接的節(jié)點）。5.群落結構比較：-垂直分層：熱帶雨林（4-5層：喬木層、灌木層、草本層、地被層、附生層），溫帶草原（2-3層：高草層、矮草層、地被層）。-物種豐富度：熱帶雨林>溫帶草原（高溫高濕促進物種分化，資源全年可利用）。-穩(wěn)定性：熱帶雨林更高（物種多樣性高，生態(tài)位互補，抗干擾能力強；草原受降水波動影響大，易發(fā)生退化）。三、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學1.能量流動計算：（1）NPP=GPP-R?=25000-10000=15000kJ·m?2·a?1。（2）同化效率=3000/25000=12%（初級消費者利用了初級生產者總生產力的12%）。（3）林德曼效率=300/3000=10%（符合經典的10%定律）。2.碳循環(huán)干擾：示意圖需包含：大氣CO?（庫）→植被（光合作用吸收，呼吸作用釋放）→土壤（分解作用釋放）→海洋（溶解吸收，生物泵固定）→化石燃料（燃燒釋放）。人類活動干擾：①燃燒化石燃料（直接向大氣排放CO?，超過自然吸收速率）；②森林砍伐（減少植被碳庫，同時被砍伐的樹木分解或燃燒釋放CO?），導致大氣CO?濃度從工業(yè)革命前的280ppm上升至2024年的420ppm。3.生態(tài)系統(tǒng)生產力：（1）NPP=GPP-R?=1800-700=1100gC·m?2·a?1；NEP=GPP-R?-R?=1800-700-500=600gC·m?2·a?1。（2）NEP>0，說明該森林吸收的碳（GPP）大于釋放的碳（R?+R?），是碳匯（每年固定600gC/m2）。4.分解實驗設計：（1）步驟：①采集松針（C/N≈100，木質素25%）和楊樹葉（C/N≈20，木質素15%）各100g，分裝于網孔0.5mm的分解袋（防止大型動物取食）；②選擇同一地點（相同溫度、濕度），將分解袋埋入土壤10cm處，每種凋落物設置5個重復；③分別于30天、60天、90天、180天取出，60℃烘干稱重，計算失重率（(初始質量-剩余質量)/初始質量×100%）。（2）預測結果：楊樹葉分解更快（180天失重率約80%），松針較慢（約50%）。原因：楊樹葉C/N比低（易被微生物利用）、木質素含量低（難分解成分少），而松針高C/N和高木質素抑制分解者活動。5.生態(tài)系統(tǒng)服務：（1）定義：人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益，包括供給、調節(jié)、文化和支持服務。（2）案例：供給（木材、藥用植物）；調節(jié)（森林固碳、濕地蓄洪）；文化（自然教育、景觀旅游）。（3）影響：生物多樣性降低導致生態(tài)系統(tǒng)功能簡化（如單一樹種森林的水土保持能力弱于混交林），調節(jié)服務（如降水截留、土壤抗侵蝕）能力下降，增加洪澇、滑坡等災害風險。四、景觀生態(tài)學1.景觀指數計算：（1）森林平均面積=4000ha/80個=50ha/個。（2）農田斑塊密度=200個/3000ha≈0.067個/ha=6.7個/100ha。（3）斑塊密度越高，景觀破碎化程度越高（斑塊數量多、面積小，連通性差）。2.景觀異質性與生物多樣性：（1）三維度：組成（斑塊類型多樣性）、結構（斑塊大小、形狀、分布）、功能（物質能量流動速率）。（2）高異質性提供更多微生境（如森林-農田邊緣的灌叢為林緣種提供棲息地）、資源互補（不同斑塊提供食物、庇護所），降低種間競爭（物種利用不同斑塊資源），因此支持更高生物多樣性。3.廊道設計：（1）功能：①物種遷移（如候鳥沿廊道補充能量）；②基因交流（避免種群近交衰退）；③微氣候調節(jié)（降低公路熱島效應）。（2）設計原則：①寬度≥100米（滿足大型鳥類飛行需求）；②植被配置：上層種植本地高大喬木（如樟樹），下層保留灌木（如杜鵑）和草本（如狗牙根），模擬原生植被；③避免硬化地面（采用透水材料，減少徑流阻斷）。4.矩陣與斑塊作用：（1）矩陣（農田）：主要參與物質輸出（如農藥隨徑流進入河流），碳固定能力弱（農作物生長周期短）；斑塊（森林）：碳固定強（多年生植物持續(xù)固碳），物質輸入（枯枝落葉補充土壤養(yǎng)分）。（2）邊緣效應：森林邊緣光照增強（溫度升高、濕度降低），導致耐陰地棲鳥類（如灰胸竹雞）棲息地縮??；同時，農田中的天敵（如喜鵲）侵入邊緣區(qū)，增加捕食壓力，導致其種群數量下降。5.景觀恢復措施：①建立生態(tài)廊道：連接孤立草原斑塊（如種植耐旱灌木帶），降低物種擴散阻力（原理：提高連通性，促進基因流動）。②增加踏腳石斑塊（如小面積人工草地）：為擴散能力弱的物種（如蝗蟲）提供臨時棲息地（原理：降低長距離遷移的能量消耗）。③優(yōu)化矩陣質量（如減少農田農藥使用）：降低矩陣對斑塊的干擾（原理：減少有毒物質擴散，保護草原內部物種）。五、全球變化與生態(tài)學1.溫室氣體與機制：（1）CO?（自然：動植物呼吸、火山噴發(fā)；人為：化石燃料燃燒、水泥生產）；CH?（自然：濕地厭氧分解；人為：水稻田、畜牧業(yè)）；N?O（自然