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海南大学现代生态学考纲及整理答案.docx

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    • 海南高校 2021 年博士生入学考试《现代生态学》科目考试大纲二、考试的形式与试卷结构1)考试方式:闭卷,笔试2)答题时间: 180 分钟3)题型:简答题( 4 道题,共计 50 分),论述题( 1 道题 20 分),应用题( 1 道题 30 分,含运算、试验设计和程序设计等形式)4)试卷满分为 100 分三、考试内容1)植物生理生态学明白光合作用的主要过程及其数学模型(重点是 Farquhar生化模型),叶片的能量 平 衡 模式 ( 重 点是 叶 片 温度 ), 主 要 气 孔 模 型 及 其特 征 ( Jarvis 类和 Ball-Berry-Leuning 类);1.1 叶片的能量平稳模式1.2 光合作用的主要过程绿色植物利用光能 ,同化 CO2 和 H2O,制造有机物释放 O2 的过程,称为光合作用〔photosynthesis〕;光合作用所产生的有机物质主要是糖类 ,贮藏着能量; 光合作用的过程 ,可用以下方程式来表示;CO2 + H2O ( CH 2O ) + O2光合作用的重要性 :1.光合作用是制造有机物的重要途径2.光合作用将太阳能转变为可贮存的化学能3.光合作用可维护大气中氧和二氧化碳的平稳1.2Farquhar 生化模型1.4Jarvis 类和 Ball-Berry-Leuning 类Jarvis 类最大优点 为形式直观2)生物多样性与爱护生物学种-面积曲线,生物多样性的维护机制及其主要假说(主要是生态位假说和中性理论),群落数量分析,代谢生态学2.1 种—面积曲线通常,采纳最小面积的方法来统计一个群落或一个地区的生物种类名录; 现以植物群落为例来详细阐述; 通过绘制种—面积曲线来确定最小面积的大小; 详细作法是:逐步扩大样地面积,随着样地面积的增大,样地内植物的种数也在增加, 但当物种增加到肯定程度时, 曲线就有明显变缓的趋势, 通常把曲线陡度开头变缓处所对应的面积,作为最小面积;2.2 生态位假说和中性理论2.3 代谢生态学定义:生 态 学 代 谢 理 论( metabolic theory of ecology ),主要讨论生物的各种性状随个体大小和温度变化的规律;代谢理论的历史:2/3 律——德国生理学家 Rubner 发觉,新陈代谢率正比于体重的 2/3 次方3/4 律—— Kleiber 发觉,新陈代谢率与体重的 3/4 次方成正比West 和 生 态 学 家 Brown 在 2004 年提出了生态学代谢理论;3 个假设:1.资源供应网络 要 充 满 生物 体 才 能 给 生 物 体 内 所 有 的 生 命单 元 提 供 营 养 ;2.资 源 供 给 网 络 的 末 端 大 小( 比如 , 循环系统的毛细血管 ) 与个体大小无关;3.该网络在供应资源时使得资源安排和输运所消耗的能量最小;3)全球变化生态学生态系统生产力的形成与碳循环,陆地生态系统的蒸散, CO2 施肥效应,光合作用的最适温度,生态系统的氮饱和生态系统生产力的形成碳循环在气候变暖条件下 ,陆地生态系统碳循环的变化主要表达在以下几个方面 :1〕低纬度地区生态系统 NPP 一般表现为降低 ,而在中高纬度地区通常表现为增加 ,而在全球尺度上表现为 NPP 增加;2〕土壤呼吸作用增强 ,但经过一段时间后表现出肯定的适应性 ;3〕高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势 ,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大 ,或略微降低 ,在全球尺度上表现为植被碳库增加 ;4〕地表凋落物的产量和分解速率增加 ;5〕土壤有机碳分解加速 ,进而削减土壤碳储存 ,同时植被碳库向土壤碳库的流淌增加从而增加土壤碳库 ,这两种作用在不同生态系统的比重不同 ,在全球尺度上表现为土壤碳库的削减 ;生态系统净初级生产力 〔NPP〕 是指单位时间、单位面积上植物光合产物与植物自养呼吸的差值 ,它是陆地生态系统最主要的碳输入方式;陆地生态系统的蒸散蒸散,包括植被蒸腾、土壤蒸发和林冠截留蒸发三个组分 ,是水圈、大气圈和生物圈水分和能量的主要交换过程 , 是指土壤水由植物茎、 叶面和植株间土面转移到大气中生成水汽的过程 ,蒸散量为植被蒸腾量、土壤蒸发量与林间截获蒸发量之和;CO 2 施肥效应所谓 CO2 的施肥效应是指 CO2 浓度增加对植物生长的助长作用;讨论发觉,以 CO2 浓度净增量为自变量, 以粮食产量变化百分比为因变量, 通过回来分析发觉 :1、对于不同国家和不同的粮食作物, CO2 施肥效应是不同的;例如, CO2 浓度增加会提高泰国玉米的产量 〔即 CO2 施肥效应为正 〕,但会降低美国和尼日利亚的水稻和中国的小麦产量 〔即 CO2 施肥效应为负 〕;2、就某一个国家而言,不同粮食作物对 CO2 施肥效应的响应各不相同;例如,中国的小麦 产量受 CO2 施肥负效应影响,但玉米会受其正效应影响而增产不少; 3、就 20个主要粮食生产国的总体状况而言, CO2 施肥对水稻产量具有负效应,而对小 麦和玉米产量具有正效应;光合作用的最适温度最适温度通常是指酶的最适温度; 温度过高或过低会影响植物体内参加光合作用的酶的活性, 从而影响植物光合作用强度; 不同植物相宜的温度都不同, 促进就可以提高二氧化碳浓度,提高到相宜温度,增加肥料,增加根部可吸取的氧气; 温度对于温带树木,净光合作用可在零下 3 开头,随温度增加到 15~25℃时出 现高峰,随后速率随温度上升而下降,到最高温度时,净光合为零;生态系统的氮饱和氮饱和定义为当氮流失等于氮沉降时 ,系统没有更多的才能来存留氮的状 态;输入生态系统的氮超过生态系统需求, 导致氮饱和, 过量氮输入并不会引起生产力的增加,反而可能导致生态系统退化甚至崩溃;在受氮限制的森林生态系统中 , 氮有效性增大的初期会促进生产力增长 , 即施肥效应 ; 随着氮饱和程度加大 , 铝毒害和养分不平稳使得初级生产力降低 . 树木对胁迫 〔 霜冻、病原体 〕 的敏锐性因这些变化而增大或受铝毒害的影响 , 导致树木死亡;有讨论说明, 酸性增强使得德国云杉林和冷杉林衰退, 而且造成美国东北部云杉林锐减;氮饱和早期阶段 , 随氮输入增加 , 森林生产力和生长变大 . 增高氮有效性使得叶片和细根氮含量上升 . 氮饱和后期阶段 , 养分不平稳、氮有效性过高和其他生物地球化学变化导致生产力降低 , 死亡率增大 . 此外 , 由于森林生态系统存在碳氮循环的相互作用 , 余外无机氮的同化作用会消耗用于生长和维护作用的碳 , 增大根枝比 ; 干旱、风灾难和病虫害的幅度和频度也增加 .4)植被遥感与生态模型植 被 指 数 的 主 要 类型 及 其 优 缺 点 , 生 态 系 统 过 程 模 型 的 基 本 结 构 ( 如Biome-BGC) 植被指数4.1 RVI—— 比值植被指数RVI=ρ n/ ρ〔1r〕ρ n 和ρ r 分别是近红外波段和红光波段的反射率;RVI 是绿色植物的灵敏指示参数,可用于检测和估算植物生物量RVI 受大气条件影响, 大气效应大大降低对植被检测的灵敏度, 而且当植被掩盖不够浓密时 〔小于 50%〕,它的辨论才能也很弱 ,4.2 归一化差值植被指数 NDVI NDVI=〔 ρn-ρ)r/〔ρ n+ρ〕r由于 NDVI 可以排除大部分与仪器定标、 太阳角、地势、云阴影和大气条件有关辐照度的变化 ,增强了对植被的响应才能 ,是目前已有的 40 多种植被指数中应用最广的一种 ,常被用来进行区域和全球的植被状态讨论 .NDVI 的局限性表现在在植被高掩盖区简洁饱和 , 对大气干扰所做的校正有限 ;有考虑树冠背景对植被指数的影响 .4.3 增强型植被指数 MODIS-EVI对原始数据经过较好的大气校正 ,所以 EVI 的设计防止了基于比值的植被指数的饱和问题4.4 GVI —— 绿度植被指数受外界条件影响大;4.5 PVI—— 垂直植被指数较好的排除了土壤背景的影响,对大气的敏锐度小于其他 VIBiome-BGC在BIOME-BGC中, 模拟的植被生产力在林分相对较早的时期会大于实际生产力, 而在林分相对较晚的时期会小于实际生产力; 将生态系统看做一个单一的冠层, 即"一片大叶"; 模型假设这个单一的冠层完全掩盖肯定面积的样地,这种处理睬让BIOME-BGC的模拟变得简便, 但在实际情形中会引发很多问题,比如对于混合林地这种处理睬显现模拟偏差;5)环境生态学水体、大气和土壤污染的主要防治技术, 污染物在环境中迁移与转化, 环境毒理学、农药残留及生物降解水体污染的主要防治技术一是外源阻断技术;外源阻断包括城市截污纳管和面源掌握两种情形;二是内源掌握技术;清淤疏浚技术三是水质净化技术;城市黑臭水体的水质净化技术主要包括:人工曝气充氧四是水动力改善技术; 调水不仅可借助大量清洁水源稀释黑臭水体中污染物的浓度, 而且可加强污染物的扩散、净化和输出,五是生态复原技术,构建岸边绿化带大气污染的主要防治技术( 1)充分应用国家技术 《大气污染防治先进技术汇编》 ,我国现已有无组织排放源处理技术,包括生物纳膜抑尘技术(生物纳米抑尘技术) 、云雾抑尘技术、湿式收尘技术等,( 2)工业布局合理:工厂不宜过分集中,以削减一个地区内污染物的排放量;( 3)区域采温和集中供热:用设立在郊外的几个大的、具有高效率除尘设备的热电厂代替千家万户的炉灶,以排除煤烟;( 4)削减交通废气的污染:改进发动机的燃烧设计和提高汽油的燃烧质量,使油得到充分的燃烧; 5( 5)转变燃料构成:实行燃煤向燃气的转化,同时加紧讨论和开创其它新的能源,如太阳能、氢燃料、地热资源等; 6( 6)绿化造林:茂盛的丛林能降低风速,使空气中携带的大粒灰尘下降,树叶表面粗糙不平,能吸附大量飘尘;( 1)改善能源结构,积极开发新能源和可再生能源,如太阳能、风能、生物质能、海洋能、小水电及地热能等;( 2)提高能源的利用率, 对燃料进行预处理, 推广清洁煤技术; 图 4.8 燃煤蒸汽电厂的大气污染掌握系统( 3)实行清洁生产,推广循环经济;包括改革生产工艺,优先采纳无污染或少污染的工艺路线、原料路线和设备;加强企业治理开展综合利用,企业内部或各企业间相互利用原材料和废弃物实现废物资源化、产品化,削减污染物的排放;( 4)对烟气进行净化处理;土壤污染防治技术1 污染土壤的生物修复方法; 土壤污染物质可以通过生物降解或植物吸取而被净化;蚯蚓是一种能提高土壤自净才能的动物, 利用它仍能处理城市垃圾和工业废弃物以及农。

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