第二章生物与环境ppt课件.ppt

第二章 生物与环境,环境生态学导论（第二版）盛连喜主编,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,内 容,第一节,一、生命的起源与进化,地球,紫外线,46亿年前的大气成分,为原始生命的产生提供了条件,复杂的化合物,生命活性的大分子(蛋白质和能够自我复制的核酸分子),光合自养生物,绿色植物等,（一）生命的起源,（二）生物种的概念,1.生物种的概念,物种是客观存在的，是由内在诸多因素（特征、遗传、生理、生态、行为）共同决定的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。,基因型：种的遗传本质，生物性状表现必须具备的内在因素。表型：与环境结合后实际表现出的可见性状。,2.种的性状分类,在生物界的漫长历程中，种的分化是生物对环境异质性的适应结果。,（三）生物的协同进化,生物的进化由遗传变异和自然选择共同作用，形成了生物与环境间的协同发展。,1.生物的进化,生命是适应环境的一种特殊的物质运动，并由于遗传变异和自然选择的作用而向着更高级、更适应环境的方向进化。生命的存在是一个不断适应环境的过程，同时，生命也在这个过程中不断地改变着环境，这就是生物与环境间的协同发展。,（三）生物的协同进化,生物间的协同进化，主要是由于生物个体的进化过程是在其环境的选择压力下进行的。因此，一个物种的进化必然会改变作用于其他生物的选择压力，引起其他生物也发生变化，这些变化反过来又会引起相关物种的进一步变化。这种两个相互作用的物种在进化过程中发展的相互适应的共同进化过程即为协同进化（coevolution）。在很多情况下，两个或更多物种的单独进化常常互相影响，形成一个相互作用的协同适应系统（coadapted system）。,2.生物的协同进化,（三）生物的协同进化,生物协同进化的四种情况：,互惠共生的物种间，常以尽量减少损害对方的方式而实现互利共生和协同进化。,二、生物多样性,（一）生物多样性概念,生物多样性就是“生物类群层次结构和功能的多样性”。生物多样性一般包括四个层次：,不同层次,基因水平,分子细胞个体,物种水平生物区系特点物种的濒危状况灭绝速率变动及机制保护物种和持续利用,生态系统水平生境的多样性生物群落的多样性生态过程的多样性,多样化和变异性景观空间结构功能机制时间动态,二、生物多样性,国际生物多样性科学研究规划（DIVERSITAS）提出了五个核心研究计划和五个特殊研究领域。核心研究计划是：生物多样性对生态系统功能的影响。生物多样性的起源、维持和变化。系统学研究，生物多样性编目和分类。生物多样性的调查。生物多样性保护、恢复和可持续利用。其中，生物多样性对生态系统功能的影响是五个研究专题的核心。,（二）生物多样性的重点研究领域,二、生物多样性,五个特殊研究领域是：土壤和沉积物中的生物多样性。海洋生物多样性。微生物生物多样性。淡水的生物多样性。与生物多样性有关的人文因素。这五个特殊研究领域中的前四个，大多还是当今生态学研究的薄弱领域。,（二）生物多样性的重点研究领域,（三）影响生物多样性的因素,1.物种生物量 Tilman(1994)：在一个阈值内，物种数越多，生物量越高2.物种属性物种的属性如行为等能对它栖息的生态系统产生积累性影响3.物种库种质库建设对于物种多样性的保护具有特别重要的意义4.输入环境的总能量能量多样性假说,潜在蒸发蒸腾量（PET）是表示输入环境总能量的一个重要指数，可用来衡量区域尺度的生物多样性,（三）影响生物多样性的因素,5.纬度、栖息地异质性和生产力从区域范围考虑，物种数量随自然条件的适宜性、栖息地异质性、与散布中心的隔离程度和初级生产力的变化而变化6.生物地化循环生物多样性水平与土壤营养物之间存在密切关系7.系统稳定性在一定程度上，生物多样性越高、越复杂，生态系统就会越稳定,不同的观点认为，稳定性应该有一个阈值，超过该数值后，多样性非但不能增加系统的稳定性，甚至可能产生破坏性作用。,三、地球自我调节理论Gaia 假说,（一）Gaia 假说的形成和发展Lovelock J E在1969 年关于生命起源的国际会议上，第一次提出了Gaia 假说。1979 年，第一部著作Gaia：对地球上生命的新认识1988年，第二部著作地球是由生物、海洋、大气和土壤组成的一个复合系统，生物圈不仅改变了地球环境，而且也直接控制着这个复合系统，以维持地球的活动或使之更有活力。这一假说还认为，这个复合系统是自我调节的，生物区系不仅产生了具有一定成分、酸碱度、氧化还原作用的大气以及与其他星球极不相同的温度，而且还保持着生物自我调节生理特征稳定性的一些条件。目前，Gaia 假说虽然仍处于争论之中，对它的讨论将产生丰硕的成果。,（一）Gaia 假说的形成和发展,Margulis 的认可和支持；英国东英吉利大学痕量气体化学家Liss 也同意Gaia 理论中的某些观点；加州大学伯克利分校Kirchner J 和Harte J 持不同意见；哈佛大学Kasting 和Heinrich 也认为虽然在一些情况下生物圈可能比其他一些因素的影响更大，但现在还不能充分说明生物圈控制着整个系统。,（二）Gaia 假说的主要论点,1.地球上所有生物都起着调控作用,地球和火星、金星上大气主要成分、浓度等因素的对比,金星,地球,火星,（二）Gaia 假说的主要论点,2.地球生态系统具有稳定性Gaia 系统不是无生命的、机械的和被动的系统，其内部生物的各个部分相互有序、相互协调，才保证了整个地球系统的稳定性。尽管地球受到频繁的干扰和破坏，但能表现出一定的稳定性。3.地球本身是进化系统生物保证了整个地球系统的稳定性。生物体影响其生存环境，而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程，两者是共同进化的。4.地球系统是有机整体整个地球是生物区系和大气、土壤以及海洋所组成的一个综合有机整体。生物与环境之间相互作用，不可分割。生物区系的发展、进化会影响到整个地球的物理和化学进化进程，从而影响到大气、海洋和土壤。,（二）Gaia 假说的主要论点,5.地球生理学是地球进化的方式地球的气候可能由浮游植物云层气候反馈系统进行调节。,DMS：二甲基硫CCN：云凝结核NSS SO42：非海盐硫酸盐,通过不断增加大气中DMS 的数量（正反馈作用）和云层对太阳辐射能反射作用的上升（负反馈作用）而形成了一个调节气候的封闭性环。,三、地球自我调节理论Gaia 假说,Gaia 假说的主要观点和贡献是：Gaia 假说强调，生命是全球尺度的现象。地球生态系统没有孤立的生命。生活的生物有机体必须调节其生存的星球。否则，物理和化学进化的力量将会使得它们变得不适于生物的生存。Gaia 假说认为，不能将物种的进化与它们的环境分离开来，这两个过程紧紧地耦合成一个不可分割的过程，调节成功与否依赖于生物的进化和物质环境进化的不断耦合。这在一定意义上发展了达尔文进化论的观点。对于地球物理学而言，如何将Gaia 假说的有关观点付诸于实际研究，该假说为其提供了用数学观点考察地球的新思路。,第二节,一、环境的概念,环境是一个相对的概念，它是指某一特定生物个体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切要素的总和。在环境科学中，一般以人类为主体，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。通常人们所说的环境是指地球环境，也有人称为地理环境。大气圈水圈岩石圈生物圈,环境,二、环境的类型,按环境的主体分，目前有两种体系：以人为主体，其他的生命物质和非生命物质都被视为环境要素。这类环境称为人类环境。在环境科学中，多数学者都采用这种分类方法。以生物为主体，生物体以外的所有自然条件称为环境，这是一般生态学书刊上采用的分类方法。按环境的性质可分成：自然环境：未经破坏的天然环境半自然环境：人类作用于自然界后发生变化了的环境社会环境：如聚落环境，生产环境、交通环境及文化环境等按环境的范围大小，可分为：宇宙环境：大气层以外的宇宙空间地球环境：大气圈、水圈、岩石圈和生物圈区域环境：区域环境是指占有某一特定地域空间的自然环境微环境：区域环境中由于某一个（或几个）圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境内环境：内环境是指生物体内组织或细胞间的环境,三、环境因子的分类,第三节,一、光因子的生态作用及生物的适应,光是地球上所有生物得以生存和繁衍的最主要的能量源泉，地球上生物生活所必需的全部能量，几乎都直接或间接地源于太阳光能。绿色植物的光合系统是太阳能以化学能的形式进入生态系统的唯一通路，也是食物链的起点。光本身又是一个十分复杂的环境因子，太阳光辐射强度、光质及光的周期性变化等都对生物的生长发育和地理分布产生深刻的影响，而生物本身对光因子的变化也有着极其多样的响应。,（一）光强的生态作用与生物的适应,1.光强对生物生长发育和形态建成的作用光照强度对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加关系密切；光还能促进组织和器官的分化，制约着器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。蛙卵、鲑鱼卵在有光情况下孵化快，发育也快；贻贝和生活在海洋深处的浮游生物则在黑暗情况下长得较快。,黄化现象（etiolation phenomenon）是光与形态建成的各种关系中最极端的典型例子，黄化是植物对黑暗环境的特殊适应。,（一）光强的生态作用与生物的适应,2.光照强度与水生植物光的穿透性限制着植物在海洋和湖泊中的分布：在海洋表层的透光带上部，植物的光合作用量大于呼吸量在补偿点处，植物的光合作用量与呼吸消耗平衡沉降到补偿点以下又不能很快回到表层时死亡,（一）光强的生态作用与生物的适应,3.植物对光照强度的适应类型,一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但到达一定强度光合效率不会再增加，若继续增加光强，光合效率下降，这点谓之饱和点。,阳地植物(A)和阴地植物(B)光补偿点位置示意图（Emberlin,1983）,CP：光补偿点,光饱和点,蒲公英,柳树,杨树,人参,三七,铁杉,（二）光质的生态作用与生物的适应,空间变化光质即光的波长组成状况是随空间发生变化的，其一般规律是随纬度增加短波光减少，随海拔升高短波光增加。时间变化一年之中，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之中，中午短波光最多，早晚长波光较多。波长不同波长的光对生物有不同的作用，植物叶片对日光的吸收、反射和透射的程度直接与波长有关。,（二）光质的生态作用与生物的适应,光合作用的光谱范围只是可见光区。不同的光质对植物的光合作用，色素形成，向光性，形态建成的诱导等的影响是不同的。生理有效辐射红、橙光被叶绿素吸收蓝紫光被叶绿素和类胡萝卜素吸收生理无效辐射绿光则很少被吸收利用可见光对动物生殖，体色变化，迁徙，毛羽更换，生长及发育等都有影响,可见光动物,可见光植物,（二）光质的生态作用与生物的适应,不可见光对生物的影响也是多方面的。例如：紫外光有致死作用，特别是细菌，病毒及微生物。紫外光是昆虫新陈代谢所必需的，与维生素的产生关系密切。,不可见光生物,（三）生物对光周期的适应,光照长度超度1214h 叫长日照光照长度不足 810h 叫短日照,1.植物的光周期,长日照植物：经过一定日照才开花，如牛蒡、紫菀、凤仙花和除虫菊等。短日照植物：日照时间短于一定值时开花，如苍耳、菊类、水稻、玉米、大豆等。中间性植物：只要其他条件合适，什么日照条件下都开花，如黄瓜、番茄、蒲公英等。,长日照植物,短日照植物,中间性植物,（三）生物对光周期的适应,2.动物的光周期,鸟类的迁移和生殖时间是由日照长度决定的。鱼类的生殖和迁移受光周期影响，特别是光照充足的表层水鱼类。昆虫的代谢和发育受光周期的影响。哺乳动物的生殖和换毛受光周期的影响。,日照长短和变化是许多动物进行迁移、生殖、换毛等生命活动最可靠的信号系统。,热带荒漠,二、温度因子的生态作用及生物的适应,太阳辐射使地表受热，产生气温、水温和土壤温度的变化。温度因子和光因子一样呈周期性变化，称为节律性变温。节律性变温和极端温度都对生物的生长发育有着十分重要的生态学意义。,北极,热带草原,（一）温度因子的生态作用,1.温度与生物生长生物的三基点：参与生物生命活动中生理生化过程中的酶的活性有最低温度、最适温度、最高温度，相应的则是生物生长的“三基点”。在一定范围内，生物的生长速率与温度成正比多年生木本植物茎的横断面上的年轮动物的鳞片、耳石等,使蛋白质凝固，酶系统失活；,高温,低温,将引起细胞膜渗透性改变、脱水、蛋白质沉淀等不可逆转的化学变化。,（一）温度因子的生态作用,2.温度与生物发育生物完成生命周期，通过繁衍后代种族得到延续，不仅要生长期还要完成个体的发育阶段。最明显的是某些植物一定要经过一个低温“春化”阶段，才能开花结果。生物在生长发育过程中，需从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且某一特定生物类别各发育阶段所需要的总热量是一个常数。,有效积温法则,K=N（t-t0）,式中，K生物所需的有效积温 N天数，d t当地该时期的平均温度，t0生物生长活动所需最低临界温度(生物学零度)，,（一）温度因子的生态作用,生物的生长和发育常有一个温度下限值，低于这个温度值，生物就停止生长和发育，只有高于这个温度值时，生物才开始生长发育。在生态学中，将这个温度下限称为生物学零度或发育起点温度。,生物学零度,左图为地中海果蝇发育历程、发育速度与温度的关系。它表示在发育的温度内，果蝇的发育速率随环境温度增高呈线性加快，而发育所需的日期随温度升高呈双曲线减少。,（一）温度因子的生态作用,有效积温及双曲线关系在农业生产中有着很重要的意义。农作物全年的种植安排，必须根据每一作物所需的总有效积温，否则，将是盲目的。一种可能：土地不能得到充分利用另一种可能：作物尚未成熟而低温已经降临，甚至导致颗粒无收在植物保护、防治病虫害中，当地的平均温度以及某害虫的有效总积温是进行预测预报的重要依据。,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,1.低温环境对生物的影响和生物对低温环境的适应在形态方面：,北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，植物体表面生有蜡粉和密毛，植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等，这种形态有利于保持温度，减轻严寒的影响。生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大，因为个体大的动物，其单位体重散热量相对减少。,贝格曼（Bergman）规律,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,1.低温环境对生物的影响和生物对低温环境的适应在形态方面：,阿伦（Allen）规律,恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，是减少散热的一种形态适应，称为阿伦规律。北极狐的外耳明显短于温带的赤狐，赤狐的外耳又明显短于热带的大耳狐。,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,1.低温环境对生物的影响和生物对低温环境的适应在生理方面：生活在低温环境中的植物常通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪或色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。在寒冷季叶片变红，能吸收更多的红外线。例如鹿蹄草就是通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、黏液等物质来降低冰点的，这可使其结冰温度从 下降到零下。动物则靠增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温。寒带动物由于有隔热性能良好的毛皮，往往能使其在少增加甚至不增加代谢产热的情况下就能保持恒定的体温。,植物,动物,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,2.生物对高温环境的适应生物对高温环境的适应表现在形态、生理和行为三个方面。,有些植物生有密绒毛和鳞片，能过滤一部分阳光；有些可以反射红外线；还有些植物主要减低细胞含水量。,动物对高温环境的一个重要适应是适当放松恒温性，在高温时吸收热量等到环境适当或到阴凉处释放热量。沙漠中的啮齿动物对高温环境常常采取行为上的适应对策，即夏眠、穴居或昼伏夜出。,植物对高温的适应,动物对高温的适应,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,3.温度与生物的地理分布温度，包括节律性变温和绝对温度制约着生物的生长发育，而每个地区又都生长繁衍着适应该地区气候特点，特别是极端温度的生物。极端温度（最高温度、最低温度）是限制生物分布的最重要条件。温度对动物的分布，有时可起到直接的限制作用。昆虫的发育就北半球而言，动物分布的北界受低温限制，南界受高温限制。如喜热的珊瑚和管水母只分布在热带水域一般来说，暖和的地区生物种类多，寒冷地区生物的种类较少。例如，我国两栖类动物，广西有57 种，福建有41 种，浙江有40 种，江苏有21 种，山东、河北各有9 种，内蒙古只有8 种。,（二）极端温度对生物的影响及生物的适应,4.变温对生物的影响通常，变温处理将有助于种子有效的萌发，特别是药用植物以及芹菜、烟草等。变温能提高种子萌发率，这是由于降温后可增加氧在细胞中的溶解度，从而改善了萌发中的通气条件。变温通过改变植物的生理现象如呼吸、蒸腾等，可以造成糖分在体内的大量聚集，如新疆的哈密瓜特别甜，就是这个原因造成的。,三、水因子的生态作用及生物的适应,（一）水因子的生态作用,1.水是生物生存的重要条件水是生物体的重要组成部分。植物体一般含水量达6080，而动物体含水量比植物更高。水母含水量高达95；软体动物8092；鱼类达8085；鸟类和兽类为7075。水是很好的溶剂,许多化学元素都是在水溶液的状态下被生物吸收和运转。水是生物新陈代谢的直接参与者，是光合作用的原料。水是生命现象的基础。,（一）水因子的生态作用,2.水对动植物生长发育的影响水分对植物生长“三基点”：最高、最适和最低低于最低点，植物萎蔫、生长停止高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根处于最适点，是植物最优的生长条件对于动物，水分不足可以引起滞育或休眠由于空气湿度降低或食物中水分减少许多动物的周期性繁殖与降水季节相一致,（一）水因子的生态作用,3.水对动植物数量和分布的影响地球上的降水是不均匀的，这主要由地理纬度、海陆位置、海拔高度的不同所致。我国从东南至西北，可以分为三个等雨量区，因而植被类型也可分为三个区，即湿润森林区、干旱草原区及荒漠区。在小区域范围内：同一山体的迎风坡和背风坡，也会因降水的差异而各自生长着不同的植物，随即分布着不同区系的动物。水分与动植物的种类和数量存在着密切的关系。,水分状况决定着植被的类型，以及动植物的种类、数量和分布。,（二）生物对环境水因子的适应,1.植物对水因子的适应根据植物对水分的需求量和依赖程度，可把植物分为水生植物和陆生植物。水生植物根据其生长环境中水的深浅不同，又可划分为沉水植物、浮水植物和挺水植物三类。沉水植物：整株植物沉没在水下，为典型的水生植物。根退化或消失，表皮细胞可直接吸收水中气体、营养物和水分，叶绿体大而多，适应弱光环境，无性繁殖比有性繁殖发达。如狸藻、金鱼藻和黑藻等。浮水植物：叶片漂浮水面，气孔多分布在叶的表面，无性繁殖速度快，生产力高。如凤眼莲、浮萍、睡莲等。挺水植物：植物体大部分挺出水面，如芦苇、香蒲属等。,水生植物,（二）生物对环境水因子的适应,1.植物对水因子的适应指生长在陆地上的植物，包括湿生、中生和旱生三种类型。湿生植物：指在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足，是抗干旱能力最弱的陆生植物。根据其环境特点，还可以再分为阴性湿生植物和阳性湿生植物两个亚类。中生植物：指生长在水湿条件适中的生境中的植物。该类植物具有一套完整的保持水分平衡的结构和功能。其根系和输导组织均比湿生植物发达。旱生植物：生长在干旱环境中，能耐受较长时间的干旱环境，且能维护水分平衡和正常的生长发育，多分布在干热草原和荒漠区。,陆生植物,（二）生物对环境水因子的适应,(1)陆生植物对水因子的适应陆生植物可通过形态、生理适应来维持根系吸收水和叶蒸腾水间的平衡。水分充足时，气孔便张保证气体交换缺水干旱时，气孔便关闭以减少水分散失在低温地区和低温季节，植物的吸水量和蒸腾量小，生长缓慢，在高温地区和高温季节，植物的吸水量、蒸腾量和生产量都大(2)水生植物对环境的适应水生植物可通过发达的通气组织、退化的机械组织以及带状、线状的叶片来适应水环境。,（二）生物对环境水因子的适应,2.动物对水因子的适应不同类群的水生动物有着各自不同的适应能力和调节机制。渗透压调节可以通过限制体表对盐类和水的通透性，改变所排出的尿和粪便的浓度与体积，逆浓度梯度地主动吸收或主动排出盐类和水等的方法里实现。淡水动物体液的浓度对环境是高渗性的海洋生活的大多数生物，体内的盐量和海水是等渗或低渗性洄游鱼类从淡水转移到海水时，在48小时内，一般都能通过渗透压调节使体重和体液浓度恢复正常；由海水进入淡水时，通过提高排尿量来维持体内的水平衡。,(1)水生动物的渗透压调节,（二）生物对环境水因子的适应,2.动物对水因子的适应陆生动物通过特定的形态结构、躲避及迁徙行为、生理调节等方式来适应干旱环境。形态结构上的适应昆虫具有几丁质的体壁行为的适应沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，昆虫、爬行类、啮齿类等白天躲在洞内，夜里出来活动。生理适应如荒漠生活的鸟类和兽类往往具有能重吸收水分的肾。爬行动物和鸟类以尿酸的形式向外排泄含氮废物，甚至有的以结晶状态排出。,(2)陆生动物对环境湿度的适应,四、土壤因子的生态作用及生物的适应,（一）土壤因子的生态作用,土壤是岩石圈表面能够生长动物、植物的疏松表层，是陆生生物生活的基质，它提供生物生活所必需的矿物质元素和水分。生态系统中物质与能量交换的重要场所；生态系统中生物部分和无机环境部分相互作用的产物；土壤是一个重要的环境因子。,土壤不仅能为陆生生物提供生活所必需的基质、矿物质元素和水分，它自身也是一个有生命的子系统。,（一）土壤因子的生态作用,土壤中的各种组分以及它们之间的关系，影响着土壤的性质和肥力，从而影响生物的生长。土壤肥力土壤及时地满足生物对水、肥、气、热要求的能力，称为土壤肥力。肥沃的土壤是生物正常生长发育的基础。,有机质类物质,矿物质,营养物质,必需的生命元素,植物生长,水分、养料、温度和空气,水分、养料、温度和空气,土壤,（一）土壤因子的生态作用,土壤的生物作用：根际微生物与植物关系生物固氮和共生从植物根系得到自身需要的糖类物质，供给植物所需的氮素真菌可以和植物形成菌根型共生，利于植物对营养元素的吸收,分解和转化有机物质促进元素的循环影响、改变土壤的化学性质和物理结构,（二）植物对土壤因子的适应,根据植物对土壤酸度的反应可划分为：酸性土植物生态类型中性土植物生态类型碱性土植物生态类型根据植物对土壤中矿质盐类（如钙盐）的反应可划分为：钙质土植物嫌钙植物根据植物对土壤含盐量的反应可划分为：盐土植物碱土植物,植物对于长期生活的土壤会产生一定的适应特性。因此，形成了各种以土壤为主导因素的植物生态类型。,（二）植物对土壤因子的适应,1.盐土对植物的影响(1)引起植物的生理干旱提高了土壤溶液的渗透压(2)伤害植物组织尤其在干旱季节，盐类积聚(3)引起细胞中毒使原生质受害，蛋白质的合成受到严重阻碍(4)影响植物的正常营养元素的竞争；气孔不能关闭2.碱土对植物的影响（1）土壤的强碱性能毒害植物根系（2）土壤物理性质恶化，土壤结构受破坏，质地变劣，透水性差,（二）植物对土壤因子的适应,3.植物对盐碱土的适应生长在内陆的为旱生盐土植物，如盐角草等。生长在海滨的盐土植物为湿生盐土植物，如盐蓬等。在形态上：植物体干而硬；叶子不发达，蒸腾表面缩小，气孔下陷；表皮具有厚的外壁，常具灰白色绒毛。细胞间隙缩小，栅栏组织发达。在生理上：(1)聚盐性植物：通过积累盐分，提高细胞内的渗透压来维持水平衡。(2)泌盐性植物：通过茎、叶表面的盐腺来排除体内的过多盐分。(3)透盐性植物：通过体内高浓度的可溶性有机物而提高渗透压的。,能在含盐量很高的盐土或碱土里生长的植物，都具有一系列适应盐、碱生境的形态和生理特性，这类植物被称为盐土植物和碱土植物。,五、其他环境因子的生态作用及生物的适应,(一)火因子的生态作用及生物的适应,1.火的生态作用小面积火，维护了原有的生态环境，利于植被的恢复。低强度，时间短，对生态系统破坏程度小，可维持原有水平。计划用火，在人为控制下，安全可靠而且效果显著。2.生物对火因子的适应火对植物的作用受火的强度，植物的年龄，茎秆粗细，植物体内易燃性物质（挥发油、油脂、纤维素）的含量，植物生长的环境及植物的品种等多种因素所影响。草本植物火烧后返青快、长得更茂盛，灌木在火烧后比乔木更易生长。会影响野生动物的分布及数量。,火促进了自然界的物质再循环，刺激了植物的生长。这种作用比通过细菌等微生物的分解要快得多。,(二)雪对生物的生态作用及生物的适应,温带地区和高纬度地区或高山上的冬季降雪常形成稳定的积雪覆盖层，称为雪被。雪被的导热率低，所以在寒冷的季节里，它能够保护土壤，使其不至于结冰或冻结，从而使深雪下的动植物免受冻害。雪被改变了动物的活动及食物条件，所以在长期的进化过程中，动物在行为等方面产生了一系列对雪被的适应对策。在雪环境中生活的动物有着各种各样的适应性。它们的毛色大多是白色或浅色的。,(三)风对生物的生态作用及生物的适应,风是空气流动的表现。它的形成取决于温度及其引起的气压变化。地球表面风的分布规律，决定于地面太阳热能分布不均而引起的气压分布不均，加之地球自西向东的转动，使地球表面存在有规律的风带和气压带。风对动物的影响主要表现在地理分布上。大气中的浮游生物，大多数都是些被气流控制在不同高度的小节肢动物。风是动物进行物种传播的重要因素，许多动物都是借助风而进行迁徙的。,(三)风对生物的生态作用及生物的适应,许多禾本科作物和森林树种的传粉是靠风作媒介的，这类植物称为“风媒植物”。,借助风力传播的果实和种子的形态特征蒲公英的果实（顶端具有冠毛）马利筋的种子（顶端有种毛）铁线莲的果实（花柱残留呈羽状）/酸浆的果实（外包花萼所成的气囊）,六、环境因子作用的一般规律,(一)环境因子与生态因子生态因子指对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。生存条件生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件又称为生存条件。生态环境生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体即为生态环境，主要由自然因素形成，并间接地、潜在地、长远地对人类的生存和发展产生影响。生境一个生物体或生物体组成的群落所栖居的地方称为生境，包括周围环境中一切生物的和非生物的因素或条件。,(二)环境因子作用的一般特征,1.环境因子的综合作用环境因子彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，将引起其他因子不同程度的变化及其反作用。环境因子对生物的作用具有综合性、非等价性、阶段性、不可替代性和互补性等基本特征。,(二)环境因子作用的一般特征,2.主导因子及特点在诸多环境因子中往往会有一个或两个因子，在一定条件下，对生物起决定性作用，被称为主导因子。主导因子发生变化时会引起其他因子发生变化或使生物的生长发育发生明显变化。植物光合作用光照（主导因子），温度和CO2（次要因子）植物春化阶段低温（主导因子），湿度和通气条件（次要因子）,(二)环境因子作用的一般特征,3.直接作用和间接作用环境中的地形因子，其起伏、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的，而是通过影响光照、温度、降水、食物等对生物生长、分布等起作用。对生物因子而言，寄生、共生关系是直接作用。植物群落结构变化对大型捕食者种群动态的影响多是间接作用。,(二)环境因子作用的一般特征,4.环境因子作用的阶段性生物生长发育的不同阶段对环境因子的需求是不同的。因此，环境因子对生物的作用具有阶段性特点，这种阶段性既与环境的规律性变化密切相关，也是生物进化适应的结果。对于这些洄游性的鱼类而言，生命的不同阶段对环境的需求不同，环境因子作用的阶段性，则是生物长期进化的结果。,(二)环境因子作用的一般特征,5.环境因子的不可代替性和补偿作用环境因子具有不可代替性。缺少主导因子会影响生物的正常生长发育，甚至使生物发生疾病或死亡。许多条件下，在多个生态因子的综合作用过程中，某一因子在量上的不足，可以由其他因子来补偿，并且同样可以获得相似的生态效应。如植物进行光合作用的过程中，如果光照不足，可以增加二氧化碳的量来补足；软体动物在锶元素多的地方，能利用锶来补偿壳中钙的不足。,(三)环境因子的限制性作用,1.限制因子生物的生存和繁殖依赖于各种环境因子的综合作用，但是其中必有一种或少数几种因子是限制其生存和繁殖的关键性因子，称为限制因子。任何一种环境因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。限制因子常发生在一种生物对某一环境因子的耐受范围很窄，而且这种因子又易于变化的情况下。限制因子使生态学家掌握了研究生物与环境复杂关系的钥匙。因为，各种环境因子对生物来说并非同等重要，生态学家一旦明确了限制因子，就意味着找到了影响生物生存和发展的关键性因子。,(三)环境因子的限制性作用,2.Liebig最小因子定律植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养成分。人们把他的这种观点称为“Liebig 最小因子定律”（19 世纪中叶，德国有机化学家Liebig）。该定律具有一定的普适性，除适用于营养物质外，也适用于温度和光等其他的环境因子。Odum E P（1973）补充：该定律只能用于稳定状态的系统，也就是说，如果在一个生态系统中，物质和能量的输入和输出不是处于平衡状态，那么植物对于各种营养物质的需要量就会不断变化，在这种情况下，就不能应用该定律。必须要考虑各种因子之间的相互作用。如果有一种营养物质的数量很多或容易吸收，它就会影响到数量短缺的那种营养物质的利用率。另外，生物也可以利用相似的替代元素，如果这两种元素化学性质相似，常常可以由一种元素替代另一种元素的作用。,(三)环境因子的限制性作用,3.Shelford耐受性定律生物对每一种环境因子都有其耐受的上限和下限，上限与下限之间就是生物对这种环境因子的耐受范围，称生态幅。任何一个环境因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受性限度时，都会使该生物衰退或不能生存。Shelford 耐受性定律可以形象地用一个钟形耐受曲线表示。,生物对环境因子的耐受曲线,(三)环境因子的限制性作用,广温性生物可耐受很广的温度范围（如豹蛙、斑鳟），称广温性生物。狭温性生物只能耐受很窄的温度范围（如鲑鱼、南极鳕），称狭温性生物。对其他的环境因子也同样可以按此作划分如广湿性、狭湿性；广盐性、狭盐性等。广适性生物属广生态幅物种，狭适性生物属狭生态幅物种。,(三)环境因子的限制性作用,生物在环境梯度上的位置及所占有的宽度在一定程度上可以改变，这些改变有的是表型的变化，有的是遗传学上的变化。生物对环境条件缓慢而微小的变化具有一定的调整适应能力，甚至能够逐渐适应生活在极端环境中。濒危物种常是狭生态幅的生物。驯化过程实际上是生物体内决定代谢速率的酶系统的适应性改变过程。,豹蛙在某一特定温度下的耗氧量决定于在此之前它们的驯化温度,金鱼在两种不同温度下驯化后所形成的对温度的两种耐受限度,(三)环境因子的限制性作用,耐受性定律和最小因子定律的关系，可从以下三个方面进行理解：最小因子定律只考虑了因子量的过少，而耐受性定律既考虑了因子量的过少，也考虑了因子量的过多。耐受性定律不仅估计了限制因子量的变化，而且估计了生物本身的耐受性问题。生物耐受性不仅因种而异，且在同一种内，耐受性也因年龄、季节、栖息地的不同而有差异。耐受性定律充分考虑了环境因子间的相互作用，如因子替换作用和因子的补偿作用。对这两个定律的正确理解和把握，对于树立环境生态学的学术视野和学术思维是很重要的。,