生态学1有机体与环境.ppt

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1、第一部分 有机体与环境,我们把自然界分为两大类：生物与非生物。这两大类几乎总是可区别、可分开的，但它们又不能彼此孤立地存在。生物依赖于环境，它们必需与环境连续地交换物质和能量，需适应子环境才能生存；生物又影响环境，改变了环境的条件，生物与环境在相互作用中形成统一的整体。,1.生物与环境,生态学涉及生物与其存在的环境。环境的变化决定了生物的分布与多度。生物的生存又影响了环境，生物与环境是相互作用、相互依存的。因此我们首先应该了解和掌握生物与环境的生态作用规律和机理。,1.1 生态因子,1.1.1 环境1.1.2 生态因子,1.1.1 环境,环境(environment)是指某一特定生物体或生物群

2、体周围一切的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。因此，环境依主体而定，有大小之分，大到整个宇宙，小到基本粒子。,1.1.1 环境,生物环境一般可分为大环境(macroenvironment)和小环境(microenviroment)。大环境是指地区环境、地球环境和宇宙环境。大环境中的气候称为大气候(macroclimate)，是指离地面1.5m以上的气候，是由大范围因素所决定，如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等。小环境是指对生物有直接影响的邻接环境，即指小范围内的特定栖息地。大环境直接影响着小环境，对生物体也有直接或间接影响。,1.1.1 环境,小环境对

3、生物的影响也更为重要，它的存在，为生物提供选择自身所需要的生活条件。小环境中的气候称小气候(microclimate)，是指近地面大气层中1.5 m以内的气候。小气候变化大，受局部地形、植被和土壤类型的调节，与大气候有极大的差别。,1.1.2生态因子,生态因子(ecological factor)是指环境要素中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。在生态因子中，对生物生存不能缺少的环境要素，有时也称生存条件，如二氧化碳和水是植物的生存条件，对于动物是食物、热能和氧气。所有生态因子构成生物的生态环境，特定生物体或群体的栖息地的生态环境称生境(habitat)。

4、,生态因子的分类,1、按其性质分为气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子等5类。2、按有无生命的特征分为生物因子和非生物因子两大类。3、按生态因子对动物种群数量变动的作用，将其分为密度制约因子和非密度制约因子。4、按生态因子的稳定性及其作用特点，分稳定因子和变动因子两大类。,生态因子作用特征,1、综合作用 2、主导因子作用 3、阶段性作用4、不可替代性和补偿性作用 5、直接作用和间接作用生态因子与生物之间的相互作用是复杂的，只有掌握了生态因子作用特征，才有利于解决生产实践中出现的问题。,1、综合作用,环境中的每个生态因子不是孤立的、单独的存在，总是与其他因子相互联系、相互影响、相互制

5、约的。因此任何一个因子的变化，都会不同程度地引起其他因子的变化，导致生态因子的综合作用。例如山脉阳坡和阴坡景观的差异，是光照、温度、湿度和风速的综合作用结果。动植物的物侯变化是气象变化影响的结果。生物能够生长发育，是依赖于气候、地形、土壤和生物等多种因素的综合作用。温度与湿度可共同作用于有机体生命周期的任何一个阶段(存活、繁殖、幼体发育等)，通过影响某一阶段而限制物种的分布。,2、主导因子作用,对生物起作用的众多因子并非等价的，其中有一个是起决定性作用的，它的改变会引起其他生态因子发生变化，使生物的生长发育发生变化，这个因子称主导因子。如植物春化阶段的低温因子；若以水分为主导因子，植物可分为水

6、生、中生和旱生生态类型。,3、阶段性作用,由于生态因子规律性变化导致生物生长发育出现阶段性，在不同发育阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不同强度，因此生态因子对生物的作用也具有阶段性。例如低温在植物的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的；水是多数无尾两栖类幼体的生存条件，但成体对水的依耐性就降低了。,4、不可替代性和补偿性作用,对生物作用的诸多生态因子虽然非等价，但都很重要，一个都不能缺少，不能由另一个因子来替代。但在一定条件下，当某一因子的数量不足，可依靠相近生态因子的加强得以补偿，而获得相似的生态效应。例如软体动物壳生长需要钙，环境中大量锶的存在可补偿钙不足对壳生长的限

7、制作用。又如光照强度减弱时，植物光合作用下降可依靠C02浓度的增加得到补偿。,5、直接作用和间接作用,生态因子对生物的行为、生长、繁殖和分布的作用可以是直接的，也可以是间接的，有时还要经过几个中间因子。直接作用于生物的，如光照、温度、水分；二氧化碳、氧等；间接作用是通过影响直接因子而间接影响生物，如山脉的坡向、坡度和高度通过对光照、温度、风速及土壤质地的影响，对生物发生作用；又如冬季苔原土壤中虽然有水，但由于土壤温度低，植物不能获得水，而叶子蒸发继续失水，产生植物冬天干旱，即冬天干旱是由寒冷的间接作用产生的。,1.2 生物与环境的相互作用,1.2.1 环境对生物的作用1.2.2 生物对环境的反

8、作用 生物与环境的关系是相互的和辩证的。环境作用于生物，生物又反作用于环境，两者相辅相成。,1.2.1 环境对生物的作用,环境的非生物因子对生物的影响，一般称为作用。环境对生物的作用是多方面的，可影响生物的生长、发育、繁殖和行为；影响生物生育力和死亡率，导致种群数量的改变；某些生态因子能够限制生物的分布区域。,1.2.2 生物对环境的反作用,生物对环境的影响，一般称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况。,1.3 最小因子、限制因子与耐受限度,1.3.1 利比希最小因子定律1.3.2 限制因子1.3.3 耐受限度与生态幅,1.3.1 利比希最小因子定律,低于某种生物需要的最小量

9、的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。作物的产量往往不是受其需要量最大的营养物的限制，例如不受C02和水的限制，而是取决于在土壤中稀少的又为植物所需要的元素，例如硼、镁、铁等。,1.3.2 限制因子,任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子(Limiting factor)。,1.3.3 耐受限度与生态幅,1耐受性定律2生态幅3耐受限度的调整,1耐受性定律(Law of tolerance),任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或者过多，即当接近或达到某种生物的耐受限度时会使该物种生物衰退或不能生存。,(1)每一种生物

10、对不同生态因子的耐受范围存在着差异，可能对某一生态因子耐受性很宽，对另一个因子耐受性很窄，而耐受性还会因年龄、季节、栖息地区等的不同而有差异。对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广。,(2)生物在整个个体发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的。在动物的繁殖期、卵、胚胎期和幼体、种子的萌发期，其耐受性限度一般比较低。,(3)不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的。如鲑鱼对水温的耐受范围为012，最适温度为4；豹蛙的耐受范围为030，最适温度为22。,(4)生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其他生态因子的耐受限度也下降。例如，陆地生物对温度的耐受性往往与它们的湿度耐受性

11、密切相关。当生物所处的湿度很低或很高时，该生物所能耐受的温度范围较窄；所处湿度适度时，生物耐受的温度范围比较宽。反之也一样，表明影响生物的各因子间存在明显的相互关联。,2生态幅,每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上限和下限)之间的范围，称为生态幅(ecological amplitude)或生态价(ecological valence),生态幅的比较,生态学中常用“广”和“狭”表示生态幅的宽度，宽与狭作为字首与不同因子配合，就表示某物种对某一生态因子的适应范围。例如：广温性、狭温性；广水性、狭水性；广盐性、狭盐性；广食性、

12、狭食性 等,3耐受限度的调整,生物对环境生态因子的耐受范围并不是固定不变的，通过自然驯化或人为驯化可改变生物的耐受范围，使适宜生存范围的上下限发生移动，形成一个新的最适度，去适应环境的变化。这种耐受性的变化是直接与生物化学的、生理的、形态的及行为的特征等相关。,思考题,1概念与术语：环境、生态因子、生态幅、大环境、小环境、大气候、小气候、生境、密度制约因子、非密度制约因子、限制因子、广温性、狭温性 2什么是最小因子定律?什么是耐受性定律?3生态因子相互联系表现在哪些方面?,2 能量环境,太阳表面以电磁波的形式不断释放的能量称为太阳辐射或太阳光。绿色植物将太阳能转化成化学能贮存于植物体内，这一过

13、程是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。太阳辐射又温暖了地球表面，使生物能够生长、发育和繁衍，并对生物的分布起了重要的作用。因此，光和温度组成了地球上的能量环境。,2.1 地球上光及温度的分布,地球截取的太阳能约为太阳输出总能量的20亿分之一。地球上绿色植物光合作用所固定的太阳能，只占从太阳接受的总能量的千分之一。太阳辐射的强度、时间(代表辐射的量)和光谱成分(代表辐射的光质)对生物的生长发育和地理分布产生重要的影响。,2.1.1 地球上光的分布,太阳辐射光谱主要由短波(紫外线、波长小于380 nm)、可见光(波长380760 nm之间)和红外线(波长大于760nm)组

14、成。三者分别占太阳辐射总能量的9、45和46。大约辐射能的一半是在可见光谱范围内。,2.1.1 地球上光的分布,第一，大气圈的反射和散射，最后到达地球表面的仅是总太阳辐射的47，其中直接辐射为24，散射为23；第二，太阳高度角影响了太阳辐射强度。第三，地球公转时，轴心以倾斜的位置导致地球表面不同纬度，在不同季节，每天接受太阳辐射的时间呈周期性变化；第四，地面的海拔高度、朝向和坡度，也引起太阳辐射强度和日照时间的变化。,2.1.1 地球上光的分布,水体中太阳辐射的减弱更为强烈，光质也有更大变化。红外线和紫外线在水的上层被吸收，红光在4m深水中光强度降到1，只有500nm波长范围内的辐射能达到较深

15、的深度，使海洋深处显示为蓝绿光,2.1.2 地球上温度的分布,太阳辐射是地球表面的热能来源。一切物体吸收太阳辐射后温度升高，同时又释放出热能，成为地表大气层的主要热源。地球表面大气温度变化很大，它主要取决于太阳辐射量和地球表面水陆分布。,2.1.2 地球上温度的分布,2.1.2.1 地表大气温度的分布与变化2.1.2.2 土壤温度的变化2.1.2.3 水体温度的变化,2.1.2.1 地表大气温度的分布与变化,1、空间变化：大约纬度每增加1，年平均气温降低0.5。因此，从赤道到北极形成了热带、亚热带、北温带和寒带。2、时间变化：日变化、年变化,2.1.2.2 土壤温度的变化,1土壤表层的温度变化

16、远较气温剧烈，随土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。2随土壤深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比。3土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置。4土壤温度的年变化在不同地区差异很大。,2.1.2.3 水体温度的变化,水体温度随时间的变化 水体由于热容量较大，因而水温的变化幅较大气小。海洋水温昼夜变化不超过4，随深度增加变化幅减小。15m以下深度，海水温度无昼夜变化，140 m以下，无季节性变化。赤道及两极地带海洋的温度年较差不超过5，而温带海洋水温年较差为1015，有时可达23。,2.2 生物对光的适应,2.2.1 光质的生

17、态作用及生物的适应2.2.2 光照强度的生态作用及生物的适应2.2.3 生物对光照周期的适应,2.2.1 光质的生态作用及生物的适应,380710nm之间波长的辐射能，称为光合有效辐射 叶绿素吸收最强的光谱部分是640660nm波长的红光和430450nm波长的蓝紫光，吸收最少的是绿光 光质不同对植物形态建成、向光性及色素形成的影响也不同。,2.2.2 光照强度的生态作用及生物的适应,2.2.2.1 光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用2.2.2.2 植物对光照强度的适应性2.2.2.3 动物对光照强度的适应,2.2.2.1 光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用,光照强度影响发育、

18、成长、繁殖等,2.2.2.2 植物对光照强度的适应性,很多种植物叶子的每日运动反映了光强度和光方向的日变化，而温带落叶树叶子的脱落是对光强度的年周期变化的反映。,2.2.2.3 动物对光照强度的适应,光照强度使动物在视觉器官的形态上产生了遗传的适应性变化 动物的活动行为与光照强度有密切关系。动物每天开始活动的时间常常是由光照强度决定的,2.2.3 生物对光照周期的适应,植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的反应，称为光周期现象。长日照植物、短日照植物、中日照植物、日中性植物,2.2.3 生物对光照周期的适应,(1)繁殖的光周期现象(2)昆虫滞

19、育的光周期现象(3)换毛与换羽的光周期现象(4)动物迁徙的光周期现象,23 生物对温度的适应,2.3.1 温度与动物类型 2.3.2 生物对温度的反应2.3.3 生物对极端温度的适应2.3.4 生物对周期性变温的适应2.3.5 物种分布与环境温度,2.3.1 温度与动物类型,1.通常将有机体划分为“温血动物”和“冷血动物”。2.将有机体分为常温动物和变温动物。3.把有机体分为外温动物和内温动物。,2.3.2 生物对温度的反应 酶反应速率与温度阈,1.酶催化反应的速度随温度而增加 2.当环境温度超过生物耐受的高温限和低温限时，酶的活性将受到制约。3.高温导致有机体脱水，使动物失去了降温的能力，使

20、植物大量失水，破坏水分平衡，高温下的失水率能够成为致死因子。4.低温对生物的伤害有两种：冻害、冷害,2.3.2 生物对温度的反应 生物发育和生长速度,1.温度直接影响了外温动物和植物的发育和生长速率 2.生物学零度;有效积温 KN(T-C),2.3.2 生物对温度的反应 驯化和气候驯化,1.温度能够作为一种刺激物起作用，决定有机体是否将开始发育。2.内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会比在温暖环境中高。这些变化称为驯化。3.如果是在自然界中产生的驯化称为气候驯化。,2.3.3生物对极端温度的适应 生物对低温的适应,1.植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，体表有蜡粉和密毛，茎粗

21、短弯曲，枝条常成匍匐状，皮坚厚等。2.贝格曼规律、阿伦规律,2.3.3生物对极端温度的适应 生物对低温的适应,3.内温动物在冬季增加了羽、毛的密度及质量，增加了皮下脂肪的厚度。4.植物通常减少细胞中的水分，增加糖类、脂肪和色素等物质以降低冰点。,2.3.3生物对极端温度的适应 生物对低温的适应,5.北方小内温动物对寒冷适应的另一种生理表现为异温性,2.3.3生物对极端温度的适应 生物对高温的适应,1.在形态上，有密绒毛和鳞片，或色呈白色、银白色，叶片发光，或叶片垂直主轴排列，使叶缘向光等。2.生理上降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，增加原生质的抗凝结能力。3.以靠旺盛的蒸腾作用避免植物体过热。

22、,2.3.4 生物对周期性变温的适应,植物适应温度及水的年周期变化，形成了春天发芽、生长，夏季开花、结果，秋季落叶，随即进入休眠的生长发育节律。动物对季节性变温产生冬眠与夏眠的适应。动物的换毛换羽、迁徙、回游及春夏季繁殖均是对年周期温度节律的适应性表现。鱼类的生长随水温的季节变化加快或减慢，使鱼的鳞片及耳石具有像植物茎横切面上那种“年轮”，从而可鉴定鱼类的年龄。生物对高温的适应。,2.3.5 物种分布与环境温度,1.地球上主要生物群系的分布成为主要温度带的反映。表明年均温度、最高温度和最低温度都是影响生物分布的重要因子。2.相对湿度和温度间的关系，两者共同作用决定了地球上生物群系分布的总格局。,2.3.5 物种分布与环境温度,1.高纬度高海拔的限制 冬温过低；夏温不足2.低纬度低海拔的限制 夏温过高；冬季冷期过短,思考题,1概念与术语 外温动物 内温动物 异温动物 驯化 气候驯化 适应性低体温 发育阈温度或生 物学零度 春化 黄化现象 2生物对光照会产生哪些适应?3生物对极端的高温和低温会产生哪些适应?4物种的分布完全由温度决定吗?,