生态系统中的生物与环境1

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1、第三章 生态系统中的 生物与环境,3.1 生物与环境关系的基本概念,3.1.1 生物种与个体生态学3.1.2 环境与生态因子3.1.3 生物与环境的基本关系,个体生态学：在个体水平层次上研究生物与环境之间一一对应关系，是研究生物个体发育、系统发育及其与环境关系的生态学分支。,3.1.1 生物种与个体生态学物种：是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。,个体发育：是指生物个体从出生到死亡的生长发育过程，在不同的环境因子（质或量的差异）作用下，生物个体会有不同的表现性状。系统发育：在环境作用下由个体发育一代接一代为适应环境而发生变异，并在选择作用

2、下的物种进化过程。,3.1.2 环境与态因子,3.1.2.1 环境的概念广义的环境（Environment)是指某一主题周围一切事物的总和。在生态学中，环境是指某一特定生物体或群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或群体生存与活动的外部条件总和。,环境的类型： （1）按环境的主体分类：以人为主体的人类环境，以生物为主体的生物环境。 （2）按环境性质分类：自然环境；半自然环境；社会环境。 （3）按人类对环境的影响与否分类：原生环境（自然环境）：次生环境（半自然环境和人 工环境）。 （4) 按环境范围大小分：宇宙环境（星际环境）；地球环境；区域环境；微环境；内环境,区域环境：大环境，是指生物所

3、处的大的物理区域。如地理纬度、大气环流、距海面距离等。微环境：小环境，是指对生物有直接影响的邻接环境。如动物巢、窝的环境、植物根系、水生生物直接接触的土壤或水质环境。生态学研究更重视小环境。生境：具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称为生境。,3.1.2.2 生态因子的概念与类型,生态因子：环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子。生态环境：所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境。,生态因子的类型,（1）气候因子，如光、温度、降水量和大气运动等因子。 （2）土壤因子，主要指土壤物理、化学性质、营养状况等，如土壤的深度、质地、母质、容重

4、、孔隙度、盐碱度、肥力等。 （3) 地形因子，指地表特征，如地形起伏、海拔、山脉、坡度、高度等地貌特征。 （4）生物因子，指生物之间的相互关系， 如种群结构、密度、竞争、扑食、共生、寄生等。 （5）人为因子，即人类活动对生物和环境的影响。,生态因子的类型,（1）第一周期性因素，是指由地球自转或公转及月相变化形 成的光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。 （2）次生周期因素，取决于第一周期性因素，如太阳辐射和温度周期变化导致大气湿度、降水量周期性变化。 （3)非周期性因素，指突发性或间接性出现的因素，如暴雨、山洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发性灾难，生物对这类因素很难形成

5、适应性。,3.1.3 生物与环境的基本关系,环境对生命系统的影响称为生态作用。 生命系统改变其自身的结构与过程以便与其生存环境相协调的过程称为生态适应。 而生物反过来对环境的影响和改变称为生态反作用。,3.1.3.1 生态作用,（1）因子的质 指因子的状态是否对生物有意义。 （2）因子的量 在因子的质对生物有意义的前提下，因子对生物的作用程度随其量的变化而变化。 （3）因子的持续时间 在质和量的基础上，环境因子对生物的作用必须有一定的持续时间才能对生物起作用，使生物做出响应。,3.1.3.2 生态适应,生态适应是生物处于特定环境条件（特别是极端环境）之下时发生的结构、过程和功能的改变，这种改变

6、有利于生物在新的环境下生存和发展。适应有长期适应和短期适应两类。,3.1.3.3 生态反作用与Gaia假说,生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用，如植物的生长使岩石碎屑形成土壤；生命活动也使池塘变浅直至填平；植物的光合作用使地球古大气从缺氧变成富氧状态等。地球大气的化学成分、温度和氧气状态受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收二氧化碳，还有排泄、分解废物等，对偏离做出反应，缓和地球表面的变化。,Gaia假说的生态学意义自工业化以来，热带雨林，对于调节气候、维持空气氧气和二氧化碳的平衡、保持水土的作用减少，调节能力的减弱。目前大气二氧化碳

7、浓度的升高，一方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面森林面积急剧减小也是一个重要因素。,3.2 生态作用的基本规律,3.2.1 限制因子定律3.2.2 生态因子综合作用定律3.2.3 生态因子的时空变化规律,3.2.1.1 李比希最小因子定律 （Liebiglaw of the minimum),李比希，德国化学家，现代植物矿物质营养学说的奠基人。他提出植物的生长取决于处于最小量状况的营养物质的量。即：每一种植物都需要一定种类和数量的营养物，如果其中有一种营养物完全缺失，植物就不能生存。如果该种营养物数量极微，就会对植物的生长产生不良影响。,(2) 限制因子（limiting factor）,限

8、制因子：生物在一定环境中生存，必须得到生存发展的多种生态因子，当某种生态因子不足或过量都会影响生物的生存和发展，该因子即为限制因子。 Blakman在1905年注意到因子过量的影响，发展了李比希最小因子定律，提出限制因子的概念，也称为限制因子定律（Blakmans law of limiting factors).许多生态研究就是去寻找限制因子，来解决实际问题。,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因子。,案例：低温对非洲蜂分布的限制,3.3.2 生态因子综合作用定律,生态因子的综合作用 生态因子的交互作用 生态因子作用的主次 直接作用和间接作用 生态因子的阶段性作用

9、 不可代替性和补偿作用,3.2.2 生态因子综合作用定律,(1) 综合作用：每一生态因子都不是孤立存在，而是在与其他因子相互影响、相互制约中起作用。如作物生长受水、光、营养物综合作用。(2)交互作用：当生物受到一个以上生态因子作用时，其综合作用效果并不是各单因子作用效果的简单累加，综合作用效果往往明显大于或小于各单因子作用之和。这是由于各因子相互作用，其效应相互叠加、相互抵消或互不相干，称为交互作用。,(3) 主次作用：在一定条件下起综合作用的诸多生态因子中，有一个或少数几个对生物起主要的、决定性作用的因子，称为主导因子，其他因子则为次要因子。,（4）直接作用和间接作用:区分生态因子的作用方式

10、对认识生物的生长、发育、繁殖及分布有重要意义。起直接作用的因子：光照、温度、水分状况等 起间接作用的因子：地形因子的起伏程度、坡向、坡度、经纬度、海拔等。,天山北坡生长着茂密的森林，而南坡却没有。主要原因是：天山北坡受大西洋和北冰洋水汽影响，年降水量大于南坡，适合森林生长；准噶尔盆地西部有缺口，便于水汽进入；而天山南坡为背风坡降水少，又为阳坡，蒸发量大，水分条件不适宜森林生长。,（5）阶段性作用：生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，具有阶段性特点，这种阶段性是由生态环境的规律性变化造成的。如光照长度在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是十分重要的。 青蛙在蝌蚪期水分对它是十分重要

11、的，但到了成年期，则就不是主要因子。,玉米在不同阶段对水分和温度的要求,（6） 同等重要不可替代和补偿作用:每个生态因子对生物的影响都是同等重要和不可替代的。如光合作用中的光和二氧化碳;植物生长需要土壤中的N、P、K、Ca、Mg等多种营养，缺一不可。 但是由于生态因子的综合作用，某因子在量上的不足，可以由其他因子来部分补偿，以获得相似的生态效应。如可以通过增加二氧化碳的浓度来补偿光照不足；一种元素少一点可以通过另一种化学性质类似的元素的充足来部分补偿。,3.2.3 生态因子的时空变化,生态因子的纬向递变性生态因子的径向递变性生态因子的垂直递变性生态因子的时间递变和周期性生态因子的非地带性,变和

12、周期性,各种生态因子都影响到生物群落的分 布，但其中起主要作用的是海陆分布、大 气环流和由于各地太阳高度角的差异所导 致的太阳辐射量的多少及其季节分布，亦 即与此相联系的水热状况。,太阳高度角：以平行光束射向地球表面的太阳辐射与地面的交角，称为太阳高度角。太阳高度角越小，太阳辐射穿过大气层的路程越长，辐射强度越弱。,太阳光,太阳高度角,太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射总量及其相关的热量也因纬度而异。每移动一个纬度，气温平均降低0.5-0.6。 我国由南向北（纬度由低向高）：太阳辐射总量、平均气温明显递减，而年度内的变幅呈递增性；日照长度递增，年度内变幅逐渐增大；降水量递减。,（一）

13、 生态因子的纬向递变性,2. 生态因子的经向递变性,我国自东向西，随着东经度数增加，海洋性气候向大陆性气候递变，年降水量递减，气温日较差递增。 主要因海陆分布和大气环流与地形相互作用影响形成，受地形因素干扰，有时不明显,3. 生态因子的垂直递变性,随海拔升高，气温递降，空气湿度和降水量递增。,（四） 生态因子的时间递变和周期性,地球自转和公转以及月球绕地球的运转决定了地球表面太阳辐射、气温、光照长度、海洋潮汐等主要气象因子的周期性变化。赤道地带的变幅较小，随纬度升高周期性变化幅度增大。,与生物直接相关的生态因子的周期性递变，导致生命活动的周期性变化。 生物钟现象：生物的生命活动随生态因子周期性

14、变化而表现出严格的节律性。常见的生物节律现象如植物的开花光周期，候鸟迁飞，鱼类洄游、昆虫繁殖及动物冬眠等。,（五） 生态因子的非地带性,受地形、地质构造、土壤矿质、土壤温度和水分等非地带性因素的影响，使具体的生态因子在特定条件下并不能全部表现典型的地带性和周期性。如沙漠地带的绿洲，高山阻隔形成的局部气候特征等，即“小气候”。,3.3 生态适应的基本规律,3.3.1 生物的耐受性3.3.2 胁迫与生态适应3.3.3 生态适应方式与机制3.3.4 生态适应与生物进化,3.3.1 生物的耐受性,耐性定律的特点,1. 每一种生物对不同生态因子耐受性不同，而且会随年龄、季节、栖息地等不同而变化。 2.

15、不同生物种，对同一生态因子耐受范围不同。 3. 生物的耐受限度随不同生长发育阶段而变化,繁殖期常常是一个临界期。 4. 生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对 其它生态因子的耐受限度也下降。 生物对某一特定生态因子来说往往并不是在最适的地方生活。,两个生态因子相互作用影响生物的适合度,生物对非生物因子的生理耐受范围与其分布有何关系？何种生态因子对其分布起最主要的限定作用？,3.3.1.3 生态幅,定义：每个种对环境因子适应范围的大小窄食性、广食性 窄温性、广温性 窄水性、广水性 窄盐性、广盐性 窄栖性、广栖性,3.3.2 胁迫与生态适应,3.3.2.1 胁迫非生物环境胁迫因子中，气候因子占大

16、多数。自然界中的生物并非都在环境因子的最适范围内生存，在适宜区之外到最低点或最高点之间的区域称为耐受区，此时生命活动要遭受一定程度的限制，即胁迫。,非生物环境胁迫因子中，气候因子占大多数。,3.3.2.2 环境胁迫与生物体响应过程,（1）预警阶段 （2）抗性阶段 （3）耗尽阶段 （4）再生阶段,3.3.2.3 植物对逆境的抵抗方式,（1）逆境逃避：是指植物通过各种方式避开或部分避开逆境的影响。 （2）逆境忍耐：是指植物在不良环境中，通过代谢变化来阻值、降低甚至修复有逆境带来的伤害，从而保证正常生理活动。 （3）御逆性：植物具有防御逆境的能力，以抵御逆境对植物的有害影响，使植物在逆境下仍维持正常生理状态。(逆境排外),3.3.2.4 克服胁迫的代价与对策,以降低生物量、生长和生殖生长效率为代价，在产量与生存间达到平衡。 遵循用进废退原则，牺牲对其他次要因子的适应。对极端环境条件具有极强适应能力的生物，丧失了在其他环境下生存的能力。,