生态学-2-生物与环境幻灯片

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1、第二章 生物与环境,生物与环境之间的相互关系 是生态学研究的主题 适应过程与塑造作用 形成过程与改造作用,第一节 环境概述,一、环境与生境 1环境（environment） 1.1 环境概念：生态学中的环境概念是指生态系统中生物有机体周围一切要素的总和。 环境本质：是生物生存和发展的资源及其影响因素 尺度效应：大环境与小环境 大环境(macro-environment):地区环境、地球环境 如西双版纳的环境，黄河三角洲的环境等。 小环境(micro-environment):直接影响生物生命活动的 近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等。,大环境（全球大气环流和洋流）,小环境（小气候）,1.2 环

2、境的类型 按主体分:人类环境和生物环境 按性质分:自然环境、半自然环境、社会环境 按范围分:地球环境、区域环境、微环境、内环境 按气候（climate）分: 大气候:大环境的气候条件,是指离地面1.5m以上的气候。 小环境:小环境的气候条件(小范围内的特定栖息地),是指近地面大气层中1.5m以内的气候。 2生境(habitat) 生境又称栖息地，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。,二、生物的能量环境,生命生存必需的能量太阳辐射 主要来自太阳辐射，太阳产生的能量以电磁波 的形式向周围辐射。 太阳常数：地球表面在太阳直射、没有大气圈 的条件下，获得的太阳能为8

3、.12J/cm2min。 实际平均只有47%左右到达地面。 太阳辐射功能 热能：加热地球表面，引起空气和水的流动 光能：绿色植物转化为化学能,1.1 光照强度:在地球表面有空间和时间的变化规律 空间变化：纬度、海拔高度、地形、坡向 纬度变化：光照强度在赤道最大；随着纬度的增加，太阳 高度变低，光照强度相应减弱。 海拔变化：光照强度随着海拔高度的升高而增强，因为海 拔高度越高，空气密度越稀薄。 坡向和坡度变化：北半球温带地区太阳位置偏南，南坡 所接受的光照比平地多;反之,北坡就比较少。 时间变化：有四季变化和昼夜变化 夏季光照最强，冬季最弱； 中午光照最强，早晚最弱。,1. 光的变化规律,1.2

4、 光谱成分 大气层对太阳辐射的吸收和散射具有选择性,太阳辐射通过大气后,强度减弱,光谱成分发生了变化. 太阳高度:太阳高度升高,紫外线和可见光所占比 例增大;反之高度变小,长波光增加。 纬度：低纬度处短波光多，高纬度长光波多 海拔：随海拔升高长波光减少，短光波随之增多 时间：夏季短光波多,冬季长光波多； 中午短光波多，早晚长光波多。,备注：太阳高度:太阳光线与地平面之间的夹角，全称太阳高度角，简称太阳高度。,1.3 光照长度 日照长度随纬度变化而进行不同的周期性变化。 纬度越低，最长日和最短日光照差距越 小，如赤道地区分别都是12小时。 随着纬度的增加，最长日和最短日的差距 越来越大。 纬度越

5、高日照长短的变化越明显,2.1 空间变化 纬向变化：纬度每增加1度，年均温度大约降低0.5。 原因：低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，昼夜长短差异小，太阳辐射量的季节分配比较均匀。在北半球随着纬度北移，太阳辐射量减少，温度逐渐降低。 海拔变化：通常海拔每升高100m，平均温度降低0.5-0.6，相当于纬度北移1度。 原因：海拔高的地方，空气稀薄，水蒸气和CO2含量低，地面的辐射散热量大，所以尽管太阳辐射较强，温度还是较低。,2温度的变化规律,2.2 温度的时间变化 季节变化：地球绕太阳的公转是一年四季温度变化的原因。根据气候的冷暖、昼夜长短的节律，一年分为春、夏、秋、冬四季（平均温度10

6、-22为春秋季，10以下为冬季，22以上为夏季）。四季长短受纬度、海拔高度、海陆位置、地形、大气环流等因素的影响，各地差异较大。 昼夜变化：地球的自转引起的。日出后温度逐步上升，一般在13-14点达到最高值，以后逐渐下降，直到日出前降至最低值。此外，纬度高、海拔高以及远离海洋，昼夜温差也大。,2.3 土壤和水体中的温度变化 土温变化 白天土壤表面受热后，热量从表土向深层输送； 夜间土表冷却后，热量从深层向表层流动; 土壤温度的变化比大气要缓慢且稳定，所以冬暖夏凉。 水体温度变化：光线穿过水体时，辐射强度随深度的增加呈对数值下降，因此太阳辐射增温仅限于水体最上层。,三、生物的物质环境,1岩石圈和

7、土壤圈：是生物所需要的元素和化合物的源泉 岩石圈是指地球的地壳部分，常称为大陆圈。地表岩石经风吹、日晒和雨林，逐步风化分解成为母质，经过化学和生物的共同作用，形成了土壤层，即土壤圈。 2水圈：水圈包括占地球表面71%的海洋、内陆水域和地下水，是生命诞生的摇篮。 水的总量约为1.41018m3，其中淡水仅占2.53%，人类可以直接利用的江河湖泊淡水和地下淡水仅占总量的0.77%。水体中溶解有各种无机的和有机的营养物质，以及溶解在水中的CO2和O2，为生物的分布提供了物质基础。,3大气圈 大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层，大气质量的99%集中在离地表29km之内。 根据温度变化划分为四层

8、：对流层（约10-20km）、平流层(对流层以上直到大约50km的气层)、中间层（从平流层顶约至80km处是中间层）和电离层。 4生物圈 生物圈是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成的。生物圈最显著的特点是有大量的生物存在。,第二节 生态因子及其作用,环境因子：构成环境的各要素称为环境因子。 生态因子：指环境中对生物的生长，发育，生 殖，行为和分布有直接或间接影响 的环境因子，称为生态因子。如光 照、温度、水分、食物和其他相关 生物等。 生存因子：生态因子中生物生存不可缺少的因 子称为生物的生存因子=生存条件= 生活条件,一、生态因子的

9、分类,按其性质 气候因子：光、温度、水分、空气等 土壤因子：土壤结构、理化性质、土壤肥力和土壤生物 地形因子：坡向、地形起伏、高度等 生物因子：种群结构、密度、竞争、捕食、共生、寄生 人为因子：人类活动 按有无生命的特征 生物因子 非生物因子 按生态因子的稳定性及其作用特点 稳定因子：地心引力、地磁、太阳辐射常数等 变动因子（周期性变动因子如四季变化和潮汐涨落； 非周期性变动因子如降雨、捕食）,一、生态因子的分类,按对种群数量变动 密度制约因子 对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。有调节种群密度的作用，如食物、天敌等生物因子。 正密度制约因子：导致生物的密度进一步增长 负密度制约因子：导

10、致密度的反馈性降低 非密度制约因子 生态因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子，如温度、气候等。,二、生态因子的作用特征,1. 综合性作用 生态因子是相互影响、相互制约中起作用的。例如光照强度的变化必然会引起大气和土壤温度和湿度的改变。 2. 非等价性作用/主导因子作用 对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1-2个是起主要作用的主导因子。如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。,3. 不可替代性和补偿性作用 生态因子虽非等价，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。但某一因子的数量不足，可以由其他因子来补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增

11、加得到补偿。 4.阶段性和限制性作用 生物在生长发育的不同阶段需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦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。 对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用的关键性因子叫限制因子。 5.直接作用和间接作用,二、生态因子的作用特征,三、生物与环境的相互作用,（一）环境对生物的作用 1.环境对生物的作用方式 环境对生物的决定作用 环境对生物的塑造作用 2.对生物存活的影响 对生物生长、发育的影响 对生殖、繁衍的影响 对生物的数量和分布的影响 对生物的种内、种间关系的影响,1.生物对环境的适应方式 形态的适应 生理的适应 行为的适应 各

12、种适应都有相应的遗传基础,（二）生物对环境的反作用,物种间的相互作用 得利； 表示受损；0 无明显影响 物种间的协同进化 一个物种在进化上的变化同时改变了与该物种相关的其它物种所承受的选择压力，导致相关物种的改变，反过来又对该物种的变化施以影响的过程。 二个或更多的相互作用的物种，其各自的进化是相互影响的，从而形成了一个相互作用的进化系统，这一机制称为协同进化。,生物对生物环境的响应与适应,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,案例1. 胡椒蛾黑化现象,100,80,60,300,200,100,Winter smoke, ug/m3,Percent frequency of melanic peppere

13、d moths,1960 1970 1980,烟尘实测值 烟尘变化趋势 黑化蛾变化趋势,随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降,夜间降低代谢率,有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量,案例2. 食物与代谢,四、生态因子的基本规律,最小因子定律 (Liebigs law of minimum) 德国农业化学家J.Liebig(利比希):植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。 E.P.Odum对Liebig定律的补充：一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡时才适用；二是要考虑因子间的替代作用。 最小因子定律的内涵: 生物需要一定种类和数量的营养物

14、，若其中一种营养物数量很少或完全缺失，生物生长不良或不能生存。 低于某种生物的最小需要量的生态因子，成为该生物生存和分布的限制因子。 应用价值:预测生物分布范围、引种、植物栽培等,2. 耐受限度与生态幅 2.1 谢尔福德耐受定律（Shelfords law of tolerance） 美国生态学家V.E.Shelford提出：任何一个生态因子在数量上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限度时会使该种生物将衰退或不能生存。 对耐受性定律的补充和发展: 每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异 生物在个体发育阶段中,对生态因子的耐受限度不同 不同的生物种,对同一生态因子的耐受性是

15、不同的 对多个生态因子耐受范围宽的生物,其分布区一般很广 生物对某一生态因子处于非最适状态时，对其他因子的耐受限度也下降。,四、生态因子的基本规律,四、生态因子的基本规律,2.2 生态幅 (ecological amplitude）(生态价) 1.生态幅：每一种生物对某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。 生态幅的类型 广温性(eurythermal) 狭温性(stenothermal) 广水性(euryhydric) 狭水性(stenohydric) 广盐性(euryhaline) 狭盐性(stenohaline

16、) 广食性(euryphagic) 狭食性(stenophagic) 广光性(euryphotic) 狭光性(stenophotic) 2.耐性的变化:耐性的差异；自然进化下耐性的变化； 耐性的人为改变。 应用价值:动物驯化、植物引种和内稳态的调控,第三节 生态因子对生物的作用及生物的适应,一、光的生态作用与生物的适应 1. 光强的生态作用与生物的适应 1.1 光照强度与植物 阳性植物:在强光下才能生长发育良好如松、杉、柏及栎。 阴性植物:需要在较弱的光照条件下生长如蕨类、苔藓类 中性植物:对光照具有较广的适应能力,又称耐阴植物 1.2 光照强度与动物 昼行性动物:适应于白天活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶. 夜行性动物:适应于夜晚，如猫头鹰、蝙蝠、家鼠、蛾类 晨昏性动物:适应于早晨黄昏的弱光下活动如蚊等 一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。,2.1 光质与植物 太阳辐射光谱主要由短波、可