生态学有机体与环境.doc

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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。生物依赖于环境 生物又影响环境1 生物与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1.1 生态因子1.1.1 环境环境(environment)：指某一特定生物体或群体以外的空间，及直接、间接影响生物体或生物群体生存的一切事物的总和。生境(habitat)：生物个体、种群和群落，在其生长、发育和分布的具体地段上各种具体环境因子的综合作用环境类型 自然环境：包括大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈等。人工环境：包括所有的植物栽培、引种驯化、人为管理和人工控制下的环境。生物环境一般分为大环境和小

2、环境。大环境：指地区环境、地球环境和宇宙环境。-大气候小环境：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。-小气候生物群系：如热带森林1.1.2 生态因子 定义：环境要素中对生物起作用的因子。或环境中对生物的生长、发育、繁殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。如：光照、温度、水分、O2、CO2 、食物和其他生物。1). 生态因子的分类（1）按其性质划分：气候因子：土壤因子：地形因子：生物因子：人为因子：（2）按有无生命的特征划分：（3）按生态因子对动物种群数量变动的作用划分：（4）按生态因子的稳定性及其作用特点分：2). 生态因子作用特征（1）综合作用 各个生态因子之间互相联系

3、、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，必然在不同程度上引起其它因子的变化，导致生态因子的综合作用。如光强变化温度改变湿度改变蒸发、蒸腾改变。（2）主导因子作用 组成环境的所有生态因子不是等价的，在一定条件下，其中必然有一个或两个是起着主导作用的，这种起主导作用的因子就称为主导因子主导因子的含义有二种：从因子本身来说，当所有因子的质和量相等时，其中某个因子的变化，能引起生物全部生态关系发生变化。如静风暴风。由于某类因子的存在与否和数量变化，从而使生物的生长发育发生明显的改变。如植物春化阶段的低温因子，光周期中的日照长度等（3）阶段性作用生物在生长发育的不同阶段，往往需要不同的生态因子，也即

4、生物对生态因子的需要是分阶段的。如低温对某些作物的春化作用是必要的，但在后期是有害的。许多动物幼体和成体生活在完全不同的环境中，对生态因子的要求就差异很大。（4）不可替代性和补偿性作用生态因子虽然不是等价的，但是不可缺少，而是同等重要的。某个因子的缺少，就会引起生物的正常生活失调，生长受阻，甚至死亡。而任何一个因子都不能由另一个因子来代替，这就是生态因子的不可替代性和同等重要性规律。在一定情况下，某一因子在量上的不足，可以由其它因子的加强而得到调剂和补偿。如光强减弱所引起的光合作用下降，可通过CO2浓度的增加而得到补偿。（5）直接作用和间接作用在对植物的生长发育状况及其分布的分析研究中，必须区

5、别生态因子的直接作用和间接作用。许多地形因子，如地形起伏、坡向、坡度、海拔、经纬度等，都可以起间接作用。如四川二郎山的“焚风”现象1.2 生物与环境的相互作用1.2.1 环境对生物的作用A. 影响生物的生长、发育、繁殖和行为；B. 影响生物生育力和死亡率，导致种群数量的改变；C. 限制生物的分布区域1.2.2 生物对环境的反作用A 改变了生态因子的状况；B 土壤微生物与土壤动物的活动，改变了土壤的结构和理化性质；C 动植物残体的分解，改变了土壤养分；D人类活动导致全球气候变化。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 1840年德国有机化学家J. Liebig（李比希

6、）在研究植物时发现：植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素，这就是利比希最小因子定律。利比希最小因子定律的基本内容:低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。E. P. Odum对Liebig定律的补充（1）Liebig定律只在极严格的稳定条件下才能应用。如果一个生态系统中，物质和能量的输入输出不是处于平衡状态时，就不能应用。（2）各因子之间有替代作用。如果有一种营养物质的数量多或易于吸收，就会影响到数量少的那种物质的利用率。1.3.2 限制因子Blackman限制因子定律:除了最小因子外，生态因子的最大状态也有限制性现象。在此基础上提出最小、最适、最大

7、“三基点”。限制因子：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是所谓的限制因子。1.3.3 耐受限度与生态幅1） 耐受性定律1913年美生态学家V.E.Shelford 认为：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，会使该种生物衰退或不能生存。后人对耐受性定律的补充:A. 每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异。B. 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。C. 不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的。D. 生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其

8、他因子的耐受限度也下降。2） 生态幅：每种生物对每种环境因素都有一个耐受范围，即有一个上限和一个下限，上限和下限之间的范围称为生态幅或生态价。各种生物对周围环境各种变化的适应程度，称为种的生态可塑性。生态可塑性可分为“广生态型”和“狭生态型”。生物对非生物因子的生理耐受范围对动物和植物的分布显然具有重要影响。分布区分为两种情况：（1）生理分布区和生理最适分布区；（2）生态分布区和生态最适分布区。3） 耐受限度的调整 生物对环境因子的耐受范围并不是固定不变的，通过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，去适合环境的变化。耐受限度调整的方法驯化：生物借助于驯化

9、过程可以稍稍调整它们对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。休眠：是动植物抵御暂时不利环境的一种非常有效的生理机制。昼夜节律和其他周期性的补偿变化。内稳态机制：生物控制自身体内环境，使其保持相对稳定的一种机制。是进化过程中所形成的，能使生物或多或少地减少对外界环境的依赖性，提高生物对生态因子的耐受范围。恒温动物：控制体温的方法主要是靠控制体内产热的生理过程。变温动物：控制体温的方法则主要靠减少热量散失或利用环境热源使身体增温。这类动物主要靠行为来调节自己的体温，而且这种方法也十分有效生物保持内稳态的行为机制 在一定范围内，动植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。许多植物的叶子和花瓣有昼夜的

10、运动和变化。动物则采用回避的办法。生物借助于其他的行为机制为自身创造一个适于生存和活动的小环境，是使自身适应更大环境变化的又一种方式。1.4 适应组合：对一组特定环境条件的适应也必定会表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应特性就称为适应组合（1）沙漠植物的适应组合 形态上：叶表皮增厚、气孔减少、形成气孔窝、表皮毛发达、叶子退化成为刺状或针状等；生理上： 细胞质浓厚，形成贮水组织，进行景天酸循环。（2）沙漠动物的适应组合 主要涉及热量调节和水分平衡，其中水分平衡是关键2 能量环境太阳辐射能为地球所有的生命系统提供了能量来源。绿色植物将太阳能转化成化学能贮存于植物体内，这一过程是生物圈与太

11、阳能发生联系的唯一环节，也是生物圈赖以生存的基础。2.1 光的生态作用及生物对光的适应2.1.1 地球上光的分布 波长范围：150-4000nm可 见 光：380-760nm；紫 外 光： 760nm影响地球表面太阳辐射能的因素A. 大气圈内的各种成分B. 太阳高度角C. 地球公转时轴心的位置D. 海拔高度、坡向和坡度光质变化及其对生物的影响 短波光随纬度增加而减少，随海拔高度的升高而增加。冬季、早晚长波光增多，夏季、中午短波光增加。水体中上部红、蓝光多，下部绿光多。高山地带，由于紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛;高山的强紫外线辐射也决定了许多植物的分布。

12、光照强度的变化 空间：光照强度随纬度的增加而减弱，随海拔高度的增加而增强。季节：夏季最大，冬季最小，中午大，早晚小。山坡：南坡大，北坡小。植物群落：上层大，下层小水体中光照强度的变化 光在水体中的穿透能力限制着植物的分布，植物只有在透光带内才能正常生长，它的光合作用量才大于呼吸量。在透光带的下部，植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗量相平衡之处，就是所谓的补偿点。如果植物长期处于补偿点之下，植物就会死亡。2.1.2 光质的生态作用及生物的适应 光合有效辐射：380-710nm 波长的辐射能。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。如：蓝紫光和青光 紫外线生活在高山上的动物体色较暗

13、，植物的茎叶富含花青素，花色鲜艳。这主要是因为高山上短波光较多的缘故，也是动植物避免紫外线伤害的一种保护性适应。2.1.3 光照强度的生态作用及生物的适应2.1.3.1 光强对生物的生长、发育和形态建成的作用1）光强与动物的生长发育2）黄化现象：影响叶绿素的形成。3）促进植物细胞的增长与分化2.1.3.2植物对光照强度的适应1）阳地植物 在强光照下才能正常生长发育的植物。如松、杉、麻栎、栓皮栎、杨、柳、桦、槐等。2）阴地植物 在弱光照下比在强光照下生长良好的植物。如红豆杉、云杉、冷杉、翠云草、人参、三七、半夏、细辛等。3）耐阴植物 在全日照下生长最好，也能忍受适度的荫蔽，或在生长发育期间需要轻

14、度的遮阴。如麦冬、红花酢浆草、玉竹、青冈属、山毛榉、云杉、侧柏、胡桃、桔梗、党参、沙参、黄精、肉桂、金鸡纳等。2.1.3.3 动物对光照强度的适应 有些动物适应于白天的强光照下活动，称为昼行性动物。因其能忍受的光照范围较广，故又称为广光性动物。有些动物适应于在夜晚或晨昏的弱光下活动，则称为夜行性动物或晨昏性动物。因其只适应于在狭小的光照范围内活动，所以又称为狭光性动物。2.1.4 生物对光照周期的适应 日照长度：是指白昼的持续时数或太阳的可照时数，即昼长。2.1.4.1 生物的昼夜节律1）动物的昼夜节律性 2）植物的昼夜节律性 3）外源性周期 4）内源性周期2.1.4.2 生物的光周期现象 植

15、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（photoperiodism 或photoperiodicity）。1）植物的光周期现象 根据对日照长度的反应类型可把植物分为：长日照植物 短日照植物中日照植物 日中性植物（1）长日照植物 只有当日照长度超过它的临界日长时才能开花的植物，否则，只有营养生长，没有生殖生长。如指甲花（2）短日照植物 只有当日照长度短于临界日长时才能开花的植物。这类植物通常在早春或深秋开花。如苍耳 牵牛花（3）中日照植物 是指当昼夜长短近于相等时才能开花的植物（4）日中性植物 这类植物对日照长度的要求不严，只要其他条件合适，在不同的日照长度下都能开花 如蒲公英2）动物的光周期现象（1）繁殖的光周期现象： A.长日照动物； B.短日照动物。（2）昆虫滞育的光周期现象：（3）换毛与换羽的光周期现象：（4）动物迁徙的光周期现象：2.2 生物对温度的适应 温度的生态学意义 生物体内的生物化学反应过程必须在一定的温度范围内才能正常进行。 直接作用 温度的变化可引起环境中其他生态因子的改变。间接作用2.2.1 地球上温度的