11生物与环境v教学幻灯片.ppt

第一章 有机体与环境一、环境与生态因子1、环境：是指某一特定生物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事物的总和由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子第一节 生物与环境2、环境的类型1）按环境的主体： 人类环境：在环境科学中，人类是主体，其它的生命物质和非生命物质为人类环境 环境：在生态科学中，生物为主体，生物以外的所有自然环境条件称为环境3）按环境的范围：大环境：指宇宙环境、地球环境、区域环境宇宙环境：大气层以外的宇宙空间如太阳黑子与降雨量有明显相关关系等地球环境：指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈，又称全球环境或地理环境区域环境：指占有某一特定地域空间的自然环境，是由地球表面不同地区的5个自然圈层相互配合而形成的不同地区形成各不相同的区域环境特点，分布着不同的生物群落 大环境中的气候称大气候，指离地面1.5m以上的气候 大环境直接影响着小环境，对生物体也有直接或间接的影响 大环境影响到生物的生存与分布，产生了生物种类的一定组合特征或生物群系，如热带雨林、温带森林等小环境：是指对生物有直接影响的邻接环境，即小范围内的特定栖息地是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形成的。

内环境：生物体内组织或细胞间的环境 小环境中的气候称小气候，指离地面1.5m以下的气候 小环境直接影响生物的生活，如严寒的冬季，雪被上温度很低，已达到-40 ，但雪被下的温度并不很低且相当稳定这种雪被下的小气候保护了雪被下的植物与动物安全越冬3、生态因子（ecological factors） 生态因子：指环境要素中对生物起作用的因子（即环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素） ， 如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等 生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因子则是指生物体外部的全部要素 生存条件：在生态因子中对生物生存不能缺少的环境要素二氧化碳和水对于植物，食物和氧气对于动物 生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境 生境（habitat）：特定生物体或群体的栖息地的生态环境4、生态因子的分类 按性质：气候因子、地壤因子、地形因子、生物因子、人为因子 按有无生命特征：生物因子、非生物因子 按动物种群数量变动的作用：密度制约因子、非密度制约因子 按生态因子的稳定性和作用特点：稳定因子、变动因子5、生态因子的作用特征1）综合作用2） 主导因子作用（非等价性）3 ）直接作用和间接作用4 ）阶段性作用5 ）不可替代性和补偿作用1 ）综合作用 生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。

例如：水体温度与溶解氧的关系 温度 （） 淡水 （ml/L） 海水 （ml 0 10.29 7.97 10 8.02 6.35 15 7.22 5.79 20 6.57 5.31 30 5.57 4.46 ）/ L水温上升，水中的溶氧量随之下降2 ）主导因子作用（非等价性） 主导因子：在诸多的因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子 主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2为次要因子；春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子3 ）直接作用和间接作用 直接作用：直接作用于生物的，如光照、水分、氧、温度、二氧化碳等 间接作用：通过影响直接因子而间接影响生物的，如环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用如：四川二郎山的东坡湿润多雨，分布常绿阔叶林，而西坡干热缺水，只分布耐旱的灌草丛4 ）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 如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵大马哈鱼，又叫鲑鱼，属鲑目，鲑科，大马哈鱼属太平洋大马哈鱼共分红大马哈鱼、银大马哈鱼、狗大马哈鱼、大鳞大马哈鱼、细鳞大马哈鱼和樱桃大马哈鱼6种太平洋大马哈鱼大部分时间生活在大海里，成年的大马哈鱼要游到河流中去产卵到了繁殖季节，它们沿河而上，基本上什么都不吃它们要沿着河直流而上，到3200公里的源头去产卵太平洋大马哈鱼在产卵以后很快就会死去大马哈鱼产卵的时间一般在夏末秋初，卵在深冬时分孵化，时间要视水温度而定，大约有60200天不等小鱼苗在自己能够游动觅食之前，主要靠卵黄中的营养来维持生命 鳗鲡就是日常所指的鳗鱼一生中半辈子生活在海洋里，半辈子生活在江河中鳗鲡是海里出生，江河里长大每到秋天，成熟的鳗鲡就穿上银白色的婚装，作好了旅行产卵的准备鳗鲡经过长途旅行，行程几千里，终于疲劳不堪地从江河漫游入海，到达产卵场，婚配产卵后生命也到尽头了在西沙群岛和南沙群岛附近或其他海区约四五百米深处的海底产卵孵化后的鳗苗，又能成群结队地竞相逆流而上，游回江河内发育生长5 ）不可替代性和补偿作用 不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。

总体来说，生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的 补偿作用：在一定条件下，某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿但只能是在一定范围内作部分补偿例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿 生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的二、生物与环境的相互作用1、作用：环境的非生物因子对生物的影响（1）环境对生物的作用： 影响生物的生长、发育、繁殖和行为； 影响生物出生率和死亡率，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2）生物对自然环境的适应： 生物可以从自身的形态、生理、行为等方面不断进行调整，以适应环境变化，减小生态因子的限制作用； 生物能积极地利用某些生态因子的周期性变化，作为确定时间，调节其生理节律和生活史中的各种节律线索2、反作用：生物对环境的影响 如过度放牧、植树造林3、相互作用：生物与生物间的作用 如捕食者与被捕食者、寄生者与宿主三、生态因子的限制性作用（一）Liebig最小因子定律（Liebigs law of minimum） 1840年农业化学家J. Liebig1840年农业农业 化学家J.Liebig分析了土壤与植物生长长的关系，认为认为 每一种植物都需要一定种类类和一定数量的营营养元素，并阐阐明在植物生长长所必需的元素中，供给给量最少（与需要量比相差最大）的元素决定着植物的产产量。

如一块土壤中氮：可维持200千克产量钾：可维持250千克产量磷：可维持500千克产量实际产量为200千克；若氮增加1倍，产量为350千克 因此他提出： “植物的生长取决于处在最小量（与需要量比相差最大）状态的营养元素” Liebig最小因子定律：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 这个理论也适用于其他生物种类或生态因子 E.P.Odum：补充两点： 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的情况下才适用； 二是要考虑生态因子间的替代作用二）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 如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子，相反，就可能成为一种限制性因子如氧对于陆生动物来说，一般不会成为限制因子，而对于水生生物来说，常常成为水生物的限制性因子三）耐受性定律（Shelfords law of tolerance） 生态学家V. E. Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子在数量上或质量上不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。

这就是Shelford耐受定律生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间是生物对这种生态因子的耐受范围，可以用钟形耐受曲线表示后来的研究对Shelford耐受定律也进行了补充：（1）每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异生物能够对一个因子耐受范围很广，而对另一因子耐受范围很窄；对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广；（2）不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的；（3）生物在整个发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的在动物的繁殖期、卵和幼体、种子的萌发期通常是一个敏感期，耐受限度一般比较低；（4）生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用5）生物的各因子间存在明显的相互关联，在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；如陆生动物对温度与湿度的耐受生物对生态因子耐受性之间的相互关系 在对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响如生物对温度的耐性限度与湿度有密切关系如Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中（32.5 ）和湿度适中（90%），该生物适合度最大。

同样沿着温度梯度上的最适点取决于湿度温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高 从以上可见，固定不变的最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时由几个因子作用于一种生物时，这种生物的适合度将随着几个因子的不同组合而发生变化，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的四、生态幅生态幅：每一种生物对每一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之间的范围称为生态幅或说每一种生物对环境因子适应范围的大小即生态幅 对同一生态因子不同种类的生物的耐受范围是不同的种类对温度的耐受范围（ ）鲑鱼0-12豹蛙0-30斑鳉10-40南极鲟-2-2生态学中常用“广”（eury-)t “狭”（steno-)表示生态幅的宽度 Eurythermal(广温性) stenothermal(狭温性） euryhydric (广湿性) stenohydric (狭湿性) euryhaline (广盐性) stenohaline (狭盐性) euryphagic (广食性) stenophagic (狭食性) euryphotic (广光性) stenophotic (狭光性) euryecious (广栖性) stenoecious (狭栖性) 广温性生物与狭温性生物的生态幅比较五、生物内稳态及耐性限度的调整1.内稳态（homeostasis）及其保持机制：（1）内稳态：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。

2）保持机制：a.生理过程：恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温；b.行为调整：变温动物靠减少散热或利用环境热源是身体增温如沙漠蜥蜴 具内稳态机制的生物增加自己的生态耐受幅度，成为广生态幅种，但不能无限扩大耐受范围沙漠蜥蜴 太阳东升开始，早上温度较低，蜥蜴使身体的侧面迎向阳光，身体紧贴在温暖的岩石使体温升高； 白天体温逐渐增加，他们会爬上沙丘顶，面向阳光，利用吹过的微风将皮肤上散发的热带走；或是移动至较荫凉的地方，以降低体温；当这些策略不再有效时，跳舞的时间就到了蜥蜴会将左前肢及右后肢或是右前肢及左后肢举起，留下另外二附肢，加上尾巴形成三足点地的姿势，如此反复交換二附肢的动作，让肢体的温度降低一些就我们赤足踩在热热的沙滩上，一跳一跳的模样如果连手舞足蹈都无法解热的话，蜥蝪会以其强壮的四肢掘沙，潜在其中，以微开的口部呼。