生态学：第1章生物与环境.pptx

第1章 生物与环境生态因子生物与环境的相互作用最小因子、限制因子与耐受限度 生物依赖于环境 生物又影响和改造环境1.1 生态因子 环境（environment）：是指生物有机体（个体或群体）赖以生存的周围所有因素和条件的综合，包括生命因素：其它的动物、植物、微生物非生命因素：光照、温度、水、空气、矿质元素 环境是针对特定的主体（或研究对象）而言的，其大小是相对的（如下图） 大环境（macroenvironment）：一般指区域（regional）环境大环境的显著差异，形成了不同的生物群落带 大气候（macroclimate）：大环境中的气候，指离地面1.5m以上的气候，由大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等大范围因素决定的 小环境（microenvironment） ：对生物有直接影响的、小范围内的特定栖息地 小气候（microclimate） ：小环境中的气候，一般指离地面大气层中1.5m以内的气候，易受局部地形、植被、土壤类型的影响和调节，直接影响生物的生活 环境系统：把环境作为统一整体，强调环境因素之间的相互作用过程不同区域环境下植被类型的分布：生态因子的概念： 生态因子（ecological factors）是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要素，包括生物部分和非生物部分。

举例：光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物、相关生物等 生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境 生境：特定生物个体（或群体）的栖息地的生态环境，称为生境（habitat）生态因子分类生态因子分类（1）按性质： 气候因子 光、温、水、空气（风，气压）、雷电等 土壤因子 土壤结构、物理性质、化学性质、肥力、土壤生物等 生物因子 动物、植物、微生物，以及生物之间的相互作用 地形因子 陆地、海洋、海拔、坡度、坡向等 人为因子 人为活动的影响（干扰、污染）（2）按有无生命特征： 生物因子 非生物因子（3）按生态态因子对对生物种群作用： 密度制约因子 食物、天敌 非密度制约因子 温度、降水（4）按生态态因子的稳稳定性及其作用特点： 稳定因子 地心引力、地磁、太阳常数 变动因子 季节变化、潮汐、风、降水、捕食太阳常数：是进入地球大气的太阳辐射在单位面积内的总量要在地球大气层之外，垂直于入射光的平面上测量利用人造卫星测得的数值大约是1366 J/m2 . s生态因子作用特征生态因子作用特征1、综合作用 定义：环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相制约的，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。

生物对某一个极限因子的耐受限度，会因其他因子的改变而改变 举例： 如光照增加，会导致温度上升、空气湿度下降等 植物光合作用时， 如果光照不足，可通过增加CO2的浓度来部分补偿2、主导因子作用 定义：在诸多环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子，称为主导因子主导因子发生变化会引起生物的生长发育发生变化 举例： 光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2是次要因子； 春化作用时，温度为主导因子，湿度和通气条件是次要因子春化作用（vernalization）一般是指某些植物必须经历一段时间的持续低温才能由“营养生长”阶段转入“生殖生长” 阶段的现象，我们把这一现象称为春化作用3、阶段性作用 定义：生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同，导致生态因子对生物的作用也具阶段性，这是由生态环境的规律性变化所造成的 例如： 光照长短，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 鱼类的洄游：大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节就成群结队洄游到淡水河流中产卵；鳗鲡在淡水中生活，洄游到海洋中去生殖大马哈鱼鳗鲡4、不可代替性和补偿性作用 不可代替性：环境中各种生态因子对生物的作用都各具有重要性，尤其是作为主导作用因子的缺少，会影响生物的正常生长发育，甚至导致其死亡。

所以从总体上说生态因子是不可代替的 补偿性：一定条件下，某个因子数量上的不足，可依靠相关生态因子的加强得以在一定范围内作部分补偿，但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 举例：如果光照不足，可通过增加CO2的量来部分补偿光合效率5、直接作用和间接作用 直接作用：对生物的生长、发育、繁殖和分布有直接影响的生态因子 例如：光照、温度、水分、矿质元素、CO2、O2等 间接作用：通过影响光、温、水等对生物有直接作用的因子的质、量、分布、可获得性等，从而对生物产生间接影响的一类环境因子 例如：地形、坡向、坡度、海拔、经纬度等1.2 生物与环境的相互作用 环境作用于生物； 生物对环境有反作用（改造作用）环环境对对生物的作用环环境生长长发发育繁殖行为为分布生 物降水量逐渐渐增加 降水对对植被分布的影响：在欧亚大陆，从西北内陆往东南沿海，随着降水逐渐增加，植被类型依次为荒漠、草原、森林 自然的季节变节变 化：会导致动物的迁徙、脱毛脱羽，动植物的休眠荒漠草原森林生物对环对环 境的适应应 生物并非总是消极被动地对待环境的作用，也可以通过对形态、生理、行为等方面不断进行调整，积极主动地适应环境变化，减小环境的限制作用。

例如：欧洲的淡水鱼欧鳊，在由南向北的纬度梯度上，其产卵次数逐渐减少，并形成遗传 固定性特征，以此适应温度逐渐降低的变化欧鳊生物对环对环 境的反作用 生物对环境的反作用（影响、改造作用），主要表现在改变了生态因子的状况 例如：与裸地相比，林下环境在湿度、温度、光照、风速、土壤理化性质等方面有很大差异裸地林下 生物与环境之间、生物与生物之间，往往是相互作用（interaction）无机环环境相互作用相互作用1.3 最小因子、限制因子、耐受限度最小因子定律（Liebigs law of minimum）： 德国农业化学家Liebig（1840）在研究土壤和植物生长的关系时认为：“植物的生长取决于处在最小量状况的养分的量”，此概念被称为 Liebig 最小因子定律 E. P. Odum（1973）认为，最小因子定律只适用于稳定状态，并且由于生态因子之间的补偿作用，最低因子不是绝对的限制因子定律（Law of limiting factor）： Blackman（1905）发展了Liebig的最小因子定律，认为因子的量过低，可以成为生物的限制因子，但因子的量过高时，同样可以成为限制因子即任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。

具数量性状的生态因子，对生物的生理作用有三个主要点：最低、适合、最高举例：O2对陆生动物来说，数量多、含量稳定而且容易得到，因此一般不会成为限制因子但是O2在水体中的含量是有限的，而且经常发生波动，因此常常成为水生生物的限制因子最低 最适 最高生长温度耐受性定律（Law of tolerance）： 美国生态学家 V. E. Shelford（1913）指出，生物只能生活在环境因子的一定范围内，其中任何一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐受限度，则使该物种不能生存这一概念被称为 Shelford 耐性定律 耐受性定律的发展： 同种生物对不同环境因子的耐受范围存在差异（如何理解？）； 生物对环境因子的耐受限度，随个体生长发育阶段不同而变化； 不同物种，对同一环境因子的耐受性往往不同； 某一环境因子的改变，会影响生物对其它环境因子的耐受性最低 最高生长温度生态幅（ecological amplitude）： 每一个生物物种对环境因子适应范围的大小即生态幅，不同物种的生态幅往往不同，这主要决定于物种的遗传特性 当生物对环境中某一因子的适应范围较宽，对另一因子的适应范围较窄时，生态幅往往受后一因子的限制。

繁殖期的生态幅就是该物种的生态幅，物种在繁殖期其生态幅往往变窄生物对生态因子的耐受曲线（Putman et al. 1984）广生态幅与狭生态幅物种（Odum 1983）生态态幅举举例：熊猫仅见于秦巴山区；大象只生长在热带丛 林；野兔、麻雀的分布则广得多；红松主要生长在北温带湿润区山地；望天树主要见于西双版纳热带 雨林；芦苇则到处可见望天树红松耐性限度的调整： 如果人为地使一个物种长期生活在最适生存范围的一侧，将逐渐导致该种耐性限度的改变，适宜生存范围的上下限会发生移动，并形成一个新的最适点 这一驯化过程一般是通过生理、形态、行为特征的调整实现的举例：把同一种金鱼长期饲养在两种不同温度下（24和37.5），它们对温度的耐性限度与生态幅，最终将发生明显改变生长温度生物内稳态： 内环境稳定学说（C. Bernard，法国生理学家）：生物控制体内环境（体温、糖浓度、氧浓度、体液），使其保持相对稳定的机制，即为内稳态 (homeostasis)，可减少生物对外界环境的依赖性，提高生物对外界环境的适应能力 内稳态是通过生理过程或行为的调整而实现的，是生物扩大耐性限度的一种重要机制，但内稳态机制不能完全摆脱环境的限制，它只能扩大自己的生态幅度与适应范围，成为一个广适种。

举例： 恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温； 变温动物靠减少散热或利用环境热源使身体增温外界环境的变化幅度内环境的变化幅度。