生态学-2生物与环境.ppt

第二章 生物与环境（1）,2.1 环境的概念及与生物的作用 2.2 生态因子的作用特点 2.3 能量因子的作用及生物的适应 2.4 物质因子的作用及生物的适应,2.1 环境的概念及与生物的作用,一、环境（environments）的概念 某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。 内涵：环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响这种资源的因素,1. 相对性：环境总是针对某一特定主体或中心而言的，只具有相对意义。 2. 尺度效应：大环境与小环境 大环境：地区环境、地球环境、宇宙环境；如白洋淀的环境，华北平原的环境等 小环境：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 环境中的气候：大气候（大环境的气候条件 ）；小气候（小环境的气候条件）。,大环境（全球大气环流和洋流）,小气候（小环境）,二、环境与生物的相互作用 1、环境对生物的作用 环境对生物的决定作用和塑造作用 具体表现为对生物存活、生长、发育、生殖、繁衍、生物的数量和分布以及种内、种间关系等所有生命活动均存在影响。,2、生物对环境的反作用 （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 各种适应都有相应的遗传基础,生物对生物环境的响应与适应,物种间的相互作用 物种间的协同进化 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。,大慧星兰，其距长达20cm，达尔文在1862年出版的兰花的传粉一书中推测应该有一种口器长也有20cm的昆虫为其传粉。直到1903年，人们果然找到了一种长喙天蛾并观测到确实是这种天蛾为大慧星兰传粉。,案例1. 食物与形体,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,案例2. 胡椒蛾黑化现象,（2）生物对环境的改变 森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结 土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和性质 过度放牧导致草场退化 人类活动导致全球环境变化 ,2.2 生态因子的作用特点,一、生态因子相关概念及分类 二、生态因子的作用特点 三、生态因子的作用定律,一、生态因子相关概念及分类 1、相关概念 生态因子：环境要素中对生物起作用的因子。 生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的生态因子的总称。 生态环境：一定区域所有生态因子的总和。 生境（habitat）：特定生物个体或群体的栖息地的生态环境。,2、生态因子的分类 （1）根据性质划分为： 气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 土壤因子：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤 生物等 地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与 坡度等 生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互 作用 人为因子：人类活动对自然的破坏及对环境的污染,（2）根据有无生命特征划分：生物因子和非生物因子 （3）根据稳定性及其作用特点划分 稳定因子：终年恒定的因子，主要决定生物的分布。如地心引力、地磁等 变动因子： 周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落 非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等,（4）根据对生物种群数量变动的作用划分 密度制约因子：对生物作用的强度随生物的密度而变化的环境因子。 类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。 如：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子：对生物作用的强度与生物密度变化无关的环境因子。 如：温度、降水等气候因子,种群死亡率变化,种群密度梯度,负密度制约,非密度制约,正密度制约,导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度，随种群密度梯度变化而改变,密度制约因子与非密度制约性因子比较,种群出生率变化,种群密度梯度,负密度制约,非密度制约,正密度制约,导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变；具有调节种群密度作用,密度制约因子与非密度制约性因子比较,二、生态因子的作用特点 1、综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约，综合起来对生物体起作用 例如：温度与气压、湿度等因子共同作用 同样的高温度下，高气压和低湿度时对生物体损伤小；低气压和高湿度对生物体损伤大。,2、主导因子的作用 主导因子：在诸多的环境因子中，对生物起决定作用的生态因子。 例如：瑞雪兆丰年 春化作用：植物在生长过程中，必须经过一个较低的温度，才能正常的开花结果的现象。,3、直接因子和间接因子 直接因子：能直接影响生物的生理过程或参与生物的新陈代谢的因子。 间接因子 ：通过影响直接因子而间接作用于生物的因子。 例如：海拔高度及温度、光照等因子对人体的作用,海拔高度升高,光辐射,气温,氧气浓度,风速,间接因子,直接因子,相对湿度,没有直接对生物体起作用，但由于影响了其他因子产生了变化,人体的 生理过程 及新陈代 谢过程,直接因子和间接因子的作用,4、生态因子作用的阶段性 在不同发育阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。 例如： 春化作用中的低温 鲑鱼（大马哈鱼）不同发育阶段对盐分的需要,大麻哈鱼的鱼子和幼苗只能在淡水中生存，它们一般把卵生在淡水系统的江河上游的沙砾区域。卵孵化出幼苗并生长一段时间后然后顺流而下进入咸水系统的海洋之中，在物质富饶的海洋中生长发育积蓄能量，经过4年左右的生长达到性成熟后，又会洄游淡水江河中产卵。,B 补偿作用（可调剂性）：多个生态因子综合作用时，由于某因子在量上的不足，可由其他因子来补偿，以获得相似的生态效应。 例：光照不足，可多施有机肥使土壤中CO2浓度提高,5、不可替代性和补偿作用 A 不可替代性：生态因子对生物体的作用是不可替代的，又称同等重要定律。 例如：人体缺维生素A、人体缺维生素D,三、生态因子的作用定律 1、利比希最小因子定律 2、限制因子及限制因子定律 3、耐受限度和生态幅 （1）耐受性定律 （2）生态幅 （3）耐受限度的调整,1、利比希最小因子定律,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。 应用中应注意的问题 定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定状态 注意：生态因子间的替代作用,2、限制因子和限制因子定律,限制因子 (limiting factor) 限制因子是对生物的生命活动起限制作用的因子 当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子 限制因子定律 (Law of limiting factor) 生态因子处于低于生物正常生长所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量时，都对生物具有限制性影响,该定律的应用价值 限制因子是影响生物生存和发展的关键性因子，是研究生物与环境复杂关系的钥匙。,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、耐受限度与生态幅,（1）Shelford耐受性定律 (Law of tolerance) ：任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存 （Shelford，1913）。,耐受性定律内涵的拓展： 生物对不同生态因子的耐受范围不同； 不同生物种，或不同年龄、季节、栖息地等的同种生物对生态因子的耐受性不同； 对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广； 当某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降 。,最适范围,亚适范围,亚适范围,不适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动或数量,A 生物对环境因子的理想耐受曲线,（2）耐受曲线生态因子量值与生命活动量值之间的相互关系曲线,最适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动强度或数量,B 生物对环境因子耐受曲线的实际表现,亚适范围,亚适范围,不适范围,C 耐受曲线的特点 生态因子的三基点理论：最低值、最高值和最适值 理想耐受范围比实际耐受范围窄 生理最适点和生态最适点不一致,因子梯度,生命活动或数量,生理最适点,生态最适点,（3） 生态幅 (ecological amplitude）,生态幅：每一种生物对每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)之间的范围叫做该物种的生态幅。 说明： 生态幅往往受到适应范围较狭窄的生态因子的限制； 物种的生态幅往往取决于它临界期的耐受限度； 生物的生态幅对其分布具有重要影响。,类型划分 广温性、 窄温性；广水性、窄水性；广食性、窄食性；广光性、窄光性； 。,（4）耐受限度的调整内稳态及驯化 A 内稳态 ：生物通过控制体内环境(体温、糖、氧浓度、体液等)，使其保持相对稳定性的机制。 特点： 扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境的限制。 通过生理过程或行为的调整来实现，是生物适应环境的一种重要机制。 内稳态生物与非内稳态生物,根据生物体内状态对外界环境的反应可分为内稳态生物和非内稳态生物。 内稳态生物体内的调节机制包括酶系统和内稳态机制。,B 驯化：一种生物长期生活在最适生存范围的一侧，将会逐渐导致该物种耐性限度的改变，其适宜生存范围的上下限会发生变化，形成一个新的最适点的过程。 特点： 自然驯化和人工驯化 生理变化和遗传变化 驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异 生物学意义：适应环境变化能力,小 结,环境的概念 概念及内涵；环境与生物的相互作用关系 生态因子的类型及作用特点 概念及类型：生态因子；密度制约因子与非密度制约因子 作用特点：综合作用；主导因子作用；阶段性作用等 作用规律：最小因子定律