高级生态学-个体生态学VIP

高级生态学 中国矿业大学 北京 环境科学与工程系贾建丽2011 05 个体生态学 Autecology 生物与环境 个体对环境的反应 提纲 生物种的概念环境概念及其类型生态因子作用分析生态因子的生态作用及生物的适应 生物种的概念 生物一般以个体形式存在 自然界的生物个体几乎是无穷的 物种概念形态相似的的个体之集合 17世纪 Ray 植物史 1753年 C Linna 植物种志 能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合 1963 E Mayr 生物种的概念 种的性状基因型 种的遗传本质 即生物性状表现所必须具备的内在因素 表型 为与环境结合后实际表现出的可见性状 物种是由内在因素 生殖 遗传 生理 生态 行为 联系起来的个体的集合 是自然界中的一个基本进化单位和功能单位 环境概念及其类型 环境 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 环境总是针对某一特定主体或中心而言 是相对的概念 环境因子 生物体外部的全部环境要素 环境概念及其类型 以环境主体分 人类环境 环境科学分类方法生物环境 生态学和生物科学分类方法 以环境性质分 自然环境半自然环境 人类破坏后的自然环境 社会环境 环境概念及其类型 按环境范围的大小分 区域环境 微环境 内环境 大气层外的宇宙空间 对流层 水圈 土壤圈 岩石圈 生物圈 占有某一特定地域空间的自然环境 生物体内组织或细胞间的环境 由于一个 几个 圈层细微变化产生的环境差异形成的小环境 生物体 环境概念及其类型 生态学重视生物的微环境与生境即使在同一地区 同一季节和同一天气类型 由于微环境与生境的差异 使生物实际上相当于生活在完全不同的气候条件 雪上气温与雪下土壤层气温的差别 植物根系与叶片接触环境的差别 环境的全球化对生命系统的影响 环境概念及其类型 生物能够对周围的气候条件起修改作用森林 草原等对区域气候的影响穴居动物在建立微环境方面的作用 环境概念及其类型 环境因子分类 R F Daubenmire 1947 以环境因子特点为标准气候类 土壤类 生物类土壤 水分 温度 光照 大气 火和生物因子Dajoz 1972 生物有机体对环境的反应和适应性第一性周期因子 次生性周期因子及非周期性因子Gill 1975 三层次植物生长必需的环境因子 温度 光 水分 不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子 风暴 火山爆发 洪涝等 存在与发生受植被影响 反过来又直接或间接影响植被的环境因子 放牧 火烧 生态因子的概念 生态因子 Ecologicalfactors 环境中对生物的生长 发育 生殖 行为及分布有着直接或间接影响的环境要素 生物因子 生物种内和种间的相互关系非生物因子 光 温度 湿度 降水 土壤 大气等 生态环境 Ecologicalenvironment 所有的生态因子 生态因子的概念 生态环境 所有生态因子生境 具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境 生态因子是环境因子中对生物起作用的因子 环境因子则是生物体外部的全部环境要素 生态因子的概念 生态因子的概念 生态因子 气候因子 温度 湿度 光 降水等 土壤因子 土壤结构 成分 理化和生物性质 地形因子 地面起伏 坡度及坡向等 生物因子 捕食 寄生 竞争 互惠等 人为因子 人对自然界的改变对生物带来的影响 生态因子的概念 生态因子 稳定因子 地心引力 地磁 太阳辐射常数主要决定生物的分布 变动因子 周期变动因子 光 湿度 潮汐影响生物分布非周期变动因子 风 降水 捕食影响生物数量 生态因子作用的特点 综合性 每个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响 相互制约中起作用的非等价性 主导因子作用 主导因子的决定性作用 主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化光合作用时 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 生态因子作用的特点 直接作用的间接作用 区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长 发育 繁殖及分布都很重要 直接因子 直接影响生物分布的生态因子 如光照 温度等 有时受间接因子的影响 间接因子 地形 对生物的作用不是直接的 但能影响光照 温度等直接因子的分布 从而间接对生物产生作用 例 四川二郎山东坡与西坡的植被分布 生态因子作用的特点 阶段性 主要由生态环境的规律性变化所引起光照长短在植物春化阶段不起作用 在光周期阶段则十分重要鱼类的洄游 大马哈鱼 中华鲟不可替代性和互补性生态因子作用虽不尽相同 但都各具有重要性 尤其是主导因子 如果缺少会影响生物的正常生长发育 甚至造成其生病或死亡 生态因子的不可替代性 局部可补偿性 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 如植物光合作用时若光照不足可增加CO2的量来补足 软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足 生态因子的补偿只能在一定范围内进行 不能相互替代 Liebig最小因子定律 植物生长取决于处于最小量的食物量 例 土壤中的N可维持250kg产量 K可维持350kg P可维持500kg 则实际产量只有250kg 如多施1倍的N此时K为最小食物量则产量停留在350kg 米氏产量递减定律 当限制因子增加时 开始增产效果很大 继续下去 效果渐减 生物与环境关系基本原理 谢氏耐性定律 生物的存在与繁殖依赖于某种综合环境因子的存在 只要其中一项因子的量或质不足或过多 超过了该生物的耐性限度 则该物种不能生存 甚至灭绝 限制因子 limitingfactor 任何接近或超过耐性上限或下限的因子 一个或几个 生物与环境关系基本原理 不同生物物种对各种生态因子的耐受范围不同 同一生物对不同生态因子的耐受范围也可能有差异 同一生物不同发育期的耐受范围亦不同 生物与环境关系基本原理 限制因子 limitingfactor 生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用 其中限制生物生存和繁殖的关键因子称为限制因子定义 当生态因子 一个或相关的几个 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 扩散或分布时 即为限制因子特点 耐受范围窄 易变化 氧是水生生物的限制因子 一般氧不会成为陆生生物的限制因子 生物与环境关系基本原理 生物的耐性限度会因发育时期 季节 环境条件的不同而改变自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生物的耐性限度可以发生改变 生物的调整适应能力高山雪莲 温泉中的生物等适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的生态因子间存在明显的相互关联 生物与环境关系基本原理 两因子作用对生物适合度的影响 Pianka 1978 30 32 5 35 85 90 95 生物与环境关系基本原理 两因子作用对生物适合度的影响 Pianka 1978 低适合度 中适合度 高适合度 生物与环境关系基本原理 限制因子的研究对生态学具有重要意义在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子 限制因子的确定要通过观察 分析 实验相结合的途径 通过野外观察和分析找出起显著作用的因子 分析其对生物的作用途径 随后设计室内实验确定其与生物的定量关系 生物与环境关系基本原理 生态幅熊猫仅见于秦巴山区 大象只生长在热带丛林 野兔 麻雀则分布很广 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 而芦苇则到处可见 高山冻原上的衣藻只能在0 上下繁衍 温泉中的一些嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存 而一般的陆生维管植物可以在很宽的温度范围内生长 生态幅 ecologicalvalence 每一个种对环境因子适应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性生物耐受最高点 上限 与最低点 下限 包含的范围 生物与环境关系基本原理 广温 最适 最适 最适 最低 最高 最低 最高 生态因子 活动性 生长 窄温性与广温性生物的生态幅 生物与环境关系基本原理 稳态 homeostasis 生命系统的重要特征生命系统通过内在的调节机制 各组成成分和谐共处 从而使相对的平衡条件得以保持内稳态 生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制 以减少生物对外界条件的依赖性 提高生物对外界环境的适应能力内稳态通过生理过程或行为调整而实现沙漠蜥蜴向日葵内稳态是生物扩大耐性限度的一种重要机制 生物与环境关系基本原理 非内稳态生物 homeostaticorganisms 其耐性限度仅取决于体内酶系统在什么生态因子范围内起作用 内稳态生物 non homeostaticorganisms 其耐性限度除取决于体内酶系统外 还有赖于内稳态机制发挥作用的大小 生物与环境关系基本原理 非内稳态生物 内稳态生物 环境变化对内稳态与非内稳态生物体内环境的影响 生物与环境关系基本原理 驯化除内稳态机制外的人为改变生物耐性范围的方法南方果树的北移 野生植物的栽培化 降解微生物的驯化培养等 生物与环境关系基本原理 指示生物 indicatororganism 生物指示器生物在与环境相互作用 协同进化的过程中留下的环境烙印 可以生物作为指示都是为反映环境的某些特征 枣芽发 点棉花杏花开 快种麦钟虫和轮虫出现时表明水质较好 海洲香薷在海洲为铜矿的指示生物 湖南念同的野韭指示金矿 有芨芨草成片生长的地方都有浅层地下水分布 生物与环境关系基本原理 指示作用的相对性海洲香薷在辽宁 河北等地为路边杂草 无指示意义 铜矿的指示植物在海洲为香薷 在四川西部则为头状蓼 在辽宁则为丝石竹 生物与环境关系基本原理 指示生物 海洲香薷 丝石竹 生物与环境关系基本原理 生物对环境的适应适应 生物对其环境压力的调整过程基因型适应 可遗传 发生在进化过程中 桦尺蠖的工业黑化表型适应 发生在生物个体身上适应种类进化适应生理适应感觉适应学习适应 生物与环境关系基本原理 生态因子的生态作用及生物的适应 光温度水土壤 光因子的生态作用及生物的适应 光的性质范围很广的电磁波 150 4000nm红外 紫外 可见 光因子的生态作用及生物的适应 光强 生物的生长发育与形态建成影响植物细胞的增长和分化 体积的增长和重量的增加促进组织和器官的分化 制约器官的生长发育速度 保持各器官组织发育正常比例黄化现象 eitiolationphenomenon 是植物对黑暗环境的特殊适应 是光与形态建成关系极端的典型例子光对植物的形态建成的影响受光敏色素等因子的调节 光因子的生态作用及生物的适应 光强 生物的生长发育与形态建成影响动物的生长发育速度蛙卵 鲑鱼卵在有光的情况下孵化快 发育也快贻贝和生活在海洋深处的浮游生物在黑暗情况下生长较快蚜虫在连续有光和连续无光的条件下多为无翅个体 而在光暗交替条件下则多产生有翅个体 光因子的生态作用及生物的适应 光强 对水生植物的影响光的穿透性是植物在海洋中分布的限制因子光补偿点 透光带下部植物光合作用量与呼吸消耗平衡之处特别清澈的海水和湖水可达几百米浮游植物密度大或含有大量泥沙颗粒的水体为水下1米左右受污染河流中光补偿点则可能只有水面下几厘米光饱和点 在一定范围内 光合作用的效率与光强成正比 但是到达一定强度 若继续增加光强 光合作用的效率不再增加或增加很少 这点称为光饱和点 光因子的生态作用及生物的适应 光强 植物对光照强度的适应类型阳地植物 适应于强光照地区生活的植物 光补偿点位置较高 光合作用速率和代谢速率较高蒲公英 杨 柳 槐 榆 松等阴地植物 适应于弱光照地区生活的植物 光补偿点位置较低 光合作用速率和代谢速率较低铁杉 红豆杉 山酢浆草 三七 半夏等 光因子的生态作用及生物的适应 光质 生态作用与生物的适应不同光质对植物的光合作用 色素形成 向光性 形态建成的诱导等的影响不同红 橙光可被叶绿素吸收 对叶绿素形成有促进作用蓝紫光可被叶绿素和胡萝卜素吸收绿光很少被吸收利用红光有利于糖的合成 蓝光有利于蛋白质的合成 光因子的生态作用及生物的适应 光质 生态作用与生物的适应可见光对动物生殖 体色变化 迁徙 毛羽更换 生长 发育都有影响光照环境使蛱蝶体色变淡不可见光对生物的影响也是多方面的昆虫对紫外光有趋光反应 草履虫则为避光反应340 240nm辐射条件下可使细菌 真菌 线虫卵和病毒等停止活动200 300nm辐射条件下能杀灭空气中 水面和各种物体表面的微生物 光因子的生态作用及生物的适应 光周期 生物对光周期的适应昼夜节律 生物活动表现出24h循环一次的现象有些动物夜间活动白天休息 猿有些浮游生物夜间浮向水面 白天游向深水处植物的昼夜交替现象 如光合作用 蒸腾作用 积累与消耗昼夜节律存在内部控制机制 人的睡眠 活动与休息的交替等 光因子的生态作用及生物的适应 光因子的生态作用及生物的适应 昼夜节律的内部控制机制 生命的基本特征 休息与睡眼 时差 活动与休息的交替 光周期 生物对光周期的适应光周期现象 分布在地球各地的动植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中 借助于自然选择和进化而形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式 这就是光周期现象 光周期现象是生物长期适应光的周期性变化形成的节律 光因子的生态作用及生物的适应 光周期 生物对光周期的适应植物的光周期 光因子的生态作用及生物的适应 长日照植物 北半球高纬度带 日照必须大于某一时数 凤仙花 冬小麦 油菜等中间性植物 日照与黑暗各半 甘蔗 日照长度要求不严 黄瓜 蕃茄 蒲公英等短日照植物 光照短于临界光期 牵牛 玉米 棉等 光周期 生物对光周期的适应动物的光周期 光因子的生态作用及生物的适应 鸟类迁徙 生殖时间哺乳动物换毛和生殖 长日照兽类短日照兽类 温度的变化规律温度影响因素昼夜 四季 纬度 地形 海拔 海陆位置土壤 水域 生物群落内 温度因子的生态作用及生物的适应 温度的生态作用 生物生长温度三基点 酶活性的最低温度 最适温度 最高温度高温将使蛋白质凝固 酶系统失活 低温将引起细胞膜系统渗透性改变 脱水 蛋白质沉淀以及其他不可逆转的化学变化不同生物的三基点不同 水稻种子发芽的温度三基点 雪球藻和雪衣藻的生长发育低纬度生物高温阈值偏高 高纬度生物低温阈值偏低年轮 一定温度范围内 植物生长快慢与温度成正比多年生木禾本植物茎横断面上的年轮动物的鳞片 耳石 温度因子的生态作用及生物的适应 温度的生态作用 生物发育温度在在生物发育中的作用 完成全生命周期的重要因子低温 春化 信号开关 有效积温 温度与生物发育最普遍的规律K N T T0 K 该生物所需的有效积温 它是个常数T 当地该时期的平均温度T0 该生物生长活动所需最低临界温度 生物零度 N 天数 d 温度因子的生态作用及生物的适应 安排农业生产植物保护防治病虫害 生物对极端温度的适应生物对低温环境的适应 形态方面植物 叶片受到油脂类物质保护芽具鳞片表面生有蜡粉和密毛矮小且成匍匐状 垫状或莲座状动物 个体大 单位体重散热量较小 Bergman定律 身体突出部分变小变短 减少散热 Allen定律 增加毛或羽毛数量或质量 增加脂肪厚度 提高身体隔热性能 温度因子的生态作用及生物的适应 保持较高温度 减轻严寒影响 温度因子的生态作用及生物的适应 耐寒苜蓿 紫花苜蓿 温度因子的生态作用及生物的适应 三七景天 温度因子的生态作用及生物的适应 蛇鞭菊 雪莲 生物对极端温度的适应生物对低温环境的适应 生理方面植物 减少细胞水分增加细胞中的糖类 脂肪和色素动物 增加体内产热量来增强御寒能力保持恒定体温 温度因子的生态作用及生物的适应 降低植物冰点 生物对极端温度的适应生物对高温环境的适应植物 密绒毛和鳞片 过滤阳光植物体呈白色 银白色 叶片革质发亮 反射太阳光叶片垂直排列 折叠 减少光吸收面积树干和根茎有木栓层 绝热和保护 温度因子的生态作用及生物的适应 形态上 生物对极端温度的适应生物对高温环境的适应植物 1 降低细胞含水量 增加糖或盐的浓度 减缓代谢速度 增加原生质抗凝结力2 旺盛的蒸腾作用避免植物体因过热受害3 反射红外线 温度因子的生态作用及生物的适应 生理上 生物对极端温度的适应生物对高温环境的适应动物 适当放松恒温性 增加体温变辐夏眠 穴居 夜间活动 昼伏夜出等 温度因子的生态作用及生物的适应 形态上 温度与生物的地理分布 植物分布温度制约着生物的生长发育 每个地区生长繁衍着适应于该地区气候特点的生物温度生态因子包括节律性变温和绝对温度 它们是综合起作用的节律性温度 年温度 最冷 最热月温度 划分植被气候类型的依据 R H Boeker极端温度 最高 最低温度 限制生物分布的最重要条件 如苹果和某些梨不能在热带栽培 高温限制 橡胶 椰子 可可等只能分布在热带 低温限制 温度因子的生态作用及生物的适应 温度与生物的地理分布 动物分布温度对动物的分布有时可起到直接的限制作用气温15 以上的日子少于70d的地区 玉米螟不能持久生存苹果蚜向北分布的界限是1月等温线3 4 的地区北半球动物分布的北界受低温限制 南界受高温限制 温度因子的生态作用及生物的适应 温度与生物的地理分布暖和地区生物种类多 寒冷地区生物种类较少我国两栖类动物广西57种 福建41种 浙江40种 江苏21种 山东河北各9种 内蒙古8种 爬行类动物广东广西分别有121种和110种 海南104种 福建101种 浙江78种 江苏47种 山东河北不到20种 内蒙古6种 我国高等植物3万多种 巴西4万多种 苏联1万6千多种 温度因子的生态作用及生物的适应 变温与温周期现象自然界温度受太阳辐射的制约 存在昼夜之间及季节之间温度差异的周期性变化 起源于不同地带的生物对昼夜变温与温度周期性变化的反应也不相同变温与生物生长温周期现象 thertnoperiodism 昼夜温度变化使许多生物适应了变温环境 多数生物在变温下比恒温下生长更好 植物生长与昼夜温度变化的关系更为密切 温度因子的生态作用及生物的适应 变温与温周期现象变温与生物生长植物的温周期现象种子萌发期 大多数植物在变温下发芽较好毒芹 草地早熟禾 鸭茅某些种在恒温和变温下发芽同样良好 胡萝卜 猫尾草 黑麦草生长期 植物的生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合 波斯菊 G Bonnier试验 在变温条件下比恒温条件下重量增加1倍 蕃茄的正常生长也要求昼夜温度的变化 F W Went 温度因子的生态作用及生物的适应 温度因子的生态作用及生物的适应 毒芹 ConiumMaculatum 伞形科 草本植物 布于荒川野草丛中 气味难闻 毒性很大 分布于东北 华北 西北及内蒙一带 根状茎肥大有香气和甜味 秋季茎中空 花为白色 全草有毒 温度因子的生态作用及生物的适应 草地早熟禾 草地早熟禾又名六月禾 肯塔基等 适宜于我国西北 东北和华北的大部分地区种植 与多年生黑麦草和高羊茅品种具有很好的混播组合效果 广泛应用于公园 厂区 庭院等城市绿化 高尔夫球场球道区和发球区及其他运动场草坪的建植 温度因子的生态作用及生物的适应 鸭茅 鸭茅为禾本科多年生草本植物 原产于美国 九十年代我国引进并加以培育 成为适用于我国各地种植最优质的牧草之一 温度因子的生态作用及生物的适应 猫尾草 DactylisglomerataL 猫尾草又名梯牧草 为禾本科梯牧草属多年生草本植物 原产于欧亚大陆 是世界上最重要的牧草之一 已被广泛种植于欧洲 亚洲和美洲 变温与温周期现象变温与生物生长植物的形态特点有时与变温也有关系番茄在变温条件下保持正常形态紫罗兰在昼夜11 时为完全叶 昼夜19 时叶子产生裂片 昼温19 液温11 时叶全缘呈波状 温度因子的生态作用及生物的适应 变温与温周期现象变温与干物质积累变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用银胶草 Partheninmargeutatum 在26 5 或7 恒温下均不形成橡胶 而在昼温26 5 夜温7 时产生大量橡胶 青藏高原地区 日温差大 小麦每千粒干重40 50g 比同一品种在平原地区重5 30 温度因子的生态作用及生物的适应 温周期现象是建立在相互补充的生理过程具有不同的温度基点上 物候节律物候学 phenology 研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系动物对不同季节食物条件的变化以及对热能 水分和气体代谢的适应 导致其生活方式与行为的周期性变化活动与休眠 繁殖期与性腺静止期 定居与迁移等植物的物候变化更为明显发芽 生长 开花 结实和枯黄 温度因子的生态作用及生物的适应 物候节律不同地区 不同气候条件下生物的物候状况不同美国昆虫学家A D Hopkins确定美国境内生物物候与纬度 经度和海拔高度的关系 在北美温带地区 纬度移动1oN 或经度移动5oE或海拔上升120m 生物的物候期在春天和夏初延迟4d 秋天物候期则提早4d 中国 广东湛江沿海至福州 赣州一线纬度相差5o 桃花开花期相差50d 南京和北京纬度相差6o桃花开花期相差1d 温度因子的生态作用及生物的适应 物候节律物候研究方法地面定期观测遥感等新技术的应用物候观测结果整理成物候谱图或等物候线说明物候期与生态因子或地理区域的联系结果可用于确定农时 牧场利用时间 了解群落动态等确定不同植物的适宜区域及指导植物引种工作 温度因子的生态作用及生物的适应 物候节律物候节律的产生机制 生物钟内源说 生物体本身存在定时器 鸡在胚胎内存在的肝脏糖原含量的昼夜节律变化 小鸡一旦孵化立即表现出活动的昼夜规律外源说 生物的节律性变化需要外界信号来诱导生物对地球磁场每天变化的反应 生物可能利用这些细微的变化作为定时的机制 以确定适应环境条件变化的生于节律 温度因子的生态作用及生物的适应 休眠 生物的潜伏 蛰伏或不活动状态 是抵御不利环境的一种有效的生理机制休眠状态的动植物可以忍耐比其生态宽得多的环境条件草原啮齿类动物的冬眠或蛰伏习性丰年虫的卵可以休眠多年很多昆虫在不利气候条件下常进入滞育状态 代谢率下降到非滞育时的1 10休眠能使动物最大限度减少能量消耗囊虫进入蛰伏状态2 9h 每克体重消耗6 5ml氧气 正常生活则要消耗11 9ml氧气 温度因子的生态作用及生物的适应 休眠 生物的潜伏 蛰伏或不活动状态 是抵御不利环境的一种有效的生理机制植物中的休眠现象更为普遍许多植物种子成熟后不立即萌发休眠种子可长期保持存活能力 直到现出适于种子萌发的条件才萌发埃及睡莲 Nelubiumspeciosum 种子经过1000年的休眠之后 仍有80 的莲子保持发芽能力植物种子的休眠现象和后熟作用是植物对不利环境的适应对寒带 温带等季节变化明显地区植物的重大意义植物种子在干燥贮存中的后熟作用 温度因子的生态作用及生物的适应 休眠 生物的潜伏 蛰伏或不活动状态 是抵御不利环境的一种有效的生理机制温带木本植物的冬眠保证休眠中的树木顺利渡过冬季的低温木本植物的休眠与光周期有关 短日照可促进休眠 长日照可促进营养生长树木进入冬眠状态受制于日照长度而不是温度可在很大程度上使植物免受初冬温度波动的危害 温度因子的生态作用及生物的适应 地球上的水及其变化规律水的行星水的三态三种形态水在时间和空间上的分布不均是导致地球各地区水分再分配的重要原因水分在地球上的流动和再分配方式水汽的大气环流洋流河流排水 水因子的生态作用及生物的适应 地球上的水及其变化规律地球上的水循环大循环 外循环 海洋蒸发的水分部分经大气环流输送至大陆 形成降水 大陆上的降水部分蒸发成水汽 部分渗入土壤 部分经江河流回海洋小循环 内循环 海洋和陆地水蒸发后 形成降水回复到原来的海洋和陆地 水因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用水是生物生存的重要条件生物体的组成部分植物体一般含水量达60 80 动物体含水量更高 水母含水量达95 软体动物达80 92 鱼类达80 85 鸟类和兽类达70 75 人体含水量 胎儿90 婴幼儿80 成人60 70 老年人50 60 水因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用水是生物生存的重要条件生物体的组成部分很好的溶剂对许多化合物有水解和电离作用 许多化学元素在水溶液状态下被生物吸收和运转新陈代谢的直接参与者光合作用的原料水比热较大 可缓和和调节生物体温能维持细胞和组织的紧张度 使生物保持一定的状态 维持正常的生活 水因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用水对动植物生长发育有重要影响水量对植物生长的最高 最适和最低三基点低于最低点 植物萎蔫 生长停止高于最高点 根系缺氧 窒息 烂根处于最适范围则可维持植物的水分平衡 保证植物生长植物不同生长发育期对水分要求不同种子萌发期需要较多水分 水因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用水对动植物生长发育有重要影响水对动物的影响水分不足时 可以引起动物的滞育或休眠草原雨季上形成暂时水潭时生活的水生昆虫 雨季过后则进入滞育期动物的周期性繁殖与降水季节密切相关澳洲鹦鹉遇到干旱年份停止繁殖羚羊幼兽的出生时间正好是降水和植被茂盛的时期 水因子的生态作用及生物的适应 水因子的生态作用水对动植物数量和分布的影响水分与动植物的种类和数量存在着密切的关系降水量最大的赤道热带雨林中植物达52种 hm2降水量较少的大兴安岭红松林群落中 仅有植物10种 hm2在荒漠地区单位面积物种数则更少 水因子的生态作用及生物的适应 水与水生生物生物在水中的气体交换CO2 光合作用原料 来源于大气中CO2的溶解 水生动植物的呼吸 矿物形式CO2的释放O2 水生生物的重要限制因素 水因子的生态作用及生物的适应 水与水生生物水生生物的形态特征水的密度植物 油滴 充气球形物动物 增大脂肪量 鱼鳔水的黏滞性水体动物的流线型身体水的浮力体重高 水因子的生态作用及生物的适应 水与水生生物水与水生植物水生植物 所有生活在水中的植物水体环境特点 弱光 缺氧 密度大 粘性高 温度变化平缓 能溶解各种无机盐类水生植物特点 发达的通气组织 机械组织不发达甚至退化 水下叶片多分裂成带状 线状且很薄以增加吸收阳光 无机盐和CO2的面积 伊乐藻 毛茛水生植物种类 漂浮植物 浮叶植物 沉水植物 挺水植物 水因子的生态作用及生物的适应 水与水生生物水与水生动物水生动物对水因子的适应 渗透压调节和水分平衡淡水动物 高渗 海洋动物 等渗 低渗 回游鱼类及广盐性鱼类 渗透压调节 水盐低渗 水因子的生态作用及生物的适应 水与陆生生物水与陆生动物陆生动物 terrestrialanimals 必须保持体内的水分平衡才能在陆地环境中生存吸收水分方式 直接饮用 皮肤吸水 代谢中获得水分失水途径 体表蒸发 呼吸 排泄 水因子的生态作用及生物的适应 水与陆生生物水与陆生动物陆生动物对水因子的适应 环境湿度形态结构上的适应 防止体内水分过度蒸发保持体内水分平衡昆虫具有几丁质的体壁以防止水分过量蒸发烟管螺可以产生膜以封闭壳口来适应低湿环境鸟类具有羽毛和尾脂腺行为 生态 的适应 沙漠动物的昼伏夜出 干旱地区鸟类的迁移 非洲大草原旱季到来时大型食草动物的迁徙生理适应 骆驼胃贮水 驼峰中储藏有丰富的脂肪可在消耗过程中产生大量水分 血液中具有特殊的脂肪和蛋白质 不易脱水 水因子的生态作用及生物的适应 水与陆生植物陆生植物陆生植物种类 湿生 中生 旱生湿生植物 在潮湿环境中生长 抗旱能力最弱的陆生植物中生植物 生长在水分条件适中生境中的植物 具有完整的保持水分平衡的结构和功能 根系和输导组织均比湿生植物发达旱生植物生长在干旱环境中 能长期耐受干旱环境 且能维持水分平衡和正常的生长发育 水因子的生态作用及生物的适应 生物对水因子的适应植物对水因子的适应陆生植物旱生植物的形态结构特征 增加水分摄取 减少水分丢失骆驼刺地面部分只有几公分 地下则深达15m 扩展范围达623m2 增加水分吸收量仙人掌科叶片化成刺状松柏类植物叶片呈针状或鳞片状 且气孔下陷夹竹桃叶表面被有很厚的角质层或白色绒毛 水因子的生态作用及生物的适应 生物对水因子的适应植物对水因子的适应陆生植物旱生植物的形态结构特征 增加水分摄取 减少水分丢失另一类旱生植物具有发达的贮水组织美洲沙漠中的仙人掌树高达15 20m 可贮水2t左右南美的瓶子树 西非的猴面包树可贮水4t以上旱生植物还可从生理上适应干旱高渗透压使其根系可从干旱的土壤中吸收水分 同时不至于发生反渗透现象使植物失水 水因子的生态作用及生物的适应 土壤因子的生态作用土壤 岩石圈表面养育生物的疏松表层 陆生生物生活基质 提供生物矿物质元素和水分 生态系统物质 能量交换的场所 是生态系统中生物部分和非生物和无机环境相互作用的产物动物对水因子的适应土壤是由固体 液体 气体组成的三相复合系统土壤肥力 及时满足生物对水 肥 气 热要求的能力 是生物正常生长发育的基础 土壤因子的生态作用及生物的适应 土壤因子的生态作用及生物的适应 适于植物生长的土壤组成 矿物质38 有机质12 水分25 空气25 土壤的生物区系对有机物质的分解和转化 以及元素的生物循环具有重要的作用 并能影响 改变土壤的化学性质和物理结构 构成各类土壤特有的土壤生物作用 土壤因子的生态作用土壤肥力是土壤的物理 化学 生物等性质的综合反映 这些基本性质都能通过直接或间接的途径影响生物生长要使土壤具有高的肥力 必须使土壤具有良好的物理 化学性质和生物活性功能 土壤因子的生态作用及生物的适应 植物对土壤因子的适应植物对于长期生物的土壤会产生一定的适应特性 形成各种以土壤为主导因素的植物生态类型酸度 酸性土 中性土 碱性土植物生态类型矿质盐类 钙质土植物 嫌钙植物含盐量 盐土植物 碱土植物与风沙基质的关系 抗风蚀沙埋 耐沙割 抗日灼 耐干旱 耐贫瘠等盐土植物 旱生 湿生 聚盐 泌盐 不透盐植物 土壤因子的生态作用及生物的适应 植物对土壤因子的适应 例 盐碱土植物对不同土壤的生态适应特性盐土 所含盐类主要为NaCl和Na2SO4 pH中性 土壤结构尚未被破坏碱土 土壤胶体中吸附相当数量的交换性钠 交换性钠占阳离子交换总量20 以上的土壤 pH 8 5 土壤结构被破坏 通透性耕作性极差 土壤因子的生态作用及生物的适应 植物对土壤因子的适应 例 盐碱土植物对不同土壤的生态适应特性盐土对植物生长发育的不利影响引起植物的生理干旱 盐类提高土壤溶液渗透压 引起植物的生理干旱 使植物枯萎 严重时甚至死亡 伤害植物组织 盐类积聚在表土时常伤害根 茎交界处的组织 高pH值下还会导致OH 对植物的直接伤害 引起细胞中毒 植物体内积聚大量盐类会使原生质受损 蛋白质的合成受到严重阻碍 从而导致含氮的中间代谢产物积累 使细胞中毒 土壤因子的生态作用及生物的适应 植物对土壤因子的适应