第五章个体生态学原理及应用ppt课件

.,第五章个体生态学及应用,由生物构成的种群和群落是生态系统能量流动和物质循环的核心。对于一个生态系统，研究常可分为个体水平、种群水平、群落水平和系统水平，分别称为个体生态学、种群生态学、群落生态学和生态系统生态学。个体生态学(Autecology):就是研究生物个体发育、物种系统发育与其环境之间相互关系的一门学科,即生物对环境的适应过程及环境对生物的塑造作用。就植物来说，是研究植物个体的发芽、生长、开花、结果、落叶、休眠等各个阶段的形态变化、生理变化反应与环境的关系.就动物而言，是研究动物个体的适应性、耐受性、食性、迁移、繁殖、生活史等。,.,第五章个体生态学原理及应用,教学目的通过本章的学习，了解环境和生态因子的概念与类型，掌握生态因子对生物的作用规律和生物对环境的生态适应，以及生物的生态效应。教学重点生存因子的基本概念及类型，生态因子对生物的作用特点。最小因子定律、耐性定律。生物对环境的适应方式。生活型、生态型的定义和类型。生境原理、生态位原理的概念，生物对自然环境的影响教学难点生境原理、生态位原理的概念。教学方法课堂教学，以生态因子与生物的相互作用关系为主线进行。教学内容,.,第五章个体生态学及应用,生态系统中的环境环境对生物的制约生物对环境的适应,.,1生态系统中的环境,一、自然环境自然环境：是生态系统中作用于生物的外界条件的总和。生态因子：自然环境中对生物生命活动产生影响的环境因子。如：太阳辐射、温度、湿度等。太阳辐射以及地球表面的大气圈、水圈、土壤圈综合影响着这些生态因子。生存因子：生物生存不可缺少的生态因子。,.,1生态系统中的环境,一、自然环境太阳辐射大气圈：大气圈是环境的重要组成要素，也是维持地球上一切生命赖以生存的物质基础。对流层是大气圈中与一切生物关系最为密切的一个层次，它对人类的生产、生活的影响亦最大。土壤圈：是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈相互作用的产物。水圈：水以不同的状态.不同的水体,分布在海洋.陆地以及大气之中.生物圈,.,1生态系统中的环境,二、人工环境人工影响的环境如：人工经营的森林、草地、防风林等。人工建造的环境如：大棚、畜舍等。,.,.,三、生态因子的类型及对生物的作用,（一）生态因子的分类生态因子的类型多种多样，分类方法也不统一。简单、传统的方法是把生态因子分为生物因子和非生物因子。前者包括生物种内和种间的相互关系；后者则包括气候、土壤、地形等。依据生态因子变化的周期性可分为：(1)第一周期性因子:如日长、温度（决定生物的分布）(2)次生周期性因子：如降水量（调节生物的数量或长势长相）(3)非周期性因子：冰雹（灾害性因子）,.,1气候因子：气候因子也称地理因子，包括光、温度、水分、空气等。根据各因子的特点和性质，还可再细分为若干因子。如光因子可分为光强、光质和光周期等，温度因子可分为平均温度、积温、节律性变温和非节律性变温等。2土壤因子：土壤是气候因子和生物因子共同作用的产物，土壤因子包括土壤结构、土壤的理化性质、土壤肥力和土壤生物等。3地形因子：地形因子如地面的起伏、坡度、坡向、阴坡和阳坡等，通过影响气候和土壤，间接地影响植物的生长和分布。4生物因子：生物因子包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。5人为因子：把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。人类活动对自然界的影响越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都直接或间接受到人类活动的巨大影响,.,（二）生态因子对生物的作用,1.光的生态作用与生物的适应2.温度的生态作用与生物的适应3.水的生态作用与生物的适应4.土壤因子对生物的影响,.,水分是影响潮汐区自上而下种群分布的重要因素。溅泼区中，水分甚少，高位潮汐区有10%时间没在水中。中位潮汐区有50%时间没在水中。底位潮汐区有90%时间没在水中。,.,2环境对生物的制约,环境中对生物生命活动产生影响的生态因子，不是孤立作用的，而是相互联系、相互影响形成统一的整体，共同作用于生物。各种生态因子对生物的影响是同等重要，缺一不可、但各种生态因子对所起的作用有大小之分，即：生态因子可分为主导因子和辅助因子。,.,2环境对生物的制约,一、最小因子定律德国化学家李比西（JustusLiebig）于1840年提出。内容：在稳定条件下，当某种基本物质的可利用量接近所需临界量时，这种物质将成为一个限制因素，限制其他处于良好状态的因子发挥效应，进而限制作物的生长。也是我们常说的木桶定律。,.,2环境对生物的制约,一、最小因子定律应用前提：1必须是在稳定条件下才能运用。2应考虑生态因子之间的补偿作用。如：软体动物在钙缺乏时，用锶作补偿。光、温的相互补偿。,.,2环境对生物的制约,二、耐性定律美国生态学家谢尔福德（V.E.Shelford）1913年提出。内容：生物对不同生态因子的适应存在着一个生态学的上限和下限，生物只有在其范围内才能正常生长发育，任何因子过剩或不足都会影响生长发育和生存。这之间的范围就是该种生物对某一生态因子的耐性限度。,.,耐性定律示意图,.,.,比尔格曼法则(Bergmannslaw),同类恒温动物当中，大型种类趋向于分布在北方寒冷地区，小型种类趋于分布在南方温热地区,.,2环境对生物的制约,奥德姆（E.P.Odum）对其作如下补充：同一生物对不同生态因子的耐性范围不同，对一个因子的耐性范围很广，而对另一因子的耐性范围可能很窄。不同生物对同一生态因子的耐性范围不同。对主要生态因子耐性范围大的物种其分布也广。同一生物在不同发育阶段对生态因子的耐性范围不同。由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不处于适宜状态时，则生物对其他生态因子的耐性范围会缩小。同一生物种的不同品种长期生活在不同生态环境会发生生态型的分化，以适应不同环境，因而对多个生态因子的耐性范围会有差异。,.,三、生态因子对生物的作用特点,1生态因子的综合作用生境是各种生态因子按一定方式所构成的集合（即综合体）。各个生态因子不是孤立的发挥作用，而是相互联系、相互促进、相互制约的，环境中任何一个单因子的变化，必将引起其它因子发生不同程度的变化。对生物起作用的是生境中各因子的综合作用，决不是单个生态因子的独立效应。2.生态因子中的主导因子在生物生活环境内的诸因子中，其中一个或二个因子，在一定条件下，起主导作用，为主导因子。,.,3.生态因子的不可代替性或可调剂性生物在其生长发育过程中，虽然其生态因子不是等价的，即所需要的量不同，但却具有同等重要性。如果缺少某因子，便会影响其正常生长发育，甚至致病死亡，且任何一种因子都具有不可代替性和同等重要性。此外，在一定条件下，某一因子在量上的不足可由相近生态因子的增加或加强而得到补偿，且可获得相似生态效应，如增加CO2的浓度，可补偿由于光照减弱所引起的光合强度降低的效应，即生态因子的可调剂性或补偿作用。4.生态因子的交互作用,.,5生态因子作用的直接性和间接性有些生态因子，如光、温、水、土壤养分等，直接影响或参与生物新陈代谢；另一些生态因子，如海拔、坡向、纬度、经度等，通过影响光、温、水、土壤等因子，间接作用于生物。6生态因子作用的阶段性生物生长发育有阶段性，这种阶段性形成是由于生态因子规律变化的结果，如季节性物候，昼夜温差等生态因子的规律性变化，导致了植物生长发育的阶段性。每一个生态因子对植物不同生长发育阶段的作用是不同的，如低温对冬小麦的春化阶段非常重要，但在光周期阶段却成为有害因子,.,四、主要生态因子对生物的作用,日长的生态作用温度的生态作用水分的生态作用土壤的生态作用,.,3生物对环境的生态适应,一、什么叫生态适应？（一）概念（二）生物生态适应的类型（三）生物生态适应的结果（四）生物对环境的影响二、生活型与生态型（一）生活型（二）生态型三、生境与生态位,.,（一）概念由于环境差异性的变化而导致生存于其中的生物在其生理、生态、形态等特性上发生相应变化的过程称为生态适应。（二）生物生态适应的类型1、趋同适应：2、趋异适应：（三）生物生态适应的结果形成不同的生活型与生态型,一、什么叫生态适应？,.,趋同适应:是指不同种类的生物，由于长期生活在相同或相似的环境条件下，通过变异、选择和适应，在形态、生理、发育以及适应方式和途径等方面表现出相似性的现象。趋异适应:是指亲缘关系相近的同种生物，长期生活在不同的环境条件下，形成了不同的形态结构、生理特性、适应方式和途径等。趋异适应的结果是使同一类群的生物产生多样化，以占据和适应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。,.,蝙蝠与鸟类，鲸与鱼类等是动物趋同适应的典型例子。蝙蝠和鲸同属哺乳动物，但是蝙蝠的前肢不同与一般的兽类，而形同于鸟类的翅膀，适应于飞行活动；鲸由于长期生活在水环境中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸鳍。植物中的趋同现象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，但都以肉质化来适应干旱生境。按趋同作用的结果，可把植物划分为不同的生活型。不论植物在分类系统上的地位如何，只要它们的适应方式和途径相同，都属同一生活型。生活型的划分有不同的方法，例如将植物分为乔木、灌木、半灌木、木质藤本、多年生草本、一年生草本等。,.,植物生态型是与生活型相对应的一个概念，是指同种生物内适应于不同生态条件或区域的不同类群，它们的差异是源于基因的差别，是可遗传的。根据引起生态型分化的主导因素，可把生态型划分为气候生态型、土壤生态型和生物生态型等。,.,（四）、生物对环境的影响,在生物与环境的相互关系中，由于环境的复杂多变，生物似乎总是处于从属、被支配的地位，只能被动地去适应、逃避。事实上，生命体不仅能够被动地适应环境，而且还能主动地影响环境，改造环境，使环境保持相对稳定，向有利于生物生存的方向发展。,.,关于生物对环境的主动作用，英国科学家J.Lovelock于20世纪60年代提出了Gaia假说，即大地女神假说。该假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球表面的生命总体（生物圈）主动调节的。地球大气的成分、温度和氧化还原状态等受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收CO2释放O2，呼吸作用吸收O2释放CO2，以及排泄废物、分解等，对偏离作出反应，缓和地球表面的这些变化。Gaia假说的现实生态学意义，正受到越来越多的关注。人类自工业化革命以来，各种环境、资源问题日益突出，严重威胁着人类的可持续发展。森林，尤其是热带雨林，有“地球的肺”之美誉，对于调节气候、维持空气O2和CO2的平衡、保持水土有着不可替代的作用。森林的减少，意味着调节能力的减弱。目前大气CO2浓度的升高，一方面与大量燃烧化石燃料有关，另一方面森林面积的急剧减小也是一个重要因素。,.,3生物对环境的生态适应,二、生活型和生态型生活型（lifeform）不同种的趋同适应：P25定义：生物对于综合环境条件的适应而在外貌形态上反映的类型。生活型是种以上的分类单位。不论植物在分类系统上的地位如何，只要它们对环境的适应方式和途径相同，都列为同一生活型。如松树和杉树都属于乔木这一生活型。一定的生活型是植物长期对环境条件适应的结果。因而生活型反映了生物对环境条件的适应。,.,3生物对环境的适应,生活型（lifeform）不同种的趋同适应一定的生活型是植物长期对环境条件适应的结果。因而生活型反映了生物对生活条件的适应。如：非洲荒漠中的大戟科植物美洲荒漠的仙人掌科植物虽在分类上的地位不同，但以肉质化来适应它们各自的所在的荒漠生境却是一致，因而属于同一生活型。,.,3生物对环境的适应,生态型（ecotype）种内适应性的分化定义：同一物种内适应性有差异的种群。是一个种对某一特定生境发生基因型反应的产物。如黄种人，白种人，黑种人生活型是种以下的分类单位。分布越广的物种生态型越多。,.,3生物对环境的适应,生态型的分类根据形成生态型的主导因子，可把植物生态型分为：气候生态型：如粳稻和籼稻；早稻和晚稻地壤生态型：如水稻和陆稻；耐肥品种与耐瘠品种生物生态型：如抗病、虫品种和一般品种,.,三、生境与生态位,（一）生境生境：即有机体居住的地方，是具体的特定地段上对生物起作用的环境因子的总和。不同物种其生境不同。一定的生境总是与一定生活习性的生物有着固定联系。如：蚯蚓在有机质丰富的泥土中生存。仙人掌在沙漠中生存。,.,三、生境与生态位,（二）生态位（小生境或生态龛）：定义：生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。或定义为：生物钟在生物群落中的位置和作用。其含义有两个方面：时空生态位：即某种生物存在生活的时间和占据的空间。营养生态位：即模拟中生物种在物质循环和能量流动中所处