基础生态 第一章生物与环境

第一章生物与环境,一、环境与生态因子二、生态因子对生物作用的特点三、生态因子对生物的制约四、几个主要生态因子的作用,生态学是研究生物与环境之间的相互关系的科学。这种相互关系包括以下四个方面的内容：1.环境对生物的塑造作用；2.生物个体通过各种形态、生理、生化和行为机制去适应不同环境的过程；3.生物群体在不同环境中的形成过程；4.生物群体对环境的改造作用。,一、环境与生态因子,一、环境,1、环境(environment)：是指某一特定生物体或生物群体周围一切的总和，包括生物生存的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。环境是一个相对的概念，它必须有一个特定的主体或中心，在环境科学中，人类是主体，其它的生命物质和非生命物质均被看做环境因素。在生物科学中，以生物为主体，生物以外的所有自然条件称为环境。,大环境和小环境,1、大环境（macroenvironment）是指地区环境、地球环境和宇宙环境。大环境中的气候称为大气候（macro-climate），是地面1.5m以上的气候，由大范围因素所决定，如大气环流、地理纬度、与海洋的距离、大面积地形等。大环境决定着各地的生物群系（biome），如热带雨林等。,地球大环境,2、小环境（microenvironment）是指特定生物栖息地小范围内，对生物有直接影响的邻接环境。小环境中的气候称小气候（microclimate），是指近地面大气层中1.5m以下的气候。小气候变化大，受局部地形、植被和土壤类型的调节，与大气候有极大的差别。大环境直接影响着小环境，对生物体的生存和分布也有直接或间接影响；但是由于小环境直接影响生物的生活，而且我们可以很容易改变和控制小环境，因此生态学研究更重视小环境。,小环境,二、生态因子,生态因子是指环境要素中对生物起作用的因子：光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其它生物等。,生态因子的分类,生态因子主要有以下4种分类：1）按其性质分为：气候因子：温度、水分、光照等土壤因子：土壤的结构、成分、理化特性和土壤生物地形因子：陆地、海洋、海拔高度、坡向生物因子：动物、植物和微生物之间的各种相互作用人为因子：人类活动对自然环境的影响2）按有无生命的特征分为：生物因子和非生物因子。,3）按生态因子的作用强度是否与动物的种群密度有关：密度制约因子（调节数量）：食物、天敌非密度制约因子（决定分布）：温度、降水注意：这种划分具有相对性4）按生态因子的作用特点：稳定因子和变动因子。稳定因子（引力、地磁、太阳常熟）：决定着生物的分布。变动因子：周期性变动因子决定着生物的分布（四季交替、潮汐）。非周期性变动因子决定着生物的数量（风、降雨、捕食）。,二、生态因子对生物作用特点,1、综和性2、非等价性3、阶段性4、不可替代性和可调剂性5、直接作用和间接作用,每一个生态因子都是在与其它生态因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化，形成综合作用。例如光照强度的变化必然会引起大气和土壤的温度及湿度改变，导致山脉阳坡和阴坡景观的差异。,1、综和性,对生物起作用的诸多生态因子，它们作用的大小是不相等的，其中有1-2个是起主要作用的主导因子。主导因子的改变常会引起其它生态因子发生明显变化，从而对生物的生长、发育产生明显的影响。植物的光周期现象中的光照时间和植物春化阶段的温度就是主导因子。,2、非等价性,对不同生物而言，其主导因子是各不相同的；同一种生物在不同发育阶段的主导因子也是不同的。我们的研究工作就是要弄清各养殖品种在不同发育阶段的主导因子是什么，以及这些因子之间的相互关系，从而通过给养殖生物提供适宜的条件来实现人工繁育，提高养殖效果，减少病害。海水鱼种苗各发育阶段主导生态因子研究。,生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或同一生态因子的不同强度。,3、阶段性,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。很多昆虫的幼虫和成虫生活在完全不同的生境中，对生态因子的要求差异极大。一些河海洄游性鱼类（如鲑鱼），幼鱼生活在淡水中而成鱼则生活在海洋中。,4、不可替代性和可调剂性,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。但某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。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。,生态因子对生物体的作用可以分为直接作用和间接作用。直接作用，比如光照、水分、食物、氧气等生态因子直接影响生物体的生存。间接作用，比如海陆位置、坡度、地形等生态因子对生物体也有影响，但其影响是间接起作用的。,5、直接作用和间接作用,选择性、耐受性、抗性,生物对于生态因子的作用具有选择性、耐受性和抗性，以温度为例说明。选择性（preference）：指生物喜欢的那个温度范围，即最适范围。耐受性（tolerance）：指生物能生存和繁殖的温度范围，有上下限，耐受范围也叫生态幅。抗性（resistance）：指生物的生命周期中某一个特殊时期能经受最恶劣环境条件的范围。,三、生态因子对生物的制约,最小因子定律（Lawofminimum)限制因子定律（LawofLimitingfactors）耐受性定律（Lawoftolerance）,1840年，由德国有机化学家利比希（Liebig）提出。在稳定条件下，任何特定因子的可利用量低于生物所需最小量时，这种物质将成为一个限制因素，限制其它处于良好状态的因子发挥效应，进而限制生物的生存和分布（综合性、非等价性）。最小因子定律也就是我们常说的“木桶定律”。应用最小因子定律的前提：、必须是在稳定条件(物质和能量的输入和输出平衡)下才能运用；、应考虑生态因子之间的补偿作用。（补偿性）如：软体动物在钙缺乏时用锶作补偿；植物光合作用中光照和温度的相互补偿等。,1、最小因子定律,1905年，布莱克曼（Blackman）发展了最小因子定律，提出了限制因子定律：任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻碍其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子就成为限制因子。某个因子不足时会成为生物的限制因子，但某个因子过量时，同样会成为限制因子。例如过高的温度、过强的光照或过多的水份。,2、限制因子定律,限制因子概念对于水产养殖具有重要的实用意义：限制因子其实就是主导因子，决定着我们研究对象种群的繁殖和生长，通过实验确定各种生态因子对研究对象作用情况，我们就能确定水产养殖育苗和养成过程中适宜的环境条件，提高育苗成活率和养殖效益。,3、耐受性定律,基于最小因子定律和限制因子的概念，美国生态学家谢尔福德（V.E.Shelford）于1913年提出了耐受性定律：任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多，当其接近或达到某种生物的耐受限度时，会使该种生物减少或灭绝。耐受性定律的优点：考虑了生态因子量的变化；估计了生物本身的耐受限度（阶段性）；包括了生态因子间的相互作用。,V.E.Shelford（1877-1968）,美国动物生态学家。芝加哥大学毕业。1927-1946年任伊利诺斯大学教授。美国生态学会第一任会长。1911生理动物地理学1912生态演替1913提出耐受性定律提出“生物群系”的概念（biome）。,耐受性定律的补充,1）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。2）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。3）同一生物在不同发育阶段对生态因子的耐性范围不同。4）由于生态因子的相互作用，当某个生态因子处于不良状态时，则生物对其它生态因子的耐受范围会缩小。5）同一物种长期生活在不同生态环境中，会发生生态型的分化，以适应不同环境，因而对相应生态因子的耐性范围会发生变化（驯化）。,生态幅（Ecologicalamplitude）生物对各种生态因子的耐受范围称为生态幅，由生物的遗传特性决定，能够通过驯化而发生改变。生态学中常用“广”和“狭”表示生态幅的宽度，例如:广温性与狭温性、广盐性与狭盐性等。生物的生态幅取决于其特定发育期（繁殖期、卵期、胚胎期）对限制因子的耐受限度，因此生物的生态幅宽度决定了它们对环境的适应能力，从而决定了它们的分布范围。,耐受限度的调整,生物对生态因子的耐受范围并不是固定不变的，通过自然驯化或人为驯化可改变，使耐受范围的上下限发生移动，形成一个新的生态幅。这是农业生产中常用的一个生态知识。生物生态幅的变化是直接体现在其生化、生理、形态及行为的等相关特征上。例如：从冬季到夏季，水温逐渐升高，鱼类可以通过这种逐渐的驯化而提高对温度的耐受限度，使耐受曲线向高温一侧移动，因此鱼类在夏季时就能忍受冬季时能使鱼致死的高温。,内稳态机制（homeostasis)：生物通过生理或行为来控制自身的体内环境（体温、糖、氧浓度、体液组成），使其保持相对稳定的机制。生物能够通过维持自身体内环境的相对稳定来扩大其对生态因子的耐受范围，提高对环境的适应能力。非内稳态生物耐受限度决定于其特定酶系统的工作温度范围。内稳态生物耐受限度决定于其内稳态机制能发挥作用的范围。,内稳态机制,生物保持内稳态的行为机制,生物为保持内稳态发展了很多复杂的形态和生理适应，但是最简单、最常用的方法是行为适应，例如借助于行为回避不利的环境条件。在一定范围内，动物和植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。动物常常在比较冷和热的两个地点（都不是最适温度）之间往返移动，当体温过高时则移向比较冷的地点，当体温过低时则移向比较热的地点。,在清晨温度较低时，沙漠蜥常使身体的侧面迎向太阳，并把身体紧贴在温暖的岩石上，这样就能尽快地使体温上升到最适于活动