生态学：第2章：生物与环境

1、目的和要求 学习地球上不同地区环境因子的特点和规律，全面了解生物生活的环境，掌握主要环境因子对生物的影响和生物对环境因子的适应方式。,第三专题 生物与环境,重点:,光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,环境和生态因子的概念 生态因子作用的一般特征 限制因子;最小因子定律;耐性定律;生态幅;生物内稳态;耐性限度的调整;指示生物 能量环境 物质环境,蜂鸟巢小气候黎明前时的温度， 巢上方的树枝减少了孵卵雌鸟的热量损失（Calder,1973）,小气候,一根腐木上的小环境分布格局（Schimitschek, 1931）,1. 环境 *环境是生物赖以生存的外界条件的总和。它包括一

2、定的空间以及其中可以直接或间接影响生物生活和发展的各种因素。,小气候,生态因子,生态因子（Ecological Factor） * 生态因子是指组成环境的因素，又称环境因子。所以有人称生态因子的总和为生态环境（Ecotope）。,性属,非生物因子（Abiotic Factor）：温度、光、水、pH、氧等理化因子。 生物因子（Biotic Factor）：同种和异种生物。,生态因子的分类,2、生态因子作用的一般特征*,综合作用：自然界任何生态因子都不是独立的。 主导因子作用：各种生态因子的作用不同，有主导因子和从属因子。 不可替代性和互补性：任何生态因子都不可缺少，无法替代，但是，数量的不足可以

3、由其它因子一定程度补偿。,生态因子作用的一般特征,阶段性作用:生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同,因此生态因子对生物的作用也具阶段性. 直接作用和间接作用:地形因子的坡度对植物的生长起间接作用,而光照起直接作用,3、生态因子的限定性作用*,(1)限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的关键性因子。,氧气,限制因子的确定,限制因子的确定，要通过观察、分析和实验相结合的途径。 首先进行野外观察和分析，找出可能起限制作用的因子； 其次要分析这些因子如何对生物起作用； 最后设计室内实验，确定某一因子与生物的定量关系。,实验室,野外,最低因子定律,* 植物的生长取决于处在最

4、小量状态的营养成分,被称之为最低因子定律。,(2) 利比希最低因子定律（Liebigs law of minimum）,利比希(Justus Liebig)是19世纪德国的农业化学家，1840年，发现谷物的产量常不是受常量营养物质（N、P、K等）所限制，而是取决于植物必需的微量元素（B、Mg、Fe等）。,*美国生态学家谢尔福德（1913）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，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时，就会使该种生物衰退或不能生存。,(3)谢尔福德的耐受性定律 (Shelfords law of tolerance),谢尔福德的耐受性定律,*耐受性定律是最低

5、因子定律的进一步发展，表现在 （1）考虑了生态因子的上限； （2）不仅估计了生态因子量的变化，还估计了生物本身的耐受性问题； （3）允许生态因子之间的相互作用（替代和补偿等）。,耐受限度的说明,耐受限度的说明： （1）生物的耐受范围因发育时期、季节、环境条件（生态因子）的不同而变化。如生长旺盛时，对一些生态因子的耐受性提高；当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围可能随之缩小。再如对某一个生态因子耐受范围很宽，对另一个因子又很窄。,耐受限度的说明,（2）对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，分布一般很广。生物对气候因子的耐受范围影响着生物的分布，但是，气候因子只能说明生物不能分布

6、的地区，却不能准确地说明生物将会分布的地区。（生物因子也影响分布）,耐受限度的说明,（3）生物的实际耐受范围（自然界）几乎都比潜在的范围（生理耐受）狭窄（图2-1）。这可能是因为：在不利条件影响下，提高了对基础代谢生理调节的代价；生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平。,图2-1 生物对生态因子的耐受曲线,耐受限度的说明,（4）生物的耐受范围一般都有其低限、高限和最适点（如图2-2）。但是，对于某一生态因子，在自然界生物常不在最适范围内的地方生活，而在不很适宜的地方生活，这可能是因为其它生态因子起着决定作用。另外，由于种间竞争，常使生物的分布范围偏离最适点。,耐受限度的说明,图2-

7、2 生物对环境的适应范围,耐受限度的说明,（5）繁殖期往往是一个临界期，环境因子最可能在繁殖期中起限制作用。,耐受限度的分 类,生态学中，根据生物的耐受范围和生态因子的不同，将生物分为： 广温性（eurytherm） 狭温性（stenotherm） 广水性（euryhydric） 狭水性（stenohydric） 广盐性（euryhaline） 狭盐性（stenohaline） 广食性（euryphagic） 狭食性（stenophagic） 广光性（euryphotic） 狭光性（stenophotic） 广栖性（euryoecious） 狭栖性（stenooecious）,相互关系,生物对

8、多种生态因子耐受性之间的相互关系,图2-3 两个生态因子对生物的相互作用,生态幅,生态幅（ecological amplitute） 生态幅是指物种对生态环境适应范围的大小。它常与耐受限度一致，耐受限度越宽，生态幅也越大。 然而，二者又是不同的：耐受限度一般是对某一生态因子而言，是从生物本身出发，主要指该种生物的生物学特性；生态幅既指某一生态因子，又指环境条件的综合，是从生态适应角度来谈的。,1.驯化（acclimation） （人工）驯化是指在实验条件下诱发的生理补偿机制，这种生理适应短时间即可完成。,生物对生态因子耐受限度的调整,2.休眠（dormancy） 休眠是生物抵御暂时不利环境条件

9、的一种非常有效的生理机制。在休眠期，生物对环境条件的耐受范围就会比正常活动时宽的多。,3.周期性变化 动物的补偿能力表现出明显的周期性变化，如季节性、昼夜变化和热带的干旱、雨季的周期性变化。,内稳态和非内稳态生物,内稳态（homeostasis）是指生物控制自身体内环境，使其保持相对恒定。 根据生物对非生物因子的反应或者依据外部条件对生物体内状态的影响，将生物分为： 内稳态生物（homeostatic organism）内稳态生物是广生态幅、广适应性物种。对于温度因子，内稳态生物保持体内恒温，对于湿度因子，表现为广湿性。 非内稳态生物（non-homeostatic organism）非内稳态

10、生物表现为体内环境随外界环境而变化。,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，如动物的羽和毛起保温隔热作用，高代谢率增加体内产热。但动物最普遍的方法是行为适应。 高等植物：叶子和花瓣的昼夜运动和变化。如豆叶的昼挺夜垂，向日葵的花序随太阳的方向转动等。 动物：爬行类改变姿势接受太阳辐射。洄游、迁徙、迁移；建造巢穴等。,适应组合,适应组合（adaptive suites） 生物对一组特定环境条件的适应表现出彼此之间的相互关联性，这一整套协同的适应特性就称为适应组合。,适应组合,植物的适应组合（以沙漠环境为例） 常绿植物表皮增厚、减少气孔数目、形成卷叶等适应干旱环境，对于沙漠环境是不够的，最耐旱的肉质植物将雨季吸收的（大量水分储存在根、茎、叶中，同时它仅在晚间打开气孔，并吸收环境中的CO2，合成有机酸储存在组织中，白天有机酸脱羧将CO2释放出来，供低水平光合作用使用。,适应组合,动物的适应组合（以沙漠环境为例） 骆驼清晨取食有露水的植物嫩枝叶或多汁的植物获得必需的水分，尿浓缩减少