第三单元陆地和海洋

1、第三单元陆地和海洋 v一、生态因子作用的一般特点 v前言：生物是生存在地理环境之中的，它们在个 体发育的全部过程中，经常不断地与环境间进行 着物质与能量的交换。它从环境中取得必需的能 源和营养物质，建造自己的躯体，同时又把不需 要的代谢产物排放到外界环境中，以此维持其正 常的生命活动和种族的繁续。因此，任何生物有 机体都不能脱离环境而生存。研究生物与其环境 之间相互关系的科学叫做。 第三单元陆地和海洋 v环境：是指某一特定生物体或生物群体 以外的空间及直接、间接影响该生物体或 生物群体生存的一切事物的总和。 v环境总是针对某一特定主体或中心而言的， 离开了这个主体或中心也就无所谓环境， 因此环

2、境只具有相对的意义。 v在生物科学中，一般以生物为主体，环境 是指围绕着生物体或者群体的一切事物 （包括其他动植物）的总和。所指主体的 不同或不明确，往往是造成对环境分类及 环境因素分类不同的一个重要原因。 第三单元陆地和海洋 生 物 地理环境 物质能量交换物质能量交换 环境产物环境产物 影响分布影响分布 组成要素组成要素 指示改造指示改造 环境对生物的影响是很大的。它控制和塑造着 生物的全部生理过程、形态构造和地理分布。 在环境对生物发生影响的同时，生物有机体，特 别是它们的群体也对环境产生相当明显的改造作 用。 第三单元陆地和海洋 v生态因子：是指环境中对生物的生长、 发育、生殖、行为和分

3、布有着直接或间接 影响的环境要素，如温度、湿度、食物、 氧气、二氧化碳和其他相关生物等。 v生态因子中生物生存所不可缺少的环境条 件，也称生物的生存条件。 v生态因子也可认为是环境因子中对生物起 作用的因子，而环境因子则是指生物体外 部的全部环境要素。 第三单元陆地和海洋 v在任何一种生物的生存环境中都存在着很多生态因子，这些生态因 子在其性质、特性和强度方面各不相同，它们彼此之间相互制约， 相互组合，构成了多种多样的生存环境，为各类极不相同生物的生 存进化创造了不计其数的生境类型。生态因子的数量虽然很多，但 可依其性质归纳为五类： v1气候因子 如温度、湿度、光、降水、风、气压和雷电等。 v

4、2土壤因子 土壤是在岩石风化后在生物参与下所形成的生 命与非生命的复合体，土壤因子包括土壤结构、土壤有机和无机成 分的理化性质及土壤生物等。 v3地形因子 如地面的起伏，山脉的坡度和阴坡阳坡等，这 些因子对植物的生长和分布有明显影响。 v4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。 v5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。人类的活动对自然界和其他生物的影 响已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。 第三单元陆地和海洋 v1综合性 v2非等价性 v3不可替代性和互补性 v4限定

5、性 （限定因子） 生物的生存和繁殖依赖于各种生态因 子的综合作用，但是其中必有一种和 少数几种因子是限制生物生存和繁殖 的关键性因子，这些关键性因子就是 所谓的限制因子。任何一种生态因子 只要接近或超过生物的耐受范围，它 就会成为这种生物的限制因子。 第三单元陆地和海洋 v生物不仅受生态因子最低量的限制，而且也受生 态因子最高量的限制。这就是说，生物对每一种 生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间 就是生物对这种生态因子的耐受范围，其中包括 最适生存区。耐受性法则可以形象地用一个钟形 耐受曲线来表示 第三单元陆地和海洋 v对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是很 不相同的。 v例如，鲑鱼

6、对温度这一生态因子的耐受范围是012， 最适温为4；豹蛙对温度的耐受范围是030，最适 温度为22；斑鳉的耐受范围是1040，而南极鳕所 能耐受的温度范围最窄，只有-22。 v上述的几种生物对温度的耐受范围差异很大，有 的可耐受很广的温度范围（如豹蛙、斑鳉），称 广温性生物；有的只能耐受很窄的温度范围（如 鲑鱼、南极鳕），称狭温性生物。 v对其他的生态因子也是一样，有所谓的广湿性、 狭湿性；广盐性、狭盐性；广食性、狭食性；广 光性、狭光性和广栖性、狭栖性等（图 2-2）。 v广适性生物属广生态幅物种，狭适性生物属狭生 态幅物种。 第三单元陆地和海洋 v一般说来，如果一种生物对所有生态因子的耐受

7、 范围都是广的，那么这种生物在自然界的分布也 一定很广，反之亦然。各种生物通常在生殖阶段 对生态因子的要求比较严格，因此它们所能耐受 的生态因子的范围也就比较狭窄。 v例如，植物的种子萌发，动物的卵和胚胎以及正在繁殖 的成年个体所能耐受的环境范围一般比非生殖个体要窄。 v如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广， 而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太 可能成为限制因子；相反，如果一种生物对某一 生态因子的耐受范围很窄，而且这种因子又易于 变化，那么这种因子就特别值得详细研究，因为 它很可能就是一种限制因子。 v生态学家一旦找到了限制因子，就意味着找到了 影响生物生存和发展的关键性因子，并

8、可集中力 量研究它。 第三单元陆地和海洋 v如上所述，生物赖以生存的环境是由各种 不同的环境要素综合在一起作用于生物的。 但是为了深入地了解不同因素对生物的作 用，有必要分别进行单因素分析。 第三单元陆地和海洋 v地球上生命活动所需要的能量来自太阳辐射。光 能进入生物界的第一步是被绿色植物所吸收，通 过光合作用把光能转化为化学能贮存在合成的有 机物质中，除供应本身消耗外，还为地球上其他 一切生命提供所需要的能源。 叶绿素 光的性质、强度和日照长短直接影响 着植物的生长发育和形态结构。 第三单元陆地和海洋 在太阳光谱中，红光和蓝紫光被绿色植物吸收得最 多，是光合作用中最有效的生理辐射光； 黄光与

9、绿光多被植物反射； 紫外线则能抑制茎 的伸长和促使花青 素的形成。高山植 物茎杆短矮，花朵 鲜丽多彩与这里紫 外线比较丰富有关。 第三单元陆地和海洋 v各种植物对光的需要量即对光照强度的适应范围是不同的， 有些植物喜欢生长在阳光充足的空旷地方或森林中的最上 层，而有些植物只有在阴暗处或森林的最下层才能找到。 据此，可将植物分为阳性植物和阴性植物等类型。草原与 荒漠植物多属喜光的阳性植物，浓密的林下多生长阴性植 物。在营造人工林时，应注意所选树种的耐阴性程度，以 便适当搭配，获得较好的造林成效。 第三单元陆地和海洋 v光是影响动物行为的重要生态因子，很多动物的活动都 与光照强度有着密切的关系。有

10、些动物适应于在白天的 强光下活动，如大多数鸟类，哺乳动物中的灵长类、有 蹄类、松鼠、旱獭和黄鼠，爬行动物中的蜥蜴和昆虫中 的蝶类、蝇类和虻类等，这些动物被称为昼行性动物。 另一些动物则适应于在夜晚或晨昏的弱光下活动，如夜 猴、蝙蝠、家鼠、夜鹰、壁虎和蛾类等，这些动物被称 为夜行性动物或晨昏性动物，因其只适应于在狭小的光 照范围内活动，所以又称为狭光性种类。 第三单元陆地和海洋 v日照长度是指白昼的持续时数或太阳的可照时数。 在北半球从春分到秋分是昼长夜短，夏至昼最长； 从秋分到春分是昼短夜长，冬至夜最长。在赤道 附近，终年昼夜平分。纬度越高，夏半年（春分 到秋分）昼越长而冬半年（秋分至春分）昼

11、越短。 v日照长度的变化对动植物都有重要的生态作用， 由于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，这就是在生物中普遍存在的光周期现 象。例如植物在一定光照条件下的开花、落叶和 休眠以及动物的迁移、生殖、冬眠、筑巢和换毛 换羽等。 第三单元陆地和海洋 v根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物和 短日照植物。 v 长日照植物通常是在日照时间超过一定数值才开花， 否则便只进行营养生长，不能形成花芽。较常见的长日 照植物有牛蒡、紫菀、凤仙花和除虫菊等，作物中有冬 小麦、大麦、油菜、菠菜、甜菜、甘蓝

12、和萝卜等。人为 延长光照时间可促使这些植物提前开花。 v短日照植物通常是在日照时间短于一定数值才开花， 否则就只进行营养生长而不开花，这类植物通常是在早 春或深秋开花。常见种类有牵牛、苍耳和菊类，作物中 则有水稻、玉米、大豆、烟草、麻、棉等。还有一类植 物只要其他条件合适，在什么日照条件下都能开花，如 黄瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等，这类植物可称 中间性植物。 第三单元陆地和海洋 v在脊椎动物中，鸟类的光周期现象最为明显，很多鸟类 的迁移都是由日照长短的变化所引起，由于日照长短的 变化是地球上最严格和最稳定的周期变化，所以是生物 节律最可靠的信号系统，鸟类在不同年份迁离某地和到 达某地的时

13、间都不会相差几日，如此严格的迁飞节律是 任何其他因素（如温度的变化、食物的缺乏等）都不能 解释的，因为这些因素各年相差很大。 v同样，各种鸟类每年开始生殖的时间也是由日照长度的 变化决定的。 v温带鸟类的生殖腺一般在冬季时最小，处于非生殖状态， 随着春季的到来，生殖腺开始发育，随着日照长度的增 加，生殖腺的发育越来越快，直到产卵时生殖腺才达到 最大。生殖期过后，生殖腺便开始萎缩，直到来年春季 才再次发育。鸟类生殖腺的这种年周期发育是与日照长 度的周期变化完全吻合的。在鸟类生殖期间人为改变光 周期可以控制鸟类的产卵量，人类采取在夜晚给予人工 光照提高母鸡产蛋量的历史已有200多年了。 第三单元陆

14、地和海洋 v日照长度的变化对哺乳动物的生殖和换毛也具有十分明 显的影响。很多野生哺乳动物（特别是生活在高纬度地 区的种类）都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生 殖的，如雪貂、野兔和刺猬等，这些种类可称为长日照 兽类。还有一些哺乳动物总是随着秋天短日照的到来而 进入生殖期，如绵羊、山羊和鹿，这些种类属于短日照 兽类，它们在秋季交配刚好能使它们的幼仔在春天条件 最有利时出生。随着日照长度的逐渐增加，它们的生殖 活动也渐趋终止。实验表明，雪兔换白毛也完全是对秋 季日照长度逐渐缩短的一种生理反应。 第三单元陆地和海洋 v各种生物对温度都具有一定的适应范围。 有的能适应较大的温度变化范围，有的只 能适

15、于较为狭窄的变化范围。故有广温性 生物与狭温性生物之别。后者又分为喜冷 和喜热的狭温性生物。 第三单元陆地和海洋 v无论哪一类生物，其生命的最适温度范围 通常并不在最低和最高温度的正中间。而 是在靠近上限耐受温度的一端。但其安全 耐受温度幅度在下限一端比在上限一端大。 第三单元陆地和海洋 v植物一般生活在045的温度范围内。在这个范围内， 随着温度上升，生长加快，温度降低，生长减慢。当温度 超过最低和最高限度时就停止生长，甚至受到伤害。在一 些自然环境严酷的地区，仍然有植物分布，这是因为许多 植物在长期演化过程中，逐渐形成了一些适应低温或高温 防止伤害的特征。 v生活在低温环境中的植物常通过减

16、少细胞中的水分和增加 细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增 加抗寒能力。 v高温对生物的影响 温度超过生物适宜温区的上限后就会 对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。 高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重 要过程失调。 第三单元陆地和海洋 v大多数动物生活在-250温度范围内，但因种类不同，适 应温度范围也有变化。一般说来，比较低等的动物较高等动 物对高温和低温都具有较大适应能力。但各种动物忍受高温 的能力都比忍受低温的能力差得多，而水生动物又比陆生动 物差。即低温在某些方面对生物的破坏不如高温大，因为低 温一般不引起蛋白质和酶的性质发生根本改变。 当昆

17、虫体温下降到冰点以下时，体液并 不结冰，而是处于过冷状态，此时出现 暂时的冷昏迷但并不出现生理失调，如 果环境温度回升，昆虫仍可恢复正常活 动。当温度继续下降到过冷点（临界点） 时体液才开始结冰，但在结冰过程中释 放出的潜热又会使昆虫体温回跳，当潜 热完全耗尽后体温又开始下降，此时体 液才开始结冰，在此阶段仍可通过增温 使昆虫复苏。直到温度再次降到过冷点 以下使体液完全结冰时，昆虫才会死亡。 第三单元陆地和海洋 v温度对动物生长和形态的影响表现在低温可以延缓恒温 动物的生长，由于其性成熟延缓，动物可以活得更久， 长得更大些。因此，同类恒温动物在寒冷地区的个体比 在温热地区的大。前一情况有利于保

18、温，后者则便于散 热（贝格曼定律）。 v另外，在寒冷地带的哺乳动物，四肢、尾和耳朵有明显 缩短现象（阿伦定律）。 大耳朵的沙漠居民郭狐 北极狐 第三单元陆地和海洋 v在于使动物主动选择最适宜的温度环境而避开不良环境， 或产生一些适应高、低温的生活方式。在夏季，炎热干燥 的草原和沙漠地区，鸟类主要于晨、昏较凉爽的时刻活动， 日中即隐伏不动。它们的巢窝多筑在植物的东边或东北边， 以免遭下午太阳西晒。当冬季来临，一些动物以冬眠的方 式度过严寒，如旱獭、黄鼠等。有些黄鼠不仅在冬季进行 冬眠，还要在炎热干旱的夏季进行夏眠。 根据动物的热能代谢特点将其划分为变温动物 或冷血动物和恒温动物或温血动物两大类。

19、前 者几乎完全缺少对体温的调节机制，它们的体 温随环境温度的变化而改变，通常与环境温度 相差无几，如鱼类、两栖类、爬行类和昆虫等。 后者具有比较完善的调节体温的机制，使体温 相对恒定，一般不受环境温度变化的影响，对 环境的适应能力较强，如哺乳类和鸟类。 第三单元陆地和海洋 v温度还是影响动、植物地理分布的重要因素。温暖的 热带和亚热带有利于生物的生存，其种类较多，寒冷 地带和高山地区种类较少。 v如爬行类在欧洲南部有82种，中部22种，北部只有6种。 印度的植物约有20000多种，亚洲北极地带只有200余 种。 v由于热量在地表分布不均匀，从赤道向两极逐渐降低， 形成不同的热量气候带，与此相应

20、的植物也有热带植 物，如三叶橡胶、剑麻等；亚热带植物为柑桔、油茶 等；温带植物如桃、杏、冬小麦等和寒带植物如冷杉 等。 第三单元陆地和海洋 v生命起源于水域环境。水是生物有机体的重要组成成分， 一般的植物体都有占体重6080的水分； v动物体中含水量更多，如鸟类为70，哺乳类约75， 鱼类8085，蝌蚪93，水母高达95。 v水作为原料直接参加绿色植物的光合作用。氮、磷、钾 等无机营养元素也只有溶解于水中才能被植物吸收和利 用。对动物来说，食物的消化、营养物质在体内的循环、 呼吸产物的排出也都以水溶液状态下进行。任何生物缺 少水，都不可能生存在活跃状态中。没有水就没有生命。 第三单元陆地和海洋

21、 v各种生物在对环境的长期适应过程 中产生了许多有效地吸收水分或防 止体内水分丧失的特征。例如在荒 漠地区的干河道或冲积谷中有些植 物根系很深，能直接利用地下水。 如骆驼刺等，是所谓“潜水植物”。 有些植物形成窄叶或全部退化成针 状、鳞片状以及在干季落叶，防止 水分蒸腾。仙人掌类植物具有发达 的贮水薄壁组织，可以在体内保持 大量水分。 v根据各种植物需水程度不同，可分 为水生植物、湿生植物、中 生植物和旱生植物等生态类型。 前两类生长在水域环境中，普遍见 于湖泊、沼泽、河流等；旱生植物 生长在干燥的陆地上，主要分布于 荒漠和草原地区；而一般常见的树 木与农作物属中生植物。 第三单元陆地和海洋

22、v动物对于旱环境适应的方式也是多种多样的。迁移 是干旱地区许多鸟类和兽类或某些昆虫在水分缺乏、 食物不足时回避不良环境的常见方式。 v保持体内水分是另一种适应干旱的方式。骆驼的血 液含有一种特别的蛋白质可以保持血液水分，同时 它的肾脏还可以使尿浓缩，减少水分丧失，使骆驼 可以适应十分干旱的环境。骆驼对脱水还有高度的 耐受性，即使17天不喝水，身体脱水达体重的27， 仍能照常行走。 第三单元陆地和海洋 v空气对生物的影响包括空气的化学成分和 空气运动对生物的影响。 第三单元陆地和海洋 v空气中的氧是动植物呼吸作用所必需的物质。生 物借助于吸收氧气分解有机化合物，取得所需要 的热能。因此，除嫌气性

23、微生物外，生物在缺氧 情况下，正常的代谢作用受到破坏或可因窒息死 亡。生活在水中的植物常以伸出地面的呼吸根或 茎中具有发达的通气组织从空气或水中吸取氧气， 加强对沼泽及水域环境的适应。 嫌气性微生物切片 第三单元陆地和海洋 v二氧化碳是植物光合作用的原料之一，其浓度高 低对光合作用强度产生明显影响。在一定范围内， 强光下光合作用强度随CO2浓度增加而增加；但 当CO2浓度继续增加，便成为限制因素了。夏季， 植物生长旺盛期，叶层周围出现CO2不足现象， 必须由土壤中有机物质的分解获得补充。 第三单元陆地和海洋 v人类活动排放到大气中的有害物质如硫化物、氟化物、 氯化物、氮氧化物等，使大气造成污染

24、。当其浓度超过 一定限度时，就对生物有机体造成危害，使树木、农作 物生长发育不良、枯萎以至死亡或作物产量下降，品质 变劣。 v植物受大气污染危害程度不仅与污染物的种类、浓度、 持续时间有关，而且随植物种类的不同而有区别。紫花 苜蓿对SO2特别敏感而易受害；刺槐、侧柏、国槐则具 有较强的抗污能力。氟化氢对唐菖蒲、杏、李、松的危 害很大，而对紫花苜蓿、玫瑰、棉花、番茄的危害较小。 第三单元陆地和海洋 v有些植物还具有吸收大气中污染物的能力。如刺 槐、银桦可吸收氯气，番茄、扁豆能吸收HF， 可以减轻大气污染程度。 v在大气污染严重的城市或工矿区，针对污染物的 性质、含量，选植抗污性强的树木，成活率高

25、， 能起到净化环境的作用。抗污性弱的种类，即对 污染物敏感的植物，适当种植一些，可对大气污 染起指示作用。 第三单元陆地和海洋 v风是植物孢子、花粉、种子和果实传播的 动力。地球上有10的显花植物借风力授 粉。风力可促使环境中氧、二氧化碳和水 汽的均匀分布并加速其循环，形成有利于 植物和动物正常生活的环境。大气中的污 染物也往往由于风力的扩散作用降低对生 物的危害程度。 第三单元陆地和海洋 v风的有害影响主要是使植物变形，特别是在干风的作用 下，植物体向风一侧蒸腾大量水分，使体内水分平衡受 到破坏，叶片萎蔫，枝条枯死，形成不对称的“旗形树 冠”，或使树干弯曲。这种现象在海滨、山区森林上限 等地

26、方比较常见。强风还引起树木的“风倒”和“风 折”。我国东南沿海地区每年夏秋季节受强台风袭击的 地方，经济植物香蕉、甘蔗、橡胶等受害严重，作物也 常因刮风倒伏造成减产。 第三单元陆地和海洋 v风对动物的直接作用主要是影响动物的行为活动。 随风带来的气味常是许多嗅觉灵敏的哺乳动物寻 找食物和回避敌害时定位的重要因素，所以食肉 兽类在搜索捕获物时，通常是迎风行动。在海洋 沿岸、岛屿和高山上风力强劲的地方，有翅昆虫 很少，而无翅昆虫占绝大多数。这是风对动物的 形态构造发生的影响。 第三单元陆地和海洋 v自然界除了漂浮植物、附生植物和寄生植 物外，绝大多数植物都是生长在土壤上。 土壤是植物生长发育的基地

27、，它具有供给 和调节植物生活中所需要的水分、养料、 空气和温度等条件的能力。所以土壤的物 理性质和化学性质对植物有明显影响。 第三单元陆地和海洋 v在土壤的机械组成方面，紧实的粘土不利于根系发育，多生 长浅根性植物。沙土结构疏松，通气性良好，但保水能力差， 发育深根系为主的植物。在基质流动性很大的沙地上，一般 由于光照强烈、温度变化剧烈、干燥少雨、养分不足等条件 限制，只有沙生植物才能够生存。沙生植物有一系列适应沙 地环境的特征，如生长不定根、不定芽，或叶子退化，或根 系周围有沙粒粘结成的“沙套”等。沙生植物是防风固沙的 良好材料，我国西北地区已广泛地利用植物固沙，并取得了 显著成绩。 第三单

28、元陆地和海洋 v土壤中必须有水分和空气的适当配合才能保证植物正 常生长发育。土壤过分干燥，植物得不到充足的水分 和无机养料，很快出现萎蔫或死亡。水分过多，空气 流动不畅，氧气缺乏，或因CO2积累过多，阻碍种子 发芽，影响根系呼吸与生长或发生腐烂，甚至窒息死 亡。 v土壤的酸碱度（pH）直接或间接影响植物种子的萌 发和对矿质盐类的吸收。根据植物对土壤pH值的适 应范围不同，可将植物划分为酸性土植物（pH 6.5），如泥炭藓、油茶、橡胶等；中性土植物 （pH6.57.5），如大多数栽培的粮食作物、蔬菜和 许多落叶阔叶树木等；碱性土植物（pH7.5），如 荒漠与草原中许多植物。 第三单元陆地和海洋 v土壤中易溶性盐类（NaCl、Na2SO4，NaHCO3和 Na2CO3）含量过高时，形成盐渍化。溶液浓度高， 造成生理性干旱，限制了一般植物的生长。只有盐 生植物才能以很高的细胞渗透压、泌盐、茎叶肉质 化等特征适应这类环境。如红树、盐角草、盐爪爪 等。 v土壤和其他陆地基质还影响动物的生存与特征。在 岩石地面和坚硬而开阔的土地上生活的动物，如虎、 羚羊、驼鸟等具有细长而健壮的足，足趾数目减少， 奔跑能力强；在松软的沙地上生活的骆驼，足趾末 端有跖状，胼胝增厚，防止蹄足陷入沙中。 第三单元陆地和海洋 v土壤空气、水分、温度和化学性质都对动 物