生态因子及其作用

1、第二章之一第二章之一 生态因子及其作用生态因子及其作用 环境的概念与类型 生态因子的概念与类型 Liebig最小因子法则 Shelford耐性定律 1本节导读本节导读识记：生态因子、生境、限制因子、主导因子等概念；Shelfords耐性定律；Liebigs最小因子法则领会：生态因子的类型，生态因子的作用特点，生态因子的作用规律综合应用：生态因子的作用规律在问题分析中的应用 21环境的概念与类型环境的概念与类型 1.1环境的概念 1.2环境的类型 31.1环境环境(Environment)的概念的概念 通俗定义： 指主体(或研究对象)以外的，且围绕主体，占据一定空间，构成主体生存条件的各种物质实

2、体或社会因素的总和。 由此定义，不同的学科有不同的理解。 生态学定义： 指生物(个体或群体)生活空间的外界自然条件的总和，包括生物存在的空间及维持其生命活动的物质和能量。 4森林环境森林环境 Forest environment 森林生活空间(包括林木地上和地下两部分)和外界自然条件的总和。对林木而言，他们彼此之间也互为环境。 环境影响森林，森林也反过来影响着环境变化 林学上又称森林的生境为立地条件或立地。 51.2环境的类型环境的类型大环境宇宙环境(space environment)大气层以外的宇宙空间地球环境(global environment)生物圈(biosphere)地球上有生命

3、的部分大气圈(atmosphere) 地球表面的大气层水圈(hrdroosphere)地球表面的海洋、内陆淡水水域及地下水土壤圈(pedosphere) 岩石圈表面风化壳上发育的土壤岩石圈(lithosphere) 地球表面3040 km厚的地壳区域环境(regional environment)指占有某一特定地域空间的自然环境小环境生境(habitat)、生态位(niche)指生物生长具体地段的生态因子的综合微环境(microhabitat)指接近生物个体表面，或个体表面不同部位的环境体内环境(inner environment)生物体内环境(组织或细胞间)1.2.1按环境的范围大小按环境的

4、范围大小 6大环境对生物的影响大环境对生物的影响 生物群系(biome)-生物群落带 指具有相似群落的一个区域生态系统类型，它把具有相似非生物环境和相似生态结构的区域连成一个大区。 如热带森林、温带森林、苔原等 根据生物种类的一定组合特征(即生物群落)可以区分各个不同的气候区，如热带、温带、寒带等。 7小环境对生物的影响小环境对生物的影响 更多情况下，生物更容易受到其所在的小环境的影响。 森林植物在其下面可提供一个荫凉场所； 植物的落叶及其所形成的枯枝落叶层覆盖地面而起着绝热层的作用； 挖掘地道穴居的动物往往无意中为其它动物创造着可利用的新环境； 动物排出的粪堆也能影响局部土壤条件，粪堆本身也

5、为食粪动物创造了一个新的小环境。 生态学工作中应当特别重视在小环境层次上对非生物因子进行研究。 81.2.2按环境的性质分类按环境的性质分类 自然环境 自然的没有人为干预的环境。 大气圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、岩石圈(lithosphere) 、土壤圈(pedosphere)、生物圈(biosphere) 人工环境 广义的人工环境包括所有的栽培植物、引种驯化以及所有农作物需要的环境。 狭义的人工环境指的是人工控制下的植物环境。 社会环境 人类社会的经济状况、文化、宗教等 92生态因子的概念与类型生态因子的概念与类型 2.1生态因子的概念 2.2生态因子类型 2

6、.3生态因子作用的一般特征 102.1生态因子的概念生态因子的概念 生态因子(Ecological factor) 对生物的生长、发育、生殖、行为和分布具有直接或间接影响的环境要素(因子)。 例：温度、湿度、CO2、土壤等。 生存条件 生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件也称为生物的生存条件。 森林生态因子 对森林产生各种影响的环境因子。 生态环境 所有生态因子构成生物的生态环境 生境(habitat) 特定生物体或群体的栖息地的生态环境 11树种特性树种特性 树种的生物学特性：树种的生物学特性： 树种在生活过程中所表现出来的对外界环境有一定要求的特性以及其生长发育的特性。 树种的生态学特性

7、：树种的生态学特性： 生物学特性中将树种对外界环境的要求的特性称为生态学特性。 有时将生物学特性狭义地理解为：树种形态、解剖、生理和生长发育(如结实、生长速度、寿命)的特性，而与生态学特性并列。 树种的林学特性：树种的林学特性： 指与林业生产实践有直接关系的生物学特性和生态学特性 例如：乔木树种的繁殖特性、生长特性、生产力、对生态条件的要求以及对各种不良条件的抵抗能力等。 122.2生态因子类型生态因子类型2.2.1依据生态因子的性质依据生态因子的性质 生物因子生物因子 指生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等； 另一分类：除人以外的生物；人为的条件 非生物因子非生物因子 气候

8、因子:温度、湿度、光、降水,风、气压和雷电等； 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； 地形因子：海拔、坡度、坡向等，这些因子对植物的生长和分布有显著影响。 13生物因子与生物因子与非生物因子非生物因子生物因子非生物因子 142.2.2依据生态因子的作用依据生态因子的作用直接生态因子：直接生态因子：对生物起直接作用 如：光、温度、水分等；间接生态因子：间接生态因子：通过影响直接生态因子间接影响生物 如：地形因子。 15直接因子与直接因子与间接因子间接因子直接因子间接因子 162.2.3依据生态因子的变化依据生态因子的变化(孟恰茨基分类法孟恰茨基分类法) 稳定因子稳定

9、因子 终年恒定不变的因子，如地磁、地心引力和太阳辐射常数等，这些稳定生态因子的作用主要是决定生物的分布； 变动因子变动因子 周期变动因子：如一年四季变化和潮汐涨落等； 非周期变动因子：如地震、虫害暴发、异常天气等，这些因子主要是影响生物的数量。 一般生物对稳定因子的适应性较大，生物在其生活早期就有所适应。 17稳定因子与稳定因子与变动因子变动因子周期性变动因子非周期性变动因子稳定因子 18?河南1天内3发“暴雪预警” 深山积雪齐腰深(大河网2008-01-21)杭州市区积雪达到30厘米 创近30年来最高记录(中国新闻网2008-02-02)武汉东湖 192.2.4依据对种群数量调节的作用依据对

10、种群数量调节的作用 密度制约因子(density dependent factor) 对生物种群数量影响的强度随其种群密度而变化，从而调节种群数量。 食物、天敌等。 非密度制约因子(density independent factor) 对生物种群数量影响的强度不随种群密度而变化。 温度、降水等。 20不同生态因子分类与各类群间的相应关系不同生态因子分类与各类群间的相应关系调节因子因子性质蒙恰茨基分类R 达若分类与密度无关因素非生物因素稳定因子(温度、光、潮汐)A.气候因子 温度、光周期性变动因子相对湿度、降水其它因子周期性或非周期性变动因子B气候以外的自然因子 水域环境因子与密度有关因素非周

11、期性变动因子土壤因子生物因素基本上是周期性变动因子C食物因子D生物因子 种内相互作用非周期性变动因子 种间相互作用R 达若.生态学概论.甘肃人民出版社(有修改) 212.3生态因子作用的一般特征生态因子作用的一般特征 综合性与相对独立性 非等价性 不可替代性及互补性 阶段性 直接作用性与间接作用性 222.3.1综合性与相对独立性综合性与相对独立性 综合性表明，每一个生态因子都是在与其它因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都在不同程度上引起其它因子的变化。 光照强度的变化和温度分不开，不仅可直接影响空气温度和湿度等气候因子的变化，同时也会引起土壤因子的温度、湿度、蒸发、蒸腾等

12、的变化。这一点在森林植物群落中特别明显。 生态因子作用的相对独立性表明，尽管生态因子是综合作用的，但各因子的作用仍然不同。 例如：光照强度引起树木的耐荫性不同，而光照长度则引起植物的光周期现象。 23林窗林窗 24林窗林窗 252.3.2非等价性非等价性 组成环境的所有生态因子，都是植物直接或间接所必需的，但在一起或一定条件下，其中必有一个或两个是起主导作用的。 主导因子：主导因子： 对其它因子的变化起更大的制约作用，即对整个环境的变化起主导作用的因子。主导因子的改变常可引起其它生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化。 262.3.3不可替代性与互补性不可替代性与互补性(可调剂性可

13、调剂性) 植物在生长发育过程中，所需要的生存条件如光、热、水分、空气、无机盐类等因子，不论其量的大小，对植物的作用虽不是等价的，但都是同等重要而不可缺少的。如果随便缺少其中哪一个因子，便会引起植物的正常生活失调，生长受到阻碍，甚至发病死亡； 而且任何一个因子，由于对生物具有不同的作用，其缺失都不能由另一个因子来代替，这就是植物生这就是植物生态因子不可代替性和同等重要性规律。态因子不可代替性和同等重要性规律。 例如：微量元素与大量元素同样为植物所必需，只不过需要量不同。缺铁时植物生命同样会停止。 N元素用于合成蛋白质，不可能由C、O或H中的任何一个代替，虽它们都不可缺少。 27互补性互补性(可调

14、剂性可调剂性) 在一定情况下，某一因子在量上的不足，可以由其它因子的增加或加强而得到调剂，并且仍然有可能获得相似或相等的生态效益。 例如：增加CO2的浓度，可以补偿由于光照减弱所引起的光合强度降低的效应。但是生态因子之间的补偿作用，也并非经常的和普遍的。 28一些软体动物利用一些软体动物利用Sr代替代替Ca腹足类海螺海蜗牛 292.3.4生态因子作用的阶段性生态因子作用的阶段性 生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。因此，某一生态因子或彼此有关联的若干因子的结合，对同一植物的各个不同发育阶段，所起的生态作用是不同的。 例如：低温在植物春化阶段中是必需的生态条件，但

15、在以后的生长时期中则是有害的。 同一生态因子在植物某一发育阶段可能不起作用，而在另一发育阶段，则为植物所必需 例如光照的长短，在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是必需的。 302.3.5直接作用和间接作用直接作用和间接作用 环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。 31焚风效应焚风效应 32生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用 环境的非生物因子对生物的影响，一般称为作用。 生物对自然环境的适应性，表现在调节其生理节律

16、和生活史中的各种节律 生物对环境的影响一般称为反作用。 捕食者与猎物、寄生者与宿主，它们的关系很难说谁是作用，谁是反作用，而是相互的，可称为相互作用(或称为交互作用)。 33阿伦规律阿伦规律(Allens rule) 343 Liebig最小因子法则最小因子法则(Law of the minimum) 1840年，德国有机化学家Justus von Liebig 在其著作有机化学及其在农业和生理学中的应用一书中发现：作物的产量并非经常受到大量需要的营养物质如CO2、水的限制，因为它们在自然界中很丰富，而却受到一些原料如B等的限制，它们的需要量虽少，但在土壤中也非常稀少。 Liebig最小因子法

17、则最小因子法则 植物的生长取决于处在最小量状况的营养物质的量 35Liebigs law of minimum土壤中的 氮：可维持250千克产量 钾：可维持350千克产量 磷：可维持500千克产量 实际产量为250千克；若氮增加1倍，产量为350千克。 植物的生长取决于处在最小量状况的营养物质的量 364 Shelford 耐性定律耐性定律(Law of tolerance) 4.1限制因子定律 4.2 Shelford 耐性定律 374.1限制因子定律限制因子定律 (Law of limiting factors) Blackman (1905)：在外界光、温度、营养物质等因子数量改变的状态

18、下，探讨的生理现象(如同化过程、呼吸、生长等)的变化，通常可将其归纳为3个主要点。 生态因子低于最低状态时，生理现象全部停止；在最适状态下，显示了生理现象的最大观测值；在最大状态之上，生理现象又停止。 38耐受限度耐受限度 39生态幅(ecological amplitude) 每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围。 生态价、生态幅度、耐受限度 40广生态幅与狭生态幅广生态幅与狭生态幅 对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是很不相同的，故有广生态幅(eury-)与狭生态幅(steno-)物种之分。 Eurytherm(广温性生

19、物) and stenotherm euryhydric and stenohydric (狭湿性生物) euryhaline (广盐性生物) and stenohaline euryphagic (广食性生物) and stenophagic euryphotic (广光性生物) and stenophotic euryecious (广栖性生物) and stenoecious 41钟形耐钟形耐受曲线受曲线 42限制因子限制因子(Limiting factors) 任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这一生态因子即是限制因子。 注意条件：某一时间

20、、地点、状况、生物阶段。 43Limiting factors 对其确定及判定其变化对植物的影响，是阐明生态预测理论的重要依据之一。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育的关键性因子，并可集中力量研究它。 在预测环境变化对生物有机体及生态系统影响的效果方面也具有重要意义。 主导因子不一定能成为限制因子，但限制因子则一定是主导因子。一旦环境变化，植物对主导因子的需要得不到满足，主导因子便很快地成为限制因子。 44生物的忍耐力生物的忍耐力 如果生物能通过生理、形态等方面的特性，抗御生态因子不利影响而不受损害，我们称这种能力为生物生物的忍耐力，或耐性、抗性的忍耐力，或耐性、抗性。 胁迫生物学 45树坚强树坚强湖南张家界广西河池市凤山县盘阳河源头的溶洞外，山上一棵大树的树根沿着崖壁扎进河里，汲取水分。陆汉魁摄 46树