环境生态学(电子讲义)

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业环 境 生 态 学 目 录 第一章 绪论第二章 生物与环境第三章 种群生态学第四章 群落生态学第五章 生态系统第六章 重大生态环境问题第七章 可持续发展与清洁生产第一章 绪论一生态学的定义 1生态学（ecology）是研究生物与周围环境和无机环境相互关系及机理的科学。（E.Haeckel，1866）它包括4个层次的内容：生物在其历史条件下的适应； 生态系统的结构与功能；种群的形成与发展规律； 生物群落（生态系统）的形成与发展规律。实则上包含了个体种群群落生态系统这4个理

2、论主体。生态学的定义还有很多：生态学是研究生物（包括动物和植物）怎样生活和它们为什么按照自己的生活方式生活的科学。（埃尔顿，1927） 生态学是研究有机体的分布和多度的科学。（Andrenathes,1954）生态学是研究生态系统的结构与功能的科学。（E.P.Odum，1956）生态学是研究生命系统之间相互作用及其机理的科学。（马世骏，1980）生态学是综合研究有机体、物理环境与人类社会的科学。（E.P.Odum，1997）二、生态学的研究内容1971，Odum,生态学基础：生态学是研究生态系统的结构和功能的科学。（1）一定地区内生物的种类、数量、生物量、生活史及空间分布。（2）该地区营养物质

3、和水等非生命物质的质量和分布。（3）各种环境因素（如湿度、温度、光、土壤等）对生物的影响。（4）生态系统中的能量流动和物质循环。（5）环境对生物的调节（如光周期现象）和生物对环境的调节（如固氮作用）三、生态学的形成与发展理论上：概念上的提出论著的出版学科的形成。时间上：萌芽时期近代发展：4大学派的形成现代发展：生态系统、人类生存环境的研究。实验技术上：描述定性定量模拟。1、生态学发展简史 （1）生态学萌发阶段（时期） 公元16 世纪以前： 在我国：公元前1200 年 尔雅 一书，草、木； 公元前200 年 管子“ 地员篇” ； 公元前100 年前后，农历确立了24 节气，同时 禽经 一书（鸟类

4、生态）问世； 本草纲目 。 在欧洲：公元前285 年也有类似著作问世。 （2）近代生态学阶段建立时期：17世纪后生态学作为一门科学开始成长。1792年德国植物学家C.L.Willdenow出版了草学基础；1807年德国A.Humbodt出版植物地理学知识提出“植物群落”“外貌”等概念；1798年T.Malthus人口论的发表；1859年达尔文的物种起源；1866年Haeckel在他的著作普通生物形态学中首先提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。1895年E.Warming发表了他的划时代著作以植物生态地理为基础的植物分布学（1909年经改写成植物生态学）。巩固时期（20世纪初至20世

5、纪50年代）：（1）动植物生态学并行发展，著作与教科书出版。代表作：C.Cowels(1910)发表的生态学；F.E.Chements(1907)发表的生态学及生理学；前苏联苏卡切夫的植物群落学（1908）、生物地理群落学与植物群落学（1945）；A.G.Tamsley(1911)发表的英国的植被类型等；R.N.Chapman(1931)的动物生态学；中国费鸿年（1937）的动物生态学；特别是W.C.Alle（1949）等的动物生态学原理出版，被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。（2）学派的形成：主要有 北欧学派：以注重群落结构分析为特点。代表人物：G.E.Du Rietz 法瑞学派：注重群

6、落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet 英美学派：以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley 俄国学派（前苏联学派）：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb（三）现代生态学阶段（20世纪60年代至现在） 以人类生存环境为中心。2、对生态学有重要贡献的中外科学家黑克尔 (Haeckel E.) (1834-1919) 德国动物学家，“生态学”词汇的创始人。oecologie中的希腊词根oikos意为房子或住所，logos即学科或讨论。1866他给生态学下的简洁定义为：生态学是研究生物与环境之间的相互关系的科学。这一概念至

7、今仍为各国学者沿用、信守不渝。洪堡德 (Humboldt A.) (1769-1859) 德国植物地理学家。曾进行过环球旅行，对地球上不同区域进行生物学和地理学考察。1799-1804年到南美洲热带和温带地区对植物及其生存环境进行了5年的考察，收集了大量的植物标本与资料，回国后出版了26卷巨著，从而奠定了植物地理学的基础。1897发表植物地理学知识，对世界的植物分布做了理论上的阐述，创立了植物地理学。 坦斯勒 (Tansley A. G) (1871-1955) 英国著名植物生态学家，以其提出的生态系统概念奠定了他在生态学界的不朽地位。坦氏兴趣广泛，早期对对植物生态学进行了深入的研究，发现土壤

8、、气候和动物对植物的分布和丰盛度有明显的影响，于是产生了一个概念，即居住在同一地区的动植物与其环境是结合在一起的，即居住在同一地区的动植物与其环境是结合在一起的，生物与其特定的系统构成了地球表面上具有大小和类型的基本单位，这就是生态系统。著有英伦三岛的植被(The British Islands and Their Vegetation)(1926)、实用植物生态学(Practical Plant Ecology)(1923)植物生态学概论(Introduction to Plant Ecology)(1946)等。 辛柏尔 (Schimper A. F. W.) (1856-1901) 德国

9、植物生态学家，现代植物生态学的奠基人之一。他的著作以生理学为基础的植物地理学(1898)，奠定了现代植物生态学的学科框架。辛氏从植物生理功能与形态结构、生活力等方面，阐述植物的生态适应；用环境因子综合性的观点，阐明植物分布的多样性；从历史发展的观点，分析研究植物和群落的起源和发展，从而开辟了植物生理生态学和进化生态学研究领域 苏卡却夫 (Cykaqb B. H.) 前苏联地植物学家。于1942和1945年提出按照演替的主导因子而划分群落演替类型，如群落发生演替、内因生态发生演替、外因生态演替和地因生态演替等。苏卡却夫的另一个重要贡献是几乎与坦斯勒同时提出生态系统的概念。与生态系统的含义相似，他

10、提出了“生物地理群落”概念(1940-1945)，即生物地理群落是地球表面的一个地段，在这一定的空间内，生物群落和其所在的大气圈、岩石圈、水圈和土壤圈都是相适应的，它们之间的相互作用具有同样的特征，即生物地理群落由生物群落(植物群落和动物群落)和所在生物环境(土壤环境和气候环境)。这一观点实质上就是生态系统的理论 克莱门茨 (Clements F. F.) 美国植物生态学家，首次提出了生物群区(biome)概念，并将这一概念作为生物群体的基本单位。然而他最著名的贡献，是提出了植物群落演替学说，以及植物群落分布气候顶极(climatic climax)或单元顶极(mono climax) 理论。

11、他的研究和学说为后来生态系统概念的提出和研究打下了基础。总结性专著有植物的演替(1916)、植物演替和指示植物(1928)、以及与Weaver合著的植物生态学(1925)等。 林德曼 (Lindeman R. L.) 美国动物学家，生态系统理论的重要贡献人之一。1941年在美国明尼苏达州进行的泥炭湖的生物量、生物群落的营养关系、生物量能流过程的研究。是对生物与环境的联系，生物间相互关系具体实验研究的示范。在该他所进行的一系列实验结果的支持下，继承和发展的生态系统的理论。他根据研究结果，提出了“十分之一定律”，即自然界中进入任何群体的能量的一小部分，可以用来维持依靠它为生的群体，在食物链传输的能

12、量，下一级进入到上一级的能量约为10%左右。 李比西 (Liebig J.) 德国植物生理学家，矿质营养理论的创始人。在此基础上引申出了生态学上的最小因子定律，即在能够影响生物的无数因子中，总有一个因字子限制植物的生长、生存或繁殖，这一因子被成为不可或缺的因子或最小因子(1840)。李氏的这一理论对于植物生理生态学和实验生态学的研究与发展贡献很大 侯学煜 (1912-1991) 中国植物生态学家, 中国植物生态学与地植物学的创始人之一。早年从事植物与土壤关系研究，在大量调查的基础上提出了在植被分区或分类中的指示植物的观点。前苏联著名地植物学家苏卡乔夫将根据这一观点将侯氏做为生态系统土壤顶极的代

13、表人物。1978以来，在大量事实调查的基础上，对国内当时流行的“以粮为纲”的做法提出质疑，反对毁林开垦、草原开荒、围湖造田、向海要粮。并就自己对生态系统的理解提出了大粮食和大农业的观点。代表作有中国境内酸性土、钙质土和盐碱土指示植物(1954)；中国植被的类型(1956)中国植被区划(1960)；中国的植被(1960)；中国植被地理及优势植物化学成分(1982)等；生态学与大农业发展(1984) 马世骏 (1920-1991) 著名动物生态学家, 长期从事昆虫生态学研究。晚期从事生态系统与生态平衡理论研究, 提出生态工程、系统生态以及城市生态等重要研究方向。是1972年联合国环境发展大会重要文

14、件我们共同的未来的起草人之一。著有现代生态学透视(1993)等四、生态学的学科框架 按照研究的对象划分- 植物生态学 (Plant Ecology)- 动物生态学 (Animal Ecology)- 农业生态学 (Agriculture Ecology)- 林业生态学 (Forestry Ecology)- 草地生态学 (Grassland Ecology)- 景观生态学 (Landscape Ecology)- 城市生态学 (Urban Ecology) 按照研究的内容划分- 个体生态学 (Autecology)- 种群生态学 (Population Ecology)- 群落生态学 (Com

15、munity Ecology)- 生态系统生态学 (Ecosystem Ecology)- 生理生态学 (Ecophysiology) 按照问题划分(围绕人类社会发展)- 全球生态学 (Global Ecology)- 恢复生态学 (Restoration Ecology)- 应用生态学 (Applied Ecology)- 污染生态学 (Pollution Ecology) 五、生态学的理论框架 生态因子的基本原理- 植物生态学 (Plant Ecology)- 动物生态学 (Animal Ecology) 种群生态学- 个体生态学 (Autecology)- 种群生态学 (Populati

16、on Ecology)- 群落生态学 (Community Ecology)- 生态系统生态学 (Ecosystem Ecology)- 生理生态学 (Ecophysiology) 群落分布及其演替的理论 生态系统的结构与功能 生态系统管理 六、生态学的发展趋势深入到自然科学和社会（人文）科学中，形成各自的分支学科。渗入到人类社会各种活动甚至思维和意识中。1、个体 群落 生态系统19世纪末到20世纪初，侧重个体生态学的研究，继承了自然史、博物学、进化论等许多学科的研究成果，具有明显的综合性。从19世纪末到1930年，以群落为研究重点，由描述到定量、静态到动态、局部到整体、考察到实验，出现了丰富

17、度、恒定度、频度、演替等概念，把各种生物看成一个整体，并与环境联系起来综合研究。20世纪30年代至今，以生态系统的研究为重点，信息论、控制论、系统论为生态学带来了自动调节原理和系统分析方法，揭示生态系统中物质、能量和信息之间的关系。研究涉及农、林、牧、猎、渔、野生动物管理等重大课题。2、生态学与其它学科结合，出现了大量的交叉学科。生态系统涉及到整个生物圈，使之与地理学、地球化学交叉。由于人口猛增、环境污染、资源枯竭的社会问题，使人类生态学、污染生态学、资源生态学应运而生。与社会科学（经济、法律、政治学）交叉，出现了生态学与国际关系（1978）、生态学政治、法律（1976）、政治生态（1975）

18、、社会生态学（1973）3、以生物为研究中心发展到以人为研究中心从20世纪60年代开始就有人用生态系统的观点考察人类社会。人类生态学必将得到更快速的发展，使得生态学不仅与技术经济密切相关，而且与政治、法律也发生了联系。第二章 生物与环境第一节 环境与生态因子一环境概述 1环境（environment）概述（1） 环境的定义：环境是指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。（2） 环境因素（environment factor）：直接参加有机体物质和能量循环的组成部分。（3） 环境条件（environment condition）：为环境因素提供物质和能量基质的组成部分。（4） 环境科学（en

19、vironment science）：研究人与环境之间物质和转化规律的科学。2大环境与小环境（环境分类）二 生态因子1、定义：生态因子（ecological factors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。 （1）包括5种类型的因子： 气候因子（光、温、水、空气等因子）；土壤因子（土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生物等因子）；生物因子（动物、植物、微生物等因子）；地形因子（海拔高度、坡度、坡向等）；人为因子。此外，自然因子(physical factors)：指光照、温度、水分、矿物质等。实际上狭义的生态因子即为此类，可扩大成6类因子即光、温度、水分、

20、CO2、O2、矿物质等。（2）生态因子的其它分类 Smith(1935) 密度制约因子(density dependent factors)：作用强度随种群密度的变化而变化，因此有调节种群数量，维持种群平衡的作用，如食物、天敌和流行病等各种生物因子； 非密度制约因于(density independent factors)：作用强度不随种群密度的变化而变化，因此对种群密度不能起调节作用，如温度、降水和天气变化等非生物因子。 前苏联学者 (1953) 稳定因子是指终年恒定的因子，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 变动因子又可分为周期变动因子和非周期变动

21、因子，前者如一年四季变化和潮汐涨落等；后者如刮风、降水、捕食和寄生等，这些生态因子主要是影响生物的数量。 2. 生态因子作用的一般特征（一般规律）（1）综合作用：每一个生态因子那是在与其他因子的相互影响、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他因子的变化。 （2）主导因子作用：对生物起作用的诸多因子是非等价的 。（3）阶段性作用；（4）可调节（补偿）作用但不可代替性：某一因子的数量不足，有时可以靠另一因子的加强而得到调剂和补偿；（5）限制性作用：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。因此某一生态因子的有益作用常常只限于生物生长发育的某一特定阶

22、段。 第二节 生物与环境关系的基本原理一、生物对生态因子的耐受限度 限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的关键性因子。在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁殖或扩散甚至生存的因素。最小因子法则（law of minimum）：Leibig(德国有机化学家) 能够影响生物的无数因子中，总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖。只能用于稳态条件下 必须考虑到各种因子之间的相互关系 对于温度和光等多种生态因子都是适用的 耐受性法则（law of tolerance）耐受性（tolerance）：指生物能够忍受外界极端条件的能力；指单个有机体或

23、种群能够生存的某一生态因子的范围。 又称shelford 耐性定律。任何一个生态因子在数量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性限制时，使该种生物衰退或不能生存。耐性限度（the limits of tolerance）： 每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。也即生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限与下限，两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度。生物种的耐受曲线耐性限制用曲线表示，称为耐受曲线（tolerance curve）。广生态幅生物与狭生态幅生物分布耐性曲线。二、生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 在对生物产生影响的各种生态因子之间存在着明显的

24、相互影响。当湿度很低和很高时，该种生物所能耐受的温度范围都比较窄(中湿条件下所能耐受的温度范围较宽)。在低温和高温条件下(两极端温度)，该种生物所能耐受的湿度范围也比较窄，而在中温或最适温度条件下所能耐受的湿度范围比较宽。结论：生物生存的最适温度取决于湿度状况，而生物生存的最适湿度又依赖于温度状况。生物对非生物因子的生理耐受范围对植物和动物的分布显然具有重要影响。生物的分布区分为两种情况： (1)生理分布区和生理最适分布区：只考虑生物的生理耐受性而排除其他生物对其分布的影响； (2)生态分布区和生态最适分布区：指生物在自然界的实际分布区，这种分布区是非生物因子和生物因子共同作用的结果 生物因子

25、和非生物因子之间也是相互影响的。生物对非生物因子的耐受范围或最适生存区段常因生物之间的竞争而被改变。 三、大环境和小环境对生物的不同影响 小环境：指对生物有着直接影响的邻接环境，如接近植物个体表面的大气环境、土壤环境和动物洞穴内的小气候等。大环境：指地区环境(如具有不同气候和植被特点的地理区域)、地球环境(包括大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈和生物圈的全球环境)和宇宙环境。大环境不仅直接影响着小环境，而且对生物体也有着直接或间接的影响。 生物群落带(biome)：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。 小环境的重要性及其与大环境特征的差异程度

26、：八齿小蠹对树干小环境的利用情况 小气候与峰鸟巢的关系 四、生物对生态因子耐受限度的调整 1、驯化：如果一种生物长期生活在它的最适生存范围偏一侧的环境条件下，久而久之就会导致其耐受曲线的位置移动，并可产生一个新的最适生存范围，而适宜范围的上下限也会发生移动。生物借助于驯化过程可以稍稍调整它对某个生态因子或某些生态因子的耐受范围。驯化也可理解为生物体内决定代谢速率的酶系统的适应性改变。驯化过程一般可在短时间内完成，对很多小动物最短只需24小时便可完成驯化。2、休眠(即处于不活动状态)：是动植物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。使动物最大限度地减少能量消耗。埃及睡莲经过了1000年的体

27、眠之后仍有80%以上的莲子保持着萌发能力。季节性休眠也是持续占有一个生境的重要方式。很多昆虫在不利的气候条件下往往进入滞育状态。 恒温动物当环境温度超过适温区过多的时候会进入蛰伏状态。 冬眠和夏眠现象则是靠中介刺激(如光周期的改变)激发的 。3、昼夜节律和其他周期性的补偿变化 补偿性的变化往往是有节律的。生物在不同的季节可以表现出不同的生理最适状态(因驯化) ，因此生物在一个时期可以比其他时期具有更强的驯化能力，或者具有更大的补偿调节能力。 补偿能力的周期性变化，实际上有很多是反映了环境的周期性变化，如温带地区温度的周期变化和热带地区干旱季节和潮湿季节的周期变化等。很多沿岸带生物在耐受能力方面

28、常常以潮汐周期和月周期为基础发生变化。 耐受性的节律变化或对最适条件选择的节律变化大都是由外在因素决定的(即外源性的)，很可能是生物对生态因子周期变化不断适应的结果。 某些耐受性的周期变化或驯化能力的变化(无论是长期的或昼夜的)至少有一部分是由生物自身的内在节律引起的。 五、内稳态生物和非内稳态生物 内稳态(homeostasis)机制，即生物控制自身的体内环境使其保持相对稳定，是进化发展过程中形成的一种更进步的机制，它或多或少能够减少生物对外界条件时依赖性。 具有内稳态机制的生物借助于内环境的稳定而相对独立于外界条件，大大提高了生物对生态因子的耐受范围。 内稳态的基础：生理、行为调节体温：生

29、理：恒温动物：控制体内产热 行为：变温动物：减少热量散失，利用环境热源调节体内的盐浓度或调节体内的其他各种状态 ：渗透压调节 维持体内环境的稳定性是生物扩大环境耐受限度的一种主要机制，并被各种生物广泛利用。 但扩大耐受范围不可能是无限的。 内稳态生物：内稳态机制能够发挥作用的范围就是它的耐受范围。非内稳态生物：其耐受限度只简单地决定于其特定酶系统能在什么温度范围内起作用。 内稳态生物和非内稳态生物耐受限度的不同意义生物对不同非生物因子的耐受性是相互关联的。可以借助于驯化过程而加以调整，也可在较长期的进化过程中发生改变。内稳态机制只能为生物提供一种发展广耐受性的方式。 六、生物保持内稳态的行为机

30、制 在外界条件的一定范围内，动物和植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。 植物：叶子和花瓣有昼夜的运动和变化。例如豆叶的昼挺夜垂的变化或睡眠运动、向日葵花序随太阳的方向而徐徐转动等。动物： （1） 身体姿态：如沙漠蜥 （2）往返移动：在比较冷和热的两个地点(都不是最适温度)之间往返移动； （3）追寻适宜栖地 ：如生活在特立尼达雨体中的两种按蚊 其他的行为机制： （1）躲入洞穴 ：如鼠兔 ，抵御一10以下的严寒 （2）构筑巢穴：如白蚁巢（具有调节温湿度的作用 ）、鸟巢（澳大利亚眼斑冢雉 ） 七、适应组合 生物对生态因子耐受范围的扩大或变动(不管是大的调整还是小的调整)都涉及到生物的生理适应和

31、行为适应问题。 适应组合(adaptive suites) ：生物对一组特定环境条件表现出的彼此之间的相互关联的一整套协同的适应特性。1、沙漠植物的适应组合：抗干旱、节水的适应性 （1）落叶（2）形态：叶表皮增厚、减少气孔数目和形成卷叶 （3）旱生植物（肉质植物）： 水分大量贮存在植物的根、茎或叶中 尽量减少蒸腾作用失水：夜晚才打开气孔 2、沙漠动物的适应组合：热量调节和水分平衡 骆驼 ：（1）清晨取食，获得水分； （2）尿的浓缩最大限度地减少水分输出； （3）脂肪在代谢时会产生代谢水； （4）失水主要是来自细胞间液和组织间液，细胞质不会因失水而受影响； （5）红细胞的特殊结构也可保证其不受质

32、壁分离的损害，同样的适应结构也能保证红细胞在血液含水量突然增加时不会发生破裂，一次饮水可以喝下极大量的水分 。（6）在白天可吸收大量的热使体温升高。体温升高后会减少身体与环境之间的温差，从而减缓吸热过程。当需要冷却时，皮下起隔热作用的脂肪会转移到驼峰中，从而加快身体的散热。 第三节 生物与光的关系 地球热量的来源，温度，风，云，自然界一切变化的动力 光合作用的能源，主要是红光， 光合作用两个反应中心, P680 和P720；地区所有生命的最初来源, 生态系统能量流动与物质循环的动力 动植物的生长发育离不开光； 生物物的热能代谢，行为，生活周期和地理分布都受光的影响 动物的昼夜节律，植物的光周期

33、现象 动植物中的色素形成离不开光 一些低等植物可以利用一些高等植物不能利用的光，如紫外光自然界中的光有量(density)和质(quality)之分一、光的性质 可见光的波长在380760纳米之间 波长小于380纳米的是紫外光，波长大于760纳米的是红外光 紫外光对生物和人有杀伤和致癌作用 只有可见光才能在光合作用中被植物所利用并转化为化学能。 植物的叶绿素是绿色的，它主要吸收红光（760620纳米）和蓝光（490435纳米 ） 二、光质的变化及其对生物的影响 空间变化：短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。 时间变化：冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多

34、。森林生态系统：到达下木层的日光中红光和蓝光所剩不多。生活在那里的植物必须对低辐射能环境有较好的适应。 水体：水对光有很强的吸收和散射作用，大大限制了海洋透光带的深度。在较深的水层中只有绿光占有较大优势，红藻紫菜能较有效地利用绿光 。 高山：紫外光的作用抑制了植物茎的伸长，所以很多高山植物都具有特殊的莲座状叶丛。动物：光质对于动物的分布和器官功能的影响目前还不十分清楚。在节被动物、鱼类、鸟类和哺乳动物中，有些种类色觉很发达，另一些种类则完全没有色觉。在哺乳动物中，只有灵长类动物才具有发达的色觉。 三、光照强度的变化及其对生物的影响 (一)光照强度的变化 光照强度在赤道地区最大，随纬度的增加而逐

35、渐减弱。 光照强度还随海拔高度的增加而增强。在北半球的温带地区， 山的南坡所接受的光照比平地多，而平地所接受的光照又比北坡多。较高纬度的南坡可比较低纬度的北坡得到更多的日光能，因此南方的喜热作物可以移栽到北方的南坡上生长。 在一年中，夏季光照强度最大，冬季最小。在一天中，中午的光照强度最大，早晚的光照强度最小。 光照强度在生态系统内将会自上而下逐渐减弱，一个生态系统的垂直分层现象既决定于群落本身，也决定于所接受的日光能总量。 (二)光照强度与水生植物 光的穿透性限制着植物在海洋中的分布，只有在海洋表层的透光带内，植物的光合作用量才能大于呼吸量。光补偿点：植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平

36、衡之处。生活在开阔大洋和沿岸透光带中的植物主要是单细胞的浮游植物。如果海洋中的浮游藻类沉降到补偿点以下或者被洋流携带到补偿点以下而又不能很快回升到表层时，这些藻类使会死亡。扎根海底的巨型藻类通常只能出现在大陆沿岸附近，这里的海水深度一般不会超过100米。 (三)光照强度与陆生植物 阳地植物：适应于强光照地区生活的植物，光补偿点的位置较高，光合速率和代谢速率都比较高 。阴地植物：适应于弱光照地区生活的植物，光补偿点位置较低，其光合速率和呼吸速率都比较低。阴地植物多生长在潮湿背阴的地方或密林内。很多药用植物如人参、三七、等也属于阴地植物。 光饱和点：当光照强度达到一定水平后，光合产物也就不再增加或

37、增加得很少，该处的光照强度就是光饱和点。 植物群体的光合作用是随着光照的不断增强而提高的。对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素： 光合面积：主要指叶面积，通常用叶面积指数来表示。 光合时间：指植物全年进行光合作用的时间。延长叶片的寿命和适当延长植物的生长期。 光合能力：指大气中二氧化碳含量正常和其他生态因子处于最适状态时的植物最大净光合作用速率 (g/m2d) 。群体的光合能力则决定于叶层结构和光的分布情况。 (四)光照强度与动物的行为 光是影响动物行为的重要生态因子。昼行性动物（属广光性动物）：适应于在白天的强光下活动。夜行性动物（或晨昏性动物或狭光性动物）：适应于在夜晚或晨昏的弱光下

38、活动。其它广光性动物：既能适应于弱光也能适应于强光，它们白天黑夜都能活动。如田鼠 。在自然条件下动物每天开始活动的时间常常是由光照强度决定的。 四、日照长度的变化与生物的光周期现象光周期现象生物对光的生态反应与适应定义：生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。 生物的许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。 日照长度是指白昼的持续时数或太阳的可照时数。 夏至至短，冬至至长。表 不同纬度地区的日照时间 单位：h纬度01020304050606566.5最长日12.0012.5813.2213.9314.8516.1518.5021.1524.00最短

39、日12.0011.4210.7810.079.157.855.502.850.00 (一)植物的光周期现象长日照植物：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。如冬小麦、大麦、油菜、菠菜，甜菜、甘蓝和萝卜等。人为延长光照时间可促使这些植物提前开花。短日照植物：在日照时间短于一定数值才开花，这类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。中间性植物：只要其他条件合适，在什么光照条件下都能开花，如黄瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等。(二)动物的光周期现象 日照长短的变化是地球上最严格和最稳定的周期变化，是生物节律最可靠的

40、信号系统 。 鸟类：迁移 、生殖哺乳动物：生殖、换毛 长日照兽类：随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖。如野兔、刺猬等。 短日照兽类：随着秋天短日照的到来而进入生殖期。如绵羊、山羊和鹿等。 鱼类：生殖、迁移 人为延长光照时间可以提高鲑鱼的生殖能力 日照长度的变化通过影响内分泌系统而影响鱼类的迁移。 昆虫：冬眠、滞育 主要与光周期的变化有关，但温度、湿度和食物也有一定影响 第四节 生物与温度的关系 生物新陈代谢的能量来源，代谢的强度与温度最有关生物群落的分布受温度的制约 (植物群落分布的纬向地带性)生物的行为受温度限制(休眠，变温动物，候鸟，植物的落叶)生长发育节律(芽的形成，常绿与落叶，开花与

41、结果) 生长：“三基点”最低、最适、最高温度。 发育：植物的春化作用（某些植物要经过一个“低温”阶段才能开花结果）。温度过高和过低引起生物的灾害(热损伤, 灼烧, 冻害, 寒害)一、温度的生态意义 生物体内的生物化学过程必须在定的温度范围内才能正常进行。 不同的生物和同一生物的不同发育阶段所能忍受的温度范围却有很大不同。 温度的变化能引起环境中其他生态因子的改变，如引起湿度、降水、风、氧在水中的溶解度以及食物和其他生物活动和行为的改变等。 二、极端温度对生物的影响 (一)低温对生物的影响 临界温度：温度低于一定的数值，生物便会因低温而受害。低温对生物的伤害可分为冷害、霜害和冻害三种。冷害：指喜

42、温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡。如海南岛的热带植物丁子香在气温降至6.1时叶片便受害，降至3.4时顶梢干枯，受害严重。冷害是喜温生物向北方引种和扩展分布区的主要障碍。 冻害：指冰点以下的低温使生物体内(细胞内和细胞间隙)形成冰晶而造成的损害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。 (二)高温对生物的影响 对植物：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。破坏植物的水分平衡，加速生长发育，促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。对动物：破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。 三、生物对极端温度的适应 (一)生物对低温环境

43、的适应 1、在形态方面 （1）植物：北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，植物体表面生有蜡粉和密毛，植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等，这种形态有利于保持较高的温度，减轻严寒的影响。 （2）动物：贝格曼（Bergman）规律：生活在高纬度地区的恒温动物，个体大的动物，其单位体重散热量相对较少。阿伦（Allen）规律：恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势，这也是减少散热的一种形态适应。增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度，从而提高身体的隔热性能。 2、在生理方面 （1）植物：减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

44、植物的冰点，增加抗寒能力。 极地和高山植物在可见光谱中的吸收带较宽，并能吸收更多的红外线。叶片在冬季时由于叶绿素破坏和其他色素增加而变为红色，有利于吸收更多的热量。 （2）动物增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温。热中性区宽、下临界点温度低和在下临界点温度以下的曲线斜率小。 减少身体散热，大大降低身体终端部位的温度，而身体中央的温暖血液则很少流到这些部位。 3、在行为上休眠和迁移 ，前者有利于增加抗寒能力，后者可躲过低温环境。 (二)生物对高温环境的适应 1、植物 （1）形态：生有密绒毛和鳞片，能过滤一部分阳光； 有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射一大部分阳光；有些植物叶片

45、垂直排列使叶线向光或在高温条件下叶片折叠，减少光的吸收面积； 树干和根茎生有很厚的木栓层，具有绝热和保护作用。 （2）生理：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。 靠旺盛的蒸腾作用避免使植物体因过热受害。 反射的红外线多，避免使植物体受到高温伤害。 2、动物适当放松恒温性，使体温有较大的变幅，这样在高温炎热的时刻身体就能暂时吸收和贮存大量的热并使体温升高，尔后在环境条件改善时或躲到阴凉处时再把体内的热量释放出去，体温也会随之下降。 夏眠、穴居和白天躲入洞内夜晚出来活动。如沙漠中的啮齿动物 。 四、温度与生物发育的关系有效积温法则 有效积温法则：植物在生长发

46、育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。昆虫和其他变温动物也符合这一公式。 K = N T N：生长发育所需时间 ； T：发育期间的平均温度 发育起点温度(或最低有效温度)：生物开始发育的温度。以C表示。K = N ( T C ) T = C + K / N = C + K VV：发育速率 V = 1 / N 求C值和K值的简便方法是在两种实验温度(T1和T2)下，分别观察和记录两个相应的发育时间N1值和N2值。 K1 = K2 = K有效积温法则的实际应用(1)预测生物发生的世代数：年总积温/一个世代所需积温(2)预测生物地理分布

47、的北界 (3)预测害虫来年发生程度 (4)推算生物的年发生历 (5)可根据有效积温制定农业气候区划 (6)应用积温预报农时有效积温法则应用的局限性 ： 发育起点温度；有效积温法则是以温度与发育速率呈直线关系为前提，但事实上两者间是呈S形关系；生物发育同时还受其他生态因子的影响。 五、温度与生物的分布 极端温度(高温和低温)常常成为限制生物分布的重要因素。 1、高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡，其次是植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段，如苹果、桃、梨在低纬地区不能开花结实。2、低温：对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温

48、。对恒温动物分布的直接限制较小，但常常通过影响其他生态因子(如食物)而间接影响其分布。温度和降水是影响生物在地球表面分布的两个最重要的生态因子，两者的共同作用决定着生物群落在地球分布的总格局 第五节 生物与水的关系 一、水的生态意义 水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分，生物体的含水量一般为6080%，有些生物可达90%以上。生物的一切代谢活动都必须以水为介质，生物体内营养的运输、废物的排除、激素的传递以及生命赖以存在的各种生物化学过程，都必须在水溶液中才能进行，而所有物质也都必须以溶解状态才能出入细胞。水在3.98时密度最大。水的这一特殊性质位任何水体都不会同时全部冻结，寒冷地区生物的生存

49、和延续来说是至关重要的。 水的热容量很大，而且吸热和放热是个缓慢的过程，为生物创造了一个非常稳定的温度环境。 水对陆生生物的热量调节和热能代谢也具有重要意义，因为蒸发散热是所有陆生生物降低体温的最重要手段。 二、植物与水的关系 1、植物在正常的气体交换过程中要损失大量的水分，比动物多得多。 2、植物通过根吸收水和叶蒸腾水之间保持适当的平衡来维持正常生活。从环境中吸收的水约有99%用于蒸腾。增加吸水能力和减少水分蒸腾的适应性： 气孔能够自动开关；体表生有一层厚厚的蜡质表皮；气孔深陷在植物叶内；能在晚上进行气体交换。3、在低温地区和低温季节，植物的吸水量和蒸腾量小，生长缓慢；在高温地区和高温季节，

50、植物的吸水量和蒸腾量大，生产量少大。需水量：指生产1克干物质所需的水量。约300600克 。光合作用效率高的植物需水量都较低。需水量还与其他生态因子有直接关系，如光照强度、温度、大气湿度、风速和土壤含水量等。 植物的不同发育阶段吸水量也不相同。 依据植物对水分的依赖程度的植物生态类型(1)水生植物 体内有发达的通气系统，以保证身体各部对氧气的需要；叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2与无机盐的吸收；植物体具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动；淡水植物具有自动调节渗透压的能力，而海水植物则是等渗的。沉水植物；浮水植物 ；挺水植物 (2)陆生植物 湿生植物：抗旱能力小，不能长

51、时间忍受缺水。 中生植物：种类最多、分布最广和数量最大 旱生植物：能忍受较长时间干旱，主要分布在于热草原和荒漠地区。 少浆掖植物：叶面积缩小，根系发达，原生质渗透压高，含水量极少 多浆液植物：发达的贮水组织，多数种类叶片退化而由绿色茎代行光合作用 三、动物与水的关系 水生动物：依赖水的渗透作用 陆生动物：失水：蒸发、排泄、呼吸 得水：食物、饮水、代谢水水分的平衡调节总是同各种溶质的平衡调节密切联系在一起。各种调节机制都必须使动物能在各种情况下保持体内水分和溶质交换的平衡。(一)水生动物的渗透压调节 1、海洋动物 海水的总渗透浓度是1135mmol/Kg等渗动物：动物的血液或体波的渗透浓度与海水

52、的总渗透浓度相等或接近；一般不会由于渗透作用而失水或得水，但排泄总会损失一部分水。摄取少量的水：从食物中饮用海水并排出海水中的溶质；代谢水。 一般不需要饮用海水，代谢水的多余部分还要靠渗透作用排出体外。渗透浓度比海水略高的动物，借助于排泄器官把体内过剩的水排出体外。 低渗动物：动物的血液或体波大大低于海水的渗透浓度。体内的水将大量向体外渗透，必须从食物、代谢过程或通过饮水来摄取大量的水。 有发达的排泄器官，以便把饮水中的大量溶质排泄出去。硬骨鱼类和甲壳动物：鳃 K+泵和Na+泵 软骨鱼类： 直肠腺 2低盐环境和淡水环境中的动物变渗动物：体液浓度随着环境渗透浓度的改变而改变的动物。生活在河海交汇

53、处。恒渗动物：体液浓度保持恒定，不随环境改变而改变的动物。淡水动物：水不断地渗入动物体内，这些过剩的水必须不断地被排出体外才能保持体内的水分平衡。 丢失溶质：随尿排出、扩散作用得到溶质：从食物中获得 ；鳃或上皮组织的表面能主动吸收钠(二) 陆生动物的渗透压调节 陆生动物减少或限制失水的适应 1、皮肤的含水量总是比其他组织少，因此可以减缓水穿过皮肤；皮肤中的脂类对限制水的移动。 2、昆虫利用气管系统来进行呼吸，而气门是由气门瓣来控制的；节胶动物的体表有一层几丁质的外骨船，有些种类在外骨铬的表面还有很落的蜡质层，防止水分的蒸发。3、鸟类、哺乳类：由肺内呼出的水蒸气，在扩大的鼻道内通过冷凝而回收。

54、4、许多荒漠鸟兽具有良好重吸收水分的肾脏。 5、哺乳动物以尿素、爬行动物和鸟类则以尿酸的形式排泄合氮废物。6、在高温下 ，动物减少呼吸和体表蒸发失水是使体温有更大的波动范围。 例：“沙漠之舟”骆驼可以17天不喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。 四、水的物理性质对水生生物的影响 1、水的密度 比空气大约大800倍 对水生生物能起一定的支撑作用，但仍要克服下沉：（1）很多鱼类的体内都有膘；（2）大型海藻也有类似的充气器官，可使叶子浮在阳光充足的水面。 （3）单细胞的浮游植物含有

55、比水密度更小的油滴。（4）鱼类和其他大型的海洋生物也常利用脂肪增加身体的浮力。减少骨路、肌肉系统和体液中的盐浓度也能使水生动物减轻体重增加浮力。 （5）水生脊椎动物低渗透浓度的血浆减少身体密度。（6）微小的海洋动物往往靠细长的附属物延缓身体的下沉。 2、水的高度粘滞性 有助于水生生物减缓下沉的速度；对动物在水中的各种运动形成较大的阻力。 在水中能够快速移动的动物，共身体往往呈流线型。3、水的浮力 重力因素对水生生物大小的发展限制较小（大象的体重只有7吨 ，蓝鲸的体重可达100吨 ）。水为动物提供了极好的支持以便克服自身的重力。 五、水生环境与生物呼吸 溶解氧是水生生物最重要的限制因素之一。氧在

56、水中的溶解性受温度和含盐量的影响。位于大气和水界面处附近的氧气最丰富，随着水深度的增加，氧气的含量也逐渐减少。 从水中摄取氧气，水生动物必须让水流不断流经呼吸器官。 生物的呼吸作用常常会把氧气耗尽，造成缺氧环境，并可减缓或中止生命过程。在污浊的沼泽地和深海盆地也常常会出现这样的缺氧环境，以致使有机沉积物难以被微生物分解而形成石油和泥炭层。 第六节 生物与土壤的关系 一、土壤的生态意义 土壤是陆生植物生活的基质和陆生动物生活的基底。为植物提供必需的营养和水分，为土壤动物赖以生存的栖息场所。土壤是生物和非生物环境的一个极为复杂的复合体，生物的活动促进了土壤的形成，而众多类型的生物又生活在土壤之中。

57、 土壤是比大气环境更为稳定的生活环境，常常成为动物的极好隐蔽所，在土壤中可以躲避高温、干燥、大风和阳光直射。 土壤是所有陆地生态系统的基底或基础，生态系统中的很多重要过程都是在土壤中进行的，其中特别是分解和固氮过程。 生态因子对生物的生态作用（1）土壤化学性质与植物的关系 PH值 9对根系严重伤害 矿质营养元素与植物（2）植物的盐害和抗盐性 植物的抗盐方式： 排除盐分泌盐植物； 稀盐植物（稀释盐分）； 富集盐分； 拒绝吸收（3）植物对土壤适应的生态类型对PH值的适应嗜酸性植物、嗜酸耐碱植物、嗜碱耐酸植物、嗜碱植物。钙土植物、盐生植物、抗盐植物（4）土壤污染的植物监测土壤污染重金属污染、如汞、镉

58、、砷、化学农药污染等。 监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析二、土壤的质地和结构及其对生物的影响 土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固相颗粒是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85%以上。 1、土壤质地土壤质地：不同大小固体颗粒的组合百分比。 根据土粒直径的大小可把土粒分为粗砂(2.00.2mm)，细砂(0.20.02mm)，粉砂(0.020.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。砂土：以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒所占比重不到10，因此土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥能力差。粘土：以粉砂和粘粒为主，约占60以上，甚至可超过85%，粘土类土壤质地粘重，结构紧密

59、，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘干时硬。 壤土：质地比较均匀，其中砂粒、粉砂和粘粒所占比重大体相等，土壤既不太松也不太粘，通气透水性能良好且有一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。 2、土壤结构 土壤结构：指固相颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。 微团粒结构(直径小于O.25mm)、 团粒结构(直径为0.2510mm)、 比团粒结构更大的各种结构 团粒结构：土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成直径为0.2510mm的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，因为它能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质。团

60、粒结构是土壤肥力的基础。 3、土壤中的水分 土壤中水分的作用：水分可直接被植物的根系吸收。有利于各种营养物质的该解和移动，有利于磷酸盐的水解和有机态磷的矿化。调节土壤中的温度 土壤干旱：影响植物的生长威胁土壤动物的生存。 土壤水分过多：使土壤中的空气流通不畅并使营养物随水流失，降低土壤的肥力；使动物因缺氧而死亡。 4、土壤中的空气 （1）土壤中空气的成分 O2：1012%；CO2：0.1%（空气中：0.03%）含量不如大气稳定，常依季节、昼夜和深度而变化。 （2）含氧量的变化：在积水和透气不良的情况下，含氧量可降低到10%以下，从而抑制植物根系的呼吸和影响植物正常的生理功能，动物则向土壤表层迁