普通生态学课件

第一部分有机体与环境

1.生物与环境

1.1生态因子

1.1.1环境

环境：某一特定生物体或生物群体周围一切的总合，包括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。

大环境：地区环境、地球环境和宇宙环境

小环境：对生物有直接影响的邻接环境

1.1.2生态因子

生态因子：是指环境中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。

生存条件：在生态因子中，对生物生存不能缺少的环境要素

生境：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。

生态因子：是指环境中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。

生存条件：在生态因子中，对生物生存不能缺少的环境要素

生境：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。

1.生态因子分类

(1)气候因子温度、湿度、光、降水、风、气压、雷电等

(2)土壤因子土壤结构、土壤有机和无机成分的理化性质、土壤生物

(3)地形因子地面的起伏、山脉的坡度

(4)生物因子生物与生物之间的关系，如捕食、竞争、共生等

(5)人为因子人对生物的影响

Smith密度制约性因子非密度制约性因子

蒙恰斯基稳定因子分布

变动因子周期性变动因子

非周期性变动因子数量

三、生态因子作用的几个特点

1.综合性光照强度引起大气、土壤温度和湿度变化

2.主导因子作用溶氧

3.阶段性作用低温春化作用

4.不可替代性和补偿性作用光照强度和C02；钙和银

5.直接作用和间接作用

1.2生物与环境的相互作用

1.2.1环境对生物的作用

生长、发育、繁殖和行为；生育力和死亡率；导致种群数量的改变；限制生物的分布区域

生物对环境的适应；生物可以从自身的形态、生理、行为等方面不断进行调整，以适应环境中生态因子变化，将其限制作用

减小。

美洲鼠兔生物钟

1.2.2生物对环境的反作用

生物对环境的影响，一般称为反作用。生物对环境的反作用表现在改变了生态因子的状况

协同进化：生物之间复杂的相互作用及伴随的两种生物特有的形态、生理和生态的适应性特征是通过自然选择，适者生存法

则而形成的。是一个物种的性状作为对另一个物种性状的反应而进化，而后一个物种的这一性状又是作为前一个物种的反应

而进化。

1.3最小因子、限制因子和耐受限度

1.3.1利比希最小因子定律

提出：1840年，德国有机化学家李比希《有机化学及其在农业和生理学中的应用》

概念：低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存利分布的根本因素

补充（Odum）

a.利比希最小因子法则只能用于稳态条件下，也就是说在一个生态系统中，物质和能量的输入和输出不是处于平衡状态，那

么植物对于各种营养物质的需要量就会不断变化。在这种情况下，李比希最小因子法则就不能用。

b.应用最小因子法则的时候，还必须考虑各个因子之间的相互关系。软体动物钙锯

1.3.2限制因子(limitingfactor)

Blackman1905

生态因子处于最低状态时，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；在最大状态之下，生理现象

又停止

概念

在众多环境因子中，任何接近或超过某生物的耐受极限而阻止其生存、生长、繁殖和扩散的因素。

1.3.3耐受限度与生态幅

Shelford1913

概念：任何一个生态因子在数量上或者质量上的不足或过多，即为其接近或达到某种生物的耐受性限度时，就会使该种生物

衰退或不能生存。

特点：

*不只考虑了因子量的过少也考虑了因子量的过多。

*不仅考虑了环境因子量的变化，而且考虑到了生物本身的耐受性问题

*耐受性定律可以允许生态因子之间的相互作用

补充：生物时某一个生态因子的耐受性范围可能很宽，但是对另一个因子很窄；生物在整个个体发育过程中，对环境因子的

耐受限度是不同的。繁殖期往往是一个临界期，环境因子最可能在繁殖期起限制作用；不同生物种对同一生态因子的耐受性

不同；当某种生物对某个生态因子不是处于最适度状态下，对其他生态因子的耐受限度也随之下降。

2.生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalue)

图8-2生物种的耐受性图解

生态价：每一种生物对每一种环境因素都有一个能耐受的范围，即有一个生态上的最高点和一个生态上的最低点。在最高点

和最低点之间的范围，称为生态幅或生态价。

常用术语：广温性(eurythermal)狭温性(stenothermal)广盐性(eurohaline)狭盐性(stenohaline)

(

邛

孙

)

在

褥

明

温度

图1-6广温性生物与狭温性生物的生

态幅比较（引自孙儒泳，1992）

图1-7耐受极限随环境温度的改变

（转引自孙儒泳，1992）

内稳态生物和非内稳态生物

1.内稳态：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界

环境的适应能力。

2.保持机制：

a.生理过程：恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温；

b.行为调整：变温动物靠减少散热或利用环境热源是身体增温。如沙漠蜥蜴

□早上温度较低，蜥蜴使身体的侧面迎向阳光，身体紧贴在温暖的岩石。中午面向阳光，利用吹过的微风将皮肤上散发

的热带走；或是移动至较荫凉的地方，以降低体温。

□跳舞

□蜥蜴会以其强壮的四肢掘沙，潜在其中，以微开的口部呼吸办躲避热浪的侵袭。

3.意义

具内稳态机制的生物增加自己的生态耐受幅度，成为广生态幅种，但不能无限扩大耐受范围。

2.能量环境

2.1地球上光及温度的分布

2.1.1地球上光的分布

光谱

紫外线＜380nm

可见光380〜760nm

红外线A760nm

影响地球表面太阳辐射的主要因素

□各种成分的吸收、反射和散射

□太阳高度角影响太阳辐射强度

□地球公转时倾斜

□地面的海拔高度、朝向和坡度

光质的变化

短波光随纬度增加而减少，随海拔的增加而增加。在季节上，冬季长波光增加，夏季短波光增多，；一天中，中午短波光增

多，早晚长波光较多；在树林中，上层蓝光合红光多，下层减少。

日照长度的变化

北半球：

春分昼长夜短秋分(夏至白昼最长)

秋分昼短夜长春分(冬至夜最长)

赤道附近：终年昼夜平分；

光照强度的变化

纬度：赤道最大，随纬度增加而减少

海拔：海拔越高，强度越大

坡向：在北半球，南坡大于北坡

生态系统：冠层吸收大量的热，下层热量减少。

光强度/%

[.…1.0...50...1.00

1O

穿

过

水

的

深

度

m/

60

70

蓝光

图2-4各种波长的光穿过蒸情水时的

弓虽度变化(弓1自Kormondy.1996)

生物对光的适应

2.1.2光质的生态作用及生物的适应

太阳鱼(Lepomis)视力的灵敏峰值在500〜530nm

昆虫的可见光偏重于短光波

中国明对虾对蓝光敏感，蓝光下，对虾摄食活跃。摄食率高，但由于食物转化效率低，活动消耗能量多，用于生长的能量比

例低，导致了中国明对虾在蓝光下的生长较慢

□光合有效辐射(photosyntheticallyactiveradiation)：光合作用能够利用太阳光谱的一个有现代，即从380-710nm之间

波长的辐射能。

□短波紫外线杀菌功能

□长波红外线是地表热量的基本来源

2.1.3光强的生态作用及生物的适应

2.1.3.1对生物生长、发育和形态建成的影响

研究光照强度(0Lux.50Lux.300Lux.1300Lux和5500Lux)对中国明对虾生长的影响。五种光照强度下，中国明对虾的生长

不同。其中，5500Lux下，对虾的生长(SGRa)最慢，300Lux的生长最快。

黄化现象：植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄。

2.1.3.2植物对光照强度的适应性

光合能力（photosyntheticcapacity）：当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高，大气中C02和02的浓度正常时的

光合作用速率。

2.2.2.3动物对光照强度的适应

夜行性动物的眼睛比昼行性动物的大；有的啮齿类的眼球突出眼眶外；终生营地下生活的兽类，眼睛很下或退化；深海鱼或

者是具有发达的视觉器官，或者是本身具有发光器官；昼行性动物（广光性动物）：适合于在白天强光照下生活的动物；夜

行性动物（狭光性动物）：适合于在夜晚活动的动物。

2.1.4生物对光周期的适应

2.1.4.1生物的昼夜节律

外源性周期（光周期、温度、湿度、磁场）

内源性周期（内部生物钟）

2.1.4.2生物的光周期现象

光周期现象：植物的开花结果、落叶和休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的响应。

1、植物的光周期现象

（1）长日照植物日照超过一定数值或黑夜小于某一数值时才能开花的植物温带和寒温带地区

（2）短日照植物日照小于某•数值或黑夜长于某•数值时才能开花的植物。多分布于热带和亚热带地区

（3）中日照植物昼夜长度接近相等时才开花的植物。仅少数热带植物属于这一类型

（4）日中性植物开花不日照长度影响的植物。

2.动物的光周期现象

（1）繁殖的光周期现象短日照动物秋季长日照动物春季

（2）昆虫滞育的光周期现象（3）换毛和换羽的光周期现象（4）动物迁徙的光周期现象

为什么以光为信号？光变化具有恒定性和稳定性。

直接原因（近因）最终原因（原因）

2.2地球上温度的分布

2.2.1地球上温度的分布

2.2.1.1地表大气温度的分布与变化

1.温度的空间分布与变化

纬度

□山脉走向

秦岭亚热带与暖温带的分界线

□盆地

吐鲁番盆地47.8°C

□海拔高度对温度影响

海拔每升高100m,气温下降1度，潮湿空气中下降0.6度

2.温度的时间变化

•日变化

日较差沙漠里15℃〜30℃

北非的黎波里以南的一个气象观测站，于1978年12月25日曾有白天最热达37.2℃,而晚上降至最低温-0.6℃的记录，日温

差达37.8℃

•年变化年较差

2.1.1.2土壤温度的变化

土壤表层的温度变化比气温剧烈，随土壤温度加深，土壤温度的变化幅度减小

随土壤深度增加，土壤最高温度和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间，与土壤的深度成正比。

土壤的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置

土壤温度的年变化在不同区域差异很大

2.2.1.3水体温度的变化

水体温度随时间的变化

海洋水温昼夜变化不超过4℃,随深度变化幅度减小。15m以下，海水无昼夜温度变化，140m以下无季节性变化；赤道及两

极海洋年较差不超过5℃,而温带海洋水温年较差为10〜15℃,有时可达23℃

2.水体的成层现象

冬季春季夏季秋季

图2-7典51温带深湖水温垂直分布的季节变化(转引自处储族.1992)

海洋水温分布：

低纬度海域热成层

永久温越层

深冷层

中纬度海域季节性温越层

永久温越层

高纬度海域

2.2.2温度与动物类型

常温动物(homeotherm)变温动物(poikilotherm)外温动物(ectotherm)内温动物(endotherm)

2.2.3生物对温度的适应

2.2.3.1酶反应速率与温度阈

温度系数(Q/0)=T℃体温时的代谢率/(T-10)℃体温时的代谢率

•高温对生物影响

植物：光合作用与呼吸作用失调，无法正常结籽

动物：酶系统紊乱：蛋白质凝固变性；氧供应不足，排泄器官功能失调：神经系统麻痹

・低温对生物影响

冷害：是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。

冻害：是指0℃以下的低温使生物体内(细胞内和细胞间)形成冰晶而造成的损害。

•温度超过下限致死原因：

a.冰结晶使原生质破裂，损坏了细胞内和细胞间的细微结构

b.当溶剂水结冰后，电解质浓度改变，引起细胞渗透压的变化，造成蛋白质变性

c.脱水使蛋白质沉淀

d.代谢失调、乃至停止

2.2.3.2生物发育与生长速度

•发育阈温度(developmentalthresholdtemperature)或生物学零度(biologicalzero)生物发育生长是在一定的温度范围内上

才开始，低于这个温度，生物不发育。

・有效积温法则

有效积温法则的主要含义是植物在生长发育过程中，必须从环境中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。

K=N-(T-C)K为该生物所需的有效积温，N为发育历期，T为发育期间的平均温度，C为生物发育阈温度。

223.3驯化与气候驯化

•春化(vernalization)：山低温诱导的开花

•驯化(acclimation)实验室内气候驯化(acclimatization)自然界

2.2.4生物对极端环境温度的适应

2.2.4.1生物对低温的适应

耐受冻结：指动物能耐受体内水的结冰。摇蚊幼虫

超冷现象：体液温度降低到0℃以卜而不结冰。

小叶峰-25-30℃甘油；茧蜂体内30%甘油-42.7℃而不结冰

甘油用途：甘油具有保护作用，使昆虫免受冻伤；甘油降低冰点，从而增加超冷温度。

南极鱼类糖蛋白

a.形态

芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、

垫状或莲座状；

贝格曼（Bergman）规律：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。

阿伦规律（Allen）：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下有变小变短的趋势。

・寒冷地区的内温动物在冬季增加了羽、毛的质量，增加了皮下脂肪的厚度，提高身体的隔热性。

逆热流交换

b生理

植物：减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。鹿蹄草叶细胞大量贮存五碳

糖、粘液，使结冰温度下降到-31度。

动物：

•增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温增加基础代谢产热非颤抖性产热

・异温性（heterothermy）：降低身体终端部位的温度，而身体中央的温暖血液很少流到这些部位

北极灰狼，脚爪可保持在接近冰点的温度；

鸥，其脚掌的温度为0-5度，到达生有羽毛的胫部为32度，而鸥的体温38-41度。

冬眠：是内温动物对冬季寒冷和食物资源减少的•种适应。啮齿目、食虫目、异手目，高纬度温带地区。

冬眠状态：代谢率降低，体温与环境温度相差不大；环境温度过低，威胁到生命的时候，随时醒觉。

入眠与醒觉：颤抖性产热和褐色脂肪组织产热

适应性低体温：是一种受调节的低体温现象，此时体温被调节到很低，接近于环境温度水平，心率、代谢率和其他生理功能

均相应降低。但在冬眠期内的任何时候，动物都可能自发的或通过人工诱导恢复到原来的正常状态。

与外温动物冬眠的区别：蛰眠的外温动物无外部加温，不会醒觉；蛰眠的外温动物没有内温动物的保险机制。

浅度低体温：随时可以醒来，熊（10C）

深度低体温：体温降到1°C,耗氧量和呼吸大大降低日蛰伏（蜂鸟）和季节性蛰伏

C行为•迁徙大雁•集群皇企鹅

2.2.4.2生物对高温的适应

植物：

形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，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，能反射大部分

光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。

生理适应：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；蒸腾作用避免植物体因过

热受害。

动物

困难：

□体温一般在35~42℃范围内，高于环境温度，因此鸟兽类提问控制向着减少散热发展，当温度高于体温时，生物原

来的机制失效；

□大量代谢热无法排出；

□高温与缺水共存。

机制：

•在高温中将恒稳机制控制的温度范围适当放宽500kg骆驼体温增加7°C,能储存12122kJ热量，如果靠蒸发需消耗5L水

・避开不利环境小型动物不利之处白尾黄鼠43℃周期性高体温

•形成特殊的结构洞角类海绵窦降低进入脑血液温度飞狐精巢

（五）生物对周期性变温的适应

・季节性和昼夜温度变化•温度周期性变化对生物生长的影响刺参

2.2.6物种分布与环境温度

1.对变温动物来说，有时温度起到直接的限制作用

如15℃以上日子少于70天，玉米螟就无法持久生存。

温度作为动物分布的限制因子，一般不是各地的平均温度，而是极限温度。

如管水母，珊瑚水温不能低于20℃；菜粉蝶气温如果高于26℃,100%的卵和幼虫会死亡

2.对于常温动物，温度的直接限制比较少见，但温度对其分布常有间接的影响。

全球变暖可能影响物种的分布区。欧洲的非迁徙性蝴蝶有2/3向北推进了35〜240千米；英国59种鸟的分布区向北扩展，平

均为18.9千米。

3.温度与海洋生物的地理分布

按动物对分布区水温的适应能力，海洋上层的生物种群可分为

生长、生殖温度自然分布区月均温

暖水种>20℃>15℃

温水种4〜20℃0~20℃

冷水种<4℃不高于10℃

两极同源：南北两半球中高纬度的生物在系统分类上表现有密切的关系，有相应的种、属、科的存在，这些种类在热带地区

消失。

北极尾曳鳏虫：南极刺管曳鲤虫

热带沉降：某些广盐性和广深性的冷水种，其分布可能从南北两半球高纬度的表层通过赤道区的深水层而成为一个连续的分

布。

2.3风对生物的作用及防风林

风：空气相对于地面的水平运动

2.3.1风对生物生长及形态的影响

1.风能降低植物的生长高度

(1)减小大气湿度，破坏了植物的水分平衡是成熟细胞不能正常扩大，从而使所有器官小型化

(2)基部越粗，顶端尖削度越大，树木越矮

2.强风是树木形成畸形树冠"旗形树”

3.开阔地区的鸟兽有致密的外皮，羽毛短，紧贴体表

2.3.2风是传播运输工具

□风是许多树木的花粉和种子的传播者

□风影响了能飞行动物类群的地理分布

□风是动物物种传播的重要工具

□风能传播化学信息

2.3.3风的破坏作用

2.3.4防风林

1.削弱风力，降低风速，减少风害2.防风效应与植物群落结构有关紧密林带、疏透林带、通风林带

3.防风效应还与风速，风向有关4.防风林还能固沙护田、蓄水、调节小气候，营造绿色环境、提高农作物产量

2.4火的生态作用

火的作用因类型不同而不同

林冠火：破坏了所有植被，限制了决大多数动物的活动。

地面火：具有选择作用，第一部分起到限制作用，对抗火能力强的种类反而有利。

2.4.1火的生态意义

a.燃烧了枯干植物，使其转化为植物可重新利用的灰分，释放出营养物质。

b.是植物长出新的枝条，动物得到更多的食物。

c.森林中轻微的地面火可使植物落叶着火，防止林冠火的发生。

3.用火提高树木和狩猎的产量英国的石南林宙鸟

2.4.2防火管理

1.开展生物工程防火、建立火灾阻隔系统

2.开展计划烧除，加强可燃物管理

3.加强防火管理

3物质环境

3.1地球上水的存在形式及分布

1、水分子具有极性2、水具有高的热容量3、水具有特殊的密度变化4、水具有相变

3.1.2陆地上水的分布

1、降雨量•随温度变化•受海陆位置、地形及季节的影响

2.大气湿度大气湿度(atmospherehumidity)反映了大气中气态水含量。通常用相对湿度表示空气中的水汽含量。

3.我国降水量的地域分布

东南到西北降水逐渐减少

等雨线：华南1500〜2000mm；长江流域1000~1500mm；秦岭和淮河7500mm；大兴安岭西坡-燕山-秦岭北坡500mm；

黄河上中游250-500mm：内蒙古-新疆＜100mm

水的生态意义

1.水是生物体重要的组成部分。生物体含水量一般为60〜90%,有些可达90%以上(水母等)

2.生命的一切代谢活动都是以水为介质的，生物体内营养的运输，废物的排出，激素的传递以及生命赖以生存的各种生物化

学过程，都必须在水溶液中才能进行，所有物质都必须以溶解状态才能进入细胞。

3.水的密度在3.98℃时最大。对历史上冰河期和现代寒冷地区生物的生存和延续至关重要。

4.水的热容量很大，吸热和放热是•个缓慢的过程，因此水体温度不像大气那样变化剧烈，创造了较稳定的环境

5.生命源于水环境，生物进化90%的时间是在海洋那个中进行的。

3.2生物对水分的适应

3.2.1植物与水

3.2.1.1陆地植物的水平衡

1.陆生植物的失水

由于CO2在大气中的含量远低于02,因此植物失水的可能性要比动物高700倍。・棵玉米一生需要200kg水，99%蒸腾，

1%.保存在体内。

2.植物的保水措施

增强根的吸水能力

减少叶片蒸腾作用气孔的开关；气孔深陷表皮：储存CO2；表皮蜡质

陆生植物类型生长在陆地上的植物统称陆生植物。

根据对水分的需要量及耐旱程度可分为：湿生植物中生植物旱生植物

湿生植物：不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。

中生植物：适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最光和数

量最大的陆生植物。

旱生植物：生长在干旱环境中，能忍受较长时间的F旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒

漠地区。其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。

3.2.1.2水生植物

水生植物特点：

a.发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要。根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。

b.叶片常呈带状、丝状或极薄，有利于增加采光面积和对CO2或无机盐的吸收

c.机械组织不发达甚至脱化植物具有较强的弹性和抗扭曲能力以适应水的流动

水生植物类型

水生植物根据生长环境水的深浅又可分成：

沉水植物：整株植物沉没在水下，根退化或消失。如金鱼藻、黑藻。

浮水植物：如浮萍、睡莲。生长在浅水区，叶片浮在水面，形状多为扁平，机械组织不发达。叶表面有气孔。

扎根的浮水植物；不扎根的浮水植物

挺水植物：生长在浅水区，植物体大部分挺出水面，根系固定在水底土壤，将其茎叶的一部份或大部份伸出水面。如荷花、

芦苇。

三、动物与水的关系

(-)水生动物的渗透压调节

1.水域类型

海水水域32%。〜38%。平均36%0红海47%0

咸淡水水域0.5%。~16%o

淡水水域0.02%o~0.5%。

内陆高盐水域0.05%。~34.7%。

3.2.2动物对水的适应

3.2.2.1水生动物

1、鱼类的水平衡

(1)淡水鱼类

面临问题：动物血液和体液渗透浓度比较高，水不断进入体内；淡水动物面临溶质丧失的问题

解决办法：从食物中获取溶质；用鲍主动吸收离子；肾脏具有发达的肾小管，排出大量的尿；排出低渗压得尿，尿中Na+,C1-

浓度很低

(2)海洋鱼类

面临问题：体内水分不断经过体壁和蛆排出体外；海水中盐类不断进入体内

调节途径：肾小球退化，排出的尿量很少；经常吞食海水；通过鲤将多余的盐排出体外

海洋软骨鱼类基本上是等渗的

贮存尿素，血液中含量可达2〜2.5%,可维持35%)的渗透压

(3)广盐性涧游鱼类

□依靠肾脏调节水，在淡水中排尿量大，在海水总排尿量少，在海水中又大量吞水，以补充水

□盐的代谢依靠鲤调节，在海水中鳏排除眼，在淡水中摄取盐

2.水生动物对水密度的适应

□水的浮力对水生动物起到支撑作用

□深海高压对动物的影响

水深度每增加10m,就增加1个大气压(1)皮肤组成通透性很大(2)骨骼和肌肉不发达(3)没有鳗

3.鱼对水中低氧的适应

•来源：大气中的氧扩散到水中：水中植物营光合作用时释放出氧

白天溶氧高夜晚溶氧低浮头

鱼对低氧环境的适应：溪红点鲤低氧驯化后，其血液溶氧量增加

a.低氧降低了鱼类幻:血球中的ATP

b.Hb比HbO2更偏碱性，低氧下Hb/HbO2比率增加，从而增加了红血球碱性，增加了HbO2亲和力

c.低氧刺激，导致动物过渡通气，使体内CO2排出增加，导致血液pH增加，红血球碱性增加

3.2.2.2两栖类水平衡

•淡水中水渗入体内，皮肤摄取水中的盐，肾脏排泄稀尿。

・陆地上皮肤直接从潮湿环境中吸取水分。在干燥环境中，通过膀胱的表皮细胞重吸收水来保持体液

•食蟹蛙体液中滞留高浓度尿素(480mmol/L)

3.2.2.3陆生动物

1、陆生动物的水平衡

□动物主要失水途径

失水得水

皮肤蒸发食物

呼吸失水直接饮水

排泄失水代谢水

通过体表吸收水分

代谢水：100g脂肪-------110g水；100g碳水化合物一55g水；澳洲飞蝗产卵前上下飞跃

陆生动物的适应

a.减少皮肤失水气孔开闭昆虫体表具有角质层和蜡质

b.减少呼吸失水通过鼻腔冷凝回收水分更格卢鼠

c.减少排泄和粪便失水

浓缩尿肾脏的重吸收更格卢鼠尿中盐是血液17倍含氮废物的排出形式

2.动物与湿度

a.湿度与动物的行为嗜好和选择湿度；选择活动时间；迁徙非洲塞伦盖提大草原；夏眠和滞育

b.湿度与动物体色

葛洛格定律：在干燥而寒冷的地方，动物的体色较淡；而在潮湿而温暖的地方，其体色较深。

安德列沃斯总结湿度对昆虫一些重要生命现象的影响：

喜湿的昆虫，较高的相对湿度对它们有利，因此随着相对湿度的增加，其死T:率降低，生育力增加，发育速度加快，寿命延

长

比较喜旱的昆虫，有一个最适的相对湿度，在此相对湿度下，其生育力最高，发育速度最快，死亡率最低。若增加或减少相

对湿度，偏离其最适条件，就会使它的生育率降低，发育变慢，死亡率增加。但寿命与相对湿度的关系比较复杂，在最适湿

度下，由于发育快，性成熟早，完成生活史快，性成成熟早，故寿命较短，若偏离此最适湿度，其寿命延长，太高或太低的

湿度，都会使其寿命缩短。

3.动物与雪被

雪被：高纬度地区冬季降雪常形成稳定的积雪覆盖

□地下生物提供了温暖的筑巢场所；提供了食物

□雪上生物造成行动不便，获食困难

3.3大气组成及其生态作用

大气是指从地球表面到高空1100km范围内的空气层。

大气成分：氮、氧、二氧化碳、量、氮、筑、氢、氯、氨、甲烷、臭氧、氧化氮及水蒸气

3.3.1氧与生物

□氧来源植物光合作用大气层的光解作用

臭氧在20〜40km的大气高空层，紫外线促使氧分子与具有高浓度活性的氧原子结合生成臭氧（03）。臭氧可阻止过量的紫

外线到达地球表面，保护了地球生物免遭短波光伤害

1.氧与动物能量代谢

动物对高山环境的适应

a.增加呼吸频率，加快血液循环。暂时的适应

b.增加血红蛋白和红血球数量。例如高原林姬鼠比平原血红蛋白和红血球高

c.减少组织内氧的需求在高原上驯化的绵羊、马的高山品种，血液中含氧量可长期处于不饱和

2.内温动物对高海拔低氧的适应

从平原进入到高原后：

□红细胞数量增加

□血球比积增加

□血红蛋白浓度增加

水生动物的气体代谢和水中的溶解氧

□水中氧的来源和溶解度

a.来源大气中氧扩散到水中；绿色植物营光合作用时释放

b.影响溶解度的因素气体的性质压力温度其他溶质

水中氧的分布对动物的影响

a.不同类型水域含氧的条件不同。

水域氧含量生物

海洋一般为饱和氧喜氧

流水淡水水域上游氧充足喜氧

下游含氧降低广氧性

富营养化湖泊氧含量随深度下降而下降，底部接近于零

寡营养型湖泊含氧量较高

b.一年中含氧量有季节变动

•在温带和寒温带，容易形成冬季鱼灾

原因：水面冻结，大气中的氧无法向水中扩散；光合作用低；有机物分解消耗大量氧

防治方法：增设排水设施；调节放养密度；清除野草杂鱼；事先排水曝晒。

・在热带低纬度地区容易形成夏季鱼灾

原因：水生植物的生命活动和丰富的有机物质迅速分解消耗大量氧气；在风平浪静的时候，热而轻的表层水和底层水无法

相混合。

•水中含氧量也有昼夜变化白天高，夜晚因为光合作用停止，氧气急剧下降。浮头一般出现在黎明

•动物的活动性不同对氧的要求也不同

活跃的动物〉少活动的种类

演化中较年轻的种类＞古老的原始种类

栖息于急流的种类〉静水水域种类

3植物与氧

□每公顷森林每天吸收1tC02,释放0.73t02

□每公顷草坪每天吸收0.2tC02,释放0.15tO2

□每人每天消耗0.75kgO2,释放0.9kgCO2

□因此每人需要10m2森林或50m2草坪

3.3.2其他气体

1、CO2

CO2在水中主要以CaCO3,MgCO3,Mg(HCO3)2的形式存在

CO2过多可造成危害：影响对02的吸收，从而引发窒息；形成碳酸根离子，使pH值下降。

2.H2S

形成：缺氧的情况下，由于嫌氧细菌的作用而产生

危害：与氧竞争性结合血红蛋白：氧化坏死，大量消耗氧气；可毒害生物，使生物大量死亡黑海

3.4土壤理化性质及其对生物的影响

一、土壤的生态意义

土壤的形成

风化生物作用

母岩矿质土壤

气候作用

土壤形成不可缺少的三个因素：母岩，气候，生物

生态意义

a.土壤是陆地植物的生长基地。

b.土壤是多种多样生物栖息和活动的场所

c.生态系统中的许多基本功能是在土壤中进行的，如分解作用，固氮作用和脱氮作用

d.土壤有去污作用，如将有毒的CO转化为其他产物。土壤污染问题

土壤的质地及其对生物的影响

1.土壤的组成

粗砂(2.0-0.2mm)

固体细砂(0.2~0.02mm)

粉砂(0.02~0.002mm)

粘粒(0.002mm)

液体

气体

2.土壤分类

成分通气性保水保肥

砂土粗砂，细砂好差

壤土比例平均好有一定能力

粘土以粘粒，粉砂为主差强

3.土壤结构对动物的影响

a.松软而有孔隙的土壤中•直接穿行•适应特征：体形细长，能利用土壤中已有的孔隙；坚固的角质表皮；体表上的

补充分节使身体具有更大的灵活性叩头科幼虫

b.松软土壤中推进式挖掘：不断改变身体的形状和长短。如蚯蚓

c.较硬土壤中凿掘：附肢上强有力的爪或头部的凿状突起如船鼠

d.更硬的土壤中钻挖：颗器如步甲

4.土壤湿度及通气性及其对动物的影响

a.大多数土壤动物对于缺水的敏感性比土壤外栖息的种类明显的高

原因：土壤中经常饱含水；体壁虽然坚实而骨化，但表皮的透水性非常高，且经常磨损；许多种类的气门附近的器官系统没

有开闭结构；排泄器官发达

b.土壤上层水分不足时，土壤昆虫可以钻入较深的土中

c.土壤上层不足时，营腐食和粪食生活的昆虫能吃或植物组织来补充水分

d.土壤微粒之间都为水分充满时，对土壤昆虫也不利原因：缺乏空气；真菌病传播加快

3.6气候对动物的综合影响

一、温度和水分的共同作用

（-）温湿系数

1.柯本的湿润度

K=r/tr为降水量，t为年平均温度如果K＜2为草原，为沙漠

2.伊凡诺夫的湿润度

K=r/EE=0.0018（25+t）（100-a）

r为月降水量，E为蒸发力，t为月平均气温，a为月平均相对湿度

k值地带

1.50过湿润带（潮湿森林）

1.49〜1.00足够湿润带（湿润森林）

0.99〜0.60温暖湿润带（森林草原）

0.59〜0.30水分不足带（草原）

0.29〜0.13缺水带（半荒漠）

0.12〜0.00很少水分带（荒漠）

3.我国气候学中采用的干燥度（k）

K=0.16Et/r

Et为平均温度在1（TC以上的积温r为同期降水量

K=1〜2半干旱（草原区）

K=2~4半干燥

K＞4干燥区

丁岩钦晴雨指数（F）

P=R/S1^=降水量，S=日照时数

P4为4月份的虫口；R6和S6分别为6月份降水量和日照时数

猖獗指数＞3为严重发生年

猖獗指数＜3为中等发生年

猖獗指数＜1为轻度发生年

（二）温湿图

各种生态特征与温湿度关系

（三）气候图

以纵坐标表示温度，横坐标表示相对湿度（降水量）将某地多年或一年期后数据中逐月的平均温度和相对湿度标志在上面构

成一个多角形图。

二、大气候和小气候

气候：该地区多年来特有的天气状况，这种天气状况是由太阳辐射，下垫面以及大气环流经常相互作用的结果。

大气候：是由大范围因素，如大气环流，地理纬度，离海远近，大面积地形所引起的气候现象。

地方气候：是由范围较小的气候形成的因素（如中等大小的地形，大片植被）所决定。

小气候：指发生在土表以上1.5〜2.0米层内的现象

三、物候学与生态学

（一）定义、任务及实践意义

定义：研究生物在一年四季转变的影响下，所发生的各种生命现象的季节性变化的系统知识。

任务：纪录生物的各种自然现象的出现日期、诸如高等植物的发芽、出叶、孕蕾、开花、结实等；哺乳动物的冬眠、出蛰、

交配、产仔、换毛等。

意义：指明了自然现象的综合状况以及出现的顺序。在确定野外工作日期、家畜放牧时机、蜂房搬出日期，狩猎日期、捕鱼

日期、害虫防治时间等方面具有重要意义。

（-）物候学的基本概念

1.物候日期：某个物候现象出现的日期

2.物候列：根据某个地方多年观察的许多物候现象出现先后的过程，就可以形成物候列，或以图表示，成为物候图。

3.物候现象变化曲线图：积累多年物候观察记录，就可以绘制现象变化的变化曲线图。

4.自然历或物候历：把各个物候现象在许多年中出现的日期平均起来，求得平均数，就可以得到像气候学中的多年平均温度

一样的平均物候日期，再按这些日期出现的早晚顺序编制出该地区的自然历。

5.物候季：把一年分为若干日期，各期之间的界限应选择最有代表性的季节现象。

春季：前春、早春、晚春

夏季：早夏、盛夏

秋季：早秋、深秋

冬季

6.等物候线（图）：在地图中画上各个不同地方的某个重要物候现象的物候II期后，如果观察点足够多，就可以把该现象发生

在同一时期的点联结起来，再画出等物候线，并制成等物候图。

（三）物候学的应用

1.由等物候线可知春天同种树木在各地开花时期的先后，以及发育过程的快慢；这样人们就可以据此更合理更适时地采取农

业措施，对于病虫害防治，畜牧业、狩猎业、造林等实践问题和理论问题更有重大意义。

2.在缺少物候记录的地方，也能由等物候线来推断那个地方的季节情形。

（四）霍普金斯的生物气候定律

霍普金斯定律：在其他因素相同的条件下，在北美洲温带地区，每向北移动纬度1度，向东移动经度5度，或上升海拔400

英尺（约100米），植物的开花，结实，昆虫的活动等物候日期在春季延后4天，秋季则相反提前4天。

种群生态学

4.种群及其基本特征

4.1种群的概念

•种群定义（population）：在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合；种群是由同种个体组成的，占有一定地

域，是同种个体通过种内关系组成的一个统一体或系统。

•种群的特征

（1）空间特征：种群具有一定的分布范围，在分布范围内有适于种群生存的各种资源环境。

（2）数量特征：每单位面积（或空间）上的个体数量（即密度），会随时间而发生变动。

（3）遗传特征：种群具有•定的基因组成，即系一个基因库，以区别于其它物种，但种群中的个体在遗传上有变异。

•种群是物种存在的基本单位；

•种群是一个演化单位；

•种群是生物群落的组成单位。

•区别种群和种（物种）的概念

种是能够相互配育的自然种群的类群.不同种之间存在生殖隔离现象.是一个分类阶元.

*•个物种可以包括许多种群；

*不同种群之间存在明显的地理隔离，长期隔离有可能发展为不同亚种，甚至产生新的物种.

•研究内容

种群生态学：研究种群的数量、分布以及种群与其栖息地中的非生物因素和其他生物的种群等的相互关系。

种群遗传学：研究种群中的遗传过程，包括选择、基因流、突变和遗传漂变等。

•种群生物学：种群生态学+种群遗传学

1.种群动态（种群量的变化）：有多少（数量和密度）；哪里多哪里少（分布和空间结构）；怎么样变动（数量变动）；为什么这

样变动（种群的调节机制）

2.种群遗传学(种群质的变化)种群遗传组成的变化；种群内生理特征和行为特征的异质性

单体生物和构件生物

・单体生物：每一个都是由一个受精卵直接发育而来，个体的形态和发育都可以预测。

构件生物：受精卵首先发育成•个结构单位(构件)，然后发育成更多的构件，形成分支结构。发育的形式和时间是不可预

测的。

•研究意义

1.研究病虫害首先要研究其密度

2.种群具有个体所不具备的特征

3.种群生态学对进化论有重要意义

进化:种群中个体基因频率从一个世代到另一个世代的变化过程

4.2种群动态

种群动态:有多少(数量和密度)；哪里多哪里少(分布和空间结构)；怎么样变动(数量变动)；为什么这样变动(种群的调

节机制)

基本研究方法

一、种群的密度和分布

数量和密度的区别

(-)数量统计

密度：单位面积(或空间)上的个体数目。

1.绝对密度：指单位面积或空间的实有个体数。2.相对密度：表示数量高低的相对指标。

1.绝对密度调查法

(1)总数量调查法：在某一面积的同种个体数目。

(2)样方法：在若干样方中计算全部个体，以其平均值推广来估计种群整体。样方需要有代表性并随机取样。

《昆虫种群数学生态学原理与应用》丁岩钦

《Ecologicalmethodswithparticularreferencetothestudyofinsectpopulation》Southwood

(3)标志重捕法：对移动位置的动物，在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，经一定期限进行重捕。根据重捕取样中标志

比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中被调查的动物总数。

N:M=n：mN=Mxn/m,

M为标志数，n为再捕个数，

m为再捕中标记数，N样地个体总数

N=means±2S.E

S一叵巫互

\Mn(N-1)

标记重捕方法假设：标记个体和未标记个体具有同等的被重捕的机会；没有出生和死亡；没有迁入和迁出

施夸贝尔法多次标记，多次重捕

乔利-西贝尔法适用于开放的种群

4.2.1.3种群的空间结构

一、种群的空间分布型(distributionpattern)

1.定义：

种群的内分布型：组成种群的个体在其生活空间中的位置状态或布局。

2.分类：

⑴随机型(random):每个个体的位置不受其他个体分布的影响.

⑵均匀型(uniform):个体间的距离比随机分布更为一致.

⑶聚集型(clumped):个体呈疏松不均匀的分布，是最常见的类型.(资源、种子传播、社群行为)

聚集分布又可分为均匀群；随机群；聚集群

3.检验随机型、均匀型和成群型分布的定量方法方差/平均数(S2/m)

S2/m=0均匀型；S2/m=1随机型；S2/m>1成群型

4.决定种群内分布型的因素

主要决定于个体之间相互作用和栖息环境的特点

相互作用：相互吸引——集群；相互排斥——均匀；中性关系——随机

环境：资源呈板块状——集群；资源均匀分布——随机或均匀型

5.意义

(1)种内个体间的相互关系可以通过内分布型表现出来

(2)有助于发展更为精确的抽样技术

(3)有助于对研究资料提出适当的数理统计方法，包括适当的数据代换

第二节种群的统计学

种群统计学：研究种群出生、死亡、迁移、性比、年龄结构的统计学

基本特征：种群密度

初级种群参数：出生率、死亡率、迁入和迁出；次级种群参数：年龄分布、性比、种群增长率、分布型

1、出生率：任何生物产生新个体的能力

最大出生率：是在理想条件下即无任何生态因子限制，繁殖只受生理因素所限制产生新个体的理论上最大数量。

实际出生率：表示种群在某个真实的或特定的环境条件下的增长。它随种群的组成和大小，物理环境条件而变化的。

影响出生率的因素:a.性成熟速度;b.每次产仔数;c.每年生殖次数;d.生殖年龄的长短；e.胚胎期和孵化期的长短

2、死亡率：是在一定时间内死亡个体的数量除以该时间段内种群的平均大小。

最低死亡率：是种群在最适环境条件下，种群中的个体都是因年老而死亡，即动物都活到了生理寿命(physiologicallongevity)

后才死亡。

实际死亡率：在某特定条件下丧失的个体数，随种群状况和环境条件而改变的。

自然条件下，种群死亡率调查方法：直接方法标记；间接方法根据种群内各年龄组相对丰盛度推断

3、迁入和迁出

迁入(immigration)和迁出(emigration)也是种群变动的两个主要因子，它描述各地方种群之间进行基因交流的生态过程

迁入和迁出的调查方法

一个大样方：死亡率+迁出率=15%/月

四个小样方：死亡率+2(迁出率)=20%/月

大样方：迁出率=5%/月死亡率=10%/月

种群次级参数：性比；年龄结构；种群增长率；分布型

4.2.2.1种群年龄结构和性比

1.种群年龄结构和性比的意义

年龄结构：不同年龄组个体在种群所占比例和配置情况性比：种群中个体的性别比例

通常如其他条件相等，种群中具有繁殖能力年龄的成体比例较大，种群的出生率就越高；而种群中缺乏繁殖能力的年老个体

比例越大，种群的死亡率就越高。

年龄锥体年龄金字塔：自下而上按龄级由小到大的顺序将各龄级个体数或百分比用图形表示。

繁殖后期

繁殖期

繁密前期

图年龄锥体的三种基本类型(仿Odum)

A:噌长型；B:稳定型；C:下降型种群.

增长型种群：基部宽，顶部狭。表示种群有大量幼体而老年个体较小，反映该比较年轻并且种群的出生率大于死亡率，是迅

速增长的种群。

稳定型种群：大致呈钟型，从基部到顶部具有缓慢变化或大体相似的结构，说明幼年个体和中老年个体数量大致相等，出生

率与死亡率大致相等，种群数量处于相对稳定状态。

下降型种群：呈壶型，基部比较狭、而顶部比较宽。表示种群中幼体比例很小而老体个体的比例较大，种群的死亡率大于出

生率。说明种群数量趋于下降，为衰退种群。

4.2.2.2生命表、存活曲线和种群增长率

1.生命表的编制综合评定种群各年龄组的死亡率和寿命；预测某一年龄组的个体能活多少年；还可以看出不同年龄组的个

体比例情况。

总的来说，可以考察种群的动态特征。

・3-1■*的生**

年”存活效存活率死亡敷死亡率生命期软

UT.

Xnd.q.

014201.00080.00.5631022241.58

16200.43728.00.452481221.97

23400.23914.00.41227742.18

32000.1414.50.22517.75472.3S

41550.1094.50.29013.2529.251.89

S1100.0774.50.4098.75161.45

6650.0464.50.6924.257.251.12

7200.01400.00023ISO

8200.0142.01.000110.50

注：1.明自Kret».1978(2.I.-njno,d.工“八一qa»djn..。-T,/w

符号含义如下：乂=按年龄的分段；1^=在乂期开始时的存活数目；

辰=在*期开始时的存活分数；lx=nx/nO

Lx是从x到x+1期的平均存活数。Lx=(lx+lx+1)/2

Tx:进入x龄期的全部个体在进入x期以后的存活总个体一年值。Tx=XLx

dx=Ax到x+1的死亡数目(dx=nx-nx+1)；

qx:从x至！Jx+1的死亡率(qx=dx/nx)

6*=在x期开始时的平均生命期望或平均余年。ex=Tx/nx

生命表编制的步骤：a.首先划分年龄阶段，划分时随动物的种类不同而异。b.搜集数据(nx或dx)c.计算各参数

2.生命表的分类

(1)动态生命表：就是根据同年出生的所有个体进行存活数动态资料编制而呈的生命表(特定年龄生命表、水平生命表)

(2)静态生态表：是根据某一种群在特定时间内的年龄结构而编制的(特定时间生命表、垂直生命表)。

4.生命期望(lifbexpentancy)的估计

举例一统计群中有3个生物，寿命分别是5年，7年和9年；出生时的生命期望=(5+7+9)/3=7年

6年后平均余年=(2+4)/2=3年

求Lx,Lx是从x到x+1龄期的平均存活个体数目Lx=(lx+lx+1)/2

求Tx,Tx是进入x龄期的全部个体在进入该龄期以后的存活总个体-年Tx=ELx

求exex=Tx/lx

4.昆虫生命表

改进：(1)关于x的分期，采用了卵、幼虫等发育阶段代替…般的物理时间(2)把各个发育阶段的dx分为不同死亡因素引起的

分值(3)把生命表中性比和产卵率的变化转化为死亡率

5.关键因子分析(K-因子分析)

ki=lg[lx(i)/lx(i+1)]=lglx(i)-lglx(i+l)]

K=Eki=k1+k2+...+kn

6.存活曲线（survivorshipcurve）及其类型

存活曲线：以存活数（nx）的对数对年龄（x）作图可得到存活曲线。

)3

与

S