中海大海洋藻类生态学课件03生物与环境

第三讲生物与环境主要内容环境与生态因子生物与环境关系的基本原理生物与主要生态因子的相互关系一、环境与生态因子环境概念生态因子的类型自然环境的基本特征1.环境的概念环境(environment)和环境因子(environmentalfactors)：环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。环境因子的分类：1）条件：不可消耗的环境因子；2）资源：不可消耗的环境因子。生态因子(ecologicalfactors)：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境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要素。2.生态因子的类型1.生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类1）bioticfactors

生物因子有机体（同种和异种），包括环境中的植物、动物、微生物；2）abioticfactors非生物因子环境因子，或者物理、化学因子，如温度、光、湿度、pH、氧气、盐分等。2.有的学者将生态因子分为五类气候因子(climaticfactors)土壤因子(edaphicfactors)

地形因子(topographicfactors)

生物因子（bioticfactors）人为因子(anthropogenicfactors)

人类活动对生物和环境的影响，改变非生物因子而影响生物因子。3.Begon等将非生物因子分为条件和资源两类条件：温度、湿度、pH等资源：营养物质、水、辐射能等4.

Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子(densityindependentfactors)：食物、天敌等生物因子非密度制约因子(densitydependentfactors)：温度、降水、气候等因子5.蒙恰斯基将生态因子分为稳定因子和变动因子稳定因子(steadyfactors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子变动因子(variablefactors)：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食3.生态因子的空间分布特征纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。太阳辐射量差异

太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带植被地带性分布垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。二、生物与环境关系的基本原理生态因子作用的特点生物对非生物因子的耐受限度生物对各生态因子耐受性之间的相互关系生态位1.生态因子作用的特点综合性:如气候的作用非等价性（主导因子作用）:渔业高密度养殖增氧直接性和间接性：食物，降水限定性（因子作用的阶段性）：生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶2.生物对非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子（JustusvonLiebig,1840,德国）。两个补充条件（Odum,1983）：1）严格的稳定状态；2）因子补偿作用(factorcompensation)：生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。如增加CO2的浓度，可补偿由于光照减弱所引起的光合强度降低的效应。“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)( V.E.Shelford,1913，美国)每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)。种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区环境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解限制因子(limitingfactors)生物的个体或种群的生存和繁殖取决于综合的环境条件，在具体条件下，对特定的生物来说，不是所有的生态因子都有同样的重要性，其中某些因子限制生物的分布、丰度或产量，因而具有最大的生态意义。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阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子。限制因子概念的意义为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。限制因子一般都是局部性和暂时性的。两类生态因子最容易起限制作用：1）有机体十分需要而环境中含量很低的物质和元素；2）有机体对其耐性限度狭窄，而在环境中又易变化的因子。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因子。生态幅（ecologicalamplitude）又称为生态价、适应幅度，指每种生物有机体能够生存的环境变化幅度，即最高、最低生态因子（耐受上、下限）之间的范围。生态幅分类1）广生种：广生态幅，如广食种、广温种、广盐种等；2）狭生种：狭生态幅，如狭食性、狭温性、狭盐性等。

3.生物对各生态因子耐受性之间的相互关系对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温度和湿度的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用。生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离4.生态位生态位(niche)与栖息地(habitat)生态位－－有机体在环境中占据的地位；栖息地－－有机体所处的物理环境。超体积生态位(hypovolume)生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位(realizedniche)物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；实际占有的生态位空间称实际生态位。三、生物与主要生态因子的相互关系生物与光的关系生物与温度的关系生物与水的关系1.生物与光的关系光是一切生物的最终能源绿色植物利用光进行光合作用光对动物的繁殖、生长、发育、行为、分布和生存都有直接影响光能影响气温变化，光照越强，温度越高地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的时间长（季节周期）低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的能量更少23°27'夏至NSWENWES23°27'冬至太阳辐射的变化规律(自A.Mackenzieet.Al.,1999)太阳辐射能光的性质：波长150－4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380－760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380－700nm之间。紫外线可见光红外线

400630

100025004000波长(nm)能量强度光质变化对生物的影响不同波长的光对植物的作用是不同的。叶绿素a普遍存在于各种藻类中，绿藻和裸藻含有叶绿素b，在光合作用中被吸收最多的是红色、橙色和黄色光线。当光进入水体中，一部分散射掉，一部分被吸收，随着水深增加，光照减弱，光质量也发生变化。深层水体中，由于缺少红光，绿色光又难以被叶绿素所利用，所以植物形成辅助色素，利用深层光，类胡萝卜素可把吸收的能量传给叶绿素进行光合作用。海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:海水表层植物色素吸收蓝、红光；深水植物光合色素有效地利用绿光。光强度变化对生物的影响植物—光合作用率在光补偿点

附近与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。

光补偿点(lightcompensationpoint)光合作用吸收二氧化碳量与呼吸作用释放的二氧化碳量,处于动态平衡时的光照强度。光饱和点(lightsaturationpoint)当达到某一光强时,光合速率就不再随光强的增高而增加,这种现象称为光饱和现象。开始光合速率最大值时的光强称为光饱和点。水生植物在水中的分布与光照强度有关。光合作用率光合作用率光强度光强度净生产力光合作用呼吸作用ABBACP光补偿点CPCPabspsp光饱和点BA2.生物与温度的关系温度对生物的作用(温度的生态学意义)极端温度对生物的影响生物对极端温度的适应温度对生物的作用温度直接影响生物的新陈代谢，从而对生长、繁殖、发育、行为、分布等产生作用。温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；外温影响动物的生长规模。水体中温度的高低影响溶解氧浓度的高低。温度的生态作用直接作用：直接影响有机体的代谢强度，温度升高，新陈代谢加快，耗氧量升高；间接作用：影响食物丰度和水中的理化状态，间接支配生物的生存。由于水的导热性很小，热量向水体深处传播主要是通过密度不同而产生的对流和风的机械作用。风的混合所能达到的深度受风力大小、水体的形态和面积及上下层温度的不同而不同。极端温度对生物的影响低温对生物的影响：当温度低于临界(下限)温度，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变