第1章+生物与环境.ppt

1、普通生态学,第一章 生物与环境,教学目的：,1、掌握环境、生态因子及其对生物的作用原理。 2、掌握最小因子定律、耐受性定律、有效期温法则、动物的热能代谢特征等。掌握光照、温度对生物的影响及其生态学意义。 3、了解土壤、水等生态因子对生物的作用。,An ecological puzzle solved.,本章内容,生态因子 生物与环境的相互作用 最小因子、限制因子与耐受限度,生态因子 环境 (environment) 概念：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。 大环境与小环境,大环境与小环境 大环境：地区环境、地球环境、宇宙环境；如西双版纳

2、的环境，昆明黑龙潭环境等 小环境：直接影响生物生命活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等 环境中的气候 大气候：小环境(地区以上范围)的气候条件 小气候：小环境的气候条件,小气候,Desert shrubs create distinctive thermal microclimates in the desert landscape (data from Parmenter, Parmenter, and Cheney 1989).,蜂鸟巢小气候黎明前时的温度， 巢上方的树枝减少了孵卵雌鸟的热量损失（Calder,1973）,小气候,一根腐木上的小环境分布格局（Schimitschek,

3、1931）,相关概念 生态因子(ecological factors) 是在环境因子中，直接或间接影响生物生长、发育、生殖、行为和分布的环境因子。,生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的环境要素。 生态环境：一定区域所有生态因子的总和。 生境：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。,生态因子的分类 生态因子作用及特征,生态因子,（2）生态因子的分类,根据性质划分为： 气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 土壤因子：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤 生物等 地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与 坡度等 生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互 作用 人为因子：人类活动

4、对自然的破坏及对环境的污染,（2）生态因子的分类,有无生命特征：生物因子和非生物因子 对生物种群数量变动的作用 密度制约因子：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子：温度、降水等气候因子 稳定性及其作用特点 稳定因子：终年恒定的因子，决定生物的分布，如地心引力、地磁等 变动因子： 周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落 非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等,密度制约因子和非密度制约因子,密度制约因子 环境因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子 类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。一般生物因子常为密度制约因

5、子。 非密度制约因子 环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无 关的因子。,15,种群死亡率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密度制约,导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度，随种群密度梯度变化而改变,密度制约因子与非密度制约性因子比较,种群出生率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密度制约,导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变；具有调节种群密度作用,密度制约因子与非密度制约性因子比较,三、生态因子的分类,生态因子的作用特征,综合作用： 生态因子间相互联系、相互影响、相互制约 （ 每一个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响、相互制约

6、中起作用的，任何一个生态因子的变化都会在不同程度上引起其他生态因子的变化。 ） 主导因子作用：生态因子的非等价（各种生态因子对生物的影响是非等价的，其中必然有12个生态因子起着主要作用，是影响生物的主导因子。 ） 阶段性： 生物发育的不同阶段，需要不同 不可替代性和补偿性：一个因子的缺失不能由另外一个因子来替代，生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿 。 直接作用和间接作用： 直接因子：直接对生物发生影响的生态因子 间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子,1.2 生物与环境的相互作用,1.2.1 环境对生物的作用 环境对生物的决定作用 环境对生物的塑造作用 1.2.2 生物对环

7、境的反作用 生物对环境的适应 生物对环境因子的改变,1.2.1 环境对生物的作用,对生物存活的影响 对生物生长、发育的影响 对生殖、繁衍的影响 对生物的数量和分布的影响 对生物的种内、种间关系的影响,1.2.2 生物对环境的反作用,（1） 生物对环境的适应方式 形态的适应 生理的适应 行为的适应 各种适应都有相应的遗传基础,22,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,案例1. 胡椒蛾黑化现象,生物对生物环境的响应与适应,Birds and other predators act as agents of natural selection for improved prey defense.,100,80,

8、60,300,200,100,Winter smoke, ug/m3,Percent frequency of melanic peppered moths,1960 1970 1980,烟尘实测值 烟尘变化趋势 黑化蛾变化趋势,随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降,25,夜间降低代谢率,有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量,案例2. 食物与代谢,（2）生物对环境因子的改变,森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结 土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和性质 过度放牧导致草场退化 人类活动导致全球环境变化 ,1.3 最小因子、限制因子与耐受限度,1.3.1 利比希最小因子定律 1

9、.3.2 限制因子 1.3.3 耐受限度和生态幅 （1）耐受性定律 （2）生态幅 （3）耐受限度的调整,1.3.1 利比希最小因子定律 (Liebigs law of minimum),基本内容 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和分布的根本因素。 应用中应注意的问题 定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定状态 注意：生态因子间的替代作用,1.3.2 限制因子和限制因子定律,限制因子 (limiting factor) 限制因子是对生物的生存、生长、繁殖或扩散等起限制作用的因子 当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物

10、限制因子 限制因子定律 (Law of limiting factor) 生态因子处于低于生物正常生长所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量时，都对生物具有限制性影响 Blackman，1905，基于利比希最小因子定律 应用价值,30,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因子。,案例：低温对非洲蜂分布的限制,Uniform temperature preference across an extensive geographic range (data from Schultz, Quinlan, and Hadley 1992).,1.3.3 耐受限度与生态幅,

11、（1）Shelford耐受性定律 (Law of tolerance) 任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存 Shelford，1913,图2-1生物对某一环境因子的耐受性都具有一定的范围,最适范围,亚适范围,亚适范围,不适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动或数量,生物对环境因子的耐受曲线,耐受曲线,生态幅,生态幅 (ecological amplitude）的概念 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(或称耐受性的上限和下限)之间的范围 生态幅度 广温性(eurythermal 狭温性(

12、stenothermal) 广水性(euryhydric)狭水性(stenohydric) 广盐性(euryhaline)狭盐性(stenohaline) 广食性(euryphagic)狭食性(stenophagic) 广光性(euryphotic)狭光性(stenophotic) ,广生态幅度,狭生态幅度,生命活动或数量,环境因子变化梯度,生态幅度的宽狭比较,广温性生物,狭温喜热生物,生命活动或数量,温度变化梯度 低高,狭温喜冷生物,生物对温度的耐受,最适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动强度或数量,生物对环境因子耐受曲线的实际表现,亚适范围,亚适范围,不适范围,耐受曲线,（

13、2）Shelford耐受性定律的发展,生物对不同生态因子的耐受范围不同，不同年龄、季节、栖息地等同种生物对生态因子的耐受性不同 对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广 个体发育的不同阶段，对生态因子的耐受限度不同 不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同 某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降,生物对各生态因子耐受性之间的相互关系,谷蠹(Rhizopertha dominica)的死亡率与小麦中含水量和温度之间的关系(图)。,固定不变的最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时有几个因子作用于一种生物时，这种生物的适合度将随这几个生态因子的不同

14、组合而发生变化，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的。,注意：,耐受限度的调整,驯化 自然驯化和人工驯化 生理变化和遗传变化 驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异 生物学意义：适应环境变化能力,案例：不同温度下驯化导致耗氧量的差异,10 20 30,温度 ,耗氧量 （mlg-1h-1 ）,5 驯化,25 驯化,0,40,80,120,160,200,如果把金鱼在两种不同温度下（24和37.5）进行长期驯化，那么最终它们对温度的耐受限度就会产生明显差异（图2-9）。,Acclimation与acclimatization的区别,驯 化,气候驯化,驯化（acclimation）是指在实验条件下诱发的生理补偿机制，一般只需要较短的时间。 气候驯化（acclimatization）则是指在自然环境条件下所诱发的生理补偿变化，这种变化通常需要较长的时间。,内稳态