1、 目錄第一章緒論第二章生物與環(huán)境第三章種群生態(tài)學第四章群落生態(tài)學第五章生態(tài)系統(tǒng)第六章重大生態(tài)環(huán)境問題第七章可持續(xù)發(fā)展與清潔生產(chǎn)第一章緒論一生態(tài)學的定義1.生態(tài)學(ecology)是研究生物與周圍環(huán)境和無機環(huán)境相互關系及機理的科學(E.Haeckel,1866)它包括4個層次的內(nèi)容：生物在其歷史條件下的適應；生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能；種群的形成與發(fā)展規(guī)律；生物群落(生態(tài)系統(tǒng))的形成與發(fā)展規(guī)律。實則上包含了個體一一種群一一群落一一生態(tài)系統(tǒng)這4個理論主體。生態(tài)學的定義還有很多：生態(tài)學是研究生物(包括動物和植物)怎樣生活和它們?yōu)槭裁窗凑兆约旱纳罘绞缴畹目茖W。(埃爾頓,1927)生態(tài)學是研究有機體的分布

2、和多度的科學。(Andrenathes,1954)生態(tài)學是研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的科學(E.P.Odum,1956)生態(tài)學是研究生命系統(tǒng)之間相互作用及其機理的科學。(馬世駿,1980)生態(tài)學是綜合研究有機體、物理環(huán)境與人類社會的科學(E.P.Odum,1997)二、生態(tài)學的研究內(nèi)容1971,Odum,生態(tài)學基礎：生態(tài)學是研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的科學。一定地區(qū)內(nèi)生物的種類、數(shù)量、生物量、生活史及空間分布。該地區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)和水等非生命物質(zhì)的質(zhì)量和分布。各種環(huán)境因素(如濕度、溫度、光、土壤等)對生物的影響。生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和物質(zhì)循環(huán)。環(huán)境對生物的調(diào)節(jié)(如光周期現(xiàn)象)和生物對環(huán)境的調(diào)節(jié)(如固氮作

3、用)三、生態(tài)學的形成與發(fā)展理論上：概念上的提出一一論著的出版一學科的形成。時間上：萌芽時期一一近代發(fā)展：4大學派的形成一一現(xiàn)代發(fā)展：生態(tài)系統(tǒng)、人類生存環(huán)境的研究。實驗技術上：描述f定性f定量f模擬。1、生態(tài)學發(fā)展簡史生態(tài)學萌發(fā)階段(時期)公元16世紀以前：在我國：公元前1200年爾雅一書,草、木；公元前200年管子“地員篇”；公元前100年前后,農(nóng)歷確立了24節(jié)氣,同時禽經(jīng)一書(鳥類生態(tài))問世；本草綱目。在歐洲：公元前285年也有類似著作問世。近代生態(tài)學階段建立時期：17世紀后生態(tài)學作為一門科學開始成長。1792年德國植物學家C.L.Willdenow出版了草學基礎；1807年德國A.Humb

4、odt出版植物地理學知識提出植物群落外貌”等概念；1798年T.Malthus人口論的發(fā)表；1859年達爾文的物種起源；1866年Haeckel在他的著作普通生物形態(tài)學中首先提出ecology一詞，并首次提出了生態(tài)學定義。1895年E.Warming發(fā)表了他的劃時代著作以植物生態(tài)地理為基礎的植物分布學(1909年經(jīng)改寫成植物生態(tài)學)。鞏固時期(20世紀初至20世紀50年代)：(1)動植物生態(tài)學并行發(fā)展,著作與教科書出版。代表作：C.Cowels(1910)發(fā)表的生態(tài)學；F.E.Chements(1907)發(fā)表的生態(tài)學及生理學；前蘇聯(lián)蘇卡切夫的植物群落學(1908)、生物地理群落學與植物群落學(

5、1945)；A.G.Tamsley(1911)發(fā)表的英國的植被類型等；R.N.Chapman(1931)的動物生態(tài)學；中國費鴻年(1937)的動物生態(tài)學；特別是W.C.Alle(1949)等的動物生態(tài)學原理出版，被認為是動物生態(tài)進入成熟期的重要標志。(2)學派的形成：主要有北歐學派：以注重群落結(jié)構(gòu)分析為特點。代表人物：G.E.DuRietz法瑞學派：注重群落生態(tài)外貌，強調(diào)特征種的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet英美學派：以動態(tài)和數(shù)量生態(tài)為特點。代表人物是Clements和Tansley俄國學派(前蘇聯(lián)學派)：植物(群落)與地學結(jié)合。代表人物：B.H.Cykayeb(三)現(xiàn)代生態(tài)

6、學階段(20世紀60年代至現(xiàn)在)以人類生存環(huán)境為中心。2、對生態(tài)學有重要貢獻的中外科學家黑克爾(HaeckelE.)(1834-19德國動物學家，“生態(tài)學”詞匯的創(chuàng)始人。oecologie中的希臘詞根oikos意為房子或住所，logos即學科或討論。1866他給生態(tài)學下的簡潔定義為：生態(tài)學是研究生物與環(huán)境之間的相互關系的科學。這一概念至今仍為各國學者沿用、信守不渝。洪堡德(HumboldtA.)(1769-1859)德國植物地理學家。曾進行過環(huán)球旅行，對地球上不同區(qū)域進行生物學和地理學考察。1799-1804年到南美洲熱帶和溫帶地區(qū)對植物及其生存環(huán)境進行了5年的考察，收集了大量的植物標本與資料

7、，回國后出版了26卷巨著，從而奠定了植物地理學的基礎。1897發(fā)表植物地理學知識，對世界的植物分布做了理論上的闡述，創(chuàng)立了植物地理學。坦斯勒(TansleyA.G)(1871-1955)英國著名植物生態(tài)學家，以其提出的生態(tài)系統(tǒng)概念奠定了他在生態(tài)學界的不朽地位。坦氏興趣廣泛，早期對對植物生態(tài)學進行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)土壤、氣候和動物對植物的分布和豐盛度有明顯的影響，于是產(chǎn)生了一個概念，即居住在同一地區(qū)的動植物與其環(huán)境是結(jié)合在一起的，即居住在同一地區(qū)的動植物與其環(huán)境是結(jié)合在一起的，生物與其特定的系統(tǒng)構(gòu)成了地球表面上具有大小和類型的基本單位，這就是生態(tài)系統(tǒng)。著有英倫三島的植被(TheBritishIs

8、landsandTheirVegetation)(1926)、實用植物生態(tài)學PracticalPlantEcology)(1923)植物生態(tài)學概論(IntroductiontoPlantEcology)(1946)等。辛柏爾(SchimperA.F.W.)(1856-1901)德國植物生態(tài)學家，現(xiàn)代植物生態(tài)學的奠基人之一。他的著作以生理學為基礎的植物地理學(1898)，奠定了現(xiàn)代植物生態(tài)學的學科框架。辛氏從植物生理功能與形態(tài)結(jié)構(gòu)、生活力等方面，闡述植物的生態(tài)適應；用環(huán)境因子綜合性的觀點，闡明植物分布的多樣性；從歷史發(fā)展的觀點，分析研究植物和群落的起源和發(fā)展，從而開辟了植物生理生態(tài)學和進化生態(tài)學

9、研究領域蘇卡卻夫(CykaqSbB.H)前蘇聯(lián)地植物學家。于1942和1945年提出按照演替的主導因子而劃分群落演替類型，如群落發(fā)生演替、內(nèi)因生態(tài)發(fā)生演替、外因生態(tài)演替和地因生態(tài)演替等。蘇卡卻夫的另一個重要貢獻是幾乎與坦斯勒同時提出生態(tài)系統(tǒng)的概念。與生態(tài)系統(tǒng)的含義相似，他提出了“生物地理群落”概念(1940-1945)，即生物地理群落是地球表面的一個地段，在這一定的空間內(nèi)，生物群落和其所在的大氣圈、巖石圈、水圈和土壤圈都是相適應的，它們之間的相互作用具有同樣的特征，即生物地理群落由生物群落(植物群落和動物群落)和所在生物環(huán)境(土壤環(huán)境和氣候環(huán)境)。這一觀點實質(zhì)上就是生態(tài)系統(tǒng)的理論克萊門茨(Cl

10、ementsF.F.)美國植物生態(tài)學家，首次提出了生物群區(qū)(biome)概念，并將這一概念作為生物群體的基本單位。然而他最著名的貢獻，是提出了植物群落演替學說，以及植物群落分布氣候頂極(climaticclimax)或單元頂極(monoclimax)理論。他的研究和學說為后來生態(tài)系統(tǒng)概念的提出和研究打下了基礎?？偨Y(jié)性專著有植物的演替(1916)、植物演替和指示植物(1928)、以及與Weaver合著的植物生態(tài)學(1925)等。林德曼(LindemanR.L.)美國動物學家，生態(tài)系統(tǒng)理論的重要貢獻人之一。1941年在美國明尼蘇達州進行的泥炭湖的生物量、生物群落的營養(yǎng)關系、生物量能流過程的研究。是

11、對生物與環(huán)境的聯(lián)系，生物間相互關系具體實驗研究的示范。在該他所進行的一系列實驗結(jié)果的支持下，繼承和發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)的理論。他根據(jù)研究結(jié)果，提出了“十分之一定律”，即自然界中進入任何群體的能量的一小部分，可以用來維持依靠它為生的群體，在食物鏈傳輸?shù)哪芰?，下一級進入到上一級的能量約為10%左右。李比西(LiebigJ.)德國植物生理學家，礦質(zhì)營養(yǎng)理論的創(chuàng)始人。在此基礎上引申出了生態(tài)學上的最小因子定律，即在能夠影響生物的無數(shù)因子中，總有一個因字子限制植物的生長、生存或繁殖，這一因子被成為不可或缺的因子或最小因子(1840)。李氏的這一理論對于植物生理生態(tài)學和實驗生態(tài)學的研究與發(fā)展貢獻很大侯學煜(191

12、2-1991)中國植物生態(tài)學家,中國植物生態(tài)學與地植物學的創(chuàng)始人之一。早年從事植物與土壤關系研究，在大量調(diào)查的基礎上提出了在植被分區(qū)或分類中的指示植物的觀點。前蘇聯(lián)著名地植物學家蘇卡喬夫?qū)⒏鶕?jù)這一觀點將侯氏做為生態(tài)系統(tǒng)土壤頂極的代表人物。1978以來，在大量事實調(diào)查的基礎上，對國內(nèi)當時流行的“以糧為綱”的做法提出質(zhì)疑，反對毀林開墾、草原開荒、圍湖造田、向海要糧。并就自己對生態(tài)系統(tǒng)的理解提出了大糧食和大農(nóng)業(yè)的觀點。代表作有中國境內(nèi)酸性土、鈣質(zhì)土和鹽堿土指示植物(1954)；中國植被的類型(1956)中國植被區(qū)劃(1960)；中國的植被(1960)；中國植被地理及優(yōu)勢植物化學成分(1982)等；生

13、態(tài)學與大農(nóng)業(yè)發(fā)展(1984)馬世駿(1920-1991)著名動物生態(tài)學家,長期從事昆蟲生態(tài)學研究。晚期從事生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡理論研究,提出生態(tài)工程、系統(tǒng)生態(tài)以及城市生態(tài)等重要研究方向。是1972年聯(lián)合國環(huán)境發(fā)展大會重要文件我們共同的未來的起草人之一。著有現(xiàn)代生態(tài)學透視(1993)等四、生態(tài)學的學科框架按照研究的對象劃分-植物生態(tài)學(PlantEcology)-動物生態(tài)學(AnimalEcology)-農(nóng)業(yè)生態(tài)學(AgricultureEcology)-林業(yè)生態(tài)學(ForestryEcology)-草地生態(tài)學(GrasslandEcology)-景觀生態(tài)學(LandscapeEcology)-城

14、市生態(tài)學(UrbanEcology)按照研究的內(nèi)容劃分-個體生態(tài)學(Autecology)-種群生態(tài)學(PopulationEcology)-群落生態(tài)學(CommunityEcology)-生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(EcosystemEcology)-生理生態(tài)學(Ecophysiology)按照問題劃分(圍繞人類社會發(fā)展)-全球生態(tài)學(GlobalEcology)-恢復生態(tài)學(RestorationEcology)-應用生態(tài)學(AppliedEcology)-污染生態(tài)學(PollutionEcology)五、生態(tài)學的理論框架生態(tài)因子的基本原理-植物生態(tài)學(PlantEcology)-動物生態(tài)學(Anim

15、alEcology)種群生態(tài)學-個體生態(tài)學(Autecology)-種群生態(tài)學(PopulationEcology)-群落生態(tài)學(CommunityEcology)-生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(EcosystemEcology)-生理生態(tài)學(Ecophysiology)群落分布及其演替的理論生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能生態(tài)系統(tǒng)管理六、生態(tài)學的發(fā)展趨勢深入到自然科學和社會(人文)科學中，形成各自的分支學科。滲入到人類社會各種活動甚至思維和意識中。1、個體群落生態(tài)系統(tǒng)19世紀末到20世紀初，側(cè)重個體生態(tài)學的研究，繼承了自然史、博物學、進化論等許多學科的研究成果，具有明顯的綜合性。從19世紀末到1930年，以群落為研究

16、重點，由描述到定量、靜態(tài)到動態(tài)、局部到整體、考察到實驗，出現(xiàn)了豐富度、恒定度、頻度、演替等概念，把各種生物看成一個整體，并與環(huán)境聯(lián)系起來綜合研究。20世紀30年代至今，以生態(tài)系統(tǒng)的研究為重點，信息論、控制論、系統(tǒng)論為生態(tài)學帶來了自動調(diào)節(jié)原理和系統(tǒng)分析方法，揭示生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量和信息之間的關系。研究涉及農(nóng)、林、牧獵、漁、野生動物管理等重大課題。2、生態(tài)學與其它學科結(jié)合，出現(xiàn)了大量的交叉學科。生態(tài)系統(tǒng)涉及到整個生物圈，使之與地理學、地球化學交叉。由于人口猛增、環(huán)境污染、資源枯竭的社會問題，使人類生態(tài)學、污染生態(tài)學、資源生態(tài)學應運而生。與社會科學(經(jīng)濟、法律、政治學)交叉，出現(xiàn)了生態(tài)學與國際關系

17、(1978)、生態(tài)學政治、法律(1976)、政治生態(tài)(1975)、社會生態(tài)學(1973)3、以生物為研究中心發(fā)展到以人為研究中心從20世紀60年代開始就有人用生態(tài)系統(tǒng)的觀點考察人類社會。人類生態(tài)學必將得到更快速的發(fā)展，使得生態(tài)學不僅與技術經(jīng)濟密切相關，而且與政治、法律也發(fā)生了聯(lián)系。第二章生物與環(huán)境第一節(jié)環(huán)境與生態(tài)因子一環(huán)境概述1.環(huán)境(environment)概述1)環(huán)境的定義：環(huán)境是指生物有機體賴以生存的所有因素和條件的綜合。環(huán)境因素(environmentfactor):直接參加有機體物質(zhì)和能量循環(huán)的組成部分。環(huán)境條件(environmentcondition):為環(huán)境因素提供物質(zhì)和能量基

18、質(zhì)的組成部分。環(huán)境科學(environmentscienee):研究人與環(huán)境之間物質(zhì)和轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學。2.大環(huán)境與小環(huán)境(環(huán)境分類)主物圈f捋地琥上肓生佈的留分-.，L勺atmasphere)?RH(hydrosphere)如編機迪下水、犬氣水需弓1I、三境生莎:.是指生柳能夠在那里生7是拒-平或一搟注珀活商祈內(nèi)壞境(intierenvironmEnO,是拒生物卞內(nèi)Z7是拒-平或一搟注珀活商祈飯壞境(microhabitat),是指生物體局部限)某種較水壞境.生態(tài)因子1、定義：生態(tài)因子(ecologicalfactors)是指環(huán)境中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接作用的環(huán)境要素。

19、(1)包括5種類型的因子：氣候因子(光、溫、水、空氣等因子)；土壤因子(土壤物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、肥力和土壤生物等因子)；生物因子(動物、植物、微生物等因子)；地形因子(海拔高度、坡度、坡向等)；人為因子。此外，自然因子(physicalfactors)：指光照、溫度、水分、礦物質(zhì)等。實際上狹義的生態(tài)因子即為此類，可擴大成6類因子即光、溫度、水分、C02、O2、礦物質(zhì)等。生態(tài)因子的其它分類Smith(1935)密度制約因子(densitydependentfactors)：作用強度隨種群密度的變化而變化，因此有調(diào)節(jié)種群數(shù)量，維持種群平衡的作用，如食物、天敵和流行病等各種生物因子；非密度制約因于(

20、densityindependentfactors)：作用強度不隨種群密度的變化而變化，因此對種群密度不能起調(diào)節(jié)作用，如溫度、降水和天氣變化等非生物因子。前蘇聯(lián)學者(1953)穩(wěn)定因子是指終年恒定的因子，如地磁、地心引力和太陽輻射常數(shù)等，這些穩(wěn)定生態(tài)因子的作用主要是決定生物的分布變動因子又可分為周期變動因子和非周期變動因子，前者如一年四季變化和潮汐漲落等；后者如刮風、降水、捕食和寄生等，這些生態(tài)因子主要是影響生物的數(shù)量。生態(tài)因子作用的一般特征(一般規(guī)律)綜合作用：每一個生態(tài)因子那是在與其他因子的相互影響、相互制約中起作用的，任何一個因子的變化都會在不同程度上引起其他因子的變化。主導因子作用：對

21、生物起作用的諸多因子是非等價的。階段性作用；可調(diào)節(jié)(補償)作用但不可代替性：某一因子的數(shù)量不足，有時可以靠另一因子的加強而得到調(diào)劑和補償；限制性作用：生物在生長發(fā)育的不同階段往往需要不同的生態(tài)因子或生態(tài)因子的不同強度。因此某一生態(tài)因子的有益作用常常只限于生物生長發(fā)育的某一特定階段。第二節(jié)生物與環(huán)境關系的基本原理一、生物對生態(tài)因子的耐受限度限制因子(limitingfactor)：限制生物生存和繁殖的關鍵性因子。在眾多生態(tài)因子中，任何接近或超過某種生物的耐受性極限，而且阻止其生長、繁殖或擴散甚至生存的因素。最小因子法則(lawofminimum)：Leibig(德國有機化學家)能夠影響生物的無數(shù)

22、因子中，總有一個因素限制生物的生長、生存或繁殖。只能用于穩(wěn)態(tài)條件下必須考慮到各種因子之間的相互關系對于溫度和光等多種生態(tài)因子都是適用的耐受性法則(lawoftolerance)耐受性(tolerance):指生物能夠忍受外界極端條件的能力；指單個有機體或種群能夠生存的某一生態(tài)因子的范圍。又稱shelford耐性定律。任何一個生態(tài)因子在數(shù)量或質(zhì)量上的不足或過多，即當其接近或達到某種生物的耐受性限制時，使該種生物衰退或不能生存。耐性限度(thelimitsoftolerance)：每個種只能在環(huán)境條件一定范圍內(nèi)生存和繁殖。也即生物種在其生存范圍內(nèi)，對任一生態(tài)因子的需求總有其上限與下限，兩者之間的距

23、離就是該種對該因子的耐性限度。生物種的耐受曲線耐性限制用曲線表示，稱為耐受曲線(tolerancecurve)。廣生態(tài)幅生物與狹生態(tài)幅生物分布耐性曲線。二、生物對各生態(tài)因子耐受性之間的相互關系在對生物產(chǎn)生影響的各種生態(tài)因子之間存在著明顯的相互影響。當濕度很低和很高時，該種生物所能耐受的溫度范圍都比較窄(中濕條件下所能耐受的溫度范圍較寬)。在低溫和高溫條件下（兩極端溫度），該種生物所能耐受的濕度范圍也比較窄，而在中溫或最適溫度條件下所能耐受的濕度范圍比較寬。結(jié)論：生物生存的最適溫度取決于濕度狀況，而生物生存的最適濕度又依賴于溫度狀況。生物對非生物因子的生理耐受范圍對植物和動物的分布顯然具有重要影

24、響。生物的分布區(qū)分為兩種情況：（1）生理分布區(qū)和生理最適分布區(qū)：只考慮生物的生理耐受性而排除其他生物對其分布的影響；（2）生態(tài)分布區(qū)和生態(tài)最適分布區(qū)：指生物在自然界的實際分布區(qū)，這種分布區(qū)是非生物因子和生物因子共同作用的結(jié)果生物因子和非生物因子之間也是相互影響的。生物對非生物因子的耐受范圍或最適生存區(qū)段常因生物之間的競爭而被改變。三、大環(huán)境和小環(huán)境對生物的不同影響小環(huán)境：指對生物有著直接影響的鄰接環(huán)境，如接近植物個體表面的大氣環(huán)境、土壤環(huán)境和動物洞穴內(nèi)的小氣候等。大環(huán)境：指地區(qū)環(huán)境（如具有不同氣候和植被特點的地理區(qū)域）、地球環(huán)境（包括大氣圈、巖石圈、水圈、土壤圈和生物圈的全球環(huán)境）和宇宙環(huán)境。

25、大環(huán)境不僅直接影響著小環(huán)境，而且對生物體也有著直接或間接的影響。生物群落帶（biome）：指具有相似群落的一個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型，它把具有相似非生物環(huán)境和相似生態(tài)結(jié)構(gòu)的區(qū)域連成一個大區(qū)。小環(huán)境的重要性及其與大環(huán)境特征的差異程度：八齒小蠹對樹干小環(huán)境的利用情況小氣候與峰鳥巢的關系四、生物對生態(tài)因子耐受限度的調(diào)整1、馴化：如果一種生物長期生活在它的最適生存范圍偏一側(cè)的環(huán)境條件下，久而久之就會導致其耐受曲線的位置移動，并可產(chǎn)生一個新的最適生存范圍，而適宜范圍的上下限也會發(fā)生移動。生物借助于馴化過程可以稍稍調(diào)整它對某個生態(tài)因子或某些生態(tài)因子的耐受范圍。馴化也可理解為生物體內(nèi)決定代謝速率的酶系統(tǒng)的適應性改

26、變。馴化過程一般可在短時間內(nèi)完成，對很多小動物最短只需24小時便可完成馴化。2、休眠（即處于不活動狀態(tài)）：是動植物抵御暫時不利環(huán)境條件的一種非常有效的生理機制。使動物最大限度地減少能量消耗。埃及睡蓮經(jīng)過了1000年的體眠之后仍有80%以上的蓮子保持著萌發(fā)能力。季節(jié)性休眠也是持續(xù)占有一個生境的重要方式。很多昆蟲在不利的氣候條件下往往進入滯育狀態(tài)。恒溫動物當環(huán)境溫度超過適溫區(qū)過多的時候會進入蟄伏狀態(tài)。冬眠和夏眠現(xiàn)象則是靠中介刺激（如光周期的改變）激發(fā)的。3、晝夜節(jié)律和其他周期性的補償變化補償性的變化往往是有節(jié)律的。生物在不同的季節(jié)可以表現(xiàn)出不同的生理最適狀態(tài)（因馴化），因此生物在一個時期可以比其他

27、時期具有更強的馴化能力，或者具有更大的補償調(diào)節(jié)能力。補償能力的周期性變化，實際上有很多是反映了環(huán)境的周期性變化，如溫帶地區(qū)溫度的周期變化和熱帶地區(qū)干旱季節(jié)和潮濕季節(jié)的周期變化等。很多沿岸帶生物在耐受能力方面常常以潮汐周期和月周期為基礎發(fā)生變化。耐受性的節(jié)律變化或?qū)ψ钸m條件選擇的節(jié)律變化大都是由外在因素決定的（即外源性的），很可能是生物對生態(tài)因子周期變化不斷適應的結(jié)果。某些耐受性的周期變化或馴化能力的變化（無論是長期的或晝夜的）至少有一部分是由生物自身的內(nèi)在節(jié)律引起的。五、內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物和非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)（homeostasis）機制，即生物控制自身的體內(nèi)環(huán)境使其保持相對穩(wěn)定，是進化發(fā)展過程中形成

28、的一種更進步的機制，它或多或少能夠減少生物對外界條件時依賴性。具有內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制的生物借助于內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定而相對獨立于外界條件，大大提高了生物對生態(tài)因子的耐受范圍。內(nèi)穩(wěn)態(tài)的基礎：生理、行為調(diào)節(jié)體溫：生理：恒溫動物：控制體內(nèi)產(chǎn)熱行為：變溫動物：減少熱量散失，利用環(huán)境熱源調(diào)節(jié)體內(nèi)的鹽濃度或調(diào)節(jié)體內(nèi)的其他各種狀態(tài)：滲透壓調(diào)節(jié)維持體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性是生物擴大環(huán)境耐受限度的一種主要機制，并被各種生物廣泛利用。但擴大耐受范圍不可能是無限的。內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物：內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制能夠發(fā)揮作用的范圍就是它的耐受范圍。非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物：其耐受限度只簡單地決定于其特定酶系統(tǒng)能在什么溫度范圍內(nèi)起作用。內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物和非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物耐受限度的不同意義

29、生物對不同非生物因子的耐受性是相互關聯(lián)的?？梢越柚隈Z化過程而加以調(diào)整，也可在較長期的進化過程中發(fā)生改變。內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制只能為生物提供一種發(fā)展廣耐受性的方式。六、生物保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的行為機制在外界條件的一定范圍內(nèi)，動物和植物都能利用各種行為機制使體內(nèi)保持恒定性。植物：葉子和花瓣有晝夜的運動和變化。例如豆葉的晝挺夜垂的變化或睡眠運動、向日葵花序隨太陽的方向而徐徐轉(zhuǎn)動等。動物：（1）身體姿態(tài)：如沙漠蜥（2）往返移動：在比較冷和熱的兩個地點（都不是最適溫度）之間往返移動；（3）追尋適宜棲地：如生活在特立尼達雨體中的兩種按蚊其他的行為機制：（1）躲入洞穴：如鼠兔，抵御一10C以下的嚴寒（2）構(gòu)筑巢穴：如白蟻巢

30、（具有調(diào)節(jié)溫濕度的作用）、鳥巢（澳大利亞眼斑冢雉）七、適應組合生物對生態(tài)因子耐受范圍的擴大或變動（不管是大的調(diào)整還是小的調(diào)整）都涉及到生物的生理適應和行為適應問題。適應組合（adaptivesuites）:生物對一組特定環(huán)境條件表現(xiàn)出的彼此之間的相互關聯(lián)的一整套協(xié)同的適應特性。1、沙漠植物的適應組合：抗干旱、節(jié)水的適應性（1）落葉（2）形態(tài)：葉表皮增厚、減少氣孔數(shù)目和形成卷葉（3）旱生植物（肉質(zhì)植物）：水分大量貯存在植物的根、莖或葉中盡量減少蒸騰作用失水：夜晚才打開氣孔2、沙漠動物的適應組合：熱量調(diào)節(jié)和水分平衡駱駝：（1）清晨取食，獲得水分；（2）尿的濃縮最大限度地減少水分輸出；（3）脂肪在代

31、謝時會產(chǎn)生代謝水；（4）失水主要是來自細胞間液和組織間液，細胞質(zhì)不會因失水而受影響；（5）紅細胞的特殊結(jié)構(gòu)也可保證其不受質(zhì)壁分離的損害，同樣的適應結(jié)構(gòu)也能保證紅細胞在血液含水量突然增加時不會發(fā)生破裂，一次飲水可以喝下極大量的水分。（6）在白天可吸收大量的熱使體溫升高。體溫升高后會減少身體與環(huán)境之間的溫差，從而減緩吸熱過程。當需要冷卻時，皮下起隔熱作用的脂肪會轉(zhuǎn)移到駝峰中，從而加快身體的散熱。第三節(jié)生物與光的關系地球熱量的來源，溫度，風，云，自然界一切變化的動力光合作用的能源，主要是紅光，光合作用兩個反應中心,P680和P720；地區(qū)所有生命的最初來源，生態(tài)系統(tǒng)能量流動與物質(zhì)循環(huán)的動力動植物的生

32、長發(fā)育離不開光；生物物的熱能代謝，行為，生活周期和地理分布都受光的影響動物的晝夜節(jié)律，植物的光周期現(xiàn)象動植物中的色素形成離不開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）和質(zhì)（quality）之分一、光的性質(zhì)可見光的波長在380760納米之間波長小于380納米的是紫外光，波長大于760納米的是紅外光紫外光對生物和人有殺傷和致癌作用只有可見光才能在光合作用中被植物所利用并轉(zhuǎn)化為化學能。植物的葉綠素是綠色的，它主要吸收紅光（760620納米）和藍光（490435納米）二、光質(zhì)的變化及其對生物的影響空間變化：短波光隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加。時間

33、變化：冬季長波光增多，夏季短波光增多；一天之內(nèi)中午短波光較多，早晚長波光較多。森林生態(tài)系統(tǒng)：到達下木層的日光中紅光和藍光所剩不多。生活在那里的植物必須對低輻射能環(huán)境有較好的適應。水體：水對光有很強的吸收和散射作用，大大限制了海洋透光帶的深度。在較深的水層中只有綠光占有較大優(yōu)勢，紅藻紫菜能較有效地利用綠光。高山：紫外光的作用抑制了植物莖的伸長，所以很多高山植物都具有特殊的蓮座狀葉叢。動物：光質(zhì)對于動物的分布和器官功能的影響目前還不十分清楚。在節(jié)被動物、魚類、鳥類和哺乳動物中，有些種類色覺很發(fā)達，另一些種類則完全沒有色覺。在哺乳動物中，只有靈長類動物才具有發(fā)達的色覺。三、光照強度的變化及其對生物的

34、影響（一）光照強度的變化光照強度在赤道地區(qū)最大，隨緯度的增加而逐漸減弱。光照強度還隨海拔高度的增加而增強。在北半球的溫帶地區(qū)，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。較高緯度的南坡可比較低緯度的北坡得到更多的日光能，因此南方的喜熱作物可以移栽到北方的南坡上生長。在一年中，夏季光照強度最大，冬季最小。在一天中，中午的光照強度最大，早晚的光照強度最小。光照強度在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)將會自上而下逐漸減弱，一個生態(tài)系統(tǒng)的垂直分層現(xiàn)象既決定于群落本身，也決定于所接受的日光能總量。（二）光照強度與水生植物光的穿透性限制著植物在海洋中的分布，只有在海洋表層的透光帶內(nèi)，植物的光合作用量才能大于呼吸量

35、。光補償點：植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消耗相平衡之處。生活在開闊大洋和沿岸透光帶中的植物主要是單細胞的浮游植物。如果海洋中的浮游藻類沉降到補償點以下或者被洋流攜帶到補償點以下而又不能很快回升到表層時，這些藻類使會死亡。扎根海底的巨型藻類通常只能出現(xiàn)在大陸沿岸附近，這里的海水深度一般不會超過100米。（三）光照強度與陸生植物陽地植物：適應于強光照地區(qū)生活的植物，光補償點的位置較高，光合速率和代謝速率都比較高。陰地植物：適應于弱光照地區(qū)生活的植物，光補償點位置較低，其光合速率和呼吸速率都比較低。陰地植物多生長在潮濕背陰的地方或密林內(nèi)。很多藥用植物如人參、三七、等也屬于陰地植物。光飽和點：當光

36、照強度達到一定水平后，光合產(chǎn)物也就不再增加或增加得很少，該處的光照強度就是光飽和點。植物群體的光合作用是隨著光照的不斷增強而提高的。對植物群體的總光能利用率產(chǎn)生影響的主要因素：光合面積：主要指葉面積，通常用葉面積指數(shù)來表示。光合時間：指植物全年進行光合作用的時間。延長葉片的壽命和適當延長植物的生長期。光合能力：指大氣中二氧化碳含量正常和其他生態(tài)因子處于最適狀態(tài)時的植物最大凈光合作用速率（g/m2-d）。群體的光合能力則決定于葉層結(jié)構(gòu)和光的分布情況。（四）光照強度與動物的行為光是影響動物行為的重要生態(tài)因子。晝行性動物（屬廣光性動物）：適應于在白天的強光下活動。夜行性動物（或晨昏性動物或狹光性動物

37、）：適應于在夜晚或晨昏的弱光下活動。其它廣光性動物：既能適應于弱光也能適應于強光，它們白天黑夜都能活動。如田鼠。在自然條件下動物每天開始活動的時間常常是由光照強度決定的。四、日照長度的變化與生物的光周期現(xiàn)象光周期現(xiàn)象生物對光的生態(tài)反應與適應定義：生物對晝夜光暗循環(huán)格局的反應所表現(xiàn)出的現(xiàn)象稱之為光周期現(xiàn)象。生物的許多周期現(xiàn)象是受日照長短控制的，光周期是生命活動的定時器和啟動器。日照長度是指白晝的持續(xù)時數(shù)或太陽的可照時數(shù)。夏至至短，冬至至長。表不同緯度地區(qū)的日照時間單位：h緯度01020304050606566.5取長日12.0012.5813.2213.9314.8516.1518.5021.1

38、524.00最短日12.0011.4210.7810.079.157.855.502.850.00（一）植物的光周期現(xiàn)象長日照植物：在日照時間超過一定數(shù)值才開花，否則便只進行營養(yǎng)生長，不能形成花芽。如冬小麥、大麥、油菜、菠菜，甜菜、甘藍和蘿卜等。人為延長光照時間可促使這些植物提前開花。短日照植物：在日照時間短于一定數(shù)值才開花，這類物通常是在早春或深秋開花。常見種類有牽牛、蒼耳和菊類，作物中則有水稻、玉米、大豆、煙草、麻、棉等。中間性植物：只要其他條件合適，在什么光照條件下都能開花，如黃瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等。（二）動物的光周期現(xiàn)象日照長短的變化是地球上最嚴格和最穩(wěn)定的周期變化，是生物

39、節(jié)律最可靠的信號系統(tǒng)。鳥類：遷移、生殖哺乳動物：生殖、換毛長日照獸類：隨著春天日照長度的逐漸增加而開始生殖。如野兔、刺猬等。短日照獸類：隨著秋天短日照的到來而進入生殖期。如綿羊、山羊和鹿等。魚類：生殖、遷移人為延長光照時間可以提高鮭魚的生殖能力日照長度的變化通過影響內(nèi)分泌系統(tǒng)而影響魚類的遷移。昆蟲：冬眠、滯育主要與光周期的變化有關，但溫度、濕度和食物也有一定影響第四節(jié)生物與溫度的關系生物新陳代謝的能量來源，代謝的強度與溫度最有關生物群落的分布受溫度的制約（植物群落分布的緯向地帶性）生物的行為受溫度限制（休眠，變溫動物，候鳥，植物的落葉）生長發(fā)育節(jié)律（芽的形成，常綠與落葉，開花與結(jié)果）生長：“三

40、基點”最低、最適、最高溫度。發(fā)育：植物的春化作用（某些植物要經(jīng)過一個“低溫”階段才能開花結(jié)果）。溫度過高和過低引起生物的災害（熱損傷，灼燒，凍害，寒害）一、溫度的生態(tài)意義生物體內(nèi)的生物化學過程必須在定的溫度范圍內(nèi)才能正常進行。不同的生物和同一生物的不同發(fā)育階段所能忍受的溫度范圍卻有很大不同。溫度的變化能引起環(huán)境中其他生態(tài)因子的改變，如引起濕度、降水、風、氧在水中的溶解度以及食物和其他生物活動和行為的改變等。二、極端溫度對生物的影響（一）低溫對生物的影響臨界溫度：溫度低于一定的數(shù)值，生物便會因低溫而受害。低溫對生物的傷害可分為冷害、霜害和凍害三種。冷害：指喜溫生物在零度以上的溫度條件下受害或死亡

41、。如海南島的熱帶植物丁子香在氣溫降至）.lc時葉片便受害，降至3.4C時頂梢干枯，受害嚴重。冷害是喜溫生物向北方引種和擴展分布區(qū)的主要障礙。凍害：指冰點以下的低溫使生物體內(nèi)（細胞內(nèi)和細胞間隙）形成冰晶而造成的損害。冰晶的形成會使原生質(zhì)膜發(fā)生破裂和使蛋白質(zhì)失活與變性。（二）高溫對生物的影響對植物：減弱光合作用，增強呼吸作用，使植物的這兩個重要過程失調(diào)。破壞植物的水分平衡，加速生長發(fā)育，促使蛋白質(zhì)凝固和導致有害代謝產(chǎn)物在體內(nèi)的積累。對動物：破壞酶的活性，使蛋白質(zhì)凝固變性，造成缺氧、排泄功能失調(diào)和神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。三、生物對極端溫度的適應（一）生物對低溫環(huán)境的適應1、在形態(tài)方面（1）植物：北極和高山植

42、物的芽和葉片常受到油脂類物質(zhì)的保護，芽具鱗片，植物體表面生有蠟粉和密毛，植物矮小并常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等，這種形態(tài)有利于保持較高的溫度，減輕嚴寒的影響。（2）動物：貝格曼（Bergman）規(guī)律：生活在高緯度地區(qū)的恒溫動物，個體大的動物，其單位體重散熱量相對較少。阿倫（Allen）規(guī)律：恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢，這也是減少散熱的一種形態(tài)適應。增加毛和羽毛的數(shù)量和質(zhì)量或增加皮下脂肪的厚度，從而提高身體的隔熱性能。2、在生理方面（1）植物：減少細胞中的水分和增加細胞中的糖類、脂肪和色素等物質(zhì)來降低植物的冰點，增加抗寒能力。極地和高山植物在可見光譜中的

43、吸收帶較寬，并能吸收更多的紅外線。葉片在冬季時由于葉綠素破壞和其他色素增加而變?yōu)榧t色，有利于吸收更多的熱量。（2）動物增加體內(nèi)產(chǎn)熱量來增強御寒能力和保持恒定的體溫。熱中性區(qū)寬、下臨界點溫度低和在下臨界點溫度以下的曲線斜率小。減少身體散熱，大大降低身體終端部位的溫度，而身體中央的溫暖血液則很少流到這些部位。3、在行為上休眠和遷移，前者有利于增加抗寒能力，后者可躲過低溫環(huán)境。（二）生物對高溫環(huán)境的適應1、植物（1）形態(tài)：生有密絨毛和鱗片，能過濾一部分陽光；有些植物體呈白色、銀白色，葉片革質(zhì)發(fā)亮，能反射一大部分陽光；有些植物葉片垂直排列使葉線向光或在高溫條件下葉片折疊，減少光的吸收面積；樹干和根莖生

44、有很厚的木栓層，具有絕熱和保護作用。生理：降低細胞含水量，增加糖或鹽的濃度，有利于減緩代謝速率和增加原生質(zhì)的抗凝結(jié)力?？客⒌恼趄v作用避免使植物體因過熱受害。反射的紅外線多，避免使植物體受到高溫傷害。2、動物適當放松恒溫性，使體溫有較大的變幅，這樣在高溫炎熱的時刻身體就能暫時吸收和貯存大量的熱并使體溫升高，爾后在環(huán)境條件改善時或躲到陰涼處時再把體內(nèi)的熱量釋放出去，體溫也會隨之下降。夏眠、穴居和白天躲入洞內(nèi)夜晚出來活動。如沙漠中的嚙齒動物。四、溫度與生物發(fā)育的關系有效積溫法則有效積溫法則：植物在生長發(fā)育過程中必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個發(fā)育階段所需要的總熱量是一個

45、常數(shù)。昆蟲和其他變溫動物也符合這一公式。K=NTN：生長發(fā)育所需時間；T：發(fā)育期間的平均溫度發(fā)育起點溫度(或最低有效溫度)：生物開始發(fā)育的溫度。以C表示。K=N(T一C)T=C+K/N=C+KVV：發(fā)育速率V=1/N求C值和K值的簡便方法是在兩種實驗溫度(片和T2)下，分別觀察和記錄兩個相應的發(fā)育時間N值和N2值。小NT-NTC二一221-+N-N牟=K2=K21有效積溫法則的實際應用預測生物發(fā)生的世代數(shù)：年總積溫/一個世代所需積溫預測生物地理分布的北界預測害蟲來年發(fā)生程度推算生物的年發(fā)生歷可根據(jù)有效積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃應用積溫預報農(nóng)時有效積溫法則應用的局限性：發(fā)育起點溫度；有效積溫法則是以溫

46、度與發(fā)育速率呈直線關系為前提,但事實上兩者間是呈S形關系;生物發(fā)育同時還受其他生態(tài)因子的影響。五、溫度與生物的分布極端溫度(高溫和低溫)常常成為限制生物分布的重要因素。1、高溫限制生物分布的原因主要是破壞生物體內(nèi)的代謝過程和光合呼吸平衡，其次是植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段，如蘋果、桃、梨在低緯地區(qū)不能開花結(jié)實。2、低溫：對植物和變溫動物來說，決定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低溫。對恒溫動物分布的直接限制較小，但常常通過影響其他生態(tài)因子(如食物)而間接影響其分布。溫度和降水是影響生物在地球表面分布的兩個最重要的生態(tài)因子，兩者的共同作用決定著生物群落在地球分布的總格局

47、第五節(jié)生物與水的關系一、水的生態(tài)意義水是任何生物體都不可缺少的重要組成成分,生物體的含水量一般為6080%,有些生物可達90%以上。生物的一切代謝活動都必須以水為介質(zhì)，生物體內(nèi)營養(yǎng)的運輸、廢物的排除、激素的傳遞以及生命賴以存在的各種生物化學過程,都必須在水溶液中才能進行,而所有物質(zhì)也都必須以溶解狀態(tài)才能出入細胞。水在3.98C時密度最大。水的這一特殊性質(zhì)位任何水體都不會同時全部凍結(jié)，寒冷地區(qū)生物的生存和延續(xù)來說是至關重要的。水的熱容量很大，而且吸熱和放熱是個緩慢的過程，為生物創(chuàng)造了一個非常穩(wěn)定的溫度環(huán)境。水對陸生生物的熱量調(diào)節(jié)和熱能代謝也具有重要意義，因為蒸發(fā)散熱是所有陸生生物降低體溫的最重要

48、手段。二、植物與水的關系1、植物在正常的氣體交換過程中要損失大量的水分，比動物多得多。2、植物通過根吸收水和葉蒸騰水之間保持適當?shù)钠胶鈦砭S持正常生活。從環(huán)境中吸收的水約有99%用于蒸騰。增加吸水能力和減少水分蒸騰的適應性：氣孔能夠自動開關；體表生有一層厚厚的蠟質(zhì)表皮；氣孔深陷在植物葉內(nèi)；能在晚上進行氣體交換。3、在低溫地區(qū)和低溫季節(jié)，植物的吸水量和蒸騰量小，生長緩慢；在高溫地區(qū)和高溫季節(jié)，植物的吸水量和蒸騰量大，生產(chǎn)量少大。需水量：指生產(chǎn)1克干物質(zhì)所需的水量。約300600克。光合作用效率高的植物需水量都較低。需水量還與其他生態(tài)因子有直接關系，如光照強度、溫度、大氣濕度、風速和土壤含水量等。植

49、物的不同發(fā)育階段吸水量也不相同。依據(jù)植物對水分的依賴程度的植物生態(tài)類型水生植物體內(nèi)有發(fā)達的通氣系統(tǒng)，以保證身體各部對氧氣的需要；葉片常呈帶狀、絲狀或極薄，有利于增加采光面積和對CO2與無機鹽的吸收；植物體具有較強的彈性和抗扭曲能力以適應水的流動；淡水植物具有自動調(diào)節(jié)滲透壓的能力，而海水植物則是等滲的。沉水植物；浮水植物；挺水植物陸生植物濕生植物：抗旱能力小，不能長時間忍受缺水。中生植物：種類最多、分布最廣和數(shù)量最大旱生植物：能忍受較長時間干旱，主要分布在于熱草原和荒漠地區(qū)。少漿掖植物：葉面積縮小，根系發(fā)達，原生質(zhì)滲透壓高，含水量極少多漿液植物：發(fā)達的貯水組織，多數(shù)種類葉片退化而由綠色莖代行光合

50、作用三、動物與水的關系水生動物：依賴水的滲透作用陸生動物：失水：蒸發(fā)、排泄、呼吸得水：食物、飲水、代謝水水分的平衡調(diào)節(jié)總是同各種溶質(zhì)的平衡調(diào)節(jié)密切聯(lián)系在一起。各種調(diào)節(jié)機制都必須使動物能在各種情況下保持體內(nèi)水分和溶質(zhì)交換的平衡。水生動物的滲透壓調(diào)節(jié)1、海洋動物海水的總滲透濃度是1135mmol/Kg等滲動物：動物的血液或體波的滲透濃度與海水的總滲透濃度相等或接近；一般不會由于滲透作用而失水或得水，但排泄總會損失一部分水。攝取少量的水：從食物中飲用海水并排出海水中的溶質(zhì)；代謝水。一般不需要飲用海水，代謝水的多余部分還要靠滲透作用排出體外。滲透濃度比海水略高的動物，借助于排泄器官把體內(nèi)過剩的水排出體

51、外。低滲動物：動物的血液或體波大大低于海水的滲透濃度。體內(nèi)的水將大量向體外滲透，必須從食物、代謝過程或通過飲水來攝取大量的水。有發(fā)達的排泄器官，以便把飲水中的大量溶質(zhì)排泄出去。硬骨魚類和甲殼動物：鰓-、K+泵和Na+泵軟骨魚類：直腸腺-2低鹽環(huán)境和淡水環(huán)境中的動物變滲動物：體液濃度隨著環(huán)境滲透濃度的改變而改變的動物。生活在河海交匯處。恒滲動物：體液濃度保持恒定，不隨環(huán)境改變而改變的動物。淡水動物：水不斷地滲入動物體內(nèi)，這些過剩的水必須不斷地被排出體外才能保持體內(nèi)的水分平衡。丟失溶質(zhì)：隨尿排出、擴散作用得到溶質(zhì)：從食物中獲得；鰓或上皮組織的表面能主動吸收鈉（二）陸生動物的滲透壓調(diào)節(jié)陸生動物減少或

52、限制失水的適應1、皮膚的含水量總是比其他組織少，因此可以減緩水穿過皮膚；皮膚中的脂類對限制水的移動。2、昆蟲利用氣管系統(tǒng)來進行呼吸，而氣門是由氣門瓣來控制的；節(jié)膠動物的體表有一層幾丁質(zhì)的外骨船，有些種類在外骨鉻的表面還有很落的蠟質(zhì)層，防止水分的蒸發(fā)。3、鳥類、哺乳類：由肺內(nèi)呼出的水蒸氣，在擴大的鼻道內(nèi)通過冷凝而回收。4、許多荒漠鳥獸具有良好重吸收水分的腎臟。5、哺乳動物以尿素、爬行動物和鳥類則以尿酸的形式排泄合氮廢物。6、在高溫下，動物減少呼吸和體表蒸發(fā)失水是使體溫有更大的波動范圍。例：“沙漠之舟”駱駝可以17天不喝水，身體脫水達體重的27%，仍然照常行走。它不僅具有貯水的胃，駝峰中還儲藏豐富的脂肪，有消耗過程中產(chǎn)生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白質(zhì)，不易脫水四、水