生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)生物與環(huán)境第1頁/共58頁第二章生物與環(huán)境2.1環(huán)境與生態(tài)因子環(huán)境的概念及其類型生態(tài)因子的概念與分類生態(tài)因子的作用規(guī)律2.2生物與光因子光照度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)光質(zhì)的生態(tài)作用與生物適應(yīng)日照長度的生態(tài)作用與光周期現(xiàn)象2.3生物與溫度因子溫度因子的生態(tài)作用節(jié)律性變溫的生態(tài)作用極端溫度對生物的影響與生物的適應(yīng)第2頁/共58頁2.1.1

環(huán)境的概念及其類型

生物科學(xué)→以生物為中心，包括動物、植物、微生物和人類。

環(huán)境科學(xué)→以人類為中心,圍繞著人類空間以及直接或間接影響人類生活和發(fā)展的各種因素的總和。環(huán)境(environment)是指某一特定生物體或生物群體以外的空間,以及直接、間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物的總和。

條件(conditions)

不可消耗的稱條件，如溫度、濕度和PH值等。資源(resources)

可被消耗的稱資源，如營養(yǎng)物質(zhì)、水、輻射能等。第3頁/共58頁1.

相對性：環(huán)境總是針對某一特定主體或中心而言的，只具有相對意義。2.

尺度效應(yīng)：大環(huán)境與小環(huán)境大環(huán)境：地區(qū)環(huán)境、地球環(huán)境、宇宙環(huán)境；如白洋淀的環(huán)境，華北平原的環(huán)境等小環(huán)境：直接影響生物生命活動的近鄰環(huán)境。如洞穴環(huán)境，樹蔭下環(huán)境等

第4頁/共58頁大環(huán)境（全球大氣環(huán)流和洋流）第5頁/共58頁小氣候（小環(huán)境）第6頁/共58頁環(huán)境的類型

（1）按主體：人——人類環(huán)境：環(huán)境科學(xué)生物——生物環(huán)境：生態(tài)科學(xué)（生物體以外）（2）按性質(zhì)：自然環(huán)境、半自然環(huán)境、人工環(huán)境（3）按范圍：

宇宙環(huán)境：大氣層以外的宇宙空間。地球環(huán)境：大氣圈中對流層、水圈、土壤圈、巖石圈、生物圈

2.1.1環(huán)境的概念及其類型第7頁/共58頁區(qū)域環(huán)境：占有某一特定地域空間的自然環(huán)境

如：森林、草原、草甸、荒漠、冰川、海洋、湖泊、河流、山地、盆地、平原等微環(huán)境:

區(qū)域環(huán)境中，由于某一個或幾個圈層的細(xì)微變化而產(chǎn)生的環(huán)境差異所形成的小環(huán)境，如群落的鑲嵌。內(nèi)環(huán)境：生物體內(nèi)組織或細(xì)胞間的環(huán)境。

2.1.1環(huán)境的概念及其類型第8頁/共58頁2.1.2生態(tài)因子的概念與分類1、生態(tài)因子概念是指環(huán)境中對生物的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有著直接或間接影響的環(huán)境要素。生存因子（條件）：生態(tài)因子中生物生存不可缺少的因子。所有生態(tài)因子構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境生境：特定生物個體或群體的棲息地的生態(tài)環(huán)境。第9頁/共58頁2、生態(tài)因子的分類（1）根據(jù)性質(zhì)劃分為：氣候因子：如溫度、水分、光照、風(fēng)、氣壓和雷電等土壤因子：如土壤結(jié)構(gòu)、土壤成分的理化性質(zhì)及土壤生物等地形因子：如陸地、海洋、海拔高度、山脈的走向與坡度等生物因子：包括動物、植物和微生物之間的各種相互作用人為因子：人類活動對自然的破壞及對環(huán)境的污染2.1.2生態(tài)因子的概念與分類第10頁/共58頁（2）根據(jù)有無生命特征劃分：生物因子和非生物因子

（3）根據(jù)穩(wěn)定性及其作用特點(diǎn)劃分

穩(wěn)定因子：終年恒定的因子，主要決定生物的分布。如地心引力、地磁等變動因子：周期性變動因子：一年四季變化和潮汐漲落非周期性變動因子：如風(fēng)、降雨、捕食等2.1.2生態(tài)因子的概念與分類第11頁/共58頁1、綜合作用：生態(tài)因子間相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，綜合起來對生物體起作用

例如：溫度與氣壓、濕度等因子共同作用同樣的高溫度下，高氣壓和低濕度時對生物體損傷?。坏蜌鈮汉透邼穸葘ι矬w損傷大。2.1.3生態(tài)因子的作用規(guī)律第12頁/共58頁2、主導(dǎo)因子的作用主導(dǎo)因子：在諸多的環(huán)境因子中，對生物起決定作用的生態(tài)因子。光合作用：光是主導(dǎo)因子春化作用：植物在生長過程中，必須經(jīng)過一個較低的溫度，才能正常的開花結(jié)果的現(xiàn)象。溫度是主導(dǎo)因子生態(tài)因子的主次在一定條件下可發(fā)生轉(zhuǎn)化。第13頁/共58頁3、直接因子和間接因子直接因子：能直接影響生物的生理過程或參與生物的新陳代謝的因子。間接因子：通過影響直接因子而間接作用于生物的因子。例如：海拔高度及溫度、光照等因子對人體的作用第14頁/共58頁海拔高度升高光輻射氣溫氧氣濃度風(fēng)速影響間接因子直接因子相對濕度沒有直接對生物體起作用，但由于影響了其他因子產(chǎn)生了變化影響人體的生理過程及新陳代謝過程直接因子和間接因子的作用第15頁/共58頁水溫上升，水中的溶氧量隨之下降第16頁/共58頁4、生態(tài)因子作用的階段性在不同發(fā)育階段，生物需要不同的生態(tài)因子或生態(tài)因子的不同強(qiáng)度。例如：春化作用中的低溫鮭魚（大馬哈魚）不同發(fā)育階段對鹽分的需要第17頁/共58頁大麻哈魚的魚子和幼苗只能在淡水中生存，它們一般把卵生在淡水系統(tǒng)的江河上游的沙礫區(qū)域。卵孵化出幼苗并生長一段時間后然后順流而下進(jìn)入咸水系統(tǒng)的海洋之中，在物質(zhì)富饒的海洋中生長發(fā)育積蓄能量，經(jīng)過4年左右的生長達(dá)到性成熟后，又會洄游淡水江河中產(chǎn)卵。第18頁/共58頁B補(bǔ)償作用（可調(diào)劑性）：多個生態(tài)因子綜合作用時，由于某因子在量上的不足，可由其他因子來補(bǔ)償，以獲得相似的生態(tài)效應(yīng)。例：光照不足，可多施有機(jī)肥使土壤中CO2濃度提高可補(bǔ)償光照不足。5、不可替代性和補(bǔ)償作用A不可替代性：生態(tài)因子對生物體的作用是不可替代的，又稱同等重要定律。

例如：人體缺維生素A、人體缺維生素D一定范圍內(nèi)的補(bǔ)償?。〉?9頁/共58頁6、限制性作用及生物的耐受性

（1）利比希最小因子定律（2）謝爾福德耐性定律（3）限制性作用第20頁/共58頁（1）利比希最小因子定律1840年,德國有機(jī)化學(xué)家利比希（Liebig）提出：“植物的生長取于最小量的那種營養(yǎng)物質(zhì)”,這就是李比西的最小因子法則。這一法則同時也適用于光、溫等多種生態(tài)因子。兩個補(bǔ)充條件（Odum,1983）：1）只適用于穩(wěn)定狀態(tài)2）要考慮生態(tài)因子之間的相互作用第21頁/共58頁（2）謝爾福德耐性定律“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)(V.E.Shelford,1913，美國)“生物的存在和繁殖，要依賴于某種綜合環(huán)境因子的存在，只要其中一項(xiàng)因子的量（或質(zhì)）不足或過多，超過了某種生物的耐性限度，則使該物種不能生存，甚至滅絕?！钡?2頁/共58頁數(shù)量很低數(shù)量最高生理受抑制種群數(shù)量數(shù)量很低種群消失種群消失不能耐受區(qū)生理受抑制不能耐受區(qū)最適區(qū)

環(huán)境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物種的耐受性限度圖解（仿Smith,1980）第23頁/共58頁耐受性定律內(nèi)涵的拓展：①生物對不同生態(tài)因子的耐受范圍不同；②不同生物種，或不同年齡、季節(jié)、棲息地等的同種生物對生態(tài)因子的耐受性不同；③對很多生態(tài)因子耐受范圍都很寬的生物，其分布區(qū)一般很廣；④當(dāng)某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時，生物對其他生態(tài)因子的耐受限度也下降。第24頁/共58頁耐性的可變性同種生物長期生活在不同生態(tài)環(huán)境下，對多種生態(tài)因子會形成有差異的耐性范圍，用進(jìn)廢退；例如：高山雪蓮，耐高寒，對其他的條件適應(yīng)性差。生物的耐性范圍還可通過人為馴化改變；例如：生將金魚長期飼養(yǎng)在不同溫度條件下（18℃和32℃），他們對溫度的耐性限度與生存范圍將發(fā)生明顯的變化。第25頁/共58頁生物的自然分布與耐性生物的分布區(qū)域決定于該生物對多種因子的耐性范圍；對主要的生態(tài)因子耐性范圍廣的生物，分布就廣；生態(tài)幅：是指生物對環(huán)境因子適應(yīng)范圍的大小。這主要決定于各個種的遺傳特性。根據(jù)生物的耐受范圍和生態(tài)因子的不同，將生物分為：廣溫性（eurytherm）狹溫性（stenotherm）廣水性（euryhydric）狹水性（stenohydric）廣鹽性（euryhaline）狹鹽性（stenohaline）廣食性（euryphagic）狹食性（stenophagic）廣光性（euryphotic）狹光性（stenophotic）廣棲性（euryoecious）狹棲性（stenooecious）第26頁/共58頁不同類型的生物對溫度的適應(yīng)幅度

第27頁/共58頁限制因子(limitingfactor)限制因子是對生物的生命活動起限制作用的因子當(dāng)生態(tài)因子接近或超過生物的耐受性極限而影響其生存、生長、繁殖或擴(kuò)散時，這個因子成為該生物限制因子限制因子的應(yīng)用價值限制因子是影響生物生存和發(fā)展的關(guān)鍵性因子，是研究生物與環(huán)境復(fù)雜關(guān)系的鑰匙。一旦找到限制因子，通過改善限制因子的數(shù)量，得到的效益最多（3）限制性作用第28頁/共58頁光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)光照強(qiáng)度的生態(tài)作用與生物適應(yīng)日照長度的生態(tài)作用與光周期現(xiàn)象2.2

生物與光因子第29頁/共58頁

光的生態(tài)作用是食物鏈的起點(diǎn)紫外線具有殺傷和致癌作用地表熱量基本本上是由紅外線產(chǎn)生的

是重要的能量環(huán)境之一2.2

生物與光因子第30頁/共58頁1.光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)

光的性質(zhì)(光譜成分)

波長150－4000nm,分紫外光(1%)、可見光和紅外光三類(50-60%)，波長在380－760nm之間的光為可見光。綠色植物的光合作用有效范圍是380－700nm之間。

4006301000

25004000

波長(nm)紫外線可見光紅外線能量強(qiáng)度第31頁/共58頁1.光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)

光質(zhì)變化對生物的影響及生物的適應(yīng)植物光質(zhì)不同對植物的形態(tài)建成、向光性與色素的形成影響也不同。動物發(fā)展不同的色覺。如:

藍(lán)紫光和青光能抑制植物伸長，使植物成矮小形態(tài)。海洋植物—

光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性。高山植物—

莖葉含花青素，發(fā)展了特殊的蓮座狀葉叢→對紫外光作用的適應(yīng)。第32頁/共58頁

光照強(qiáng)度：指單位面積上太陽輻射量的大小。光照強(qiáng)度對生物的生長、發(fā)育和形態(tài)建成具有重要作用對植物的影響影響光合作用影響葉綠素的形成，促進(jìn)植物細(xì)胞的增長和分化、對植物組織和器官的生長發(fā)育及分化有重要的影響。對動物的影響影響動物的生長發(fā)育→黃化現(xiàn)象：植物一般在黑暗中不能合成葉綠素，但能形成胡蘿卜素，導(dǎo)致葉子發(fā)黃。2.光強(qiáng)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)第33頁/共58頁光合作用率光合作用率光強(qiáng)度光強(qiáng)度凈生產(chǎn)力A光合作用B呼吸作用ABACP光補(bǔ)償點(diǎn)CPCP陽性植物spSP光飽和點(diǎn)B光補(bǔ)償點(diǎn)：光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度相當(dāng)時的光強(qiáng)度；光飽和點(diǎn)：當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定水平后，光合產(chǎn)物不再增加或增加得很少，該處的光強(qiáng)度即為光飽和點(diǎn)。植物的光補(bǔ)償點(diǎn)示意圖(仿Emberlin,1983)sp凈生產(chǎn)力陰性植物第34頁/共58頁

植物對光照強(qiáng)度的適應(yīng)陸生植物—

對不同光照強(qiáng)度的適應(yīng)產(chǎn)生：陽性植物(cheliophytes)

陰性植物(sciophytes)

耐陰性植物(shadeplant)陽性植物對光要求比較迫切，只有在足夠光照條件下才能正常生長，其光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)都較高，光合作用的速率和代謝速率都比較高。如蒲公英、樺樹、櫟。也叫中性植物，對光照具有較廣的適應(yīng)能力，在完全的光照下生長，也能忍耐適度的蔭蔽或在生育期間需要較輕度的遮蔭。如黨參、沙參。陰性植物對光的需求遠(yuǎn)較陽性植物低，光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)都較低。其光合速率和呼吸速率都比較低。如人參、紅豆杉、三七。2.光強(qiáng)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)第35頁/共58頁

動物對光照強(qiáng)度的適應(yīng)類型光照強(qiáng)度使動物在視覺器官的形態(tài)產(chǎn)生了遺傳的適應(yīng)性變化。動物的活動行為與光照強(qiáng)度有密切關(guān)系。晝行性動物和夜行性動物動物活動2.光強(qiáng)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)12月、1月：4、5點(diǎn)開始活動；7、8月時：7、8點(diǎn)才開始活動第36頁/共58頁3.日照長度的生態(tài)作用及光周期現(xiàn)象日照長度：指白晝的持續(xù)時間或太陽的可照時數(shù)。地球上不同緯度地區(qū)白晝的持續(xù)時間長短有很大的差別，日照長短的變化是形成生物節(jié)律最可靠的信號系統(tǒng)。第37頁/共58頁3.日照長度的生態(tài)作用及光周期現(xiàn)象生物對晝夜交替周期性變化的適應(yīng)形成晝夜節(jié)律，即日節(jié)律。光周期現(xiàn)象：白天和黑夜交替稱為一個光周期，地球各地的生物，在自然選擇和進(jìn)化中形成的特有的對日照長度變化的反應(yīng)方式，即光周期現(xiàn)象。根據(jù)植物對日照周期的不同反應(yīng)，可將植物分為三種類群：短日照植物是在每日日照短于某一臨界時數(shù)條件下才能開花的植物；如牽?；ā⒋蠖?、玉米、水稻、菊花等；長日照植物是每日日照長于某一臨界時數(shù)才能開花的植物；如牛蒡、鳳仙花、冬小麥、大麥、油菜、蘿卜等。中間性植物是指每日相對短的日照時數(shù)到連續(xù)日照在其它條件滿足下均可開花的植物，此類植物又稱為光周期鈍感植物。如黃瓜、番茄、四季豆和蒲公英等。第38頁/共58頁3.日照長度的生態(tài)作用及光周期現(xiàn)象光周期現(xiàn)象：

哺乳動物的換毛和生殖；長日照獸類：野生高海拔地區(qū)的動物，春天日照長度增加時生殖，雪貂、野兔、刺猬。短日照獸類秋天日照時數(shù)短時開始繁殖，如綿羊、山羊、鹿。如：候鳥的遷徙第39頁/共58頁溫度因子的生態(tài)作用節(jié)律性變溫的生態(tài)作用極端溫度生態(tài)作用2.3

生物與溫度第40頁/共58頁1.溫度因子的生態(tài)作用1、溫度與生物的生長：

生物體內(nèi)的生物化學(xué)過程必須在一定的溫度范圍才能正常進(jìn)行。溫度過高或過低，生物的生長會受阻，甚至死亡。在一定溫度范圍內(nèi)，生物生長的速率與溫度成正比；溫度系數(shù)Q10：溫度每升高10℃生物生長或反應(yīng)速度增加的倍數(shù)?！叭c(diǎn)”溫度：參與生命活動的各種酶都有其最低、最適和最高溫度；不同生物的三基點(diǎn)不同；外溫的季節(jié)性變化引起植物和變溫動物生長加速和減弱的交替，形成年輪；外溫影響動物的生長規(guī)模。第41頁/共58頁1.溫度因子的生態(tài)作用2、溫度與生物的發(fā)育

溫度與生物發(fā)育最普遍的規(guī)律是有效積溫。溫度與生物的繁殖和遺傳性：植物春化，動物繁殖的早遲。3、溫度與生物分布許多物種的分布范圍與溫度區(qū)相關(guān)。第42頁/共58頁1.溫度因子的生態(tài)作用4、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發(fā)育階段的發(fā)育過程，而且各個發(fā)育階段所需的總熱量是一個常數(shù)，稱總積溫或有效積溫。生物開始生長發(fā)育的溫度，稱為生物學(xué)零度，即發(fā)育起點(diǎn)溫度，在生育期內(nèi)高于生物學(xué)零度的溫度稱為活動溫度。

K：某生物全生育期所需的有效積溫，為常數(shù)；

Ti：某生物生育期日平均溫度；

T0：某生物生長活動起點(diǎn)溫度；

n：某生物生育期的天數(shù)。第43頁/共58頁1.溫度因子的生態(tài)作用第44頁/共58頁1.溫度因子的生態(tài)作用第45頁/共58頁2.節(jié)律性變溫的生態(tài)作用1、溫周期現(xiàn)象有效積溫：一定生育期內(nèi)有效溫度的總和。

K：某生物全生育期所需的積溫，為常數(shù)；

Ti：某生物生育期日平均溫度；

T0：某生物生長活動起點(diǎn)溫度；

n：某生物生育期的天數(shù)。第46頁/共58頁2.節(jié)律性變溫的生態(tài)作用1、溫周期現(xiàn)象有效積溫：一定生育期內(nèi)有效溫度的總和。

K：某生物全生育期所需的積溫，為常數(shù)；

Ti：某生物生育期日平均溫度；

T0：某生物生長活動起點(diǎn)溫度；

n：某生物生育期的天數(shù)。第47頁/共58頁2.節(jié)律性變溫的生態(tài)作用節(jié)律性變溫：溫度因子晝夜之間及季節(jié)之間溫度差異的周期性變化。溫度的周期性變化，對生物的生長發(fā)育、遷移、集群活動等有重要影響。晝夜變溫對許多動物的發(fā)育有促進(jìn)作用；對植物種子萌發(fā)和生長起著促進(jìn)作用；形成植物的溫周期現(xiàn)象。變溫對于植物體內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和積累具有良好的作用。生物長期適應(yīng)于一年中溫度的寒暑節(jié)律性變化；形成與此相適應(yīng)的生物發(fā)育節(jié)律稱為物候。植物的物候變化非常明顯。動物對不同季節(jié)食物條件的變化以及對熱能、水分和氣體代謝的適應(yīng)，導(dǎo)致生活方式與行為的周期性變化。第48頁/共58頁3.極端溫度的生態(tài)作用1、極端低溫對生物的影響與生物適應(yīng)性極端低溫對生物影響：≥0℃對喜溫生物造成冷害。使生物生理機(jī)能降低，破壞生理平衡?！?℃造成凍害，使生物體內(nèi)結(jié)冰，細(xì)胞原生質(zhì)膜破裂和酶蛋白失活與變性。第49頁/共58頁3.極端溫度的生態(tài)作用1、極端低溫對生物的影響與生物適應(yīng)性長期生活在極端溫度環(huán)境中的生物，通過氣候馴化或進(jìn)化變異，在形態(tài)、生理和行為等各個方面表現(xiàn)出明顯的適應(yīng)性。在形態(tài)方面：植物→芽具鱗片、體具蠟粉、植株矮?。?/p>

高山植物紅景天第50頁/共58頁3.極端溫度的生態(tài)作用

在形態(tài)方面：動物→增加隔熱層，體形增大（貝格曼規(guī)律），外露部分減?。ò愐?guī)律）。阿倫規(guī)律:寒冷地區(qū)的內(nèi)溫動物較溫暖地區(qū)內(nèi)溫動物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明顯趨于縮小的現(xiàn)象，稱阿倫規(guī)律，是減少散熱的適應(yīng)。體形法則（貝格曼定律）：同種恒溫動物，分布在較冷地區(qū)的比較暖地區(qū)的體形大。北極狐赤狐大耳狐第51頁/共58頁3.極端溫度的生態(tài)作用在生理方面的適應(yīng)(低溫)

植物：減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中有機(jī)質(zhì)的濃度以降低冰點(diǎn)，增加紅外線和可見光的吸收帶；動物：增加體內(nèi)產(chǎn)熱，維持體溫恒定；異溫性；休眠(冬眠)在行為上的適應(yīng)(低溫)

主要表現(xiàn)在休眠和遷移兩個方面,