第二章生物與環(huán)境主要內(nèi)容第一節(jié)環(huán)境與生態(tài)因子第二節(jié)生態(tài)因子的生態(tài)作用第一節(jié)環(huán)境與生態(tài)因子一、環(huán)境的概念與類型二、生態(tài)因子的概念與類型三、生態(tài)因子的作用規(guī)律一、環(huán)境的概念與類型1.環(huán)境的概念廣義：指某一主體周圍一切事物的總和。

環(huán)境是一個不確定的概念，是相對于某一個中心或主體而言的。環(huán)境科學研究的中心事物是“人”，則環(huán)境是“人類生存的環(huán)境”，在此基礎上定義： 影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和。

生態(tài)學研究的中心事物是“生物”，則環(huán)境是“生物生存的環(huán)境”，可定義：環(huán)境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。環(huán)境的內(nèi)容環(huán)境的概念是具體的，又是相對的，在談到環(huán)境時，總要包含特定的主體。其它鯉魚非生物因素蝦,水蚤,水草,魚等異種生物一條鯉魚鯉魚種群池塘群落

研究主體2.環(huán)境的類型環(huán)境類型的劃分依據(jù)按環(huán)境的主體按環(huán)境的性質按人類的影響按環(huán)境的范圍按范圍劃分環(huán)境地球環(huán)境宇宙環(huán)境區(qū)域環(huán)境生境小環(huán)境內(nèi)環(huán)境二、生態(tài)因子的概念與類型1.概念生態(tài)因子：環(huán)境因子中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的因子。環(huán)境因子：構成環(huán)境的各要素。生態(tài)因子與環(huán)境因子的關系環(huán)境因子主要強調環(huán)境對主體的影響因素；生態(tài)因子除考慮環(huán)境因子外，還要考慮生物之間的影響以及生物對環(huán)境的影響。2.生態(tài)因子的分類－根據(jù)生態(tài)因子的性質分氣候因子土壤因子地形因子生物因子人為因子三、生態(tài)因子的作用規(guī)律（一）生態(tài)因子作用的基本特征（二）生態(tài)因子的限制性作用（一）生態(tài)因子作用的基本特征綜合作用主導因子作用直接和間接作用階段性作用不可代替性和補償作用（二）生態(tài)因子的限制性作用1.限制因子生物在一定環(huán)境中生存，必須得到生存發(fā)展的多種生態(tài)因子，當某種生態(tài)因子不足或過量都會影響生物的生存和發(fā)展，這個因子就是限制因子。注意：限制因子是相對的，不是絕對的限制因子往往有局部性和暫時性限制因子并不等同于主導因子限制因子概念的意義某種生物的限制因子即是其生存的關鍵－有助于把握問題的本質，尋找解決問題的薄弱環(huán)節(jié)。為分析生物與環(huán)境相互作用的復雜關系奠定了一個便利的基點眾多的生態(tài)因子的重要性（作用）不同，限制因子作用可能最強大，因此，在生態(tài)學研究中，環(huán)境分析要集中在可能是限制因子的生態(tài)因素上。2.李比希（Liebig）最小因子定律基本描述植物的生長取決于處在最小量狀況的營養(yǎng)物質的量。最小因子定律的補充該定律只適用于穩(wěn)定狀態(tài)某些因子的作用受到其它條件的影響（如肥效也受氣候的影響）必須考慮生態(tài)因子之間的相互作用N支持產(chǎn)量的80%，P支持90%，實際產(chǎn)量只有72%而不是80%。3.耐性定律

也稱謝爾福德耐受性定律(Shelford‘slawoftolerance)。生物的生存與繁殖，要依賴某種綜合環(huán)境因子的存在，只要其中一項因子的量（或質）不足或過多，超過了某種生物的耐性限度，則該物種不能生存，甚至滅絕。生態(tài)幅概念：物種對于環(huán)境的適應范圍的大小。與耐受限度一致，耐受限度越寬，生態(tài)幅也越大。然而，二者又是不同的：耐受限度一般是對某一生態(tài)因子而言，是從生物本身出發(fā)，主要指該種生物的生物學特性；生態(tài)幅既指某一生態(tài)因子，又指環(huán)境條件的綜合，是從生態(tài)適應角度來談的。

生態(tài)學中，根據(jù)生物的耐受范圍和生態(tài)因子的不同，將生物分為：廣溫性狹溫性廣水性狹水性廣鹽性狹鹽性廣食性狹食性廣光性狹光性廣棲性狹棲性

廣溫性生物與窄溫性生物的生態(tài)幅的比較

－窄溫種的最低、最高和最適宜溫度點相距最近；

－廣溫種的最低、最高和最適宜溫度點相距較遠。

A.冷窄溫；B.廣溫；C.暖窄溫耐性定律的補充（1）生物對一個因子的耐性范圍很廣，而對另因子的耐性范圍則很窄。（2）對很多生態(tài)因子耐受范圍都很寬的生物，分布一般很廣。（3）生物的耐受范圍因發(fā)育時期、季節(jié)、環(huán)境條件（生態(tài)因子）的不同而變化。（4）當一種生物不是處于某一生態(tài)因子最適范圍時，對另一因子的耐性限度下降。第二節(jié)生態(tài)因子的生態(tài)作用一、光的生態(tài)作用及生物的適應二、溫度的生態(tài)作用及生物的適應三、水的生態(tài)作用及生物的適應四、土壤的生態(tài)作用及生物的適應五、大氣生態(tài)作用及生物的適應一、光的生態(tài)作用及生物的適應光是地球生物生存和繁衍的最基本的能量源泉。光因子包括光照強度，光質和光照時間光質的生態(tài)作用與生物的適應光強的生態(tài)作用與生物的適應光照時間的生態(tài)作用光周期（一）光質的生態(tài)作用和生物的適應光譜的組成光質的變化1.空間：高緯度，短波光少；高海拔，短波光多。2.時間：季節(jié)，夏天短波光多，冬天短波光少。日，中午短波光多，早晚長波光多。3.地貌：陸地，主要被植物的葉子吸收和反射。水體，水體吸收和散射作用強，大部分紅外線被吸收，紫藍光散射（水色），綠光深入水中。光質的生態(tài)作用－光質對植物的影響－光質對動物的影響生物對光質的適應－植物對光質的適應－動物對光質的適應光質對植物的作用：可見光中的紅橙光、藍紫光對光合作用有促進作用，而綠光為無效輻射；藍紫光：促進蛋白質的合成。紫色薄膜對茄子有增產(chǎn)作用；藍色薄膜對草莓有增產(chǎn)作用；紅光：促進糖的合成，促進甜瓜的植株發(fā)育青光、藍紫光和紫外線等短波光抑制植物的伸長生長

葉綠素的吸收光譜

藍紫光：430～450nm紅光：640～660nm光質對動物的作用紫外光對動物和微生物都有有害影響對微生物有抑制作用；對人類有致癌作用對昆蟲的新陳代謝有促進作用植物對光質的適應陸生植物主要吸收紅光和藍光，高山紫外抑制莖的伸長，高山植物含花青素、葉面縮小、毛絨發(fā)達

；海水表層綠色植物也吸收紅光和藍光；海水深層紅藻、紫菜等有效利用綠光。動物對光質的適應靈長類、鳥類、魚類、節(jié)肢動物等都有很發(fā)達的色覺。不同發(fā)育階段對光質反應不同，如紅光促進雞的繁殖，抑制啄肛，短波光（藍光）有助于生長。魚類對綠、藍、紅光比較敏感。（二）光照強度的生態(tài)作用和生物的適應（1）光照強度的生態(tài)作用（2）植物對光照強度的適應（3）動物對光照強度的適應光強度的變化1.

空間：高緯度，低強度；高海拔，高強度；2.時間：季節(jié)，夏天高強度；冬天強度低日，中午強度最高；早晚強度較低3.生態(tài)系統(tǒng)：上層，強度大；下層，強度低。光照強度的生態(tài)作用影響光合作用光照強度的生態(tài)作用影響植物細胞的增長和分裂、組織器官的生長和分化影響植物花果的數(shù)量和質量影響植物的形態(tài)建成－黃化現(xiàn)象影響動物的生長發(fā)育、繁殖和形態(tài)分化影響動物的體色植物對光照強度的適應動物對光照強度的適應晝行性動物：多數(shù)鳥類、靈長類、有蹄類等夜行性動物：蝙蝠、家屬等（三）光照時間的生態(tài)作用與光周期1.植物對光長的適應：光周期現(xiàn)象長日照植物：蘿卜、菠菜、小麥、鳳仙花、牛蒡等短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牽牛等中日照植物：甘蔗等少數(shù)熱帶植物日中性植物：蒲公英、四季豆、黃瓜、番茄光周期對動物的影響對繁殖的影響：長日照動物：在溫帶和高緯度地區(qū)許多鳥獸在春夏之際白晝逐漸延長的季節(jié)繁殖后代，稱長日照動物；如雪貂、野兔、刺猬；短日照動物：一些動物只有在白晝逐步縮短的秋冬之際才開始性腺發(fā)育和進行繁殖，稱短日照動物。如綿羊、山羊和鹿等。決定動物的遷徙、遷移或洄游的時間；影響鳥獸換羽、毛；影響動物的冬眠和滯育。二、溫度的生態(tài)作用及生物的適應

（一）溫度的變化（二）溫度對生物的作用（三）極端溫度對生物的影響（四）生物對極端溫度的適應（一）溫度的變化1.空間變化：水平變化：緯度每增加1度，陸地年平均氣溫下降0.5，陸地溫度同時受海洋和高山的影響；海水上層水溫也隨緯度增加而降低。垂直變化：高海拔溫度低，變化大，每上升100M氣溫降低0.5—1℃;低海拔溫度變化小。2.時間變化：（1）晝夜：海洋水溫晝夜變幅<4℃；大陸氣溫一般約17℃，沙漠40℃，高海拔地區(qū)變化大；土壤表面變幅最大，35-100cm以下無變化。

海洋：赤道變化大；溫帶變化中等，10—15℃；兩極變化小，<=5℃；深層無變化，穩(wěn)定于-0.5—4℃。陸地：熱帶雨林變化幅度?。?4-28℃）相差4℃；溫寒帶變幅較大，如西藏-37—40℃，相差77℃；土壤表面變化最大，一般>100℃，30米以下的土壤無季節(jié)性變化。（2）季節(jié)：3.土壤和水體中的溫度變化水溫：海洋，大洋海水-2.5—36℃，潮間帶-2.0—45℃，淡水0—40-45℃

陸地：南極最低-89.6℃，沙漠最高60℃，沙漠土壤表面80℃

（二）溫度對生物的作用1.溫度與生物生長2.溫度與生物發(fā)育3.溫度節(jié)律4.溫度與生物分布1.溫度與生物生長：任一生物的生命活動都有最低、最適和最高溫度（三基點）；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）。

致死高溫區(qū)亞致死高溫區(qū)最高有效溫度適宜溫區(qū)：最低有效溫度最適溫區(qū)亞致死低溫區(qū)致死低溫區(qū)溫度對生物作用的一般模式2.溫度與生物發(fā)育溫度與生物發(fā)育的最普遍規(guī)律是有效積溫；法國雷米爾（Reaumur,1735)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。此可用公式：N?T＝K又可寫成：K＝N(Ti－T0)k—生物所需的有效積溫；N—天數(shù)（d）；Ti—當?shù)卦摃r間的平均溫度（℃）；T0—該生物所需的最低溫度（又叫生物零度）。例：地中海果蠅在26℃下，20d完成生長發(fā)育，而在19.5℃則需要41.7d。求它的生長發(fā)育最低臨界溫度和有效積溫。解：根據(jù)有效積溫法則，只要在生命活動所需的溫度范圍內(nèi)，其有效積溫相等，則有

K＝20（26－T0）

K＝41.7（19.5-T0）

T0＝13.5K＝250有效積溫法則的意義預測生物發(fā)生的世代數(shù)；預測生物地理分布的北界；預測害蟲來年的發(fā)生程度；制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物；應用積溫預報農(nóng)時。3.溫度節(jié)律（1）溫周期現(xiàn)象（2）春化作用（3）物候（4）休眠溫周期現(xiàn)象晝夜變溫：形成溫周期現(xiàn)象促進種子萌發(fā)促進植物生長提高產(chǎn)品質量影響動物的行為物候物候現(xiàn)象：受環(huán)境（氣候、水文、土壤）影響出現(xiàn)的以年為周期的自然現(xiàn)象，都是物候現(xiàn)象。物候：植物適應一年中的氣象條件的季節(jié)性變化，形成與之相應的生長發(fā)育規(guī)律。物候期：物候現(xiàn)象發(fā)生的時間。物候規(guī)律春季：山上比山下晚高緯度比低緯度晚沿海比內(nèi)陸晚諺語：棗發(fā)芽，種棉花杏花開，快種麥野人無歷日，鳥啼知四時休眠休眠是抵御不利環(huán)境的一種有效生理機制。動物休眠休眠能使動物極大限度地減少新陳代謝很多昆蟲在進入滯育狀態(tài)時，代謝率只有正常狀態(tài)的1/10；休眠伴隨著很多的生理變化如心跳速率降低，血流速度變慢，體內(nèi)水分減少等。植物休眠植物種子成熟后不立即發(fā)芽即是一種休眠現(xiàn)象；許多種子的發(fā)芽能力能保持30-40年，埃及的睡蓮經(jīng)過1000多年，仍有80%的種子具有發(fā)芽能力4.溫度與生物分布（1）極端溫度是限制生物分布的首要因素，生物往往分布于其最適溫度附近。（2）有效積溫足夠完成一個生活周期的地方才能分布。一般：溫度暖和的地區(qū)生物種類多，反之較少。例如我國兩棲類動物：廣西51種，福建41，浙江40，江蘇20，山東、河北各9種，內(nèi)蒙古8種；爬行動物：廣東121，廣西110，海南104，福建101，浙江78，江蘇47，山東、河北小于20，內(nèi)蒙古6種；植物：我國高等植物3萬多種，巴西4萬多種，蘇聯(lián)面積最大，但只有1萬多種。（三）極端溫度對生物的影響1.低溫對生物的傷害冷害：指零上低溫對喜溫生物的傷害凍害：指冰點以下低溫對生物的傷害2.高溫對生物的傷害植物：光合作用下降；呼吸作用加強；水分代謝不平衡；代謝物積累；蛋白質凝固。動物：呼吸作用加強；排泄失調；蛋白質凝固，酶失活；神經(jīng)麻痹。（四）生物對極端溫度的適應1.生物對低溫的適應：保暖、抗凍－－形態(tài)、生理、行為的適應2.生物對高溫的適應：抗輻射、保水、散熱－－形態(tài)、生理、行為的適應（1）形態(tài)上的適應－植物：葉片表面有油類物質，芽具鱗片，體表具蠟粉、植株矮小成匍匐狀、墊狀或蓮坐狀；－動物：增加隔熱層，體形增大，外露部分減小。阿侖規(guī)律(Allen’srule)、貝格曼規(guī)律(Bergmann’srule)1.生物對低溫的適應阿侖規(guī)律(Allen’srule)內(nèi)容：在寒冷地區(qū)生活的哺乳動物的四肢、耳、鼻、尾均有明顯縮短的趨勢。原因：寒冷地區(qū)對哺乳動物的主要生態(tài)問題是保持體溫，軀體突出部分縮短可減少散熱，對動物在環(huán)境中競爭顯然是有利的。阿倫定律貝格曼規(guī)律(Bergmann’srule)內(nèi)容：高緯度的恒溫動物比低緯度的相似種類個體要大，如東北虎大于華南虎。原因：一般認為，動物個體大則相同質量所對應的體表面積就小，對恒溫動物來說在競爭中應付體表散熱所損失的能量相對較少，在進化選擇中是有利的。（2）生理適應－植物：減少細胞中的水分和增加細胞中糖類、脂肪、色素等的濃度以降低冰點，吸收光譜增寬，增加紅外線和可見光的吸收帶（高山和極地植物）－動物：增加產(chǎn)熱，局部異溫（3）行為適應－植物：休眠、后熟－動物：休眠遷移集群2.生物對高溫的適應（1）形態(tài)上的適應植物：密毛、鱗片濾光；體色反光；葉緣向上或暫時折疊，減少輻射傷害；干和莖具厚的木栓層，絕熱。動物：體形變小，外露部分增大；腿長將體抬離地面；背部具厚的脂肪隔熱層。蜥蜴身體壓扁，黑褐色，利于吸收熱量

在低溫下體色黑；

在高溫下體色淺?；认x（2）生理上的適應－－植物：降低細胞含水量，增加糖或鹽濃度，減緩代謝率；蒸騰作用旺盛，降低體溫；反射紅外光。－－動物：放寬恒溫范圍；貯存熱量，減少內(nèi)外溫差。（3）行為上的適應－－植物：關閉氣孔－－動物：休眠，穴居，晝伏夜出等。三、水的作用及生物的適應性（一）水的生理生態(tài)作用（二）植物對水分的生態(tài)適應（三）動物對水分的生態(tài)適應1.水是生物生存的重要條件

—水是生物體的重要組成部分—水是溶劑，能水解和電離化合物，以便生物吸收—水是生物新陳代謝的參與者—水是光合作用的原料

—水分能保持植物的固有姿態(tài)

—水能調節(jié)體溫2.水對動植物生長發(fā)育的影響水對植物的生長也有“三基點”，到最低點，植物生長停止，最高點，植物根系缺氧，爛根；水對動物的影響則表現(xiàn)在引起動物的滯育或休眠。3.水對動植物分布的影響水分與動植物的種類和數(shù)量有密切的關系。雨量充沛的熱帶雨林中植物達52種/hm2，我國大興安嶺則只有10種/hm2。（二）植物對水分的生態(tài)適應1.水生植物對水因子的適應（1）適應方式有發(fā)達的通氣組織;機械組織不發(fā)達或退化;葉片薄而長，以增加光合和吸收營養(yǎng)物質的面積。（2）生態(tài)類型沉水植物：整株沉沒于水下，金魚藻。浮水植物：葉片漂浮于水面，浮萍。挺水植物：植物大部分挺出水面，蘆葦。黑藻金魚藻水蔥2.陸生植物對水因子的適應（1）陸生植物的水平衡調節(jié)機制形態(tài)適應：發(fā)達的根系；葉面??；單子葉植物中一些具扇狀的運動細胞，可使葉面卷曲；具發(fā)達的貯水組織；生理適應：水分運輸?shù)膭恿?，原生質的滲透濃度高。猴面包樹（2）生態(tài)類型

濕生植物：不能長時間耐受缺水。陽性濕生陰性濕生中生植物：濕度適中的環(huán)境。旱生植物：能耐受長時間干旱。少漿植物多漿植物（三）動物對水分的生態(tài)適應1.水生動物水是溶劑，不同類型的水溶解有不同種類和數(shù)量的鹽類水生動物的適應性主要體現(xiàn)在滲透壓調節(jié)與水分平衡（1）海洋動物：等滲：海洋無脊椎動物，如海膽、貽貝。不需調節(jié)。高滲：海月水母、槍烏賊、龍蝦等，以排泄器官排除多余的水。低滲：海洋硬骨魚，大量飲水，以排泄器官和鹽腺排出溶質。

次生水生動物：爬行動物具鹽腺（鼻、側鼻、舌下、圍眶腺），海鳥具鼻腺，海獸排高濃度的尿。（2）淡水動物：均為高滲，排泄器官排稀尿，攝取食物和通過鰓吸收鈉離子以補充溶質。

（3）洄游性魚類：溯河性鮭鱒魚類和降河性鰻鱺。體表滲透性很低，具黏液（鰻鱺）；能改變尿量，淡水中排尿量大，海水中尿量??；鰓在海水中排鹽，淡水中攝鹽；海水中吞飲海水。2.陸生動物（1）失水的主要途徑：皮膚蒸發(fā)、呼吸失水、排泄失水（2）補充水的主要途徑：食物、代謝水、飲水（3）保水機制形態(tài)適應減小皮膚的透水性減少身體的表面蒸發(fā)

減少呼吸失水生理適應減少排泄失水利用代謝水行為適應：晝伏夜出四、土壤的生態(tài)作用及生物的適應（一）土壤的生態(tài)學意義為陸生植物提供基底，為土壤生物提供棲息場所；提供生物生活