环境生态学第1-3章.ppt

第,1,章 绪论,1.,环境问题：由自然因素或人为因素引起的全球或区域范围中不利于人类生存或发展的各种自然现象。,环境问题：,原生环境问题：由自然过程或自然力引起的，又叫第 一环境问题。,次生环境问题：是人类利用环境不当和在人类社会发展中与环境部协调所产生的环境问题，又叫第二环境问题。,第,1,章 绪论,2.,环境问题的产生和发展：,生态环境早期破坏阶段：,近代城市环境问题阶段,:“,水病事件”、“四日市哮喘病事件”、“痛痛病事件”等,全球性环境问题阶段：温室效应、酸雨、臭氧层破坏,全球性环境问题的特点：,4,条,第,1,章 绪论,3.,当前世界面临的全球环境问题：,人口问题：,资源问题：土地、森林、水资源等,环境问题：温室效应、臭氧层、大气污染等,生物多样性减少：,第,1,章 绪论,4.,环境问题的实质：,由于人类活动超过了生态环境系统的承载能力，对其所赖以生存的生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致人类与其生存环境的不协调。,5.,环境科学,：,研究对象,特点,分支学科,第,1,章 绪论,6.,生态学的定义,：是研究生物与其周围环境相互关系的科学。,生态学是研究生物的形态、生理和行为上的适应性的科学,前苏联,-,克什卡洛夫,生态学是研究有机体的分布和多度的科学,澳大利亚,-,安德列沃斯,生态学是研究决定有机体的分布与多度的相互作用的科学,-,加拿大克雷伯斯,生态学是研究生态系统的结构与功能的科学,美国,-,奥德姆,生态学是研究生命系统和环境系统相互关系的科学（马世骏）,第,1,章 绪论,7.,环境生态学的定义,：,研究人为干扰下，生态系统内在的变化机制、规律和对人类的反映效应，寻求受损生态系统的恢复、重建和保护对策的学科。,即用生态学的理论，阐明人与环境间相互作用的机制和效应以解决环境问题的生态途径的科学。,第,1,章 绪论,8.,环境生态学的产生和发展,：,A:,产生：,20,世纪,60,年代,对传统行为和观念的反思,B,：理论发展、完善阶段：,20,世纪,70,年代,引起世界反响的,“,严肃忧虑,”,C,：实际应用阶段：,20,世纪,80,年代,人类对环境问题的挑战,9.,环境生态学的研究内容,：,A:,人为干扰下生态系统结构和功能变化规律,B,：生态系统受损程度的判断,C,：生态系统保护的理论与方法,D,：解决环境问题的生态学途径,第,2,章 生物与环境的生态关系,一、环境与生态因子,1.,环境的概念：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。,2.,环境的功能：提供资源、消纳废物、支持生命系统、文化功能等,3.,环境的特点：整体性、有限性、变动性、稳定性、地域差异性等,第,2,章 生物与环境的生态关系,3.,生态因子的概念：,1,）环境因子：构成环境的各因子,2,）生态因子：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。,3,）生存因子：生态因子中生物生存不可缺少的因子。,4,）生态环境：所有生态因子的综合。,第,2,章 生物与环境的生态关系,4.,生态因子的类型：,1,）气候因子：光、温度、湿度、降水等,2,）土壤因子,：土壤的深度、母质容重、,pH,、盐碱度、肥力等,3,）地形因子：地形的起伏、海拔、坡度等地貌特征,4,）生物因子：竞争、捕食、共生、寄生等,5,）人为因子：开发利用资源,第,2,节 生物与环境相互作用的规律,一、生态因子的作用规律,1.,最小因子定律：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。,2.,限制因子定律：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。,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。,3.,耐性定律：,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或生态价。,耐受性机制：,实际耐性比潜在耐性窄,维持一定的耐性要消耗一定的代谢能,在适应极端环境时，为提高对某一因子的耐性就要牺牲其他因子的耐性,通过内稳定可以提高耐性,休眠可以躲过不利因子间接提高耐性,第,2,节 生物与环境相互作用的规律,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,生态幅：是每个种对环境因子的适应范围的大小。,第,2,节 生物与环境相互作用的规律,第,3,节 光因子与生物的生态关系,1,、光质,光谱成分,380nm,760nm,紫外光,可见光,红外线,1%,40-50%,50-60%,2,、光因子的生态作用,1,）地球上所有生物得以生存与繁衍的最基本的能量源泉,2,）太阳能以化学能形式进入生态系统的唯一途径,3,）食物链的起点,第,3,节 光因子与生物的生态关系,3,、光的强度,1,）光强与形态建成：黄化现象,2,）光强与光合作用。光补偿点：光合作用吸收的,CO,2,和呼吸作用释放的,CO,2,平衡时光照强度。光饱和点：净光合作用趋于稳定时的光照强度。,3,）光强与植物的生态类型：,净生产力,光合作用,呼吸作用,B,A,CP,光补偿点,sp,光饱和点,光,合,作,用,率,光,合,作,用,率,光强度,光强度,A,B,A,CP,CP,a,b,sp,B,植物的光补偿点示意图,第,3,节 光因子与生物的生态关系,第,3,节 光因子与生物的生态关系,适应类型,生境,代表,阳生植物,旷野、路边、森林中的上层乔木，草原及荒漠中的旱生、超旱生植物,高山植物及多数大田作物等均属于此类，如蒲公英、杨、柳、槐、桦、松、杉等,阴生植物,潮湿背阴或密林中的下部，生长季节的生境往往较湿润,苔藓类、部分蕨类、铁杉、红豆杉、亚热带地区山林中的茶树等，很多药用植物如人参、三七等,耐阴植物,叶菜类，一些豆类植物,光强与植物的生态类型,对动物的影响：光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动,第,3,节 光因子与生物的生态关系,4,、,生物的光周期现象：,明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。,长日照植物：日照长度超过一定数值才开花的植物。如小麦、油菜、甜菜、萝卜等。,短日照植物：日照时间短于一定数值才开花的植物。通常在早春或深秋开花。如苍耳、菊花、玉米、大豆等,中间性植物：只要其他条件合适，在什么日照条件下都能开花的植物。如黄瓜、番茄、四季豆等,光质变化对生物的影响,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。,高山植物,对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。,动物,不同动物发展不同的色觉。,第,3,节 光因子与生物的生态关系,第,4,节 温度与生物的生态关系,1.,生物的三基点：,参与生命活动的各种酶都有其最高、最低、最适温度。,1,）不同生物的三基点不同,2,）在一定的温度范围内，生物的生长速度与温度成正比。,3,）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，形成年轮和鳞片。,4,）外温影响动物的生长规模。,2.,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，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。,高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。,第,4,节 温度与生物的生态关系,生物对低温的适应,形态上的适应,植物：,芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；,动物：,增加隔热层，体形增大（,贝格曼规律,），外露部分减小（,阿伦规律,）。,生理上的适应,植物：,减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）；,动物：,超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。,行为上的适应 迁移和冬眠休眠等。,第,4,节 温度与生物的生态关系,生物对高温的适应,形态上的适应,植物：,密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。,动物：,体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。,生理上的适应,植物：,降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。,行为上的适应,植物：,关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。,第,4,节 温度与生物的生态关系,3.,有效积温法则及其意义,有效积温法则：植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，,因此可用公式：,N,T,K,表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：,N(T,C),K,T,C,K,N,，其中，,N,为发育历期，即生长发育所需时间，,T,为发育期间的平均温度，,C,是发育起点温度，又称生物学零度，,K,是总积温（常数）。,第,4,节 温度与生物的生态关系,有效积温法则的意义,:,预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。,第,4,节 温度与生物的生态关系,4,、温周期现象与春化、物候、休眠,昼夜变温形成温周期现象；季节变温形成物候,物候：,植物适应一年中的气候条件的季节性变化，形成与之相应 的生长发育规律。如：春季萌芽 秋季落叶 冬季休眠,春化：,植物必须经过低温过程才能进入生殖期进行花芽分化，这个低温阶段称为,“,春化,”,。如冬小麦、油菜,休眠：,生物为抵御不利环境而处于一种暂不活动的状态。,第,5,节 水与生物的生态关系,1.,水的生物学意义,1,）水是生物体不可缺少的组成成份；,2,）水是生物体所有代谢活动的介质；,3,）水为生物创造稳定的温度环境；,4,）生物起源于水环境。,水生植物对水因子的适应,适应方式,有发达的通气组织,;,机械组织不发达或退化,;,叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。,生态类型,沉水植物,浮水植物,挺水植物,第,5,节 水与生物的生态关系,陆生植物对水因子的适应,陆生植物的水平衡调节机制,形态适应：,发达的根系；,叶面小；,单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；,具发达的贮水组织；,生理适应：,水分运输的动力,原生质的渗透浓度高。,陆生植物的生态类型：,湿生植物、中生植物、旱生植物,第,5,节 水与生物的生态关系,第,5,节 水与生物的生态关系,2.,生物体的水分获得与损失途径,水分的丧失途径,植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。,动物蒸发失水，排泄、分泌失水。,水分获得途径,植物根部吸收，叶面吸收。,动物食物，体表吸收，代谢水。,土壤的生态学意义,为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；,提供生物生活所必须遥矿质元素为水分；,提供植物生长所需的水热肥气；,维持丰富的土壤生物区系；,生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。,第,6,节 土壤与生物的生态关系,第,6,节 土壤与生物的生态关系,（,2,）土壤的物理性质及其对生物的影响,土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，固体占,85,以上，根据土粒的直径大小，可将土粒分为：粗砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，根据土壤质地,可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。,土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的。,第,6,节 土壤与生物的生态关系,（,3,）土壤的化学性质及其对生物的影响,土壤酸碱度：过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。,土壤有机质：植物重要碳源和氮源。,土壤无机元素：植物生长的,13,种重要元素来源,（,7,种大量元素：、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁；,6,种微量元素：锰、锌、铜、钼、硼、氯）,第,7,节 大气与生物的生态关系,（,1,）,大气对植物的影响：,CO,2,时光合作用的主要原料；,2,时生物生命活动所必需的；,SO,2,、,HF,、,CH,2,=,CH,2,、,NH,3,、,O,3,、,Cl,、,HCl,、,Hg,等过量对植物造成危害,（,2,）大气污染物对植物的影响,（,3,）大气运动,风 对生物的影响：输送作用；影响动物的行为活动（捕食、迁移、分布）；风媒；破坏作用（风折、风倒、风拔）,第,8,节 生物对综合环境的生态适应,一、生态适应：生物为了适应环境的变化，从形态、生理、生化等方面做出有利于生存的改变叫做生态适应。,生态适应,趋异适应,生态型,：同中生物适应不同的环境产生了不同的适应称,趋异适应,。趋异适应产生的同种生物的不同基因类群叫,生态型,。,趋同适应,生活型：,不同生物是影响同环境产生了相同的适应称,趋同适应,。趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群称,生活型,。,第,3,章 生物种群,一、种群与种群生态学,1,、生物种群：占据特定空间的同种生物个体的集合群。自然种群三特征：空间、数量、遗传特征。,2,、种群生态学：是以生物种群及其环境为研究对象，主要研究由个体之间相互作用所表现出来的集合群特征和行为，以及这些集合群的结构形成、发展和运动变化规律的生态学分支学科。,目的：调控种群,第,3,章 生物种群,二、种群的特征,1,、种群密度,1,）种群大小,:,一个种群全体的数目多少。,2,）种群的密度,:,单位空间内某一种群的个体数目。种群密度和生物的大小及该生物所处的营养级有关。,3,）粗密度,:,是指单位空间内的个体数（或生物量）。,4,）生态密度,:,是指单位栖息空间（种群实际所占据的有效面积或空间）内的个体数（或生物量）。,5,）相对密度：单位时间内遇见的生物个数；或某时段内，某一物种占据样地的百分比。,第,3,章 生物种群,6,）,影响种群密度的因素：（,1,）环境中可利用的物质和能量的多少；（,2,）种群对物质和能量利用效率的高低；（,3,）生物种群营养级的高低；（,4,）种群本身的生物学特性,7,）,“,饱和点,”,和最适密度：当环境中拥有可利用的物质和能量最丰富、环境条件最适应时，某种群可以达到该环境下的最大密度，这个密度称为,“,饱和点,”,。维持种群最佳状况的密度，称为最适密度。,第,3,章 生物种群,一个种群各个龄级的个体数目与种群个体总体的比例，叫做年龄比例。按从小到大龄级比例绘图，即年龄金字塔，以表示种群的年龄结构分布。,从生态学的角度，种群的年龄结构可以分为三种类型：增长型种群、稳定型种群和 衰退型种群。,3,、年龄结构,:,第,3,章 生物种群,三、种群的出生率与死亡率,1,、出生率：是指种群生产新个体占总个体数的比率。不论新个体是通过生产、孵化、出芽、分裂等哪一种方式，都视为出生。,生理,(,最大,),出生率,:,在理想条件下所能达到的最大出生率。,生态出生率,(,实际出生率,):,在一定时期内，种群在特定条件下实际繁殖的个体数,.,内外因素共同作用影响的结果。,影响出生率的因素,:a.,性成熟速度；,b.,每次产仔数；,c.,每年生殖次数；,d.,生殖年龄的长短。,第,3,章 生物种群,生理死亡率,(,最小死亡率,),：在最适条件下个体因衰老而死亡，其种群死亡率降到最低。,生态死亡率,(,实际死亡率,),：在一定条件下的实际死亡率。许多个体死于各种生物或非生物影响的因素。,出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每,1000,个个体的出生或死亡数来表示。,2,、死亡率：,第,3,章 生物种群,4,、种群生命表与存活曲线,生命表是按种群生长的时间，或按种群的年龄,(,发育阶段,),的程序编制的，系统记述了种群的死亡或生存率和生殖率。是最清楚、最直接地展示种群死亡和存活过程的一览表。,最初用于人寿保险。对研究人口现象和人口的生命过程有重要的意义。,第,3,章 生物种群,5,、环境容纳量：某种群在一生态系统中，即在一个有限的环境中能稳定达到的最大数量（或最大密度）常用,K,表示。,（人口问题）,6,、种群空间发布格局：随机分布、均匀分布、集群分布,第,3,章 生物种群,三、种群数量的动态调节,1,、种群增长的基本理论模型,1,）在无限环境中的指数增长,dN/dt,=,rN,N,t,=N,0,e,rt,N,t,:,t,时刻的种群数量,;,N,0,:,种群起始个体数量,;,e:,自然对数的底,r:,种群的瞬间增长率,适应,:,环境无限；世代重叠；生活史短,无特定繁殖期；在无限环境中的几何增长,;,繁殖速率恒定,第,3,章 生物种群,2,）在有限环境中的罗吉斯特增长,a:,当种群数量,N0,，（,1-N/K,）也,0,，表示环境容纳量,K,未被利用，种群接近于指数增长。,b:,当种群数量,NK,，（,1-N/K,）也,1,，表示环境容纳量,K,全部被利用，种群增长最大潜力不能发挥。,c:,当种群数量,N,由,0,增加到,K,，（,1-N/K,）也由,1,下降为,0,，表示种群的,“,剩余空间,”,在减小，增长能力也在降低。,环境容纳量,:,由环境资源所决定的种群限度,.,即某一环境所能维持的种群数量,.,“,拥挤效应”,:,种群增加一个个体时,瞬时对种群产生一种压力,使种群的实际增长率“,r”,下降一个常数,c.,“S”,型的两个特点：,S,型曲线渐进于环境容纳量，但不会超过。曲线的变化是开始缓慢，以后逐渐加快，以后又逐渐变慢，直到上渐进线。,第,3,章 生物种群,第,3,章 生物种群,2,、种群的数量动态,1,）种群波动：指种群的数量随时间的变化而上下摆动的现象。,2,）种群爆发：具有不规则或周期性波动的生物。,3,）生态入侵：由于人类有意识或无意识地把某种生物带入适宜于其栖息和繁衍的地区，种群不断扩大，分布区逐步稳定地扩展，这种过程称之生态入侵。,4,）种群平衡：,种群较长时间地维持在几乎同一水平上，称之为种群平衡,第,3,章 生物种群,3,、生态对策：生物在长期的进化过程中适应生存的环境并朝一定方向进化的策略就叫生态对策。,r,对策：生物个体小，寿命短，存活率低，但繁殖率（,r,）高，具有较大的扩散能力。如昆虫、细菌、杂草等,K,对策：生物个体大，寿命长，存活率高，扩散能力弱，但竞争能力强，常处于,K(,环境容纳量,),的周围。如乔木、大型食肉动物。,第,3,章 生物种群,四、种间关系,关系类型 关系特点,竞争,(-),彼此互相抑制,捕食,(+-),种群,A,杀死或吃掉种群,B,一些个体,寄生,(+-),种群,A,寄生于种群,B,并有害于后者,中性,(0 0),彼此互不影响,共生,(+),彼此互相有利,专性,互惠,(+),彼此互相有利,兼性,偏利,(+0),对,A,种群有利,对种群,B,无利害,偏害,(-0),对,A,种群有害,对种群,B,无利害,1,、种间互相关系的类型：,第,3,章 生物种群,2,、种间正相互作用：,1,）原始合作：两种生物种群在一起，但二者之间不存在依 赖关系。如：作物间的间种。,2,）偏利共生：共生的两种植物，一方得利但对另一方无害。,3,）互利共生：两种生物种群生活在一起，相互依赖，双方得益，如果离开对方就不能生存。,第,3,章 生物种群,3,、种间负相互作用：,1,）竞争：,生活在同一地区的两个物种,争夺资源和空间,导致双方不利的现象。,竞争一般可分为干扰竞争和利用竞争,.,干扰竞争,:,一种动物借助于行为排斥另一种动物使其得不到资源,.,如,:,红翅鸫和黄头鸫,.,利用竞争,:,一个物种所利用的资源对第二个物种也非常重要,但两个物种并不发生,直接接触,.,如,:,蚂蚁、啮齿动物都以植物种子为食,第,3,章 生物种群,高斯竞争排斥原理,:,两个生态位相同或相似的物种不能在一个稳定的环境中长期共存，其中一个物种最终必将另一个物种排斥掉。,推论,1,：一个稳定的群落中，占据相同生态位的两个物种，其中一个最终被消灭。,推论,2,：一个稳定的群落中，没有任何两个种是直接竞争者,推论,3,：群落是一个生态为分化了的系统。种群之间趋于互补，而不是直接的竞争。,第,3,章 生物种群,2,）捕食：一个物种取食和伤害另一物种的生物种间关系。,狭义捕食,:,动物吃动物；,广义捕食,:,肉食、植食、拟寄生、同种相残,捕食作为一个重要生态学现象的理由,:,a.,限制种群的分布,抑制种群的数量,.,b.,捕食同竞争一样,是影响群落结构的主要生态过程,.,c.,捕食是一个主要的选择压力,生物的很多适应可用捕食者和猎物间的协同进化来说明,.,第,3,章 生物种群,3,）寄生：一个物种从另一物种的体液、组织或已消化物质获取营养并造成对宿主危害生物种间关系。更严格地说，寄生物从较大的诉诸组织中摄取营养物，是一种弱者依附于强者的情况。,4,）偏害作用：对一方有害而另一方无影响的两物种。,化感作用：植物分泌化学物质对其他生物产生抑制。,他感作用：植物对植物,他毒作用：植物对动物,抗毒作用：植物对微生物,