普通生物学生物与环境省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章第六章 生物与环境生物与环境 第一节第一节 环境原因及其对生物影响环境原因及其对生物影响一、生物圈（biosphere）生物圈指地球上全部生命和一切适合于生物生存场所，它由大气圈下层、水圈、土壤岩石圈及活动于其中生物组成。人与生物圈计划(Man and Biosphere，简称MAB)第1页长白山长白山 第2页卧龙 第3页鼎湖山第4页二，生物与无机环境（一）光1光对植物影响 是绿色植物进行光合作用能量起源；光同时影响植物形态建成和地理分布（1）植物与光照度关系。阳性植物、阴性植物和耐阴植物（2）植物对光周期反应 长日照植物、短日照植物和中间型植物（3）光对植物形态建成影响 通常将光控制植物生长、发育、分化过程称为光形态建成 第5页肉桂 人参 第6页2光对动物影响（1）光对动物繁殖影响。光（光周期）是开启动物复杂繁殖生理机制“触发器”（trigger），经过眼和脑影响到脑下垂体机能，刺激其前叶分泌促性腺激素，而使生殖功效活跃起来 长日照动物：鼬和许多鸟类等。短日照动物：山羊、绵羊和鹿类等。鼬鹿第7页（2）光对动物迁徙（migration）影响。（3）光对动物换羽、换毛影响。（4）光对昆虫滞育影响。临界光周期（critical photoperiod）（5）光对动物昼夜节律影响。日出性(趋光性)和夜出性(避光性)角马角马 雷鸟第8页（二）温度1最适温度2极端温度对生物影响（1）低温对生物影响。（2）高温对生物影响 3温度对生物发育影响 生物在整个生长发育期或某一发育阶段内，高于一定温度度数以上昼夜温度总和，称为某生物或某发育阶段积温。K=(xxo)Y 4温度对生物分布影响 南极鳕第9页（三）水1水与植物关系 （1）水生植物。是指植物体或多或少淹没于水中植物。沉水植物：比如眼子菜(Potamogeton distinctus)、苦草(Vallisneria spiralis)等。浮水植物：比如浮萍(Lemna)、满江红(Azolla)等。挺水植物：比如睡莲(Nymphaea)、芦苇(Phragmites communis)等。（2）陆生植物。包含湿生、中生和旱生植物三种类型。苦草满江红第10页2水与动物关系（1）陆生动物。对生长发育和生殖力影响：对分布影响：（2）水生动物。水对水生动物影响主要表达在以下三个方面：溶解于水中气体对水生动物影响：溶解盐类对水生动物影响：pH对水生动物影响：鱼感鱼 第11页（四）空气 1空气化学成份 空气主要由N2(78)、O2(21)和C02(0.032)及其它气体所组成。2空气运动。空气运动产生风。风对生物作用，益害参半。（1）风对植物影响。（2）风对动物影响。旗形树亚洲飞蝗 第12页（五）土壤1土壤质地和结构对生物影响 土壤由固体、液体和气体组成，土壤质地和结构直接影响土壤水分、温度、空气和养分情况，因而间接地影响动、植物生活。依据其质地和结构可分为沙土、壤土和粘土三大类。（1）沙土。（2）壤土。具团粒结构，通气透水性能好，保肥能力强，为植物生命活动提供了良好生活条件，适合于绝大多数植物生活。（3）粘土。只适于浅根性植物生长。土壤质地和结构影响土壤动物运动形式。第13页2土壤酸碱度对生物影响 pH67微酸性土壤最有利于植物生长。酸性土植物、碱性土植物和中性土植物。土壤酸碱度对于土栖动物及其分布有很大影响。另外，土壤还是微生物生活最适宜场所，土壤里微生物数量最大，类型最多，是人类利用微生物资源主要起源。第14页沙拐枣碱蓬蜗牛第15页（六）火（七）地形 地形对生物影响通常是与其它因子一起发生作用，地形综合作用对生物分布影响是极其显著。因为地表形态及海拔高度变化，经常引发光、温度、水、土壤等对应地发生改变。三、生物与有机环境（一）种内关系1.种内斗争(intraspecific competition)2.种内协作(intraspecific cooperation)。争夺配偶种内协作第16页（二）种间关系1中性作用（neutralism）。2竞争(competition)。3偏害作用（amensalism）。比如异种抑制作用或他感作用（allelopathy）、抗生作用等。4捕食作用（predation）。5寄生作用（parasitism）。比如人体内绦虫，植物中菟丝子。6偏利作用（sommensalism）。也称共栖(commensalism)，即对一个种有利，对另一个种无影响。比如绿毛龟是丝状绿藻与乌龟共栖结果。7互利共生(mutualism)。即相互作用对两种都有利。比如地衣第17页第18页第二节 种群生态一、种群概念*种群(poulation)是指在一定时间内占据一定空间同一物种(或有机体)集合体，即种群由同种个体组成，它占有一定领域空间，它是同种个体经过种内关系有机地组成一个统一体或系统（system）第19页二、种群基本特征*（一）数量特征1出生率（natality）为单位时间内种群新出生个体数。2死亡率（motality）为单位时间内种群死亡个体数。3迁入和迁出 种群迁移率就是指一定时间内种群迁出数量与迁入数量之差占总体百分率。第20页（二）空间特征 1随机型分布(random distribution)2均匀型分布(uniform distribution)3成群型分布(aggregated distribution)种群空间分布A随机型分布；B成群随机型分布；C均匀型分布；D成群均匀型分布（自Whittaker）第21页（三）遗传特征 遗传特征是指种群含有一定基因组成，是一个基因库。（四）系统特征 种群由同种个体经过种内关系有机地组成一个系统，它以特定生物种群为中心，以作用于该种群全部环境因子为空间边界。三、种群年纪结构(age structure,age distribution）是指种群各年纪级个体生物数目在种群个体总数中所占百分比。四、性别百分比(sex ratio)(sexual structure)性别百分比是指种群中雄性和雌性个体数目标百分比。第22页 种群年纪结构三种基本类型A增加型种群；B稳定型种群；C衰退型种群第23页五、存活曲线(survival curve)表示种群存活率随时间改变过程，是以生物相对年纪（由绝对年纪除以平均寿命而得到）为横坐标，再以各年纪存活率为纵坐标所画曲线。第24页I型：几乎全部个体都能到达生理寿命；型：表示各年纪期死亡率是相等。型：表示幼体死亡率很高，只有极少数个体能活到生理寿命。第25页第三节 生物群落(biotic community)生物群落是指在特定时间聚集在一定地域或生境中全部生物种群集合。依据物种属性，生物群落能够分为植物群落、动物群落和微生物群落。一、生物群落基本特征*（一）物种多样性(species diversity)（二）群落中各个组员在决定群落结构和生态功效上作用不一样。优势种改变将直接造成群落发生改变。物种在群落中地位，以及它与食物和天敌关系称为生态位（niche）。（三）群落与其环境不可分割性第26页（四）群落时间、空间格局(spatial and temporal patterns)分层现象，昼夜相和季节相等。（五）群落结构涣散性和边界含糊性 群落结构普通指群落分层结构和物种组成，随环境 改变而改变，不是致密实体，也不含有清楚边界，而表 现出结构涣散性和 边界含糊性。（六）群落演替(succession)特征 指群落组成结构会伴随时间改变而发生改变。第27页二、群落组成与结构（一）群落组成 群落组成是指群落由哪些生物种类所组成。群落不一样组成成份，在决定整个群落性质和功效上并不含有相同.1优势种(dominant species)普通来说，群落中常有一个或几个生物种群大量控制能流，其数量、大小以及在食物链中地位，强烈影响着其它生物种类栖息环境，这么生物种称为群落优势种。第28页2隶属种(subordinate)群落中除优势种外其它物种称为隶属种。3关键种(key-stone species)一些珍稀、特有、庞大对其它物种含有与生物量不成百分比影响物种，它们在维护生物多样性和生态系统稳定方面起着主要作用。假如它们消失或消弱，整个生态系统就可能要发生根本性改变，这么物种称为关键种。第29页（二）群落结构 群落结构指生物在环境中分布及其与周围环境之间相互作用形成结构，又称为群落格局(pattern)。1群落外貌和生长型 群落形态与结构普通称为群落外貌(physiognomy)；生长型(growth form)反应了植物生活环境条件 2空间结构 （1）垂直结构。（2）水平结构。第30页3时间结构（1）周期改变 日节律：季节节律：（2）演替，即群落在长久历史发展过程中，由一个群落类型转变为另一个群落类型过程。第31页垂直结构水平结构第32页4营养结构（1）食物链(food chain)。食物链指群落中不一样生物种群经过取食与被取食关系而形成营养链锁结构 食草食物链(grazing food chain)：是以绿色植物为起始步骤，经植食动物、肉食动物等取食关系组成食物链；残渣食物链(detritus food chain)：是以死有机体(植物枯枝落叶、动物尸体和排泄物)为起始步骤，经过腐生动物或微生物逐层分解所组成食物链。第33页（2）食物网(food web)。食物网指群落中食物链，经过营养联络，相互交叉，形成错综复杂网状结构。（3）生态金字塔(ecological pyramid)依据物种在食物网中所处营养等级不一样，可将生物种分为生产者、初级消费者、次级消费者、三级消费者等。第34页第35页5群落交织区和边缘效应 群落交织区(ecotone)是指两个或多个不一样群落交界区域，它是一个过渡地带，比如在森林和草原之间出现相互镶嵌过渡地带。因为群落交织区有两个相邻生物群落渗透，因而在群落交织区中既可有相隔群落生物种类，又可有交织区特有生物种类。在群落交织区中生物种类和密度增加现象，叫做边缘效应(edge effect)。第36页边缘效应第37页（三）物种多样性 群落结构简单或复杂，还决定于组成群落生物种类多少、数量是否均匀、各个物种主要性等。物种多样性有各种表示方法。1物种丰富性（species richness）物种丰富性是指群落 中物种数目。2多度（abundance）多度是指群落中生物个体数目标多少，是一个数量上百分比。3密度(density)密度指单位面积上个体数，用公式表示为：D=N/S RD=N/N式中：D为密度；N为样地内某种物种个体数目；S为样地面积；RD为相对密度；N为全部物种个体数目。第38页4主要值(importance value)主要值是用来表示某种植物在群落中作用和地位大小，重要值越大种在群落结构中越主要。用公式表示：主要值=（相对密度+相对频率+相对基部盖度）/300 其中，频率指群落中某种植物出现样方百分率；基部盖度指植物基部茎横截面积。s5Shannon-Wiener指数 H=PilnPi。式中：S为物种数；Pi为第i种个体百分比。i=16均匀度指数 EH/lnS。式中：H为多样性指数；S为物种数。第39页三、生物群落演替（community succession）群落演替又称生态演替（ecological succession），是指群落随时间和空间而发生改变，由一个类型转变为另一种类型生态过程。原生演替（primary succession）次生演替（secondary succession）（一）群落演替普通过程 裸地形成生物侵移、定居及繁殖环境改变物种竞争群落水平上相对稳定和平衡顶极群落(climax community)第40页（二）群落演替机制 群落演替机制有以下三种模型：1促进性模型(facilitation model)2.抑制性模型(inhibition model)3忍耐性模型(tolerance model)第41页（三）群落演替实例 1水生演替系列 常开始于水域和陆地环境交接处。其演替阶段包含：沉水植物期（比如金鱼藻、狐尾藻等）浮水植物期（比如睡莲、菱角、莲等浮叶根生植物）挺水植物期（比如芦苇、香蒲、水葱等直立水生植物）湿地草本 植物期（比如禾本科、莎草科、灯芯草科等湿生草本植 物）陆生植物群落。第42页第43页2旱生演替系列 从环境恶劣岩石表面或沙地开始，其演替阶段包含：地衣植物阶段苔藓植物阶段草本植物阶段灌木植物阶段乔木植物阶段。第44页（二）草地 草地出现在降水量介于荒漠和森林之间区域。优势植物为各类禾草，高、中、低种类都有，形成丛生或草皮。1热带草地（稀树草原）2温带草原 热带草地温带草原 第45页（三）荒漠 此区域降雨量极少，且不稳定，年降雨量少于500 mm，土质极贫瘠。第46页（四）冻原 此区域主要分布在北冰洋和极地冰盖南部与北方针叶林之间，称北极冻原；另外，在高山树线以上也有分布，称高山冻原 第47页高山冻原 第48页（五）水生群落 淡水生物群落海洋生物群落 淡水生物群落海洋生物群落第49页（六）湿地三江国家城市湿地公园 湿地是介于陆地和水域之间过渡带；湿地含有调整水循环和作为栖息地养育丰富生物多样性基本生态功效。国家级洪泽湖湿地湿地自然保护区 第50页第四节 生态系统 生态系统(ecosystem)是指在一定时间和空间内，生物群落与其环境之间因为不停地进行物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动而形成相互联络、相互制约并含有自我调整功效统一整体。一、生态系统组成成份 生态系统是由生物和非生物组成，二者缺一不可（一）生产者（producer）（二）消费者（consumer）1植食性动物 2肉食性动物（三）分解者（四）非生物成份第51页第52页二、生态系统功效（一）物种流动 物种流动（species flow）是指物种在空间位置上流动。这种变动能够是个体，也能够是种群、群落等各种形式。1物种流动对生态系统影响 生态系统内某一物种增加或去除，能够造成系统内其它物种大量灭绝或猛增。物种改变能够改变生态系统发展方向、影响物质循环，甚至改变整个生态系统结构和功效。第53页2物种流动方式 植物借助风、水、动物等将母株上种子向环境传输。动物是靠主动和本身习性进行扩散和移动，称为迁徙（migration）3生物入侵（biological invasion）是指一个生物有机体进入以往未曾分布过地域，并能不停繁衍自己种群过程。第54页（二）能量流动 能量流动(energy flow)是指能量在生态系统中不停传递、转换过程。能量流动以食物链为根本，并在生态系统中形成错综复杂营养关系。1初级生产（primary production）总初级生产量一部分(占50以上)用于本身生命活动，另一部分形成净初级生产量。净初级生产量向三个方面转移：一部分被采食;另一部分以凋谢物形式存在;增加本身重量。第55页2次级生产（secondary production）（1）植物被食草动物采食，贮存在食草动物体内，成为次级生产量。（2）食草动物被食肉动物捕食后，大部分能量消耗在呼吸作用中，只有一小部分能量传给分解者。3生态效率（ecological efficiencies）是指生态系统能量流动过程中不一样营养级上能量之比值，又称传递效率。其效率大约为10，此规律又称Lindeman十分之一定律。第56页（三）物质循环 各种元素在生态系统中间传递，在各营养级间传递并联结起来，就组成了物质流动。在生态系统中，物质即是储存能量载体，又是维持生命基础，物质循环和能量流动总是相伴相随，形影不离。但能量流动是单向流动，最终变成无用热量而消耗掉；而物质流动则是循环不息。第57页1水循环 水循环是最基本物质循环，它强烈地影响着其它物质循环。地球上水运动包含水平运动和垂直运动。水循环主要在地球表面和大气之间经过降水量和蒸发量间相互改变而不停循环(图6-5)。在水循环中，生物（尤其是植物）发挥了巨大作用，比如植物每生产1g初级生产量，差不多要蒸腾500g水，据估算，陆地植物每年蒸腾大约551018g水。第58页第59页2碳循环 有机体干重49都是由碳元素组成。地球上最大量碳是被固定在岩石圈中，其次是在石油和煤（化石燃料）中。碳循环是从绿色植物(生产者)光合作用固定大气中C02开始(图6-6)。第60页 进入生产者、消费者和分解者体内碳:一部分经过呼吸作用以CO2形式释放到大气中；另一部分组成生产者和消费者有机体，待有机体死亡后尸体被分解者分解成CO2、水和无机盐，其中CO2重新返回大气；尸体长久埋在地层中形成化石燃料石油和煤，这些化石燃烧时，产生CO2，再被释放到大气中.第61页 在自然状态下，这些化石中碳要经过很终年代，才能重新进入循环，但人类开发利用促进了它循环。在含碳分子中，CO2、CH4（甲烷）、CO是最主要温室气体，而CO2循环是地球物质循环最主要关键之一。第62页第63页 当前，因为人类活动把大量各种氧化氮输入大气造成空气污染，并将硝酸盐排入水中，引发水域富氧化形成水华和赤潮，这些都是严重生态环境问题。第64页（四）信息传递 在生态系统中，除了物质循环和能量流动外，还有机体之间信息传递，这些信息流把 系统中各个组成部分联成一个整体。信息产 生过程是一个自然过程，物质运动状态和方式改变就是生态系统中信息。从生态系统中信息传递角度来说，可分为以下四种类型：第65页(1)营养信息。经过营养交换形式，把信息从一个个体或种群传递给另一个个体或种群，称为营养信息。生态系统中食物链就是一个经典营养信息。(2)物理信息。物理信息指以物理过程为传递形式信息。在生态系统中能够为生物所接收，并引发行为反应信息，绝大部分是物理信息，比如光信息、热信息、声信息等。第66页 (4)行为信息。行为信息指有些动物能够经过行为方式向其它个体发出某种信息，以表示识别、求偶、威吓、挑战等信息。(3)化学信息。生物在一些特定条件或某个生长发育阶段，分泌或排泄出一些特殊化学物质（比如酶、抗菌素、性诱激素等），这些化学物质对生物不是提供营养，而是在生物个体或种群之间起着某种信息传递作用，比如提供领域信息、性信息、食物信息、报警信息、集合信息等，即组成了化学信息。第67页三、生态系统平衡（一）生态系统平衡内涵 生态系统平衡表现在三个方面：1结构和功效相对稳定：2物质与能量输入和输出靠近平衡。3在外来干扰下，能经过自我调控恢复到原初稳定状态。第68页（二）生态系统稳定性 对于特定生态系统，其稳定性取决于以下条件：系统本身特点：比如进化历史长短、物种数目及其相互作用特征 和强度等。系统受干扰方式：比如干扰性质、大小和连续时间等。预计稳定性指标：抵抗力、恢复力等。系统稳定性普通分为两个成份：抵抗力（resistance）和恢复力（resilience）。第69页（三）生态系统自我调整能力 生态系统是一个控制系统或反馈系统，它含有反馈机能，既当生态系统中某一部分发生改变时，它会引发其它成份出现一系列对应改变，这些改变最终又反过来影响最初发生改变那种成份；也就是说，生态系统能够自动调整和维持本身稳定结构和功效，以保持系统稳定和平衡，生态系统这种能力叫做自我调整能力。第70页（四）影响生态平衡原因1自然原因 包含火山喷发、地震、泥石流、山洪、海啸、雷击火烧等，它可使生态系统在短时间内受到严重破坏，甚至毁灭。2人为原因 包含毁林垦荒、破坏草场、排放有毒物质、修建大型工程、喷洒大量农药、人为引入或毁灭一些生物种等，当这些人为原因所造成环境改变超出一定程度时，就会造成自然生态系统强烈改变，破坏生态平衡。第71页第五节 人与环境 一、自然环境对人类影响（一）人类是自然环境产物 第三纪晚期是古猿繁盛时期，因为气候变冷，森林降低，草原植物向森林进逼，一部分森林古猿开始转为开阔地带地面生活，促使了它们进行直立行走，直立行走又促进了手、足分工，并在与自然环境长久斗争中，学会了用自由手使用工具和制造工具，并学会了劳动技巧，还在劳动过程中逐步产生了语言。当古猿学会劳动和产生语言时，人类就诞生了。第72页（二）自然环境对人种形成影响 人类在生物学上同属一个物种，有着共同祖先。原始人类诞生后，在寻求各种适于生存环境过程中扩展到了世界各地，因为人类各个群体在相当长时期内各自生活在不一样自然地理区域中，彼此地里隔离，经过漫长时期演化，于是便形成了含有不一样体质特征和地理分布特点各种人种类型。第73页(三）自然环境对人口分布影响 自然环境和自然资源是人类生活和生产物质基础。在生产力水平较低下社，人类高度依赖着自然环境和自然资源，自然环境对人类生活和人口分布有着极大制约作用。在自然条件优越、自然资源丰富地域往往人口分布较稠密；而在那些自然条件较差地域，即使人类能够适应，但因劳动生产率低，人口也是难以增殖，所以，这些地域人口较稀少。第74页（四）自然环境对人类健康影响 人类生存需要适宜生存环境，自然环境及其改变能够影响到人体正常生理机能，甚至可能造成对人体健康影响而形成疾病。比如大气污染能够造成各种呼吸系统疾病；环境中缺碘，能够造成地方性甲状腺肿大发生和流行；环境中含氟量过多，可引发氟骨症等。第75页（五）自然环境对人类社会发展影响 自然环境和自然资源差异对人类社会发展含有着主要影响。普通而言，优越自然环境是社会加速发展有利原因，恶劣自然环境则妨碍着社会发展。这种作用在社会发展早期表现得尤为显著。比如，古代文明中心多形成于自然环境优良、自然资源丰富地域，如东亚黄河流域中国、南亚恒河流域印度、北非尼罗河流域埃及等。即使在人类社会高度发展今天，恶劣自然环境、贫乏自然资源仍是社会发展障碍。总之，自然环境对人类生存和发展起着主要作用，然而，伴随人类社会发展，人类对于自然环境影响亦逐步加强。第76页二、人类发展对环境影响（一）人类对环境主观能动作用 人类与动物本质区分在于人类含有主观能动性。人类发展史，也就是人类利用自然、控制自然、改造自然斗争史。在原始社会，人类是自然界采集者和渔猎者 农业时代后，人类由采集者变成了种植者、由渔猎者变成了养殖者创造了农业人工环境；但一些局部环境退化消极影响。到了工业时代，用机器代替手工劳动，人类对自然环境改造给人类社会带来了空前丰富物质财富，但同时也给人类造成了一系列前所未有危机和忧患。第77页（二）人类活动对环境消极作用 1破坏森林 森林是最大陆地生态系统，是维护陆地生态平衡枢纽。历史上，地球上森林面积曾多达76108hm2，到1985年全世界森林面积降低到41.47108hm2，当前，全世界森林面积约为30108hm2，全世界每年砍伐面积600104800104hm2。第78页漳平市永福镇古溪村一万多亩山林 第79页 2土地资源丧失 伴随森林砍伐，土地沙漠化和土地侵蚀日益严重。当前，全世界沙漠化面积达40108hm2，100多个国家受其影响。全世界有3080农田不一样程度地受到盐碱化和水涝灾害危害，因侵蚀而流失土壤每年高达240108t；3淡水资源紧缺，水污染加剧 地球上淡水不足全球水量1。当前，地球上约有20亿人饮用水紧缺，约占世界人口总数40%80个国家和地域严重缺水。工业废水排量和生活污水排量也急剧增加,全世界每年造成65 000108m3水体污染。第80页因沙漠化沙漠化被埋没村庄 无锡太湖污染污染 淮河水污染第81页 4人口激增 人类生存地球环境是有限。人口激增所带来土地、粮食、能源、污染等一系列问题，人口激增已成为造成地球生态环境恶化根本原因。第82页世界人口激增标志之一是每增加10亿人口相隔时间越来越短。在人类漫长发展过程中，人类自起源至发展到10亿人口（1850年），用了约50万年；第二个10亿用了80年（18501930年）；第五个10亿仅用了(1975年1987年7月11日)。2005世界人口到达64.7亿，即每年约自然增加0.8亿人。第83页5大气污染严重 自工业革命以来，全球性温室效应、臭氧层破坏、烟雾事件和酸雨等问题越来越严重。当前，越来越多C02经过燃烧矿物燃料、农业开垦、森林火灾等进入大气，据统计，全世界每年排入环境C02废气达1.5108t。第84页 臭氧层是地球一个保护层，然而，因为人类生产所排放氯氟烃气体、氮氧化物等对臭氧有破坏作用，因而地球臭氧层正在日益消耗。酸雨是因为大气中SO2和CO2在强光照射下进行光化学氧化作用，并和水蒸气结合而成，普通pH5.6雨水成为酸雨，其所含主要是硫酸和硝酸。当前酸雨范围正在不停扩大，酸雨酸度也正在提升，已统计到pH2.1酸雨。第85页