第二章 环境与生物ppt2.ppt

第二章,生物与环境,环境与生态因子,生物与主要生态因子的相互关系,生态因子作用的一般规律,第一节 环境与生态因子,环境概念,生态因子的类型,生态因子的空间分布,一、环境,1,、定义,环境,是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,。,环境是具体的又是相对的。,2,、分类,能量环境,太阳辐射具有两个功能：热能、光能,物质环境,岩石圈和土壤圈、水圈、大气圈 生物圈,人为环境,广义：引种（物种入侵）、驯化、培育、城市,狭义：薄膜育苗,污染环境,赤潮、白色污染、太空垃圾、核泄漏,二、生态因子,1,、定义,生态因子,(ecological factors),：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。,生态因子,是环境中对生物起作用的因子，而,环境因子,则是指生物体外部的全部要素。,2,、生态因子的分类（,5,种）,生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类,生物因子,（,biOtic,factors,）,：有机体（同种和异种）,非生物因子,（,abiotic,factors,）,：温度、光、湿度、,pH,、氧气等,有的学者将生态因子分为五类,气候因子,(climatic factors),、土壤因子,(,edaphic,factors),、地形因子,(topographic factors),、生物因子、人为因子,(anthropogenic factors),Begon,等将非生物因子分为条件和资源两类,条件,：,温度、湿度、,pH,等,资源,：,营养物质、水、辐射能等,Simith,等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子,密度制约因子,(density independent factors),：食物、天敌等生物因子,非密度制约因子,(density dependent factors),：,温度、降水、气候等因子,（蒙恰斯基）,将生态因子 分为稳定因子和变动因子,稳定因子,(steady factors),：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子,变动因子,(variable factors),：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食,重点掌握的分类,：,非生物因子,（,abiotic,factors,）,：,光、温度、水分、土壤、,pH,、氧气等,eg,.,变化规律：光（光照强度、光谱成分、光照时间）,温度（空间、时间）,生物因子,（,biotic factors,）,：,生物的种内和种间关系,3,、生态因子的空间分布,纬度地带性,：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。,太阳辐射量差异,太阳辐射热量带 水分差异植被分带,自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带寒带,植被地带性分布,垂直地带性,：,因,太阳辐射,和,水热状况,随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化,(,干燥空气,-1/100m;,湿润空气,-0.6/100m),。,经度地带性,：,地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。,植被的空间格局,(,据,M.C.Molles,Jr,1999,),第二节 生物与主要生态因子的相互关系,生物与光的关系,生物与温度的关系,生物与水的关系,生物与土壤的关系,生物与光的关系,光强度变化对生物的影响,光质变化对生物的影响,光周期现象,光强的生态作用与生物的适应,（,P19,）课本,p46,植物,光强对植物的生长、发育和繁殖有重要影响。,叶绿素必须在一定光强下才能形成，黑暗条件下出 现黄化现象,花芽开始分化时，光强有利于有机物形成和花发育,光强有利于果实成熟，提高品质,水生植物在水中的分布与光照强度有关。,不同植物对光强的反应不同,陆生植物对不同光照强度的适应产生,阳性植物,和,阴性植物,和,耐阴性植物,。,光,合,作,用,率,光,合,作,用,率,光强度,光强度,净生产力,光合作用,呼吸作用,A,B,A,B,A,CP,光补偿点,CP,CP,a,b,sp,sp,光饱和点,B,光补偿点,(compensation point),光饱和点,(saturate point),：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为,光补偿点；,当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为,光饱和点。,植物的光补偿点示意图,(Emberlin,1983),阳性植物,对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；,阴性植物,对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；,耐阴性植物,对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间,。光合作用率在,光补偿点,附近与光强度成正比，但达,光饱和点,后,不随光强增加。,动物,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。,有实验表明，蚜虫在连续有光或连续无光条件下，多产生无翅个体，在光暗交替条件下，多产生有翅个体。,家养鸡在天冷时不生蛋，但鸡棚挂上灯泡，会继续生蛋，这是光强对生殖器官发育的作用。,光质变化对生物的影响,（,P20),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,动物,不同动物发展不同的色觉。,生物的光周期现象,光周期现象,(,photoperiodism,),：,Garner,等人,(1920),发现明暗交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种生物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。（植物、动物）,植物光周期现象：,-,对繁殖,(,开花,),的影响：分为,长日照植物,和,短日照植物,。,日照超过一定数值才开花的植物称,长日照植物，如小麦、油菜,；短日照短于一定数值才开花的植物称,短日照植物，,一般需要较长的黑暗才能开花,，如苍耳、水稻。,-,光周期对植物的地理分布有较大影响,短日照植物大多原产地是日照时间短的热带、亚热带，若将其栽培在温带、寒带会因光照时间过长而不开花。这对植物引种、育种工作有重要意义。,动物光周期现象,-,对,鸟类等迁徙,影响：在脊椎动物中，鸟类的光周期现象最明,显，由于日照长短的变化是地球上最严格最稳定的周期变,化，所以是生物节律最可靠的信号系统。鸟类在不同年份迁,离某地和到达某地时间相差无几。,-,对繁殖的影响：分为,长日照动物,(long-day animals),和,短日照动物,(short-day animals),：,在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代，称,长日照动物；如雪貂、野兔、刺猬；,相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称,短日照动物，如绵羊、山羊和鹿等。,小结：生物对光的适应,植物对光质的适应：彩色塑料大棚；动物的体色变化。,植物对光强的适应：,阳性植物,和,阴性植物,和,耐阴性植物；,光补偿点、光饱和点,。黄化现象、水果品质、动物对光强的适应昼行性动物和夜行性动物。,植物对光周期现象适应：植物分为,长日照植物,和,短日照植物,。动物光周期现象：,鸟类等迁徙，,繁殖方面分为,长日照动物,和,短日照动物。,生物与温度的关系,温度对生物的作用,(,温度的生态学意义,),极端温度对生物的影响,生物对极端温度的适应,温度对生物的作用（,2,方面）,（,1,）温度与生物生长：温度是最重要生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即,三基点温度,；在最低和最适温度范围内，生物生长的速率与温度成正比；高于最适温度后，蛋白质凝固，酶失活，影响生物正常生长发育。如温度的季节性变化引起植物生长加速和减弱的交替，形成年轮。温度高于最高或低于最低温度，即极端温度，生物受到严重危害甚至死亡。,不同生物的三基点不同，即使同一生物不同发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。,（,2,）温度与生物发育：一方面体现在某些植物需要经过一个低温“,春化,”阶段，才能开花结果，完成生命周期。另一方面反映在最普遍的规律,有效积温法则,上。,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，因此可用公式表示：,K,N,（,T-T,0,）,其中，,K-,总积温（常数）,，,N-,生长发育所需天数，,T-,当地该时期平均温度，,T,0,-,发育起点温度，又称生物零度，,有效积温法则的意义,K,N,（,T-T,0,）,预测生物发生的世代数；,预测生物地理分布的北界；,制定农业气候区划，选择作物种类（山地、平原）；,#,植物保护和防治病虫害（课本,p51,）；,#,应用积温预报农时，合理安排全年农作物种植。,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,，生物因低温而受,寒害,和,冻害,。寒害指温度,0,对喜温生物的伤害，原因是蛋白质合成受阻、代谢紊乱；,冻害指,0,细胞内和细胞间形成冰晶造成损害，此时电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，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、氧供应不足等。,生物对温度的适应,温度因子是决定生物分布的重要生态因子。如苹果不能在热带地区栽培，是由于高温的限制；椰子只能在热带是受低温的限制。,生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理、行为的适应,生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态、生理、行为的适应,生物对低温的适应,形态上的适应,植物：芽具鳞片、体具蜡粉、树皮木栓组织发达、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）。,阿伦规律,(Allens rule):,寒冷地区的内温动物较温暖地区的外露部分（四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，减少散热。,贝格曼规律,(Bergmans rule),:,生活在寒冷气候中的内温动物的身体比温暖气候中的同类个体更大，减少散热的适应。,约旦规律,(Jordans rule),:,鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。,生理上的适应,植物：减少细胞中的水分和增加细胞中糖、脂肪、色素以降低冰点；在冬季叶片变红吸收更多红外线。动物：增加体内产热，维持体温恒定。,行为上的适应,迁移和冬眠休眠等。,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。,仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应,生物与水的关系,水是生物体最需要的一种物质，影响生物的生存和分布。,水的生态作用,水对动植物生长发育的影响,水对动植物数量和分布的影响,生物对水因子的适应,水的生态作用,水是生物体不可缺少的组成成份；,植物体含水量,60-80%,，有的水生生物达,90%,，干旱环境中的地衣苔藓仅,6%,左右。,水是良好溶剂，生物体所有代谢活动的介质；,水有较大的比容，为生物创造稳定的体温和环温；,水的密度,4,最大，使水体不会同时结冰，自上而下。,水对动植物生长发育的影响,水量对植物生长也有三基点，低于最低点，植物萎缩，生长停滞；高于最高点，根系缺氧窒息烂根。,许多动物的周期性繁殖与降雨季节相关，如羚羊的出生时间正好是降雨和植被茂盛期。,水对动植物数量和分布的影响,降水量最大的赤道热带雨林中的植物达,52,种,/hm,2,，降水量少的大兴安岭仅有,10,种,/hm,2,，荒漠更少。,生物对水因子的适应,水生植物对水环境的适应,陆生植物水平衡的调节机制,陆生动物水平衡的调节机制,水生动物水平衡的调节机制,水生植物对水因子的适应,适应方式,为适应缺氧环境，根茎叶形成连贯有发达的通气组织，以保障植物体各部分对氧气的需要,;,叶片薄而长,以增加吸收阳光、无机盐、,CO2,的面积。,生态类型,沉水植物,浮水植物,挺水植物,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：（旱生植物）,发达的根系；叶面小；,陆生植物的生态类型,湿生植物、中生植物、旱生植物,陆生动物的水平衡调节机制,失水的主要途径：,皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水,补充水的主要途径：,食物、饮水,保水机制,减小皮肤的透水性,减少身体的表面蒸发,减少呼吸失水,减少排泄失水,生态类型,喜湿,耐旱,水生动物水平衡的调节机制,动物生活在水中，似乎不存在缺水问题，其实，因水是良好的溶剂，溶有不同种类和数量的盐。,动物体表通常具有渗透压，存在渗透压和水分平衡问题。,生物与土壤的关系,土壤的生态学意义,土壤的理化性质及其对生物的影响,生物的适应,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；,提供植物生长所需的水、热、肥、矿物质、气,-,土壤肥力；,构成土壤生物作用，土壤中生物包括各种菌类、蚯蚓、软体动物、节肢动物等，对土壤有机物分解转化、元素循环有 重要作用，改变土壤物化性质，影响生物生长；,生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。,土壤的理化性质及其对生物的影响,土壤的物理性质及其对生物的影响,土壤由固、液和气组成，根据土粒直径大小可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。其组合百分比称土壤质地（固）；土壤水分,:,旱涝；土壤空气：,CO,2,浓度比大气中高几十到几千倍，,O,2,少。,土壤质地影响植物生长和土壤动物的水平及垂直分布。,-,通气、保水功能；,水分影响土壤动物数量和分布。,植物光合作用所需,CO,2,一半来自土壤，过高会窒息。,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。,盐土对植物的危害：（我国盐土面积大，,NaCl,、,Na,2,SO,4,含量高）,引起植物生理干旱。盐分提高了土壤溶液渗透压，根细胞水分外渗。,引起细胞中毒。体内盐量大会使蛋白质合成受阻，含,N,中间产物积累，细胞中毒。,影响植物正常营养。因,Na,的竞争，减少对,K,、,P,的吸收。,盐土植物的适应,聚盐类植物 能从土壤中吸收大量盐类而不受伤，根部细胞有极高的渗透压。,泌盐类植物 吸进体内的盐分通过茎、叶表面排出体外，被风吹雨淋洗掉。,不透盐植物 几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。,第三节 生态因子作用的一般规律,p65,生态因子作用的特点,生态因子对生物的作用规律,1,、生态因子作用的特点,综合性,非等价性（主导因子作用）,不可替代性和补偿性,直接作用和间接作用,阶段性,限制因子,(limiting factors),定义 在众多生态因子中，必有一种或少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是限制因子。任何接近或超过某种生物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。,特点：耐受范围窄、波动大（不稳定）,意义：,a,、能简化研究生物与环境相互作用的复杂关系；,b,、有助于把握问题的本质，寻找解决问题的关键性因子。,限制因子有什么作用规律？,2,、,生态因子对生物的作用规律,“,李比希最小因子定律”,(,Liebigs,law of minim,）,（,Liebig,1840,德国）,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。,“谢尔福德耐受性定律”,(,Shelfords,law of tolerance),(,美国，,1913)p67,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最高点，在二者之间的范围就称为生态幅。任何生态因子在数量和质量上的不足或过多，都会使该生物衰退或不能生存。,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,生物钟形耐受曲线图解（据,Smith,1980,）,可以解释生物的自然分布规律。不同种类的生物耐受范围不同，地理分布不同；例,p67,、,68,各种生物通常在生殖阶段对生态因子的要求比较严格，耐受范围变窄。,生物对生态因子耐受限度可以调整,。耐受曲线可改变）,例,p68-69,问题：,自然界的动植物都生活在对它们来说是最适宜的地方吗？,自然界的动植物很少能够生活在对它们来说是最适宜的地方，常常由于其他生物的竞争而把它们从最适宜的生境中排挤出去，结果只能生活在它们占有更大竞争优势的地方。如很多沙漠植物。,理论总结（个体生态学理论）,生态因子相互作用理论（作用规律）,生物生长定律（有效积温法则）,最小因子定律和耐受性定律,思考题,1,、你认为引种、外来物种入侵对人类、生态环境会带来什么影响？,2,、光强与植物光合作用率的关系如何？什么是光补偿点和光饱和点？,3,、阐述水、土壤的生态作用。,4,、有效积温法则的内容是什么？在实际生产中有何意义？,5,、生态因子作用特点是什么？,6,、什么是限制因子？作用规律有哪些,?,