第2章 个体生态学-生物与环境(章节版).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基础生态学部分第二章 生物与环境,2.1,环境、生态因子,2.2,生物与环境的相互作用,2.3,最小因子、限制因子与耐受限度,2,2.1,生态因子,2.1.1,环境（,environments,）,概念：,某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。,内涵：,环境的本质就是生物生存和发展的资源或影响这种资源的因素,尺度效应：,大环境与小环境,3,大环境与小环境,大环境（,macroenvironment,）,：,地区环境、地球环境、宇宙环境；如西双版纳的环境，昆明黑龙潭环境等,小环境（,microenvironment,）,：,直接影响生物生命活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等,环境中的气候（,climate,）,大气候（,macroclimate,）：,大环境,(,地区以上范围,),的气候条件,小气候（,microclimate,）：,小环境的气候条件,4,大环境（全球大气环流和洋流）,5,小气候（小环境）,6,-,生态因子及相关名词,生态因子的分类,生态因子作用特征,2.1.2,生态因子,7,生态因子,：,环境要素中对生物起作用的因子。,生存条件,：,生态因子中生物生存不能缺少的生态因子的总称。,生态环境,：,一定区域所有生态因子的总和。,生境（,habitat,）,：,特定生物个体或群体的栖息地的生态环境。,（,1,）相 关 概 念,8,描述自然环境的手段：气候图解,气候图解,9,（,2,）生态因子的分类,根据性质划分为：,气候因子,：,如温度、水分、光照、风、气压和雷电等,土壤因子,：,如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤,生物等,地形因子,：,如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与,坡度等,生物因子,：,包括动物、植物和微生物之间的各种相互,作用,人为因子,：,人类活动对自然的破坏及对环境的污染,地形因子对气候的影响,11,（2,）生态因子的分类,有无生命特征,：生物因子和非生物因子,对生物种群数量变动的作用,密度制约因子：食物、天敌等生物因子,非密度制约因子：温度、降水等气候因子,稳定性及其作用特点,稳定因子：终年恒定的因子，决定生物的分布，如地心引力、地磁等,变动因子：,周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落,非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等,12,密度制约因子和非密度制约因子,密度制约因子,环境因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子,类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作用导致生物的密度进一步增长；负者导致密度的反馈性降低，有调节种群密度的作用。一般生物因子常为密度制约因子。,非密度制约因子,环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无 关的因子。,13,种群死亡率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密度制约,导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度，随种群密度梯度变化而改变,密度制约因子与非密度制约性因子比较,14,种群出生率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密度制约,导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随种群密度梯度变化而改变；具有调节种群密度作用,密度制约因子与非密度制约性因子比较,15,（,3,）生态因子的作用特征,综合作用,：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约,主导因子作用,：生态因子的非等价,作用的阶段性,：生物发育的不同阶段，需要不同,不可替代性和补偿性,：生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿,直接作用和间接作用,：,直接因子：直接对生物发生影响的生态因子,间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子,生态因子的空间分布特征,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 水分差异植被分带土壤分带,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。如北美大陆和欧亚大陆。,17,2.2,生物与环境的相互作用,2.2.1,环境对生物的作用,环境对生物的决定作用,环境对生物的塑造作用,2.2.2,生物对环境的反作用,生物对环境的适应,生物对环境因子的改变,18,2.2.1,环境对生物的作用,对生物存活的影响,对生物生长、发育的影响,对生殖、繁衍的影响,对生物的数量和分布的影响,对生物的种内、种间关系的影响,19,2.2.2,生物对环境的反作用,（,1,）生物对环境的适应方式,形态的适应,生理的适应,行为的适应,各种适应都有相应的遗传基础,20,生物对生物环境的响应与适应,物种间的相互作用,得利；,表示受损；,0,无明显影响,物种间的协同进化,一个物种在进化上的变化同时改变了与该物种相关的其它物种所承受的选择压力，导致相关物种的改变，反过来又对该物种的变化施以影响的过程。,二个或更多的相互作用的物种，其各自的进化是相互影响的，从而形成了一个相互作用的进化系统，这一机制称为协同进化。,相互作用类型,互利共生,偏利作用,捕食,/,牧食,/,寄生,种间竞争,偏害作用,中性作用,A,B,21,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,案例,1.,胡椒蛾黑化现象,22,100,80,60,300,200,100,Winter smoke,ug/m,3,Percent frequency of,melanic,peppered moths,1960 1970 1980,烟尘实测值,烟尘变化趋势,黑化蛾,变化趋势,随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降,23,夜间降低代谢率,有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量,案例,2.,食物与代谢,24,（,2,）生物对环境因子的改变,森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结,土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和性质,过度放牧导致草场退化,人类活动导致全球环境变化,25,2.3,最小因子、限制因子与耐受限度,2.3.1,利比希最小因子定律,2.3.2,限制因子,2.3.3,耐受限度和生态幅,（,1,）耐受性定律,（,2,）生态幅,3,）耐受限度的调整,26,2.3.1,利比希最小因子定律,(,Liebigs,law of minimum),基本内容,低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。,应用中应注意的问题,定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定状态,注意：生态因子间的替代作用,27,2.3.2,限制因子和限制因子定律,限制因子,(limiting factor),限制因子是对生物的生存、生长、繁殖或扩散等起限制作用的因子,当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子,限制因子定律,(Law of limiting factor),生态因子处于低于生物正常生长所需的最小量和高于生物正常生长所需的最大量时，都对生物具有限制性影响,Blackman,，,1905,，基于利比希最小因子定律,该定律的应用价值,28,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因子。,案例：低温对非洲蜂分布的限制,29,2.3.3,耐受限度与生态幅,（,1,）,Shelford,耐受性定律,(Law of tolerance),任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存,Shelford,，,1913,30,（,2,）,Shelford,耐受性定律的发展,生物对不同生态因子的耐受范围不同，不同年龄、季节、栖息地等同种生物对生态因子的耐受性不同,对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广,个体发育的不同阶段，对生态因子的耐受限度不同,不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同,某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降,31,最适范围,亚适范围,亚适范围,不适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动或数量,生物对环境因子的耐受曲线,耐受曲线（,1,）,32,最适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动强度或数量,生物对环境因子耐受曲线的实际表现,亚适范围,亚适范围,不适范围,耐受曲线（,2,）,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（仿,Smith,1980,）,34,（,3,）生态幅,(ecological amplitude,）,概念,每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点,(,或称耐受性的上限和下限,),之间的范围,类型划分,广温性,(,eurythermal,狭温性,(stenothermal),广水性,(,euryhydric,),狭水性,(,stenohydric,),广盐性,(,euryhaline,),狭盐性,(,stenohaline,),广食性,(,euryphagic,),狭食性,(,stenophagic,),广光性,(,euryphotic,),狭光性,(,stenophotic,),生物对各生态因子耐受性之间的相互关系,对,生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协同作用,生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离,当生物对环境中某一生态因子的适应范围较宽，而对另一种因子的适应范围较窄时，生态幅往往受到后一个生态因子的限制。,生物在不同发育时期对生态因子的耐受限度不同，物种的生态幅往往取决于它临界期的耐受限度。,通常生物繁殖期的生态幅成为其物种的生态幅。,在生态幅中有一最适区，在这个区内生物生理状态最佳，繁殖率最高，数量最多。应当指出的是，自然界中的动物和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。例如，很多沙漠植物在潮湿的气候条件下能够生长得更茂盛，但是它们却只分布在沙漠中，因为只有在那里它们才占有最大的竞争优势。,生物对生态因子耐受限度的调整,驯化,内稳态,适应,40,耐受限度的调整,驯化,自然驯化和人工驯化,生理变化和遗传变化,驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异,生物学意义：适应环境变化能力,内稳态,生物通过控制体内环境,(,体温、糖、氧浓度、体液等,),，使其保持相对稳定性,扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境的限制,41,案例：不同温度下驯化导致耗氧量的差异,200,160,120,80,40,0,10 20 30,温度 ,耗氧量（,ml,g,-1,h,-1,）,5,驯化,25,驯化,不同的植物有不同的驯化能力,图中的,A,是生活于美国西部的内地荒漠的一种灌木，在冬夏均保持光合作用活力。,B,是生活于加里福尼亚沿海凉爽地区（那里的气温很少超过,20,）的一种灌木。,C,是生活于炎热环境种的一种灌木。,它们对于热环境的驯化过程有如右图的反应曲线。,请你思考该图反映了什么？,内稳态,内稳态,(homeostasis):,生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。,如体温、酸碱度、渗透压、生理节律和其他周期性补偿变化,.,调节的目的是使体内生理生化反应达到平衡，而抵抗恶劣环境。,内稳态通过形态、行为和生理适应实现。,大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。,负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）,接受器,（下丘脑）,控制中心,（下丘脑）,效应器,（肾脏）,血液太浓,饮水,血液渗透性上升,口渴反应,血液太稀,失水反应,血液渗透性下降,失水,(仿A.Mackenzie et.Al.,1999),生物为保持内稳态发展了很多复杂的形态和生理适应，但是最简单最普通的方法是借助于行为的适应，例如借助于行为回避不利的环境条件。,在外界条件的一定范围内，动物和植物都能利用各种行为机制使体内保持恒定性。虽然高等植物一般都不能移动位置，但许多植物的叶子和花瓣有昼夜的运动和变化。例如豆叶的昼挺夜垂的变化或睡眠运动、向日葵花序随太阳的方向而徐徐转动等。动物也常利用各种行为使自己保持一个稳定的体温,。,在清晨温度比较低时，沙漠蜥常使身体的侧面迎向太阳，并把身体紧贴在温暖的岩石上，这样就能尽快地使体温上升到最适于活动的水平。随着白天温度逐渐升高，沙漠蜥会改变身体的姿势，抬起头对着太阳使身体迎热面最小，同时趾尖着地把身体抬高使空气能在身体周围流动散热。,适应,适应,(,adapatation,),：,生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。,适应方式（形态、生理、行为的适应）：,形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态,行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌,生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化,营养适应：食性的泛化与特化,适应组合,(adaptive suites):,生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。,如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。,趋同适应和趋异适应,胁迫适应,动物的保护色、警戒色与拟态,A,树皮纺织娘,(,Bark katydid),B,枭蝶,(Owl butterfly),C,枯叶蝶,(,Leaflike,insect,(,Anaea,),D,捕食花螳螂,(Predatory flower mantis),E,蛙鱼,(Frog fish),A,B,D,E,C,(自M.C.Molles,Jr,1999),仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应,趋同适应和趋异适应,生活型,生态型,生活型和趋同适应,趋同,(,convergence),适应,：,生活关系很远甚至完全不同的两个类群，长期生活于相似的环境中，表现相似的外部特征，据哟一相同或相近的生态位。由这种方式形成的生物适应类型称,生活型,。,如植物中的仙人掌科和大戟科植物；动物中海兽的鳍和鱼鳍；蝙蝠的前肢和鸟的翅膀。,生活型,：生物对生活条件长期适应而在外貌上反映出来的植物或动物的生态类型。同一生活型的种类，不仅形态相似，适应特点也相似。,辐射适应（趋异适应）和生态型,辐射,(radiation),适应,：,同一生物长期生活在不同条件下，可能适应各自的环境而出现不同的形态结构和生理特性。由这种方式形成的生物适应类型称,生态型,。,生态型与分类学中亚种的联系与区别：亚种是分类学上的概念，是在长期的历史进化进程中的，具有不同的地理分布，由形态学上的明显差异；生态型则是生态学上的概念，是适应生态环境的结果，在形态上可能有区别，也可能没有一个亚种可能只包含一个生态型，也可能包含几个生态型。,故,生态型,(ecotype),定义为：,一个遗传上没有区别，局限在特定栖息地内的亚种群。,55,本 章 小 结,生态因子的类型及作用特点,环境对生物的生态作用,生物对环境的适应方式,生物对生态因子的响应模型,规律：,最小因子定律，限制因子定律，耐受性定律,应用分析方法：,耐受曲线，生态幅，“三基点”,56,本章主要概念,环境、大环境，小环境，生境，生态环境，生态因子、密度制约因子，非密度制约因子，生物因子，非生物因子，最小因子、限制因子、耐受性，生态幅、驯化、内稳态,57,思考题,1.,如何根据工作的需要对生态因子进行分类？,2.,生态因子作用有什么特点？,3.,生物与环境的关系包括哪些方面？,3.,如何分析生态因子作用的规律？,4.,内稳态生物和非内稳态生物在适应环境的方式、能力上有何差异？内稳态生物是如何保持其稳态机制的？,58,建议读物,1,、孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如,.2002.,基础生态学,.,高等教学出版社,6-61,2,、孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编,.1992.,普通生态学,.,高等教育出版社,11-51,3,、李博主编,.1999.,生态学,.,高等教育出版社,10-42,4,、,Walter,Larcher,(,翟志席，郭玉等译,),，,1997.,植物生理生态学,.,中国农业大学出版社,.,59,本章结束,谢 谢！,欢迎提出宝贵意见！,