环境生态学第二章-生物与环境课件

环境问题的产生及发展环境问题的产生及发展生态学发展简史与发展趋势生态学发展简史与发展趋势环境生态学的内容及发展趋势环境生态学的内容及发展趋势环境的保护和可持续发展环境的保护和可持续发展可持续发展定义及含义可持续发展定义及含义提问提问:环境生态学与生态学的区别环境生态学与生态学的区别?第一章内容回顾第一章内容回顾第二章第二章 生物与环境生物与环境(6(6学时学时)环境及分类环境及分类生物与环境关系的基本原理生物与环境关系的基本原理生物与主要生态因子的相互关系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生态因子作用的一般规律重点：主要环境因子的生态作用和规律重点：主要环境因子的生态作用和规律难点：生态学的基本理论难点：生态学的基本理论7/9/2024 2008 2008 2008 2008年年年年6 6 6 6月月月月5 5 5 5日联合国环境规划署确定日联合国环境规划署确定日联合国环境规划署确定日联合国环境规划署确定世界环境日的主题为世界环境日的主题为世界环境日的主题为世界环境日的主题为“转变传统观念，推转变传统观念，推转变传统观念，推转变传统观念，推行低碳经济行低碳经济行低碳经济行低碳经济”（Kick the habitKick the habitKick the habitKick the habit！Towards Towards Towards Towards a low carbon economya low carbon economya low carbon economya low carbon economy）。）。）。）。2008200820082008年世界环年世界环年世界环年世界环境日中国主题为境日中国主题为境日中国主题为境日中国主题为“绿色奥运与环境友好型绿色奥运与环境友好型绿色奥运与环境友好型绿色奥运与环境友好型社会社会社会社会”，标识为地球和奥运五环。，标识为地球和奥运五环。，标识为地球和奥运五环。，标识为地球和奥运五环。7/9/2024第一节第一节 环境及环境因子环境及环境因子一、环境一、环境环境定义环境定义环境因子环境因子环境可分为自然环境和人工环境两大类。环境可分为自然环境和人工环境两大类。7/9/2024（一）自然环境（一）自然环境 概述概述 1.1.大气圈大气圈 概述概述7/9/20247/9/2024大气的垂直分层，图大气的垂直分层，图2-22-27/9/2024大气的生态作用大气的生态作用:氧对生物的作用氧对生物的作用二氧化碳对生物的作用二氧化碳对生物的作用风对生物的作用风对生物的作用7/9/20247/9/2024 2.2.水圈水圈 水是植物所需营养物质的载体，水中溶解了各种化水是植物所需营养物质的载体，水中溶解了各种化学物质、溶盐、矿质营养和有机营养物质等，为植物生学物质、溶盐、矿质营养和有机营养物质等，为植物生长提供丰富的营养物质。长提供丰富的营养物质。7/9/20243.3.岩石圈岩石圈4.4.土壤圈土壤圈7/9/2024土壤的地域分布土壤的地域分布7/9/20245.5.生物圈生物圈 概述概述7/9/2024 (二二)环境范围环境范围 根据范围大小划分五大类：生物圈、区域根据范围大小划分五大类：生物圈、区域环境、生境、小环境、内环境。环境、生境、小环境、内环境。1.1.生物圈生物圈2.2.区域环境区域环境3.3.生境生境4.4.小环境和内环境小环境和内环境7/9/2024(三三)人工环境人工环境(四）污染的环境四）污染的环境污染环境特征：污染环境特征：（1 1）有毒污染物通过环境介质进入机体产生急性或慢性、）有毒污染物通过环境介质进入机体产生急性或慢性、短期或长期的毒性影响，且影响面大而范围广；（短期或长期的毒性影响，且影响面大而范围广；（2 2）污）污染物一般以浓度低、持续时间长，并以多种毒物同时存染物一般以浓度低、持续时间长，并以多种毒物同时存在、联合作用于人体；（在、联合作用于人体；（3 3）污染物形态发生转化，使污）污染物形态发生转化，使污染物的原有性状和浓度发生变化；（染物的原有性状和浓度发生变化；（4 4）生态系统遭到扰）生态系统遭到扰乱，稳定性降低。乱，稳定性降低。7/9/20247/9/2024二、自然环境基本特征二、自然环境基本特征1 1纬度地带性纬度地带性(热量差异热量差异 )7/9/2024陆地自然带气候类型典型植被典型动物典型土壤热带雨林带热带雨林气候热带雨林猩猩，河马砖红壤热带季雨林带热带季风气候热带季雨林象，孔雀砖红壤性红壤热带草原带热带草原气候热带草原长颈鹿，羚羊燥红土热带荒漠带热带消漠气候热带荒漠袋鼠，沙漠狐荒漠土亚热带常绿硬叶林带地中海气候亚热带常绿硬叶林阿尔卑斯山羊褐土亚热带常绿阔叶林带亚热带季风气候亚热带常绿阔叶林猕猴，灵猫红壤亚热带常绿阔叶林带温带季风和海洋性气候温带草原松鼠，黑熊棕壤，褐土温带草原带温带大陆气候温带草原黄羊、旱獭黑钙土温带荒漠带温带荒漠双峰驼，子午沙鼠荒漠土亚寒带针叶林带亚寒带针叶林气候亚寒带针叶林驼鹿，紫貂灰化土苔原带苔原气候苔原驯鹿，北极狐冰沼土冰原带冰原气候冰雪裸地北极熊，海貂未发育7/9/20242 2垂直地带性垂直地带性3 3经度地带性经度地带性(水分差异）水分差异）东南沿海东南沿海西北内陆西北内陆7/9/2024第二节第二节 地球上的生物地球上的生物一、生命的产生与进化一、生命的产生与进化（一）生物的起源（一）生物的起源恩格斯恩格斯恩格斯恩格斯自然辩证法自然辩证法自然辩证法自然辩证法Miller S L Miller S L Miller S L Miller S L 实验实验实验实验化学进化阶段化学进化阶段化学进化阶段化学进化阶段生物学进化生物学进化生物学进化生物学进化7/9/2024 （二）生物种（二）生物种17171717世纪世纪世纪世纪,Ray,Ray,Ray,Ray植物史植物史植物史植物史定义；定义；定义；定义；MayrMayrMayrMayr E(1963)E(1963)E(1963)E(1963)能实际地或潜在地彼此杂交的能实际地或潜在地彼此杂交的能实际地或潜在地彼此杂交的能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合。种群的集合。种群的集合。种群的集合。生物以个体形式存在；个体的集群生物以个体形式存在；个体的集群生物以个体形式存在；个体的集群生物以个体形式存在；个体的集群-种群。种群。种群。种群。种的性状分类：基因型和表型种的性状分类：基因型和表型种的性状分类：基因型和表型种的性状分类：基因型和表型什么是可塑性？什么是可塑性？什么是可塑性？什么是可塑性？7/9/2024（三）生物的协同进化（三）生物的协同进化1.1.1.1.生物的进化生物的进化生物的进化生物的进化2.2.2.2.生物的协同进化生物的协同进化生物的协同进化生物的协同进化（1 1 1 1）昆虫与植物间的协同进化；）昆虫与植物间的协同进化；）昆虫与植物间的协同进化；）昆虫与植物间的协同进化；（2 2 2 2）大型草食动物与植物的协同进化；）大型草食动物与植物的协同进化；）大型草食动物与植物的协同进化；）大型草食动物与植物的协同进化；（3 3 3 3）互惠共生物种间的协同进化；）互惠共生物种间的协同进化；）互惠共生物种间的协同进化；）互惠共生物种间的协同进化；（4 4 4 4）协同适应系统。）协同适应系统。）协同适应系统。）协同适应系统。7/9/2024二、生物多样性二、生物多样性（一）概念（一）概念生物多样性的意义？生物多样性的意义？四个水平：四个水平：四个水平：四个水平：遗传多样性；物种多样性；遗传多样性；物种多样性；遗传多样性；物种多样性；遗传多样性；物种多样性；生态系统多样性；景观多样性。生态系统多样性；景观多样性。生态系统多样性；景观多样性。生态系统多样性；景观多样性。7/9/2024（二）影响生物多样性的因素（二）影响生物多样性的因素1.1.1.1.物种生物量物种生物量物种生物量物种生物量2.2.2.2.物种的属性物种的属性物种的属性物种的属性3.3.3.3.生物地化循环生物地化循环生物地化循环生物地化循环4.4.4.4.系统的稳定性系统的稳定性系统的稳定性系统的稳定性7/9/2024三、地球自我调节理论三、地球自我调节理论（一）（一）（一）（一）GaiaGaiaGaiaGaia假说的形成与发展假说的形成与发展假说的形成与发展假说的形成与发展英国，英国，英国，英国，Lovelock J ELovelock J ELovelock J ELovelock J E1979197919791979，Gaia:Gaia:Gaia:Gaia:对地球上生命的新认识对地球上生命的新认识对地球上生命的新认识对地球上生命的新认识（二）（二）（二）（二）GaiaGaiaGaiaGaia假说的假说的假说的假说的主要论点主要论点主要论点主要论点7/9/2024第三节第三节 生物对环境的适应生物对环境的适应一、适应一、适应概述概述概述概述自然选择自然选择自然选择自然选择（natural selectionnatural selection）自然选择有哪几种类型？自然选择有哪几种类型？稳定性选择（稳定性选择（steady selectionsteady selection）单向性选择（单向性选择（directional selectiondirectional selection）分裂性选择（分裂性选择（disruptive selectiondisruptive selection）7/9/20247/9/2024适适应应性性改变改变自己自己形成一定特形成一定特性和性状性和性状适应改变适应改变的环境的环境保留有利于保留有利于生物生存和生物生存和繁殖的各种繁殖的各种特征特征充分利用充分利用稳定条件稳定条件下的资源下的资源巩固自身巩固自身的竞争能的竞争能力力7/9/2024趋同适应（趋同适应（convergent adaptationconvergent adaptation）7/9/2024趋异适应（趋异适应（divergence adaptationdivergence adaptation）7/9/2024适应对生物种族的发展有什么意义？适应对生物种族的发展有什么意义？1.1.个体数量的增加；个体数量的增加；2.2.扩大分布区；扩大分布区；3.3.物种的分化。物种的分化。7/9/2024二、形态构造的适应二、形态构造的适应7/9/20247/9/20247/9/2024三、行为适应三、行为适应1 1运动：直线运动和调转运动。运动：直线运动和调转运动。草履虫的趋避运动草履虫的趋避运动刺激因素刺激因素2.2.繁殖繁殖表现：行为、挥发性物质、颜色等。表现：行为、挥发性物质、颜色等。如极乐鸟、园丁鸟。如极乐鸟、园丁鸟。7/9/20243 3迁移和迁徙迁移和迁徙4.4.防御和抗敌防御和抗敌7/9/20241 1生物钟（生物钟（biological clockbiological clock）概念概念太阳花、向日葵等；太阳花、向日葵等；蝶类、蛾类；蝶类、蛾类；光合作用、生长激素。光合作用、生长激素。四、生理适应四、生理适应7/9/20242 2休眠（休眠（dormancydormancy）休眠时的生理表现：休眠时的生理表现：新陈代谢新陈代谢、取食、活动、心跳、呼吸，体温；取食、活动、心跳、呼吸，体温；夏眠（夏蛰）夏眠（夏蛰）：如海参、非洲肺鱼与美洲的肺鱼、如海参、非洲肺鱼与美洲的肺鱼、沙蜥、黄鼠。沙蜥、黄鼠。冬眠（冬蛰）冬眠（冬蛰）：如蛙、蛇、蝙蝠等。如蛙、蛇、蝙蝠等。植物和微生物植物和微生物的的休眠休眠。7/9/2024狭食性动物：狭食性动物：特点特点环境条件环境条件广食性动物：广食性动物：特点特点环境条件环境条件五、营养的适应五、营养的适应7/9/2024第四节第四节 环境因子的生态作用环境因子的生态作用一、环境因子分类一、环境因子分类一、环境因子分类一、环境因子分类1.1.1.1.美国生态学家美国生态学家美国生态学家美国生态学家DaubenmireDaubenmireDaubenmireDaubenmire R F(1947)R F(1947)R F(1947)R F(1947)的分类：的分类：的分类：的分类：3 3 3 3大类和大类和大类和大类和7 7 7 7个项目；个项目；个项目；个项目；2.Gill2.Gill2.Gill2.Gill（1975197519751975）将非生物因素划分为三个层次。）将非生物因素划分为三个层次。）将非生物因素划分为三个层次。）将非生物因素划分为三个层次。3.3.3.3.环境因子所起作用的主体，可分为：气候因子、环境因子所起作用的主体，可分为：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子。土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子。7/9/2024（一）光照强度的生态作用（一）光照强度的生态作用（一）光照强度的生态作用（一）光照强度的生态作用与与与与生物的适应生物的适应生物的适应生物的适应1.1.1.1.光照强度对生物的生长发育和形态建成的光照强度对生物的生长发育和形态建成的光照强度对生物的生长发育和形态建成的光照强度对生物的生长发育和形态建成的作用；作用；作用；作用；2.2.2.2.光照强度与水生生物；光照强度与水生生物；光照强度与水生生物；光照强度与水生生物；3.3.3.3.植物对光照强度的适应。植物对光照强度的适应。植物对光照强度的适应。植物对光照强度的适应。二、光因子的生态作用二、光因子的生态作用7/9/2024光光合合作作用用率率光光合合作作用用率率光光强度强度光光强度强度净生产力净生产力光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用A AB BA AB BA ACPCP光补偿点光补偿点CPCPCPCPa ab bspspspsp光饱和点光饱和点B B光补偿点光补偿点 (compensation point)(compensation point)光饱和点光饱和点(saturate point)(saturate point)植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图(Emberlin,1983)(Emberlin,1983)7/9/2024（二）光因子的生态作用（二）光因子的生态作用光的生态作用有四个重要方面：光的生态作用有四个重要方面：光的生态作用有四个重要方面：光的生态作用有四个重要方面：即生物的能量来源；即生物的能量来源；即生物的能量来源；即生物的能量来源；植物进行光合作用；植物进行光合作用；植物进行光合作用；植物进行光合作用；生物的昼夜周期、季节周期的信号；生物的昼夜周期、季节周期的信号；生物的昼夜周期、季节周期的信号；生物的昼夜周期、季节周期的信号；光污染的危害。光污染的危害。光污染的危害。光污染的危害。7/9/2024（三）生物对光周期的适应（三）生物对光周期的适应1.1.1.1.植物的光周期植物的光周期植物的光周期植物的光周期光周期现象光周期现象美国学者加纳美国学者加纳(Garner)(Garner)与阿拉德与阿拉德(A11ard)(1920)(A11ard)(1920)的烟草实验的烟草实验长日照长日照短日照短日照长日照植物长日照植物长日照植物长日照植物短日照植物短日照植物短日照植物短日照植物7/9/20242.2.2.2.动物的光周期动物的光周期动物的光周期动物的光周期a.a.日周期日周期b.b.月周期月周期c.c.季节周期季节周期7/9/2024三、温度因子的生态作用及生物的适应三、温度因子的生态作用及生物的适应7/9/2024（一）温度对生物生长发育的影响（一）温度对生物生长发育的影响1.1.1.1.温度与生物生长温度与生物生长生物生长的生物生长的“三基点三基点”一般来说，生长在低纬度的生物高温阈值一般来说，生长在低纬度的生物高温阈值偏偏高高，而生长在高纬度的生物低温阈值，而生长在高纬度的生物低温阈值偏低偏低。7/9/20242.2.温度与生物发育温度与生物发育变温变温变温变温对生物的作用对生物的作用对生物的作用对生物的作用低温对植物开花结果的刺激作用低温对植物开花结果的刺激作用低温对植物开花结果的刺激作用低温对植物开花结果的刺激作用春化作用春化作用春化作用春化作用（vernalizationvernalizationvernalizationvernalization）如小麦，苦麻菜如小麦，苦麻菜如小麦，苦麻菜如小麦，苦麻菜 7/9/2024法国学者雷米尔（法国学者雷米尔（ReaumurReaumur，l735l735）提出有效）提出有效积温法则：积温法则：K KN(tN(t一一t t0 0)K K该生物所需的有效积温，它是个常数；该生物所需的有效积温，它是个常数；t t一当地该时期的平均温度，一当地该时期的平均温度，；t t0 0该生物生长活动所需最低临界温度该生物生长活动所需最低临界温度(生物生物零度零度)，；N N天数，天数，d d。7/9/20241.1.低温对生物的影响及生物的适应低温对生物的影响及生物的适应a.a.低温对生物的影响低温对生物的影响 临界温度临界温度低温对生物的伤害：冷害和冻害低温对生物的伤害：冷害和冻害b.b.生物对低温的适应生物对低温的适应 贝格曼贝格曼(Bergman)(Bergman)规律规律阿伦阿伦(A11en)(A11en)规律规律（二）极端温度对生物的影响（二）极端温度对生物的影响7/9/2024a.a.高温对生物的影响高温对生物的影响 植物植物光合作用、呼吸作用光合作用、呼吸作用动物动物酶活性、蛋白质酶活性、蛋白质2.2.高温对生物的影响及生物的适应高温对生物的影响及生物的适应b.b.生物对高温环境的适应生物对高温环境的适应表现在形态、生理和行为表现在形态、生理和行为3 3个方面个方面7/9/2024（三）热污染和热岛效应（三）热污染和热岛效应 热污染（热污染（热污染（热污染（thermal pollutionthermal pollutionthermal pollutionthermal pollution）城市热岛效应城市热岛效应城市热岛效应城市热岛效应 7/9/2024四、水的生态作用四、水的生态作用（一）水因子的生态作用（一）水因子的生态作用（一）水因子的生态作用（一）水因子的生态作用 1.1.1.1.水是生物生存的重要条件水是生物生存的重要条件水是生物生存的重要条件水是生物生存的重要条件2.2.2.2.水对动植物生长发育的影响水对动植物生长发育的影响水对动植物生长发育的影响水对动植物生长发育的影响3.3.3.3.水对动植物数量和分布的影响水对动植物数量和分布的影响7/9/2024（二）生物对水因子的适应（二）生物对水因子的适应1.1.植物对水因子的适应植物对水因子的适应1 1）水生植物）水生植物包括沉水、浮水和挺水植物三种类型。包括沉水、浮水和挺水植物三种类型。7/9/20242 2）陆生植物）陆生植物包括湿生、中生和早生植物三种类型。包括湿生、中生和早生植物三种类型。附生兰附生兰附生兰附生兰灯心草灯心草灯心草灯心草猴猴猴猴面面面面包包包包树树树树瓶瓶瓶瓶子子子子树树树树7/9/20242.2.动物对水因子的适应动物对水因子的适应1 1）水与水生动物）水与水生动物2 2）水与陆生动物）水与陆生动物陆生动物的水分适应包括：陆生动物的水分适应包括：形态结构的适应、形态结构的适应、行为适应行为适应生理适应生理适应7/9/2024五、土壤因子的生态作用及生物的适应五、土壤因子的生态作用及生物的适应1.1.土壤理化性质与植物土壤理化性质与植物2.2.生物对土壤条件的适应生物对土壤条件的适应酸性土植物酸性土植物(pH(pH值值6.5)7.5)7.5)铁芒萁铁芒萁铁芒萁铁芒萁柽柽柽柽柳柳柳柳7/9/2024第五节第五节 生态因子作用的一般规律生态因子作用的一般规律一、生态因子的概念一、生态因子的概念生态因子（生态因子（ecological factorsecological factors）环境因子环境因子生态环境（生态环境（ecological environmentecological environment）生境（生境（habitathabitat）7/9/2024二、生态因子作用的一般特征二、生态因子作用的一般特征1.1.1.1.综合作用综合作用综合作用综合作用7/9/20242.2.主导因子作用主导因子作用主导因子概念主导因子概念光合作用光合作用光强光强主导因子；主导因子；温度和温度和COCO2 2次要因子；次要因子；春化作用春化作用温度温度主导因子；主导因子；湿度和通气湿度和通气次要因子。次要因子。3.3.直接作用和间接作用直接作用和间接作用7/9/20244.4.生态因子的阶段性作用生态因子的阶段性作用光照长短光照长短 春化阶段春化阶段 光周期阶段光周期阶段 大马哈鱼、大马哈鱼、鳗鲡鳗鲡7/9/20245.5.生态因子的不可替代性和补偿作用生态因子的不可替代性和补偿作用不可替代性不可替代性主导因子（水分、温度）主导因子（水分、温度）可补偿性可补偿性光强度不足光强度不足 提高光强提高光强 增加二氧化碳浓度增加二氧化碳浓度7/9/2024三、生态因子的限制性作用三、生态因子的限制性作用1.1.限制因子限制因子概念概念温度、氧气、水分温度、氧气、水分判断：任何一种因子，只要接近或超过生物的判断：任何一种因子，只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。7/9/20242.Liebig2.Liebig最小因子定律最小因子定律（liebigliebigs s law of law of miniumminium)定律的基本内容定律的基本内容李比希定律补充条件：李比希定律补充条件：7/9/20243.3.ShelfordShelford耐性定律耐性定律(ShelfordShelfords s law of tolerance)law of tolerance)（1 1）基本概念）基本概念 耐性定律耐性定律 生态幅生态幅 (ecological amplitude)(ecological amplitude)或生态价或生态价(ecological valence)(ecological valence)7/9/2024种种群群数数量量数量数量很低很低种群种群消失消失种群种群消失消失数量数量很低很低数量数量最高最高不能耐不能耐受区受区生理受生理受抑制抑制生理受生理受抑制抑制不能不能耐受耐受区区最适区最适区 环境梯度环境梯度高高低低耐受性下限耐受性下限耐受性上限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（据生物种的耐受性限度图解（据Smith,1980Smith,1980）7/9/20242）耐性限度的驯化7/9/2024四、生态因子的其他作用方式四、生态因子的其他作用方式1.1.拮抗作用拮抗作用概念概念实例：实例：7/9/20242.2.协同、增强和叠加作用协同、增强和叠加作用（1 1）协同作用）协同作用（2 2）增强作用）增强作用（3 3）叠加作用）叠加作用7/9/20243.3.净化作用净化作用物理净化、化学净化、生物净化物理净化、化学净化、生物净化 1hm1hm1hm1hm2 2 2 2草地每天可以吸收草地每天可以吸收草地每天可以吸收草地每天可以吸收360 kg360 kg360 kg360 kg二氧化碳，放出二氧化碳，放出二氧化碳，放出二氧化碳，放出270 kg270 kg270 kg270 kg氧气，满足氧气，满足氧气，满足氧气，满足360360360360人对氧气的需要。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘人对氧气的需要。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘人对氧气的需要。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘人对氧气的需要。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘11 t11 t11 t11 t，云杉和，云杉和，云杉和，云杉和松林的滞留量为榆树林的松林的滞留量为榆树林的松林的滞留量为榆树林的松林的滞留量为榆树林的3 3 3 3倍左右，倍左右，倍左右，倍左右，1 hm1 hm1 hm1 hm2 2 2 2的栎林每年吸尘量达的栎林每年吸尘量达的栎林每年吸尘量达的栎林每年吸尘量达68 t68 t68 t68 t。7/9/2024复习思考题1.1.大气的生态作用是什么？大气的生态作用是什么？2.2.简述简述热岛效应。热岛效应。热岛效应。热岛效应。3 3.生态因子作用的一般特征？生态因子作用的一般特征？4 4.简述耐受性定律。简述耐受性定律。7/9/2024