第2章 生物与环境

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,*,第二章 生物与环境,1,生物种的概念,17世纪，J.Ray 形态相似的个体之集合,1753年，C.Linna 创立了种的双命名法,1963年，E.Mayr“能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合,物种是由内在因素生殖、生理、生态和行为联系起来的个体的集合，是自然界中的一个根本进化单位和功能单位。,2,、环境的概念及其类型,1、环境的概念,1环境Environment:主体以外、围绕主体，构成主体生存条件的各种要素的总和，包括自然的、社会的要素。大小范围、具体、相对,2环境因子(Environment factors):构成环境的各种要素。,生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量的交换。一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存在。,2,、环境类型,1按主体：人人类环境：环境科学,生物生物环境：生态科学生物体以外,2按性质：自然环境、半自然环境、社会环境,3按范围：,宇宙环境,space:,大气层以外的宇宙空间。太阳辐射、黑子、月、日引力等。,地球环境,global,：,大气圈中对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈。,区域环境,regional,：,占有某一特定地域空间的自然环境、陆地、海洋。,微环境,micro-environment:,区域环境中，由于某一个或几个圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境，如群落的镶嵌。,内环境,inter environment,：,生物体内组织或细胞间的环境。,3,、环境因子分类,1R.F.Daubenmire 1947,3,大类：,气候、土壤、生物,7,小类：,土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物因子,2Dajoz,1972,按生物有机体对环境的反响和适应性分：,第一性周期因子、次生性周期因子及非周期因子。,3Gill 1975,第一层：植物生长所必需光、水分,第二层：不以植被是否存在而发生风暴,第三层：存在与发生受植被所影响，又反作用与植被,放牧、火烧等,1,、生态因子,生态因子Ecological Factors:环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。是环境因子的一局部。,所有生态因子构成生态环境。,特定的生物特定的生态因子组合,2,、生活因子,生活因子life factors：生物生存不可缺少的生态因子。所有生活因子构成生存条件。,生境,habitat,：,具体生物个体或群落生活地段上的生态环境。,3 生态因子作用分析,3,、生态因子分类,1非生物因子、生物因子,2气候、地形、土壤、生物、人为、火,3Smith,1935：密度制约因子、非密度制约因子,4蒙恬斯基1958：稳定因子、变动因子周期性变动、非周期性变动,5直接生态因子、间接生态因子,4,、生态因子作用的一般规律,综合作用,主导因子作用,生活因子的不可替代性和可补偿性,生态因子作用的阶段性,直接和间接作用,限制性作用,1综合作用,自然不存在孤立的生态因子，也不存在单一因子构成的生态环境。生态因子间总是互相促进、相互制约，任何单一因子的变化必将引起其它因子的变化，如光强土壤温度、空气湿度、水分平衡、气温等植物生长。,2主导因子作用,生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因子。,主导因子是随时间、空间变化而变化的。,如沼泽水分,林地生产力粘磐层,3生活因子的不可替代性和可补偿性,生活因子同等重要，不可或缺，具不可替代性或同等重要性。,同时，在一定条件下，某一因子量的缺乏，可由其它因子的增加或增强而得到补偿，仍可获得相同的生态效应。即为可补偿性。,4生态因子作用的阶段性,不同年龄阶段或发育阶段有不同需求，不同阶段同样生态因子或期组合的生态作用不同,。,5直接性与间接性,间接因子通过直接因子表达，如地形因子属间接因子,5、生态因子的限制作用,1840年农业化学家J.Liebig在研究营养元素与植物生长的关系时发现，植物生长并非经常受到大量需要的自然界中丰富的营养物质如水和CO2的限制，而是受到一些需要量小的微量元素如硼的影响。因此他提出“植物的生长取决于那些处于最少量因素的营养元素，后人称之为Liebig最小因子定律。,1限制因子limiting factors：限制生物生长和生存繁殖的任何因子，称为生态因子。,2Liebigs law of minimum(1840)：植物的生长取决于处于最小量状况的食物的量。,1973建议做两点补充：a.只适用于稳定状态，能量、物质处于平衡态时才适用；b.要考虑生态因子的可补偿性。,3Shelfords law of tolerance(1913),1Shelfords law of tolerance(1913):生态因子的量的过多或过少都会限制生物的生长、发育。即为耐性定律。,2生态幅ecological amplitude：每一个物种对环境因子适应范围的大小。,fitness,optimum,minimum,maximum,广适eury-、窄适steno-:stenophagic,euryphagic,stenothermal,eurythermal,低窄、高窄：如冷窄适、热窄适,耐受下限,生理紧张带,不能耐受带,最适值,适宜范围,生理紧张带,不能耐受带,耐受上限,3 关于耐性定律的补充说明：,I),生物可能对某一因子耐受范围很宽，而对另一生态因子又很窄。,II对很多生态因子耐受范围都很广，分布一般很广。,III当某一生态因子不是处于最适状态时，对其它因子的适应性可能随之下降。,IV在自然界生物并不在某一特定生态因子最适合的地方生活，而往往在很不适合的地方生活，在这种情况下，一定有其它的生态因子起决定作用。,V繁殖期往往是临界期。,4生物内稳态及耐性限度的调整,内稳态homeostasis：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。内稳态通过生理或行为的调整来实现的。如恒温动物、合欢的昼开夜合。内稳态是提高耐性限度的一种重要机制，但不能完全摆脱环境制约。,根据生物体内状态对外界环境的反响可分为内稳态生物和非内稳态生物。,体内酶系统作用的条件,内稳态生物,homeostasis species,非内稳态生物,Non-homeostasis species,体内,体外,耐性限度的驯化：,内稳态机制外另一种调整生物耐性限度的方法。,驯化过程是通过酶系统的调整来实现的，因为酶系统只能在特定的环境范围内起作用，并决定着生物的代谢速率与耐性限度，驯化即体内酶系统的改变过程。,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,趋同适应和趋异适应,趋同适应：,亲缘关系很远甚至完全不同的类型，长期生活在相似的环境中，表现出相似的外部特征，具有相同或相近的生态位。,趋异适应：,同种类的生物在相同或相似的环境条件下，通过变异选择形成不同的形态或生理特征及不同的适应方式或途径,趋同适应和趋异适应说明生物与环境协同进化。,趋同适应和趋异适应,生活型：,不同种类的植物之间或动物之间由于趋同适应而在形态、生理及适应方式等方面表现出相似的类型。,生态型：,同种生物由于趋异适应而在形态、生理及适应方式等方面表现出不同的类型。,生态位,生态位(niche)与栖息地(habitat),生态位有机体在环境中占据的地位；,栖息地有机体所处的物理环境。,超体积生态位(hypovolume),生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。,根底生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche),物种理论上占据的生态位空间称根底生态位；,实际占有的生态位空间称实际生态位。,第四节 生态因子的生态作用及生物的适应,一、,光的生态作用及生物的适应,光是最根本的能量来源。光强、光质、周期性对生物的生长发育、地理分布有深刻的影响，生物对光也有极其多样的适应性。,1、光强的生态作用及生物的适应,1光强对生物的生长发育和形态建成有重要的作用,种子萌发、茎的生长等：抑制、促进，不同植物反响不同。,干形、冠形、叶片结构等。如阳生叶、阴生叶的形态差异。林中树木与光照条件,蚜虫：连续无光照那么多无翅个体。,2光照强度与水生植物,补偿点透光带 动植物的垂直分布。,3 植物对光强的适应,植物耐荫性shade tolerance：,植物对环境郁闭度的敏感程度。用植物在低上方光照和剧烈竞争上的生存能力来衡量。,阳性植物sun plant:全光照,阴性植物scioplant:1/10-1/50,耐荫植物shade plant:400mm森林、=1 森林=10 积温，r:同期降水量。,(0.16：淮河流域=1,K1.5干旱、半干旱。,3生态作用,生存条件、生长发育、数量分布,地理替代现象：树种对水分需求不同，水条件不同的相邻地区，常可见到一些地理替代种。米槠滇栲等。,三、,水因子的生态作用及生物的适应,2、植物对水因子的适应,1植物对水分的需要：植物在维持正常生理活动过程中，所吸收和消耗的水分数量。主要用于蒸腾作用。,蒸腾强度不能反映水分利用程度。,植物需水量蒸腾系数：生产1g干物质所需的水量。,栽培植物：300-700g水，乔木：170-340g 水。,2植物对水分的要求：,植物对土壤湿度或水分状况的生态适应性。,适应类型：,水生植物沉水、浮水、挺水,陆生植物湿生、中生、旱生,3、动物对水因子的适应,形态适应：两栖类皮肤、昆虫几丁质体壁,行为适应：沙漠动物昼伏夜出,生理适应：骆驼,4、森林与水分条件,森林有重要的修养水源、保持水土作用,1减少地表径流；2减少洪枯比；,3减少雨水冲击力；4改善土壤结构，提高蓄水力。,1、生态作用,1母岩、土层厚度的影响,母岩土壤性质：砂、页岩：酸性；石灰岩：中碱性；流纹岩：强酸性,土层厚度：水分、养分含量、根系分布,2物理性质的影响,质地：土壤矿质颗粒的相对含量。粘粒对土壤养分有重要影响。,结构：土壤颗粒的排列状况。团粒状、片状、粒状、块状、柱状等。,水分、养分、空气根系发育及呼吸作用。,3化学性质,营养元素：,大量元素C、N、O、P等；微量元素Be、Mn、Zn、Mo等。,土壤肥力：土壤及时满足生物对水、肥、气、热要求的生力。阳离子含量、盐基饱和度等；耐瘠土树种、喜肥土树种、中等土树种。,土壤酸碱度pH：土壤溶液的反响森林土壤多呈酸性。影响种子萌发、幼苗生长；矿质养分有效性酸性：Ca、P少，Fe、Al多；微生物及生化过程；,4土壤微生物：有机质矿化、腐殖质化、有机碳、生长素、维生素、氨基酸；毒害物质、反硝化作用、生物固氮根瘤、菌根,四、,土壤因子的生态作用及生物的适应,2、植物对土壤因子的适应,形成各种以土壤为主导因子的植物生态类型。,PH：酸性土、盐碱土盐