《生态学》第2章：个体生态.ppt

第二章 第二章生物与环境目的和要求本章主要阐述生物的环境 环境因子与生态因子的区别 因子的生态作用及生物对环境的适应 了解生物生活的环境 掌握主要环境因子对生物的影响和生物对环境因子的适应方式 第二章生物与环境 第一节环境的概念及其类型第二节生态因子的作用分析第三节生态因子的生态作用及生物的适应 第一节环境的概念及其类型 主要介绍 一 环境与生态因子的概念二 环境以及生态因子的分类三 环境因子与生态因子的联系 环境 一 环境与生态因子的概念1 环境 Environment 环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间 以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和 在生态学中 环境是相对于生物这一主体的 与环境科学中的环境 以人为主体 不同 由于生态学以生物的不同层次为对象进行研究 不同层次的对象对应的环境不同 第一节环境与生态因子 环境的内容 环境这个概念是具体的 又是相对的 在谈到环境时 总要包含特定的主体 其它鲤鱼 非生物因素 虾 水蚤 水草 鱼等异种生物 一条鲤鱼 鲤鱼种群 池塘群落 研究主体 2 生态因子 EcologicalFactor 生态因子是指环境中对生物生长 发育 生殖 行为和分布有直接或者间接影响的环境要素 如温度 湿度 氧气 二氧化碳和其他相关生物等 有人称生态因子的总和为生态环境 Ecotope 在生态学中 将有机体生活和发育不可缺少的生态因子 食物 热 氧气等对于动物 光 CO2和水对于植物 称为生存条件 ExistenseCondition 特定群落的生态因子的总和 无机环境 称为生境 Habitat 第二章生物的环境第一节环境与生态因子一 环境与生态因子的概念 二 环境以及生态因子的分类三 环境因子与生态因子的联系 环境的分类 1 按环境主体 人类环境和环境 以生物为主体 2 按环境性质 自然环境 半自然环境以及人工环境3 按环境范围的大小 宇宙环境 地球环境 区域环境 微环境以及内环境 生态因子分类 二 生态因子的分类 1 属性 非生物因子 AbioticFactor 温度 光 水 pH 氧等理化因子 生物因子 BioticFactor 同种和异种生物 2 性质 气候因子 ClimaticFactor 非生物因子 土地因子 EdaphicFactor 既包含生物因子 又包含非生物因子 生物因子 BioticFactor 生物因子 人为因子 AnthropogenicFactor 生物因子 非周期因子 土壤 种间关系 地心引力 影响数量和分布 不影响发育周期 原初周期性因子 光 温度 固定周期 生物可很好地适应 次生周期性因子 降水 大气湿度 生物量 种内关系 周期不固定 生物适应较差 3因子的稳定性与作用 密度制约因子 DensityDependentFactor 食物 天敌等生物因素 非密度制约因子 DensityIndependentFactor 温度 降水等气候因素 4 对种群数量的影响 第二章生物的环境第一节环境与生态因子一 环境与生态因子的概念二 环境以及生态因子的分类 三 环境因子与生态因子的联系 生态因子是环境因子中对生物起作用的因子 环境因子是生物体外部的全部环境要素 生态因子与环境因子的联系 第二章生物的环境第一节环境与生态因子 第二节生态因子作用分析一 生态因子作用特点二 生态因子的限制性作用第三节生态因子的生态作用及生物的适应一 光因子的生态作用及生物的适应二 温度因子的生态作用及生物的适应三 水因子的生态作用及生物的适应四 土壤因子的生态生态作用及生物的适应 作用特点 三 生态因子作用的几个特点1 综合性 自然界任何生态因子都不是独立的 2 非等价性 主导因子作用 各种生态因子的作用不同 有主导因子和从属因子 3 直接作用与间接作用 坡向对植物类型分布的影响4 阶段性 生物的不同发育阶段 各生态因子的作用不同 5 不可替代性和补偿性 任何生态因子都不可缺少 无法替代 但是 数量的不足可以由其它因子一定程度补偿 一 生物对生态因子的耐受限度1 限制因子 LimitingFactor 在众多的生态 环境 因子中 任何接近或超过某种生物的耐受极限 而阻止其生存 生长 繁殖或扩散的因子 叫做限制因子 生态因子的限制性作用 限制因子的意义 限制因子的意义 由于众多的生态因子的重要性 作用 不同 限制因子作用可能最强大 因此 在生态学研究中 环境分析要集中在可能是限制因子的生态因素上 那些耐受范围窄 在自然界变化幅度大的生态因子 最可能成为限制因子 确定方法 限制因子的确定限制因子的确定 要通过观察 分析和实验相结合的途径 首先进行野外观察和分析 找出可能起限制作用的因子 其次要分析这些因子如何对生物起作用 最后设计室内实验 确定某一因子与生物的定量关系 一般地 实验测定的耐受范围要比野外实际范围宽一点 野外可能还受其它因子的影响 最低因子定律 利比希 JustusLiebig 是19世纪德国的农业化学家 1840年 发现谷物的产量常不是受常量营养物质 N P K等 所限制 而是取决于植物必需的微量元素 B Mg Fe等 植物的生长取决于处在最小量状态的营养成分 被称之为最低因子定律 每种植物都需要一定种类和数量的营养物质 缺乏一种 植物会死亡 一种处在最小量时 生长最少 2 利比希最低因子定律 Liebig slawofminimum 耐受性定律 生态因子不仅处在最小量时可能成为限制因子 过量时也同样可能成为限制因子 美国生态学家谢尔福德 1913 提出了耐受性定律 任何一个生态因子在数量上或质量上的不足或过多 即当其接近或达到某种生物的耐受限度时 就会使该种生物衰退或不能生存 耐受性定律是最低因子定律的进一步发展 表现在 1 考虑了生态因子的上限 2 不仅估计了生态因子量的变化 还估计了生物本身的耐受性问题 3 允许生态因子之间的相互作用 替代和补偿等 3 谢尔福德的耐受性定律 Shelford slawoftolerance 耐受限度的说明 耐受限度的说明 1 生物的耐受范围因发育时期 季节 环境条件 生态因子 的不同而变化 如生长旺盛时 对一些生态因子的耐受性提高 当某一生态因子不是处在最适量时 生物对其它因子的耐受范围可能随之缩小 再如对某一个生态因子耐受范围很宽 对另一个因子又很窄 说明 2 对很多生态因子耐受范围都很宽的生物 分布一般很广 生物对气候因子的耐受范围影响着生物的分布 但是 气候因子只能说明生物不能分布的地区 却不能准确地说明生物将会分布的地区 生物因子也影响分布 说明 3 生物的实际耐受范围 自然界 几乎都比潜在的范围 生理耐受 狭窄 图2 1 这可能是因为 在不利条件影响下 提高了对基础代谢生理调节的代价 生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平 图2 1生物对生态因子的耐受曲线 说明 4 生物的耐受范围一般都有其低限 高限和最适点 如图2 2 但是 对于某一生态因子 在自然界生物常不在最适范围内的地方生活 而在不很适宜的地方生活 这可能是因为其它生态因子起着决定作用 另外 由于种间竞争 常使生物的分布范围偏离最适点 说明 图2 2生物对环境的适应范围 说明 5 繁殖期往往是一个临界期 环境因子最可能在繁殖期中起限制作用 生态幅 4 生态幅 ecologicalamplitute 生态幅是指物种对生态环境适应范围的大小 它常与耐受限度一致 耐受限度越宽 生态幅也越大 然而 二者又是不同的 耐受限度一般是对某一生态因子而言 是从生物本身出发 主要指该种生物的生物学特性 生态幅既指某一生态因子 又指环境条件的综合 是从生态适应角度来谈的 分类 生态学中 根据生物的耐受范围和生态因子的不同 将生物分为 广温性 eurytherm 狭温性 stenotherm 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 广栖性 euryoecious 狭栖性 stenooecious 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度 二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系三 大环境和小环境对生物的不同影响四 生物对生态因子耐受限度的调整五 内稳态和非内稳态生物六 生物保持内稳态的行为机制七 适应组合 相互关系 影响生物耐受性的各种生态因子之间存在着明显的相互作用 例如 温度和湿度对生物适合度 fitness 的影响 二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系 图2 3两个生态因子对生物的相互作用 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系 三 大环境和小环境对生物的不同影响四 生物对生态因子耐受限度的调整五 内稳态和非内稳态生物六 生物保持内稳态的行为机制七 适应组合 大小环境 三 大环境和小环境对生物的不同影响大环境是指地区环境 具有不同气候和植被特点的地理区域 地球环境 包括各圈的全球环境 和宇宙环境 如三北防护林 厄尔尼诺和拉尼娜 太阳黑子等 小环境是指对生物有着直接影响的邻接环境 如生物个体表面的大气环境 土壤环境和动物穴内的小气候等 大环境不仅直接影响小环境 而且对生物体也有直接和间接的影响 小环境直接地影响着生物的生存 生物也直接影响小环境 所以 我们要特别重视在小环境层次上对气候因子进行研究 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系三 大环境和小环境对生物的不同影响 四 生物对生态因子耐受限度的调整五 内稳态和非内稳态生物六 生物保持内稳态的行为机制七 适应组合 调整 一 驯化 acclimation 人工 驯化是指在实验条件下诱发的生理补偿机制 这种生理适应短时间即可完成 相近的名词有 气候驯化 适应 acclima tization 指自然条件下所诱发的生理补偿变化 这种生理适应需较长时间完成 适应 adaptation 指生物在生存竞争中适应环境条件而形成一定性状的现象 这种形态适应需要很长时间 如金鱼在24 和37 5 两种温度条件下长期驯化后 对温度的耐受范围分别为 5 36 和15 41 四 生物对生态因子耐受限度的调整 二 休眠 dormancy 休眠是生物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制 在休眠期 生物对环境条件的耐受范围就会比正常活动时宽的多 如动物学中学习过的动物冬眠 夏眠和日眠 植物种子休眠时代谢率几乎下降到零 三 周期性变化动物的补偿能力表现出明显的周期性变化 如季节性 昼夜变化和热带的干旱 雨季的周期性变化 耐受性的节律变化或对最适条件选择的节律变化大多是由外在因素决定的 少数是由生物本身的内在节律引起的 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系三 大环境和小环境对生物的不同影响四 生物对生态因子耐受限度的调整 五 内稳态和非内稳态生物六 生物保持内稳态的行为机制七 适应组合 内稳态 五 内稳态和非内稳态生物内稳态 homeostasis 是指生物控制自身体内环境 使其保持相对恒定 根据生物对非生物因子的反应或者依据外部条件对生物体内状态的影响 将生物分为 内稳态生物 homeostaticorganism 非内稳态生物 non homeostaticorganism 内稳态生物是广生态幅 广适应性物种 对于温度因子 内稳态生物保持体内恒温 对于湿度因子 表现为广湿性 非内稳态生物则表现为体内环境随外界环境而变化 内稳态机制是生物进化 发展过程中形成的一种更进步的机制 它使生物减少了对外界条件的依赖性 提高了生物对生态因子的耐受范围 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系三 大环境和小环境对生物的不同影响四 生物对生态因子耐受限度的调整五 内稳态和非内稳态生物 六 生物保持内稳态的行为机制七 适应组合 行为机制 六 生物保持内稳态的行为机制生物为保持内稳态 发展了很多复杂的形态和生理适应 如动物的羽和毛起保温隔热作用 高代谢率增加体内产热 但动物最普遍的方法是行为适应 高等植物 叶子和花瓣的昼夜运动和变化 如豆叶的昼挺夜垂 向日葵的花序随太阳的方向转动等 动物 爬行类改变姿势接受太阳辐射 洄游 迁徙 迁移 建造巢穴等 第二章生物的环境第二节生物与环境关系的基本原理一 生物对生态因子的耐受限度二 生物对多种生态因子耐受性之间的相互关系三 大环境和小环境对生物的不同影响四 生物对生态因子耐受限度的调整五 内稳态和非内稳态生物六 生物保持内稳态的行为机制 七 适应组合 适应组合 七 适应组合 adaptivesuites 生物对一组特定环境条件的适应表现出彼此之间的相互关联性 这一整套协同的适应特性就称为适应组合 植物 1 植物的适应组合 以沙漠环境为例 常绿植物表皮增厚 减少气孔数目 形成卷叶等适应干旱环境 对于沙漠环境是不够的 最耐旱的肉质植物将雨季吸收的 大量水分储存在根 茎 叶中 同时它仅在晚间打开气孔 并吸收环境中的CO2 合成有机酸储存在组织中 白天有机酸脱羧将CO2释放出来 供低水平光合作用使用 动物 2 动物的适应组合 以沙漠环境为例 骆驼清晨取食有露水的植物嫩枝叶或多汁的植物获得必需的水分 尿浓缩减少水损失 驼峰和体腔中储存脂肪 代谢时可产生代谢水 白天体温升高减缓吸热过程 晚上散热时 皮下脂肪转移到驼峰中 加快散热 体温变化减少出汗失水 骆驼一次饮水量大 对其它环境的适应的研究参见 比较生理学