生态学生物与环境幻灯片.ppt

生态学生物与环境第1页，共63页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 环境概述环境概述 一、环境与生境一、环境与生境 1 1环境（环境（environmentenvironment）1.1 1.1 环境概念：环境概念：生态学中的环境概念是指生态系统中生物生态学中的环境概念是指生态系统中生物有机体周围一切要素的总和。有机体周围一切要素的总和。l环境本质：环境本质：是生物生存和发展的资源及其影响因素是生物生存和发展的资源及其影响因素l尺度效应：尺度效应：大环境与小环境大环境与小环境大环境大环境(macro-environment):(macro-environment):地区环境、地球环境地区环境、地球环境 如西双版纳的环境，黄河三角洲的环境等。如西双版纳的环境，黄河三角洲的环境等。小环境小环境(micro-environment):(micro-environment):直接影响生物生命活动的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。近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等。第2页，共63页，编辑于2022年，星期日大环境（全球大气环流和洋流）大环境（全球大气环流和洋流）第3页，共63页，编辑于2022年，星期日小环境（小气候）第4页，共63页，编辑于2022年，星期日1.2 1.2 环境的类型环境的类型l按主体分按主体分:人类环境和生物环境人类环境和生物环境l按性质分按性质分:自然环境、半自然环境、社会环境自然环境、半自然环境、社会环境l按范围分按范围分:地球环境、区域环境、微环境、内环境地球环境、区域环境、微环境、内环境l按气候按气候（climateclimate）分分:大气候大气候:大环境的气候条件大环境的气候条件,是指离地面是指离地面1.5m1.5m以上的气候。以上的气候。小环境小环境:小环境的气候条件小环境的气候条件(小范围内的特定栖息地小范围内的特定栖息地),),是指近地面大气层中是指近地面大气层中1.5m1.5m以内的以内的气候。气候。2 2生境生境(habitat)(habitat)生境又称栖息地，具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下生境又称栖息地，具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称为生境。的次生环境统称为生境。第5页，共63页，编辑于2022年，星期日二、生物的能量环境二、生物的能量环境 R生命生存必需的能量生命生存必需的能量太阳辐射太阳辐射 主要来自太阳辐射，太阳产生的能量以电磁波主要来自太阳辐射，太阳产生的能量以电磁波 的形式向周围辐射。的形式向周围辐射。太阳常数：太阳常数：地球表面在太阳直射、没有大气圈地球表面在太阳直射、没有大气圈 的条件下，获得的太阳能为的条件下，获得的太阳能为8.12J/cm8.12J/cm2 2minmin。实际平均只有实际平均只有47%47%左右到达地面左右到达地面。R太阳辐射功能太阳辐射功能 热能：热能：加热地球表面，引起空气和水的流动加热地球表面，引起空气和水的流动 光能：光能：绿色植物转化为化学能绿色植物转化为化学能第6页，共63页，编辑于2022年，星期日1.1 1.1 光照强度光照强度:在地球表面有空间和时间的变化规律在地球表面有空间和时间的变化规律u空间变化：纬度、海拔高度、地形、坡向空间变化：纬度、海拔高度、地形、坡向?纬度变化：纬度变化：光照强度在赤道最大；随着纬度的增加，太阳光照强度在赤道最大；随着纬度的增加，太阳 高度变低，光照强度相应减弱。高度变低，光照强度相应减弱。?海拔变化：海拔变化：光照强度随着海拔高度的升高而增强，因为海光照强度随着海拔高度的升高而增强，因为海 拔高度越高，空气密度越稀薄。拔高度越高，空气密度越稀薄。?坡向和坡度变化：坡向和坡度变化：北半球温带地区太阳位置偏南，南坡北半球温带地区太阳位置偏南，南坡 所接受的光照比平地多所接受的光照比平地多;反之反之,北坡就比较少。北坡就比较少。u时间变化：有四季变化和昼夜变化时间变化：有四季变化和昼夜变化 夏季光照最强，冬季最弱；夏季光照最强，冬季最弱；中午光照最强，早晚最弱。中午光照最强，早晚最弱。1.1.光的变化规律光的变化规律第7页，共63页，编辑于2022年，星期日1.2 1.2 光谱成分光谱成分 大气层对太阳辐射的吸收和散射具有选择性大气层对太阳辐射的吸收和散射具有选择性,太阳辐射通过大太阳辐射通过大气后气后,强度减弱强度减弱,光谱成分发生了变化光谱成分发生了变化.太阳高度太阳高度:太阳高度升高太阳高度升高,紫外线和可见光所占比紫外线和可见光所占比 例增大例增大;反之高度变小反之高度变小,长波光增加。长波光增加。纬度：纬度：低纬度处短波光多，高纬度长光波多低纬度处短波光多，高纬度长光波多海拔：海拔：随海拔升高长波光减少，短光波随之增多随海拔升高长波光减少，短光波随之增多时间：时间：夏季短光波多夏季短光波多,冬季长光波多；冬季长光波多；中午短光波多，早晚长光波多。中午短光波多，早晚长光波多。备注：太阳高度:太阳光线与地平面之间的夹角，全称太阳高度角，简称太阳高度。第8页，共63页，编辑于2022年，星期日1.3 1.3 光照长度光照长度 日照长度随纬度变化而进行不同的周期性变化。日照长度随纬度变化而进行不同的周期性变化。纬度越低，最长日和最短日光照差距越纬度越低，最长日和最短日光照差距越 小，如赤道地区分别都是小，如赤道地区分别都是1212小时。小时。随着纬度的增加，最长日和最短日的差距随着纬度的增加，最长日和最短日的差距 越来越大。越来越大。纬度越高日照长短的变化越明显纬度越高日照长短的变化越明显第9页，共63页，编辑于2022年，星期日2.1 2.1 空间变化空间变化纬向变化纬向变化：纬度每增加纬度每增加1 1度，年均温度大约降低度，年均温度大约降低0.50.5。原因：原因：低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，昼夜长短差低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，昼夜长短差异小，太阳辐射量的季节分配比较均匀。在北半球随着纬度北移，异小，太阳辐射量的季节分配比较均匀。在北半球随着纬度北移，太阳辐射量减少，温度逐渐降低。太阳辐射量减少，温度逐渐降低。海拔变化：海拔变化：通常海拔每升高通常海拔每升高100m100m，平均温度降低，平均温度降低0.5-0.60.5-0.6，相当于纬度北移，相当于纬度北移1 1度。度。原因：原因：海拔高的地方，空气稀薄，水蒸气和海拔高的地方，空气稀薄，水蒸气和CO2CO2含量低，地面的辐含量低，地面的辐射散热量大，所以尽管太阳辐射较强，温度还是较低。射散热量大，所以尽管太阳辐射较强，温度还是较低。2 2温度的变化规律温度的变化规律第10页，共63页，编辑于2022年，星期日2.2 2.2 温度的时间变化温度的时间变化 季节变化：季节变化：地球绕太阳的公转是一年四季温度变化的原因。根据气候地球绕太阳的公转是一年四季温度变化的原因。根据气候的冷暖、昼夜长短的节律，一年分为春、夏、秋、冬四季（平均温度的冷暖、昼夜长短的节律，一年分为春、夏、秋、冬四季（平均温度10-2210-22为春秋季，为春秋季，1010以下为冬季，以下为冬季，2222以上为夏季）。四季长短以上为夏季）。四季长短受纬度、海拔高度、海陆位置、地形、大气环流等因素的影响，各地受纬度、海拔高度、海陆位置、地形、大气环流等因素的影响，各地差异较大。差异较大。昼夜变化：昼夜变化：地球的自转引起的。日出后温度逐步上升，一般地球的自转引起的。日出后温度逐步上升，一般在在13-1413-14点达到最高值，以后逐渐下降，直到日出前降至最点达到最高值，以后逐渐下降，直到日出前降至最低值。此外，纬度高、海拔高以及远离海洋，昼夜温差也大。低值。此外，纬度高、海拔高以及远离海洋，昼夜温差也大。第11页，共63页，编辑于2022年，星期日2.3 2.3 土壤和水体中的温度变化土壤和水体中的温度变化 土温变化土温变化白天土壤表面受热后，热量从表土向深层输送；白天土壤表面受热后，热量从表土向深层输送；夜间土表冷却后，热量从深层向表层流动夜间土表冷却后，热量从深层向表层流动;土壤温度的变化比大气要缓慢且稳定，所以冬暖夏凉。土壤温度的变化比大气要缓慢且稳定，所以冬暖夏凉。水体温度变化：水体温度变化：光线穿过水体时，辐射强度随深度的增加呈对数值光线穿过水体时，辐射强度随深度的增加呈对数值下降，因此下降，因此太阳辐射增温仅限于水体最上层太阳辐射增温仅限于水体最上层。第12页，共63页，编辑于2022年，星期日三、生物的物质环境三、生物的物质环境 1 1岩石圈和土壤圈：岩石圈和土壤圈：是生物所需要的元素和化合物的源泉是生物所需要的元素和化合物的源泉 岩石圈是指地球的地壳部分，常称为大陆圈。地表岩石经风岩石圈是指地球的地壳部分，常称为大陆圈。地表岩石经风吹、日晒和雨林，逐步风化分解成为母质，经过化学和生物的共吹、日晒和雨林，逐步风化分解成为母质，经过化学和生物的共同作用，形成了土壤层，即土壤圈。同作用，形成了土壤层，即土壤圈。2 2水圈：水圈：水圈包括占地球表面水圈包括占地球表面71%71%的海洋、内陆水域和地下水，是生命的海洋、内陆水域和地下水，是生命诞生的摇篮。诞生的摇篮。水的总量约为水的总量约为1.4101.4101818m3m3，其中淡水仅占，其中淡水仅占2.53%2.53%，人类可以直接利，人类可以直接利用的江河湖泊淡水和地下淡水仅占总量的用的江河湖泊淡水和地下淡水仅占总量的0.77%0.77%。水体中溶解有各种无机。水体中溶解有各种无机的和有机的营养物质，以及溶解在水中的的和有机的营养物质，以及溶解在水中的CO2CO2和和O2O2，为生物的分布提供了，为生物的分布提供了物质基础。物质基础。第13页，共63页，编辑于2022年，星期日3 3大气圈大气圈 大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层，大气大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层，大气质量的质量的99%99%集中在离地表集中在离地表29km29km之内。之内。根据温度变化划分为四层：对流层（约根据温度变化划分为四层：对流层（约10-20km10-20km）、平流层）、平流层(对流层对流层以上直到大约以上直到大约50km50km的气层的气层)、中间层（从平流层顶约至、中间层（从平流层顶约至80km80km处是中间层）处是中间层）和电离层。和电离层。4 4生物圈生物圈 生物圈是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总生物圈是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成的。生称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成的。生物圈最显著的特点是有大量的生物存在。物圈最显著的特点是有大量的生物存在。第14页，共63页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 生态因子及其作用生态因子及其作用 环境因子：环境因子：构成环境的各要素称为环境因子。构成环境的各要素称为环境因子。生态因子：生态因子：指环境中对生物的生长，发育，生指环境中对生物的生长，发育，生 殖，行为和分布有直接或间接影响殖，行为和分布有直接或间接影响 的环境因子，称为生态因子。的环境因子，称为生态因子。如光如光 照、温度、水分、食物和其他相关照、温度、水分、食物和其他相关 生物等。生物等。生存因子：生存因子：生态因子中生物生存不可缺少的因生态因子中生物生存不可缺少的因 子称为生物的生存因子子称为生物的生存因子=生存条件生存条件=生活条件生活条件第15页，共63页，编辑于2022年，星期日一、生态因子的分类一、生态因子的分类按其性质按其性质气候因子：气候因子：光、温度、水分、空气等光、温度、水分、空气等土壤因子：土壤因子：土壤结构、理化性质、土壤肥力和土壤生物土壤结构、理化性质、土壤肥力和土壤生物地形因子：地形因子：坡向、地形起伏、高度等坡向、地形起伏、高度等生物因子：生物因子：种群结构、密度、竞争、捕食、共生、寄生种群结构、密度、竞争、捕食、共生、寄生人为因子：人为因子：人类活动人类活动按有无生命的特征按有无生命的特征生物因子生物因子非生物因子非生物因子按生态因子的稳定性及其作用特点按生态因子的稳定性及其作用特点稳定因子：稳定因子：地心引力、地磁、太阳辐射常数等地心引力、地磁、太阳辐射常数等变动因子变动因子（周期性变动因子周期性变动因子如四季变化和潮汐涨落；如四季变化和潮汐涨落；非周期性变动因子非周期性变动因子如降雨、捕食）如降雨、捕食）第16页，共63页，编辑于2022年，星期日一、生态因子的分类一、生态因子的分类 按对种群数量变动按对种群数量变动密度制约因子密度制约因子对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。有调节种群密对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。有调节种群密度的作用，如食物、天敌等生物因子。度的作用，如食物、天敌等生物因子。正密度制约因子正密度制约因子：导致生物的密度进一步增长导致生物的密度进一步增长负密度制约因子负密度制约因子：导致密度的反馈性降低导致密度的反馈性降低非密度制约因子非密度制约因子生态因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子，生态因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子，如温度、气候等。如温度、气候等。第17页，共63页，编辑于2022年，星期日种群密度种群密度密度制约密度制约(负负)非密度制约非密度制约逆逆密度制约（正）密度制约（正）导致种群死亡率变化的环境因子作用于导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度种群的强度,随种群密度梯度变化而改变随种群密度梯度变化而改变种种群群死死亡亡率率密度制约因子与非密度制约性因子比较密度制约因子与非密度制约性因子比较第18页，共63页，编辑于2022年，星期日种种群群出出生生率率种群密度梯度种群密度梯度密度制约（负）密度制约（负）非密度制约非密度制约密度制约（正）密度制约（正）导致种群出生率变化的环境因子作用于种群的强度随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种群密度梯度变化而改变;具有调节种群密度作用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密度制约因子与非密度制约性因子比较第19页，共63页，编辑于2022年，星期日二、生态因子的作用特征二、生态因子的作用特征1.1.综合性作用综合性作用 生态因子是相互影响、相互制约中起作用的。例如光照强度的变生态因子是相互影响、相互制约中起作用的。例如光照强度的变化必然会引起大气和土壤温度和湿度的改变。化必然会引起大气和土壤温度和湿度的改变。2.2.非等价性作用非等价性作用/主导因子作用主导因子作用对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1-21-2个是起主要个是起主要作用的主导因子。如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段作用的主导因子。如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。的低温因子就是主导因子。第20页，共63页，编辑于2022年，星期日3.3.不可替代性和补偿性作用不可替代性和补偿性作用 生态因子虽非等价，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。生态因子虽非等价，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。但某一因子的数量不足，可以由其他因子来补偿。例如光照不足但某一因子的数量不足，可以由其他因子来补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由所引起的光合作用的下降可由CO2CO2浓度的增加得到补偿。浓度的增加得到补偿。4.4.阶段性和限制性作用阶段性和限制性作用生物在生长发育的不同阶段需要不同的生态因子或生态因子生物在生长发育的不同阶段需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。但在其后的生长阶段则是有害的。对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用的关键性对生物的生长、发育、繁殖、数量和分布起限制作用的关键性因子叫限制因子。因子叫限制因子。5.5.直接作用和间接作用直接作用和间接作用二、生态因子的作用特征二、生态因子的作用特征第21页，共63页，编辑于2022年，星期日三、生物与环境的相互作用三、生物与环境的相互作用（一）环境对生物的作用（一）环境对生物的作用1.1.环境对生物的作用方式环境对生物的作用方式环境对生物的决定作用环境对生物的决定作用环境对生物的塑造作用环境对生物的塑造作用2.2.对生物存活的影响对生物存活的影响对生物生长、发育的影响对生物生长、发育的影响对生殖、繁衍的影响对生殖、繁衍的影响 对生物的数量和分布的影响对生物的数量和分布的影响对生物的种内、种间关系的影响对生物的种内、种间关系的影响第22页，共63页，编辑于2022年，星期日1.1.生物对环境的适应方式生物对环境的适应方式l形态的适应形态的适应l生理的适应生理的适应l行为的适应行为的适应各种适应都有相应的遗传基础各种适应都有相应的遗传基础（二）生物对环境的反作用（二）生物对环境的反作用第23页，共63页，编辑于2022年，星期日物种间的相互作用物种间的相互作用 得利；得利；表示受损；表示受损；0 无明显影响无明显影响物种间的协同进化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。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。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AB生物对生物环境的响应与适应生物对生物环境的响应与适应第24页，共63页，编辑于2022年，星期日胡椒蛾胡椒蛾黑化胡椒蛾个体黑化胡椒蛾个体案例案例1.1.胡椒蛾黑化现象胡椒蛾黑化现象第25页，共63页，编辑于2022年，星期日1008060300200100Winter smoke,ug/m3Percent frequency ofmelanic peppered moths1960 1970 1980烟尘实测值烟尘实测值烟尘变化趋势烟尘变化趋势黑化蛾黑化蛾变化趋势变化趋势随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降第26页，共63页，编辑于2022年，星期日夜间降低代谢率夜间降低代谢率有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量案例案例2.2.食物与代谢食物与代谢第27页，共63页，编辑于2022年，星期日四、生态因子的基本规律四、生态因子的基本规律1.1.最小因子定律最小因子定律(Liebigs law of minimum)德国农业化学家德国农业化学家J.Liebig(J.Liebig(利比希利比希):):植物的生长取决于那些处于最少量植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。状态的营养元素。E.P.OdumE.P.Odum对对LiebigLiebig定律的补充：定律的补充：一是一是LiebigLiebig定律只能严格地适用于稳定状态，定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡时才适用；二是要考虑因子间的替代即能量和物质的流入和流出是处于平衡时才适用；二是要考虑因子间的替代作用。作用。1.1.最小因子定律的内涵最小因子定律的内涵:1.1.生物需要一定种类和数量的营养物，若其中一种营养物数量很少或完全生物需要一定种类和数量的营养物，若其中一种营养物数量很少或完全缺失，生物生长不良或不能生存。缺失，生物生长不良或不能生存。2.2.低于某种生物的最小需要量的生态因子，成为该生物生存和分低于某种生物的最小需要量的生态因子，成为该生物生存和分布的限制因子。布的限制因子。应用价值应用价值:预测生物分布范围、引种、植物栽培等预测生物分布范围、引种、植物栽培等第28页，共63页，编辑于2022年，星期日南北较高纬度地区的南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩一步向高纬度范围扩散的限制因子。散的限制因子。案案例例：低低温温对对非非洲洲蜂蜂分分布布的的限限制制第29页，共63页，编辑于2022年，星期日2.2.耐受限度与生态幅耐受限度与生态幅2.1 2.1 谢尔福德耐受定律（谢尔福德耐受定律（Shelfords law of toleranceShelfords law of tolerance）美国生态学家美国生态学家V.E.ShelfordV.E.Shelford提出：提出：任何一个生态因子在数量上或质量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会使该种上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物将衰退或不能生存生物将衰退或不能生存。对耐受性定律的补充和发展对耐受性定律的补充和发展:每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异生物在个体发育阶段中生物在个体发育阶段中,对生态因子的耐受限度不同对生态因子的耐受限度不同不同的生物种不同的生物种,对同一生态因子的耐受性是不同的对同一生态因子的耐受性是不同的对多个生态因子耐受范围宽的生物对多个生态因子耐受范围宽的生物,其分布区一般很广其分布区一般很广生物对某一生态因子处于非最适状态时，对其他因子的耐受限度也下生物对某一生态因子处于非最适状态时，对其他因子的耐受限度也下降。降。四、生态因子的基本规律四、生态因子的基本规律第30页，共63页，编辑于2022年，星期日最最适适范范围围亚亚适适范范围围亚亚适适范范围围不不适适范范围围不不适适范范围围不能生存不能生存因子梯度因子梯度渐增渐增生生命命活活动动或或数数量量生物对环境因子的耐受曲线生物对环境因子的耐受曲线耐受曲线（耐受曲线（1 1）四、生态因子的基本规律四、生态因子的基本规律第31页，共63页，编辑于2022年，星期日耐受曲线（耐受曲线（2 2）四、生态因子的基本规律四、生态因子的基本规律最最适适范范围围不不适适范范围围不能生存不能生存因子梯度因子梯度渐增渐增生生命命活活动动强强度度或或数数量量生物对环境因子耐受曲线的实际表现生物对环境因子耐受曲线的实际表现亚亚适适范范围围亚亚适适范范围围不不适适范范围围第32页，共63页，编辑于2022年，星期日四、生态因子的基本规律四、生态因子的基本规律2.2 2.2 生态幅生态幅(ecological amplitude(ecological amplitude）(生态价生态价)1.1.生态幅：生态幅：每一种生物对某一种生态因子都有一个耐受范围，即每一种生物对某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(或称耐受或称耐受性的上限和下限性的上限和下限)之间的范围。之间的范围。生态幅的类型生态幅的类型广温性广温性(eurythermal)狭温性狭温性(stenothermal)广水性广水性(euryhydric)狭水性狭水性(stenohydric)广盐性广盐性(euryhaline)狭盐性狭盐性(stenohaline)广食性广食性(euryphagic)狭食性狭食性(stenophagic)广光性广光性(euryphotic)狭光性狭光性(stenophotic)2.2.耐性的变化耐性的变化:耐性的差异；自然进化下耐性的变化；耐性的差异；自然进化下耐性的变化；耐性的人为改变。耐性的人为改变。应用价值应用价值:动物驯化、植物引种和内稳态的调控动物驯化、植物引种和内稳态的调控第33页，共63页，编辑于2022年，星期日第34页，共63页，编辑于2022年，星期日 第三节第三节 生态因子对生物的作用及生物的适应生态因子对生物的作用及生物的适应 一、光的生态作用与生物的适应一、光的生态作用与生物的适应1.1.光强的生态作用与生物的适应光强的生态作用与生物的适应1.1 1.1 光照强度与植物光照强度与植物阳性植物阳性植物:在强光下才能生长发育良好如松、杉、柏及栎在强光下才能生长发育良好如松、杉、柏及栎。阴性植物阴性植物:需要在较弱的光照条件下生长需要在较弱的光照条件下生长如蕨类、苔藓类如蕨类、苔藓类 中性植物中性植物:对光照具有较广的适应能力对光照具有较广的适应能力,又称耐阴植物又称耐阴植物1.2 1.2 光照强度与动物光照强度与动物昼行性动物昼行性动物:适应于白天活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶适应于白天活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶.夜行性动物夜行性动物:适应于夜晚，如猫头鹰、蝙蝠、家鼠、蛾类适应于夜晚，如猫头鹰、蝙蝠、家鼠、蛾类晨昏性动物晨昏性动物:适应于早晨黄昏的弱光下活动如蚊等适应于早晨黄昏的弱光下活动如蚊等 一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。如田鼠等。第35页，共63页，编辑于2022年，星期日第36页，共63页，编辑于2022年，星期日2.1 2.1 光质与植物光质与植物太阳辐射光谱主要由短波、可见光和红外线组成太阳辐射光谱主要由短波、可见光和红外线组成 植物的光合作用只能利用植物的光合作用只能利用可见光可见光(400-760nm)(400-760nm)，这部分辐射通，这部分辐射通 常称为生理有效辐射常称为生理有效辐射,约占总辐射的约占总辐射的40-50%40-50%。可见光中可见光中红、橙光红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分是被叶绿素吸收最多的成分,其次其次是蓝、紫是蓝、紫 光光;绿光很少被吸收绿光很少被吸收,又称绿光为生理无效光。又称绿光为生理无效光。长波光长波光(红光红光)有促进延长生长的作用有促进延长生长的作用,短波光短波光(蓝紫光、紫外蓝紫光、紫外 线线)有利于花青素的形成有利于花青素的形成,并抑制茎的伸长。并抑制茎的伸长。红光红光有利于碳水化合物的合成，有利于碳水化合物的合成，蓝光蓝光有利于蛋白质的合成。有利于蛋白质的合成。蓝紫光和紫外线蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光 性更敏感。性更敏感。2 2光质的生态作用与生物的适应光质的生态作用与生物的适应第37页，共63页，编辑于2022年，星期日叶绿素的吸收光谱叶绿素的吸收光谱2.2 2.2 光质与动物光质与动物 大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光,大致在大致在250-700nm250-700nm之间之间,看得见紫外光。许多昆虫对紫外光有趋光性，看得见紫外光。许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。第38页，共63页，编辑于2022年，星期日3 3光照长度与生物的光周期现象光照长度与生物的光周期现象3.1 3.1 植物的光周期现象植物的光周期现象:根据对日照长度的反应类型分为根据对日照长度的反应类型分为R长日照植物长日照植物:日照时间长于一定数值日照时间长于一定数值(一般一般1414小时以上小时以上)才能开花才能开花 的植物的植物,如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等。如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等。R短日照植物短日照植物:日照时间短于一定数值日照时间短于一定数值(一般一般1414小时以上的黑暗小时以上的黑暗)才能开花的植物才能开花的植物,如水稻、棉花、大豆和烟草等。如水稻、棉花、大豆和烟草等。R中日照植物中日照植物:开花要求昼夜长短接近开花要求昼夜长短接近(12(12小时左右小时左右),),如甘蔗等。如甘蔗等。R中间型植物中间型植物:在任何日照条件下都能开花的植物是中间型植物在任何日照条件下都能开花的植物是中间型植物,如番茄、黄瓜和辣椒等。如番茄、黄瓜和辣椒等。短日照植物大多数原产地是日照时间短热带、亚热短日照植物大多数原产地是日照时间短热带、亚热 带带;长日照植物大多数原产于温带和寒带长日照植物大多数原产于温带和寒带.3.2 3.2 动物的光周期现象动物的光周期现象 繁殖的光周期现象繁殖的光周期现象;动物迁徙的光周期现象动物迁徙的光周期现象 第39页，共63页，编辑于2022年，星期日二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 1.1.温度与动物类型温度与动物类型 当考察有机体和环境温度相互关系时，通常可将有机体划当考察有机体和环境温度相互关系时，通常可将有机体划分为分为“温血动物温血动物”和和“冷血动物冷血动物”。常温动物：常温动物：当环境温度升高时，常温动物维持大致恒定当环境温度升高时，常温动物维持大致恒定 的体温。的体温。变温动物：变温动物：当环境温度升高时，变温动物的体温随环境当环境温度升高时，变温动物的体温随环境 温度而变化。温度而变化。外温动物：外温动物：依赖外部的热源，如鱼类、两栖类和爬行类依赖外部的热源，如鱼类、两栖类和爬行类内温动物：内温动物：通过自己体内氧化代谢产热来调节体温，如通过自己体内氧化代谢产热来调节体温，如 鸟兽。鸟兽。第40页，共63页，编辑于2022年，星期日二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 2.2.生物对温度的反应生物对温度的反应2.1 2.1 温度阈温度阈 在一定的温度范围内，生物的生长速度与温度成正比，生在一定的温度范围内，生物的生长速度与温度成正比，生物学常用温度系数表示温度对生物生长或生化反应速度的影响物学常用温度系数表示温度对生物生长或生化反应速度的影响强度，即温度每升高强度，即温度每升高1010，生长或反应速度均加的倍数。，生长或反应速度均加的倍数。冻害：冻害：由于细胞内冰晶形成的损伤效应，使原生质膜发由于细胞内冰晶形成的损伤效应，使原生质膜发 生破裂，蛋白质失活或变性，这种损伤称冻害。生破裂，蛋白质失活或变性，这种损伤称冻害。冷害：冷害：指喜温生物在指喜温生物在00以上的条件下受害或死亡，它以上的条件下受害或死亡，它 可能是通过破坏了膜结构造成的，它是喜温生可能是通过破坏了膜结构造成的，它是喜温生 物向北方引种和扩张分布区的主要障碍。物向北方引种和扩张分布区的主要障碍。第41页，共63页，编辑于2022年，星期日二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 2.2 2.2 生物发育和生长速度生物发育和生长速度“三基点三基点”温度温度:最低温度、最适温度，最高温度称为酶活性的最低温度、最适温度，最高温度称为酶活性的“三基点三基点”温度，生物的生长与温度的关系也服从温度，生物的生长与温度的关系也服从“三基点三基点”温度。温度。发育阈温度：发育阈温度：发育生长是在一定的温度范围上才开始的，低于这个温发育生长是在一定的温度范围上才开始的，低于这个温度，生物不发育，这个温度称为发育阈温度，或者称度，生物不发育，这个温度称为发育阈温度，或者称生物学零度生物学零度(biological zero)(biological zero)。有效积温法则有效积温法则:植物和外温动物的发育速率在发育阈温度以上呈线性植物和外温动物的发育速率在发育阈温度以上呈线性增加，而且各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。称有效积温。增加，而且各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。称有效积温。第42页，共63页，编辑于2022年，星期日二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 2.3 2.3 有效积温法则有效积温法则 K=N(T-C)K=N(T-C)或或 T=C+K/N=C+KV T=C+K/N=C+KV 式中，式中，K K为有效积温，为有效积温，N N为发育历期即生长发育所需时间，为发育历期即生长发育所需时间，T T为发育期间的平均温度，为发育期间的平均温度，C C为生物发育起点温度（生物零度）为生物发育起点温度（生物零度）。发育速率。发育速率V V为发育时间的倒数为发育时间的倒数(1/N)(1/N)。有效积温法则不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变有效积温法则不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变温动物。在生产实践中，有效积温可作为农业规划、引种、作物布温动物。在生产实践中，有效积温可作为农业规划、引种、作物布局和预测农时的重要依据，可以用来预测一个地区某种害虫可能发局和预测农时的重要依据，可以用来预测一个地区某种害虫可能发生的时期和世代数以及害虫的分布区危害等。生的时期和世代数以及害虫的分布区危害等。第43页，共63页，编辑于2022年，星期日生物发育和生长速度生物发育和生长速度第44页，共63页，编辑于2022年，星期日2.4 2.4 驯化和气候驯化驯化和气候驯化春化：春化：由低温诱导的植物开花，称为春化。由低温诱导的植物开花，称为春化。驯化：驯化：内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会 比在温暖环境中高。这些变化过程是由实验诱导比在温暖环境中高。这些变化过程是由实验诱导 的，称为驯化。如果是在自然界中产生的称为气的，称为驯化。如果是在自然界中产生的称为气 候驯化。候驯化。物候：物候：生物的物候节律形成也是生物对温度等因子适应生物的物候节律形成也是生物对温度等因子适应 的结果，物候规律是在大量细致的观察资料分析的结果，物候规律是在大量细致的观察资料分析 基础上获得。基础上获得。二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 第45页，共63页，编辑于2022年，星期日二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应 3.3.生物对极端环境温度的适应生物对极端环境温度的适应 3.1 3.1 生物对低温的适应生物对低温的适应 贝格曼规律贝格曼规律(Bergmann(Bergmann,s rule)s rule)：寒冷气候的内温动物寒冷气候的内温动物,比温暖气候的内比温暖气候的内温动物个体更大温动物个体更大,导致相对体表面积变小导致相对体表面积变小,使单位体重的热散失减少使单位体重的热散失减少,有利于抗寒。有利于抗寒。阿伦规律阿伦规律(Allen(Allen,s rule)s rule)：寒：寒冷地区内温动物身体的突出部分冷地区内温动物身体的突出部分,如四肢、如四肢、尾巴和外耳却有变小变短的趋势。尾巴和外耳却有变小变短的趋势。冬眠及夏眠冬眠及夏眠:时间的异温性使动物产生日麻痹和季节性麻痹时间的异温性使动物产生日麻痹和季节性麻痹冬眠及夏眠。冬眠及夏眠。产生冬眠的内温动物又称异温动物。产生冬眠的内温动物又称异温动物。休眠：休眠：指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不良环境的一种指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不良环境的一种有效的生理机制。植物的休眠现象更为普遍，许多植物种子成熟后有效的生理机制。植物的休眠现象更为普遍，许多植物种子成熟后不能立即萌发的现象即为休眠形式的一种。不能立即萌发的现象即为休眠形式的一种。第46页，共63页，编辑于2022年，星期日u贝格曼规律贝格曼规律(Bergmann,s rule)(Bergmann,s rule)高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大 如东北虎大于华南虎。如东北虎大于华南虎。原因：原因：动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，在进化选择中是有利的。在进化选择中是有利的。第47页，共63页，编辑于2022年，星期日阿伦定律阿伦定律(Allen(Allen,s rule)s rule)内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾尾 均有明显缩短的趋势。均有明显缩短的趋势。原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体 温，躯体突出部分缩