第1章：生物与环境2012.ppt

第第1章章 生物与环境生物与环境1.1 环境，生态因子环境，生态因子 1.2 生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用 1.3 最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度 有有机机体体与与环环境境生物与环境生物与环境能量环境能量环境物质环境物质环境环境环境生态因子生态因子生态因子生态因子生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用环境对生物的作用环境对生物的作用生物对环境的反作用生物对环境的反作用最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度李比希最小因子定律李比希最小因子定律限制因子限制因子耐受度与生态幅耐受度与生态幅光的生态作用、生物对光的适应光的生态作用、生物对光的适应生物对温度的适应生物对温度的适应风对生物的作用及防风林风对生物的作用及防风林火作为生态因子对生物的影响及管理火作为生态因子对生物的影响及管理地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布生物对水分的适应生物对水分的适应大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响分类、特征1.1 生态因子生态因子1.1.1 1.1.1 环境（环境（environmentsenvironments）概念：概念：某一特定某一特定生物体生物体或或生物群体生物群体周围一切因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。或生物群体生存的各种因素。内涵：内涵：环境的本质就是生物生存和发展的环境的本质就是生物生存和发展的资源资源或或影响影响这种这种资源的因素资源的因素。尺度效应：尺度效应：大环境与小环境。大环境与小环境。4 大环境与小环境大环境与小环境大环境（大环境（macroenvironment）：地区环境、地球环地区环境、地球环境、宇宙环境；境、宇宙环境；如西双版纳的环境，昆明黑龙潭环境等如西双版纳的环境，昆明黑龙潭环境等 小环境（小环境（microenvironment）：直接影响生物生命直接影响生物生命活动的近邻环境。如活动的近邻环境。如洞穴洞穴环境，环境，树荫树荫下环境等下环境等 环境中的气候（环境中的气候（climate）大气候（大气候（macroclimate）：）：大环境大环境(地区以上范围地区以上范围)的气的气候条件候条件 小气候（小气候（microclimate）：）：小环境的气候条件小环境的气候条件大环境（全球大气环流和洋流）大环境（全球大气环流和洋流）6 小小气气候候（小小环环境境）7 -生态因子及相关生态因子及相关名词名词 生态因子的生态因子的分类分类 生态因子生态因子作用特征作用特征 1.1.2 1.1.2 生态因子生态因子8 生态因子生态因子：环境要素中对生物起作用的因子。环境要素中对生物起作用的因子。生存条件生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的生态因生态因子中生物生存不能缺少的生态因子的总称。子的总称。生态环境生态环境：一定区域所有生态因子的总和。一定区域所有生态因子的总和。生境（生境（habitathabitat）：）：特定特定生物个体生物个体生物个体生物个体或或群体群体群体群体的栖息地的栖息地的生态环境。的生态环境。（1 1）相相 关关 概概 念念 9（2）生态因子的分类）生态因子的分类-主要主要4种种 l 根据性质划分为：根据性质划分为：气候因子气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等；如温度、水分、光照、风、气压和雷电等；土壤因子土壤因子：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤 生物等；生物等；地形因子地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与 坡度等；坡度等；生物因子生物因子：包括动物、植物和微生物之间的各种相互包括动物、植物和微生物之间的各种相互 作用；作用；人为因子人为因子：人类活动对自然的破坏及对环境的污染。人类活动对自然的破坏及对环境的污染。10（2）生态因子的分类）生态因子的分类有无生命特征有无生命特征：生物因子和非生物因子：生物因子和非生物因子 对生物种群数量（密度）的作用对生物种群数量（密度）的作用 密度制约因子密度制约因子：食物、天敌等生物因子：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子非密度制约因子：温度、降水等气候因子：温度、降水等气候因子 稳定性及其作用特点稳定性及其作用特点 稳定因子稳定因子：终年恒定的因子，决定生物的分布，：终年恒定的因子，决定生物的分布，如地心引力、地磁等如地心引力、地磁等 变动因子变动因子：周期性变动因子周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落；：一年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：如风、降雨、捕食等；：如风、降雨、捕食等；11 密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子和非密度制约因子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变化的因子 类型有正负两类，在密度增加的状态下，正者作类型有正负两类，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。因子常为密度制约因子。非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。关的因子。12 种种群群死死亡亡率率变变化化种群密度梯度种群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆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密度制约因子与非密度制约性因子比较13 种种群群出出生生率率变变化化种群密度梯度种群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆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；具有调节种群密度随种群密度梯度变化而改变；具有调节种群密度作用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14（3）生态因子的作用特征）生态因子的作用特征综合作用综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互生态因子间相互联系、相互影响、相互制约；制约；主导因子作用主导因子作用：生态因子的非等价；：生态因子的非等价；作用的阶段性作用的阶段性：生物发育的不同阶段，需要不同；生物发育的不同阶段，需要不同；不可替代性和补偿性不可替代性和补偿性：生态因子间不可替代，但在：生态因子间不可替代，但在一定程度上可以补偿一定程度上可以补偿；如：锶可补偿钙、如：锶可补偿钙、CO2补偿光弱。补偿光弱。直接作用和间接作用直接作用和间接作用：直接因子直接因子：直接对生物发生影响的生态因子（：直接对生物发生影响的生态因子（光照、温度光照、温度）；）；间接因子间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子（地形坡度地形坡度）；）；第第1章章 生物与环境生物与环境1.1 环境，生态因子环境，生态因子 1.2 生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用 1.3 最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度 1.2 生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用1.2.1 环境对生物的作用环境对生物的作用 环境对生物的环境对生物的决定决定作用作用 环境对生物的环境对生物的塑造塑造作用作用 1.2.2 生物对环境的反作用生物对环境的反作用 生物对环境的适应生物对环境的适应 生物对环境因子的改变生物对环境因子的改变 17 1.2.1 环境对生物的作用环境对生物的作用对生物对生物存活存活的影响的影响 对生物对生物生长、发育生长、发育的影响的影响 对对生殖、繁衍生殖、繁衍的影响的影响 对生物的对生物的数量和分布数量和分布的影响的影响 对生物的对生物的种内、种间种内、种间关系的影响关系的影响 18 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.胡椒蛾胡椒蛾黑化现象黑化现象19 1008060300200100Winter smoke,ug/m3Percent frequency of melanic 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20 1.2.2 生物对环境的反作用生物对环境的反作用（1）生物对环境的适应方式生物对环境的适应方式 形态的适应；形态的适应；生理的适应；生理的适应；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）（2）生物对环境因子的改变）生物对环境因子的改变 21 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.食物与代谢食物与代谢生物对生物对生物环境生物环境的响应与适应的响应与适应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 物种间的物种间的协同进化协同进化 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，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。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，这一机制称为机制称为协同进化协同进化协同进化协同进化。相互作用类型相互作用类型互利共生互利共生偏利作用偏利作用捕食捕食/牧食牧食/寄生寄生种间竞争种间竞争偏害作用偏害作用中性作用中性作用A A-B B-23（2）生物对环境因子的改变）生物对环境因子的改变森林、林地森林、林地：吸收太阳辐射、降低风速、保吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结持水分、防治土壤冻结 土壤微生物、动物土壤微生物、动物：改变土壤的结构和性质：改变土壤的结构和性质 过度放牧过度放牧：导致草场退化：导致草场退化（若尔盖草场）（若尔盖草场）人类活动人类活动：导致全球环境变化：导致全球环境变化 第第1章章 生物与环境生物与环境1.1 环境，生态因子环境，生态因子 1.2 生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用 1.3 最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度 25 1.3 最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度1.3.1 利比希最小因子定律利比希最小因子定律 1.3.2 限制因子及其定律限制因子及其定律 1.3.3 耐受限度和生态幅耐受限度和生态幅（1）耐受性定律）耐受性定律（2）生态幅）生态幅（3）耐受限度的调整）耐受限度的调整 1.3.1 利比希最小因子定律利比希最小因子定律(Liebigs law of minimum)基本内容基本内容 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。该种生物生存和分布的根本因素。应用中应注意的问题应用中应注意的问题 定律成立条件定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定状态生物的内环境和外环境处于稳定状态。【注意注意】生态因子的补偿作用生态因子的补偿作用利比希利比希最小因子定律最小因子定律木桶原理木桶原理“植物的生长取决于那植物的生长取决于那植物的生长取决于那植物的生长取决于那些处于最少量状态的些处于最少量状态的些处于最少量状态的些处于最少量状态的营养成分营养成分营养成分营养成分”。水桶原理水桶原理：“多块木板做成的水桶，多块木板做成的水桶，木桶装水的总量是取木桶装水的总量是取决于最短木板决于最短木板”。水桶法则水桶法则水桶法则水桶法则28 1.3.2 限制因子限制因子和和限制因子定律限制因子定律限制因子限制因子(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。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，这个因子成为该生其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子。物限制因子。限制因子定律限制因子定律(Law of limiting factor)生态因子生态因子处于处于低于低于生物正常生长所需的生物正常生长所需的最小量最小量和和高高于于生物正常生长所需的生物正常生长所需的最大量最大量时，都对生物具有时，都对生物具有限限制性制性影响影响。（。（Blackman，1905，基于，基于利比希最小因子定律利比希最小因子定律）该定律的应用价值：该定律的应用价值：如鹿群增长，冬季饲料如鹿群增长，冬季饲料低温低温是是非洲蜂非洲蜂进一步进一步向向高纬度高纬度地区扩散的地区扩散的限制因子。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30 1.3 最小因子、限制因子与耐受限度最小因子、限制因子与耐受限度1.3.1 利比希最小因子定律利比希最小因子定律 1.3.2 限制因子及其定律限制因子及其定律 1.3.3 耐受限度和生态幅耐受限度和生态幅（1）耐受性定律）耐受性定律（2）生态幅）生态幅（3）耐受限度的调整）耐受限度的调整 1.3.3 耐受限度与生态幅耐受限度与生态幅（1）耐受性定律）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。多时会使该种生物衰退或不能生存。Shelford，1913（2）耐受性定律的发展）耐受性定律的发展1）各种生物对某一生态因子的耐受范围宽、对另一种耐受）各种生物对某一生态因子的耐受范围宽、对另一种耐受性很窄。性很窄。对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分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；布区一般很广；2）同种生物，随着发育阶段、年龄，季节、栖息地的不同，）同种生物，随着发育阶段、年龄，季节、栖息地的不同，对生态因子的耐受耐受限度不同；对生态因子的耐受耐受限度不同；3）不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同；）不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同；4）某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因）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；子的耐受限度也下降；33 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）34 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 耐受曲线（耐受曲线（2）不能生存不能生存 35（3）生态幅生态幅(ecological amplitude）概念概念 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或称耐受性的上限和下限限)之间的范围；之间的范围；类型划分类型划分 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)36 耐受限度的调整耐受限度的调整驯化驯化 自然驯化和人工驯化自然驯化和人工驯化 生理变化和遗传变化生理变化和遗传变化 驯化可能：驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异；生物特性差异，诱导条件差异；生物学意义：生物学意义：适应环境变化能力；适应环境变化能力；内稳态内稳态：生物通过控制体内环境生物通过控制体内环境(体温、体温、糖、氧浓度、体液等糖、氧浓度、体液等)，使其保持相对稳，使其保持相对稳定性。定性。扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不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；能完全摆脱环境的限制；37 案例：案例：蛙蛙不同温度下驯化导致耗氧量的差异不同温度下驯化导致耗氧量的差异200200 160160 120120 80804040 0 010 20 3010 20 30温度温度 耗氧量耗氧量 （mlmlg g-1-1h h-1-1 ）5 5 驯化驯化25 25 驯化驯化环境温度环境温度10下，检测结果：下，检测结果：耐受性法则耐受性法则与与最小因子法则最小因子法则最小因子定律只考虑了因子量过少，而耐受性法则既考虑了因子量的过少，也考虑了因子量的过多。耐受性定律不仅估计了限制因子量的变化，而且也估计了生物本身的耐受性问题。生物的耐受性不仅随着种类不同，且在同一种内，耐受性也因为年龄、季节、栖息地的不同而有差异。耐受性定律允许生态因子之间的相互作用。如：因子补偿作用。本本 章章 小小 结结生态因子的类型及作用特点生态因子的类型及作用特点 环境对生物的生态作用环境对生物的生态作用 生物对环境的适应方式生物对环境的适应方式 生物对生态因子的响应模型生物对生态因子的响应模型 规律：规律：最小因子定律，限制因子定律，耐受性定律；最小因子定律，限制因子定律，耐受性定律；应用分析方法：应用分析方法：耐受曲线，生态幅，耐受曲线，生态幅，“三基点？三基点？”；本章思考题本章思考题一、概念：一、概念：生态环境生态环境与与生境生境、生态因子生态因子、密度制约因密度制约因子子，非密度制约因子、内稳态、生态幅；，非密度制约因子、内稳态、生态幅；最小因子定律最小因子定律、限制因子定律限制因子定律、耐受性法则耐受性法则与与驯化驯化。二、二、生态因子相互联系表现在哪几方面？生态因子相互联系表现在哪几方面？41 描述自然环境的手段：气候图解气气候候图图解解