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农业生态学讲授提纲余海兵2010.2第二章第二章 基本生物结构基本生物结构农业生态系统的生物与农业生态系统的生物与环境环境 生态因子生态因子 生态因子对生物的生态生态因子对生物的生态作用作用 生物对自然环境的适应生物对自然环境的影响一农业生态系统的生物与环境一农业生态系统的生物与环境1环境（environment）概述（1）环境的定义：环境是指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。（2）环境因素（environment factor）：直接参加有机体物质和能量循环的组成部分。（3）环境条件（environment condition）：为环境因素提供物质和能量基质的组成部分。（4）环境科学（environment science）：研究人与环境之间物质和转化规律的科学。2、自然环境与人工环境（环境分类）环境自然环境人工环境太阳辐射大气圈水圈土壤圈人工影响的环境人工建造的环境无土栽培环境大棚温室环境集约化养殖环境二二 生态因子生态因子1、定义：、定义：生态因子（ecological factors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。包括包括5 5种类型的因子：种类型的因子：气候因子（光、温、水、空气等因子）；土壤因子（土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生物等因子）；生物因子（动物、植物、微生物等因子）；地形因子（海拔高度、坡度、坡向等）；人为因子。2.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）（1）综合作用；（2）主导因子作用；（3）直接作用和间接作用；（4）阶段性作用；（5）可调节（补偿）作用但不可代替性；（6）限制性作用耐度限制及耐度限制的调节。2.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的关键性因子。在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁殖或扩散甚至生存的因素。最小因素定律（law of minimum）：能够影响生物的无数因子中，总有一个因素限制生物的生长、生存或繁殖。耐性定律（law of tolerance）：耐性（tolerance）：指生物能够忍受外界极端条件的能力；指单个有机体或种群能够生存的某一生态因子的范围。又称shelford 耐性定律。任何一个生态因子在数量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性限制时，而使该种生物衰退或不能生存。2.生态因子作用的一般特征（一般规律）生态因子作用的一般特征（一般规律）用曲线表示，称为耐性曲线（用曲线表示，称为耐性曲线（tolerance curve）。）。广幅分布广幅分布生物与狭幅分布生物分布耐性曲线。生物与狭幅分布生物分布耐性曲线。耐度限制的调节通过下列主要方式：耐度限制的调节通过下列主要方式：新环境适应：驯化培育新环境适应：驯化培育休眠休眠“逃避逃避”限制限制耐性限度（耐性限度（the limits of tolerance）：）：每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。也即生每个种只能在环境条件一定范围内生存和繁殖。也即生物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限物种在其生存范围内，对任一生态因子的需求总有其上限与下限，两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度。与下限，两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限度。耐性限制耐性限制生理节律变化和其他周期性补偿变化生理节律变化和其他周期性补偿变化 调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内调节的目的是对恶劣环境的克服，通过这些方式，使体内生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。生理、行为达到平衡，而抵抗恶劣环境。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用1光因子对生物的生态作用2温度因子对生物的生态作用 3水因子对生物的生态作用4大气因子对生物的生态作用5土壤因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用1光因子对生物的生态作用（1）光强光强的作用：生长发育、形态建构作用。典型例子的作用：生长发育、形态建构作用。典型例子植物黄化现象（植物黄化现象（eitiolation phenomenon）。）。（2）光质光质的作用：光合作用影响的作用：光合作用影响 红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称“生生理无效辐射理无效辐射”。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质。红光有利于糖的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。的合成。光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。有影响。紫外光与动物维生素紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，产生关系密切，过强有致死作用，波长波长360nm即开始有杀菌作用，在即开始有杀菌作用，在340nm240nm的辐射条的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。是极为重要的。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象生物对光的生态反应与适应 定义：生物对昼夜光暗循环格局的反应所表现出的现象称之为光周期现象。生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。表表1 不同纬度地区的日照时间不同纬度地区的日照时间 单位：单位：h 纬度01020304050606566.5最长日12.0012.5813.2213.9314.8516.1518.5021.1524.00最短日12.0011.4210.7810.079.157.855.502.850.00三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用（3）光周期现象生物对光的生态反应与适应u植物的光周期现象：长日照植物、短日照植物、中日照植物、日照中植物。（不同光照时间对开花的作用而定）u动物的光周期现象：鸟类的光周期现象最为明显，它的迁徙是由日照长短变化所引起的；鸟类及某些兽类的生殖也与日照长短有关，如雪貂、野兔和刺猬等都是随着春天日照长度增加而开始生殖（称为长日照兽类）；绵羊、山羊和鹿等总随着秋天短日照的到来而进入生殖期（称短日照兽类）。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用2温度因子温度因子对生物的生态作用对生物的生态作用（1）温度与生物生长发育）温度与生物生长发育 生长：生长：“三基点三基点”最低、最适、最高温度。最低、最适、最高温度。发育：植物的春化作用（某些植物要经过一个发育：植物的春化作用（某些植物要经过一个“低温低温“阶段才阶段才能开花结果）。能开花结果）。（2）生物对）生物对极端温度极端温度的适应的适应 对低温适应对低温适应在形态、生理和行为方面的表现在形态、生理和行为方面的表现 中国南北方几种兽类颅骨长度的比较中国南北方几种兽类颅骨长度的比较：北方种类颅骨长（mm）南方种类颅骨长（mm）东北虎331345华南虎273313华北赤猪148160华南赤猪127140东北野猪400472华南野兔295354雪兔9597华南兔786三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用2温度因子对生物的生态作用温度因子对生物的生态作用说明了生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在低纬度说明了生活在高纬度地区的恒温动物其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。个体大的动物，其单位体重散热量相对减少地区的同类个体大。个体大的动物，其单位体重散热量相对减少（贝格曼（贝格曼Begman定律）（表）。定律）（表）。阿伦（阿伦（Allen）规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外规律：恒温动物身体的突出部分为四肢、尾巴、外身等在低温环境中有变小的趋势。身等在低温环境中有变小的趋势。在生理方面，生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和在生理方面，生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能增加细胞中的糖类、脂肪等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。动物对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系中的热中性力。动物对低温的适应主要表现在代谢率与温度关系中的热中性区宽，下临界点温度以下的曲线率小等几个方面（图）。区宽，下临界点温度以下的曲线率小等几个方面（图）。（3）物候节律：）物候节律：物候又称物候现象（物候又称物候现象（phenological phenomenon），），是指生物的生是指生物的生命活动对季节变化的反应现象。物候学（命活动对季节变化的反应现象。物候学（pheology）则是指研究则是指研究生物与气候周期变化相互关系的科学。生物与气候周期变化相互关系的科学。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用3水因子对生物的生态作用（1）水因子对生物生长发育的作用：）水因子对生物生长发育的作用：水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休水分不足，使植物萎蔫；使动物滞育或休眠。某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相眠。某些动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停止繁殖；关，如澳洲鹦鹉遇到干旱年份，就停止繁殖；而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生而某些龙脑香科植物遇到干旱年份却产生“爆爆发性开花结果发性开花结果”。（2）生物对水因子的适应）生物对水因子的适应三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用3水因子对生物的生态作用（2）生物对水因子的适应）生物对水因子的适应植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。（图解）生植物、旱生植物和中生植物等。（图解）陆生动物对水因子的适应陆生动物对水因子的适应l形态结构上的适应：以各种不同形态结构，使体内水分平形态结构上的适应：以各种不同形态结构，使体内水分平衡。衡。l行为上的适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。行为上的适应：沙漠动物昼伏夜出；迁徙等。l生理上的适应：生理上的适应：“沙漠之舟沙漠之舟”骆驼可以骆驼可以17天喝水，身体脱天喝水，身体脱水达体重的水达体重的27%，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；驼峰中还储藏丰富的脂肪，有消耗过程中产生大量水分；其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。其血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用4大气因子对生物的生态作用（1）氧的生态作用；）氧的生态作用；（2）氮的生态作用；）氮的生态作用；（3）CO2的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；的生态作用（对动植物个体潜在的影响）；使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。使植物气孔开度减少，减少蒸腾，提高水分利用。CO2 浓度相对提高，使浓度相对提高，使C3植物光合作用不断增加（植物光合作用不断增加（C4植物达到饱和点后则不随植物达到饱和点后则不随CO2 浓度提高，光合作用增加）。浓度提高，光合作用增加）。CO2 能促进植物的生长能促进植物的生长植物生长速率随全球植物生长速率随全球CO2 浓度的提高而增加。浓度的提高而增加。高浓度的高浓度的CO2 能改变植物形态结构能改变植物形态结构幼苗分枝增多，幼苗分枝增多，叶面积指数加大等。叶面积指数加大等。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用4大气因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物；）大气污染与植物；u大气主要污染物对植物的危害（影响）大气主要污染物对植物的危害（影响）二氧化硫（二氧化硫（SO2）对植物的影响：伤害阈值为对植物的影响：伤害阈值为0.250.55ppm，28小时；典型小时；典型症状症状叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。叶片脉间呈不规则的点状、条状或块状坏死区。氟化氢（氟化氢（HF）对植物的影响：伤害阈值对植物的影响：伤害阈值40ppm；典型症状典型症状叶尖和叶缘叶尖和叶缘坏死。坏死。臭氧（臭氧（O3）对植物的影响：伤害阈值对植物的影响：伤害阈值0.050.15ppm 0.58小时；典型症状小时；典型症状叶面上出现密集的细小斑点。叶面上出现密集的细小斑点。乙烯对植物的影响：伤害阈值乙烯对植物的影响：伤害阈值10100ppb；典型症状典型症状“偏上生长偏上生长”致使致使叶片、花、果脱落。叶片、花、果脱落。u植物对大气的净化作用植物对大气的净化作用吸收吸收CO2，放出放出O2：造林绿化与人类维系呼吸；造林绿化与人类维系呼吸；吸收有毒气体：吸收二氧化硫（吸收有毒气体：吸收二氧化硫（SO2）及氟化氢（及氟化氢（HF）最优；最优；驱菌杀菌作用：有些植物分泌杀菌素，如驱菌杀菌作用：有些植物分泌杀菌素，如1ha松柏林松柏林24小时分泌小时分泌34kg杀菌素；杀菌素；阻滞粉尘：针叶林阻粉尘量阻滞粉尘：针叶林阻粉尘量3234吨吨/年，阔叶林年，阔叶林68吨吨/年；年；吸收放射性物质：吸收中子吸收放射性物质：吸收中子-射线。射线。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用4大气因子对生物的生态作用（4）大气污染与植物；）大气污染与植物；u大气污染监测大气污染监测指示植物指示植物la.作为指示植物的基本条件：作为指示植物的基本条件：能够综合反映大气污染对生态系统影响的强度；能够综合反映大气污染对生态系统影响的强度；能够较早地发现污染（对大气污染敏感）；能够较早地发现污染（对大气污染敏感）；能够同时检测多种大气污染物；能够同时检测多种大气污染物；能够反映出一个地区的污染历史（基本年轮的化学分析）。能够反映出一个地区的污染历史（基本年轮的化学分析）。lb常见（用）的指示植物：地衣最敏感，常见（用）的指示植物：地衣最敏感，0.0150.105ppm二氧化硫下无法生二氧化硫下无法生存（但反应慢）。存（但反应慢）。u大气污染的植物监测大气污染的植物监测形态及生长量观测：形态及生长量观测：IA=Wo/Wm；群落生活力调查（见群落生活力调查（见城市生态学城市生态学孟德政等译，孟德政等译，1986）；）；现场盆栽定点监测；现场盆栽定点监测；生理生化指标测定生理生化指标测定光合作用，呼吸作用，气孔开放度，细胞膜透性，光合作用，呼吸作用，气孔开放度，细胞膜透性，叶液叶液PH值变化，植物体内酶体变化等。值变化，植物体内酶体变化等。三生态因子对生物的生态作用三生态因子对生物的生态作用5土壤因子对生物的生态作用（1）土壤化学性质与植物的关系）土壤化学性质与植物的关系 PH值值 9对根系严重伤害对根系严重伤害 矿质营养元素与植物矿质营养元素与植物（2）植物的盐害和抗盐性）植物的盐害和抗盐性植物的抗盐方式：植物的抗盐方式：排除盐分排除盐分泌盐植物；泌盐植物；稀盐植物（稀释盐分）；稀盐植物（稀释盐分）；富集盐分；富集盐分；拒绝吸收拒绝吸收（3）植物对土壤适应的生态类型）植物对土壤适应的生态类型 对对PH值的适应值的适应嗜酸性植物、嗜酸嗜酸性植物、嗜酸耐碱植物、嗜碱耐碱植物、嗜碱耐酸耐酸植物、嗜碱植物。植物、嗜碱植物。钙土植物、盐生植物、抗盐植物钙土植物、盐生植物、抗盐植物（4）土壤污染的植物监测）土壤污染的植物监测 土壤污染土壤污染重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等。重金属污染、如汞、镉、砷、化学农药污染等。监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析监测：植物群落调查，蔬菜及作物调查，实验分析四、生物对自然环境的适应四、生物对自然环境的适应1、定义（1）生态型：同种生物的不同个体群，长期共存在不同的自然生态条件和人为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择和人工选择而分化形成的生态、形态和生理特性不同的可以遗传的类群。（2）生态位：生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置。（即用某一生物的每一个生态因子为一维（Xi),以生物对生态因子的综合适应性（Y）为指标构成的超几何空间。）这个超几何空间就是物种的基础生态位。一般情况下，很少有一种物种能够全部利用它的基础生态位。主要原因：第一，在通常情况下，生态因子 对生物的影响不是独立的，种群中草药位于一个生态因子忍耐极限的个体对另一个因子不适部分的忍耐力也会降低。第二，当存在其他物种的竞争时，必然使参与竞争的物种只能占据基础生态位一部分。实际占领的这部分生态位，称之为现实生态 位或实际生态位。四、生物对自然环境的适应四、生物对自然环境的适应生态型的分类生态型气候生态型土壤生态型生物生态型五、生物对自然环境的影响五、生物对自然环境的影响森林的生态效应农田生物的生态效应涵养水源，保持水土调节气候，增加雨量防风固沙，保护农田净化空气，防治污染减低噪音，美化大地提供燃料，增加肥源对土壤肥力的影响对水土保持的影响对农田小气候的影响对净化环境的作用淡水水域生物的生态作用草地生物的生态效应