高级生态学个体生态学.pptx
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1、高级生态学个体生态学高级生态学个体生态学个体生态学(Autecology)(生物与环境)个体对环境的反应个体对环境的反应第1页/共116页提纲n生物种的概念生物种的概念n环境概念及其类型环境概念及其类型n生态因子作用分析生态因子作用分析n生态因子的生态作用及生物的适应生态因子的生态作用及生物的适应第2页/共116页生物种的概念生物一般以个体形式存在,自然界的生物个体几乎是无穷的。n物种概念物种概念n形态相似的的个体之集合形态相似的的个体之集合17世纪世纪,Ray,植物史植物史1753年年,C.Linna,植物种志植物种志n能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合
2、1963,E.Mayr第3页/共116页生物种的概念n种的性状种的性状n基因型:种的遗传本质,即生物性状表现所必须具备的基因型:种的遗传本质,即生物性状表现所必须具备的 内在因素;内在因素;n表型:为与环境结合后实际表现出的可见性状。表型:为与环境结合后实际表现出的可见性状。物种是由内在因素(生殖、遗传、生理、生态、行为)联系起来的个体的集合,是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。物种是生物存在的基本形式物种是生物存在的基本形式第4页/共116页环境概念及其类型环境: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。n环境总是针对某一特定主体或中心
3、而言,是相对环境总是针对某一特定主体或中心而言,是相对的概念的概念n环境因子:生物体外部的全部环境要素环境因子:生物体外部的全部环境要素第5页/共116页环境概念及其类型n以环境主体分:以环境主体分:人类环境环境科学分类方法人类环境环境科学分类方法生物环境生态学和生物科学分类方法生物环境生态学和生物科学分类方法n以环境性质分:以环境性质分:自然环境自然环境半自然环境(人类破坏后的自然环境)半自然环境(人类破坏后的自然环境)社会环境社会环境第6页/共116页环境概念及其类型n按环境范围的大小分按环境范围的大小分宇宙环境宇宙环境地球环境地球环境区域环境区域环境微环境微环境内环境内环境大气层外的宇宙
4、大气层外的宇宙空间空间对流层、水圈、土壤圈、对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈岩石圈、生物圈占有某一特定地域占有某一特定地域空间的自然环境空间的自然环境生物体内组织或细生物体内组织或细胞间的环境胞间的环境由于一个(几个)圈由于一个(几个)圈层细微变化产生的环层细微变化产生的环境差异形成的小环境境差异形成的小环境生物体生物体第7页/共116页环境概念及其类型n生态学重视生物的微环境与生境生态学重视生物的微环境与生境即使在同一地区、同一季节和同一天气类型,由于微环境与即使在同一地区、同一季节和同一天气类型,由于微环境与生境的差异,使生物实际上相当于生活在完全不同的气候条生境的差异,使生物实际上相
5、当于生活在完全不同的气候条件:雪上气温与雪下土壤层气温的差别,植物根系与叶片接件:雪上气温与雪下土壤层气温的差别,植物根系与叶片接触环境的差别触环境的差别n环境的全球化对生命系统的影响环境的全球化对生命系统的影响第8页/共116页环境概念及其类型n生物能够对周围的气候条件起修改作用生物能够对周围的气候条件起修改作用森林、草原等对区域气候的影响森林、草原等对区域气候的影响穴居动物在建立微环境方面的作用穴居动物在建立微环境方面的作用第9页/共116页环境概念及其类型环境因子分类环境因子分类nR.F.Daubenmire(1947):以环境因子特点为标准以环境因子特点为标准l气候类、土壤类、生物类气
6、候类、土壤类、生物类l土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子nDajoz(1972):生物有机体对环境的反应和适应性生物有机体对环境的反应和适应性l第一性周期因子、次生性周期因子及非周期性因子第一性周期因子、次生性周期因子及非周期性因子nGill(1975):三层次三层次l植物生长必需的环境因子:温度、光、水分;植物生长必需的环境因子:温度、光、水分;l不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子:风不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子:风暴、火山爆发、洪涝等;暴、火山爆发、洪涝等;l存在与发生受植被影响,反过来又直接或间接影响植被的存
7、在与发生受植被影响,反过来又直接或间接影响植被的环境因子:放牧、火烧。环境因子:放牧、火烧。第10页/共116页生态因子的概念生态因子生态因子(Ecological factors)(Ecological factors):环境中对生物的生长、:环境中对生物的生长、发育、生殖、行为及分布有着直接或间接影响的环发育、生殖、行为及分布有着直接或间接影响的环境要素。境要素。l l生物因子:生物种内和种间的相互关系生物因子:生物种内和种间的相互关系生物因子:生物种内和种间的相互关系生物因子:生物种内和种间的相互关系l l非生物因子:光、温度、湿度、降水、土壤、大气等非生物因子:光、温度、湿度、降水、土
8、壤、大气等非生物因子:光、温度、湿度、降水、土壤、大气等非生物因子:光、温度、湿度、降水、土壤、大气等生态环境生态环境(Ecological environment)所有的所有的生态因子生态因子第11页/共116页生态因子的概念生态环境:所有生态因子生态环境:所有生态因子生境:具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。生境:具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。第12页/共116页生态因子是环境因子的一部分生态因子是环境因子的一部分生态因子是环境因子中对生物起作用的因子n环境因子则是生物体外部的全部环境要素环境因子则是生物体外部的全部环境要素生态因子的概念第13页/共116页生态因子的概念
9、生态因子生态因子气候因子气候因子:温度、湿度、光、降水等温度、湿度、光、降水等土壤因子土壤因子:土壤结构、成分、理化和生物性质土壤结构、成分、理化和生物性质地形因子地形因子:地面起伏、坡度及坡向等:地面起伏、坡度及坡向等生物因子生物因子:捕食、寄生、竞争、互惠等:捕食、寄生、竞争、互惠等人为因子人为因子:人对自然界的改变对生物带来的影响:人对自然界的改变对生物带来的影响第14页/共116页生态因子的概念生态因子生态因子稳定因子:地心引力、地磁、太阳辐射常数稳定因子:地心引力、地磁、太阳辐射常数主要决定生物的分布主要决定生物的分布变动因子变动因子:周期变动因子:光、湿度、潮汐周期变动因子:光、湿
10、度、潮汐影响生物分布影响生物分布非周期变动因子:风、降水、捕食非周期变动因子:风、降水、捕食影响生物数量影响生物数量第15页/共116页生态因子作用的特点综合性:每个生态因子都是在与其他生态因子的相综合性:每个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响、相互制约中起作用的互影响、相互制约中起作用的非等价性(主导因子作用):主导因子的决定性作非等价性(主导因子作用):主导因子的决定性作用,主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化用,主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化l l光合作用时,光强是主导因子,温度和光合作用时,光强是主导因子,温度和光合作用时,光强是主导因子,温度和光合作用时,光强是主导
11、因子,温度和COCO2 2是次要因子;是次要因子;是次要因子;是次要因子;l l春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。第16页/共116页生态因子作用的特点直接作用的间接作用:区分生态因子的直接作用和直接作用的间接作用:区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都很重要。很重要。l l直接因子:直接影响生物分布的生态因子,如光照、温度等,直接因子:直接
12、影响生物分布的生态因子,如光照、温度等,直接因子:直接影响生物分布的生态因子,如光照、温度等,直接因子:直接影响生物分布的生态因子,如光照、温度等,有时受间接因子的影响;有时受间接因子的影响;有时受间接因子的影响;有时受间接因子的影响;l l间接因子地形:对生物的作用不是直接的,但能影响光照、间接因子地形:对生物的作用不是直接的,但能影响光照、间接因子地形:对生物的作用不是直接的,但能影响光照、间接因子地形:对生物的作用不是直接的,但能影响光照、温度等直接因子的分布,从而间接对生物产生作用。温度等直接因子的分布,从而间接对生物产生作用。温度等直接因子的分布,从而间接对生物产生作用。温度等直接因
13、子的分布,从而间接对生物产生作用。例:四川二郎山东坡与西坡的植被分布例:四川二郎山东坡与西坡的植被分布例:四川二郎山东坡与西坡的植被分布例:四川二郎山东坡与西坡的植被分布第17页/共116页生态因子作用的特点阶段性:主要由生态环境的规律性变化所引起阶段性:主要由生态环境的规律性变化所引起l l光照长短在植物春化阶段不起作用,在光周期阶段则十分重要光照长短在植物春化阶段不起作用,在光周期阶段则十分重要光照长短在植物春化阶段不起作用,在光周期阶段则十分重要光照长短在植物春化阶段不起作用,在光周期阶段则十分重要l l鱼类的洄游:大马哈鱼、中华鲟鱼类的洄游:大马哈鱼、中华鲟鱼类的洄游:大马哈鱼、中华鲟
14、鱼类的洄游:大马哈鱼、中华鲟不可替代性和互补性不可替代性和互补性l l生态因子作用虽不尽相同,但都各具有重要性,尤其是主导因生态因子作用虽不尽相同,但都各具有重要性,尤其是主导因生态因子作用虽不尽相同,但都各具有重要性,尤其是主导因生态因子作用虽不尽相同,但都各具有重要性,尤其是主导因子,如果缺少会影响生物的正常生长发育,甚至造成其生病或子,如果缺少会影响生物的正常生长发育,甚至造成其生病或子,如果缺少会影响生物的正常生长发育,甚至造成其生病或子,如果缺少会影响生物的正常生长发育,甚至造成其生病或死亡死亡死亡死亡生态因子的不可替代性;生态因子的不可替代性;生态因子的不可替代性;生态因子的不可替
15、代性;l l局部可补偿性:某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获局部可补偿性:某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获局部可补偿性:某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获局部可补偿性:某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获得相似的生态效应,如植物光合作用时若光照不足可增加得相似的生态效应,如植物光合作用时若光照不足可增加得相似的生态效应,如植物光合作用时若光照不足可增加得相似的生态效应,如植物光合作用时若光照不足可增加COCO2 2的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足;的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足;的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足;的
16、量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足;l l生态因子的补偿只能在一定范围内进行,不能相互替代。生态因子的补偿只能在一定范围内进行,不能相互替代。生态因子的补偿只能在一定范围内进行,不能相互替代。生态因子的补偿只能在一定范围内进行,不能相互替代。第18页/共116页nLiebig最小最小因子定律:植物生长取决于处于因子定律:植物生长取决于处于最小量最小量的食物量。的食物量。n例:土壤中的例:土壤中的N可维持可维持250kg产量、产量、K可维持可维持350kg、P可可维持维持500kg,则实际产量只有,则实际产量只有250kg,如多施,如多施1倍的倍的N此此时时K为最小食物量则产量停留
17、在为最小食物量则产量停留在350kg。n米氏产量递减定律:当限制因子增加时,开始增米氏产量递减定律:当限制因子增加时,开始增产效果很大,继续下去,效果渐减。产效果很大,继续下去,效果渐减。生物与环境关系基本原理第19页/共116页谢氏耐性定律:生物的存在与繁殖依赖于某种综谢氏耐性定律:生物的存在与繁殖依赖于某种综合环境因子的存在,只要其中一项因子的量或质合环境因子的存在,只要其中一项因子的量或质不足或过多,超过了该生物的耐性限度,则该物不足或过多,超过了该生物的耐性限度,则该物种不能生存,甚至灭绝。种不能生存,甚至灭绝。限制因子限制因子 (limiting factor)任何接近或超过耐性任何
18、接近或超过耐性上限或下限的因子上限或下限的因子(一个或几个)(一个或几个)生物与环境关系基本原理第20页/共116页不同生物物种对各种生态因子的耐受范围不同,同一生物对不同生态因子的耐受范围也可能有差异,同一生物不同发育期的耐受范围亦不同生物与环境关系基本原理第21页/共116页n限制因子限制因子(limiting factor):生物的生存和繁殖依:生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用,其中限制生物生赖于各种生态因子的综合作用,其中限制生物生存和繁殖的关键因子称为限制因子存和繁殖的关键因子称为限制因子n定义:当生态因子(一个或相关的几个)接近或定义:当生态因子(一个或相关的几个)接近
19、或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖、扩散或分布时,即为限制因子繁殖、扩散或分布时,即为限制因子n特点:耐受范围窄、易变化。特点:耐受范围窄、易变化。n氧是水生生物的限制因子;氧是水生生物的限制因子;n一般氧不会成为陆生生物的限制因子。一般氧不会成为陆生生物的限制因子。生物与环境关系基本原理第22页/共116页生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而改变同而改变自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄l l不利因素影响提高对基础代谢率的生
20、理调节付出的代价不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价l l生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生物的耐性限度可以发生改变生物的耐性限度可以发生改变-生物的调整适应能力生物的调整适应能力l l高山雪莲、温泉中的生物等高山雪莲、温泉中的生物等高山雪莲、温泉中的生物等高山雪莲、温泉中的生物等l l适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价
21、的适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的生态因子间存在明显的相互关联生态因子间存在明显的相互关联生物与环境关系基本原理第23页/共116页两因子作用对生物适合度的影响(两因子作用对生物适合度的影响(Pianka,1978)适适合合度度80859095100相对湿度(相对湿度(%)适适合合度度2025303540温度(温度()30 32.5 35 85%90%95%生物与环境关系基本原理第24页/共116页两因子作用对生物适合度的影响(两因子作用对生物适合度的影响(Pianka,1978)温温度度
22、()80859095100相对湿度(相对湿度(%)40353025低适合度低适合度中适合度中适合度高适合度高适合度生物与环境关系基本原理第25页/共116页限制因子的研究对生态学具有重要意义限制因子的研究对生态学具有重要意义l l在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子;在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子;在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子;在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子;l l限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途径:限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途径:限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途径:限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途
23、径:通过野外观察和分析找出起显著作用的因子,分析其对生物的通过野外观察和分析找出起显著作用的因子,分析其对生物的通过野外观察和分析找出起显著作用的因子,分析其对生物的通过野外观察和分析找出起显著作用的因子,分析其对生物的作用途径,随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。作用途径,随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。作用途径,随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。作用途径,随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。生物与环境关系基本原理第26页/共116页生态幅l l熊猫仅见于秦巴山区,大象只生长在热带丛林,野兔、熊猫仅见于秦巴山区,大象只生长在热带丛林,野兔、熊猫仅见于秦巴山区,大象只生长
24、在热带丛林,野兔、熊猫仅见于秦巴山区,大象只生长在热带丛林,野兔、麻雀则分布很广;麻雀则分布很广;麻雀则分布很广;麻雀则分布很广;l l红松主要生长在北温带湿润区山地,望天树主要见于西红松主要生长在北温带湿润区山地,望天树主要见于西红松主要生长在北温带湿润区山地,望天树主要见于西红松主要生长在北温带湿润区山地,望天树主要见于西双版纳热带雨林,而芦苇则到处可见;双版纳热带雨林,而芦苇则到处可见;双版纳热带雨林,而芦苇则到处可见;双版纳热带雨林,而芦苇则到处可见;l l高山冻原上的衣藻只能在高山冻原上的衣藻只能在高山冻原上的衣藻只能在高山冻原上的衣藻只能在0 0上下繁衍,温泉中的一些上下繁衍,温泉
25、中的一些上下繁衍,温泉中的一些上下繁衍,温泉中的一些嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存,而一般的陆生维嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存,而一般的陆生维嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存,而一般的陆生维嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存,而一般的陆生维管植物可以在很宽的温度范围内生长。管植物可以在很宽的温度范围内生长。管植物可以在很宽的温度范围内生长。管植物可以在很宽的温度范围内生长。生态幅(生态幅(ecological valence):每一个种对环境因子适):每一个种对环境因子适应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性生物耐受最高点(上限)与最低点(下限)包含的
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