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1、第一部分有机体与环境,1 生物与环境,2 能量环境,3 物质环境,第一部分有机体与环境,环境与生态因子生物与环境的相互作用生物与环境关系的基本原理,环境的变化决定了生物的分布与多度，生物的生存又影响了环境，生物与环境是相互作用、相互依存的。,1 生物与环境,环境：是指某一特定生物体或生物群体周围一切的总和，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。,1.1 环境与生态因子,1 生物与环境,其它鱼类,非生物因 素,虾,水蚤 水草 等 异种生物,一条鲤鱼,鲤鱼种群,池塘群落,研 究 主 体,1 生物与环境环境与生态因子,小环境,大环境,大环境：指地区环境、地球环境和宇宙环境。大环境
2、中的气候称为大气候。,1 生物与环境环境与生态因子,大气候：指离地面1.5米以上的气候，是由大范围因素所决定，如大气环流、地理纬度、距海洋距离、大面积地形等。,大环境，如不同气候的地理区域，影响生物的生存与分布，产生不同的生物群系。,1 生物与环境环境与生态因子,反之，根据这些生物群系的特征，可以区分各个不同的气候区域。,1 生物与环境环境与生态因子,小环境：指对生物有着直接影响的邻接环境，小环境中的气候称为小气候。（地面大气层中1.5米以内的气候）,洞穴环境，树荫下环境,蜂鸟巢小气候黎明前时的温度，巢上方的树枝减少了孵卵雌鸟的热量损失（Calder,1973）,1 生物与环境环境与生态因子,
3、1 生物与环境,生态因子：指环境要素中对生物起作用的因子，如温度、湿度、食物、氧气、二氧气碳以及其他相关生物等。,1.1 环境与生态因子,在生态因子中，对生物生存不能缺少的环境要素也称为生存条件植物：二氧化碳和水动物：食物、热能和氧气,1 生物与环境环境与生态因子,生境：所有生态因子构成生物的生态环境，特定生物体或群体的栖息地的生态环境。生物个体、种群或群落，在其生长发育和分布的具体地段上，各种具体因子的综合作用，叫生境,生态因子的分类,（1）按其性质分为：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子（2）按有无生命特征分为：生物因子和非生物因子（3）按生态因子的稳定性及作用分为：稳定因子
4、和变动因子（4）按生态因子对种群数量变动的作用分为：密度制约因子和非密度制约因子,1 生物与环境环境与生态因子,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。,种群出生率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,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度随种群密度梯度变化而改变；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,种群死亡率变化,种群密度梯度,密度制约,非密度制约,逆密度制约,导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群的强度，随种群密度梯度变化而改变,密度制约因
5、子与非密度制约性因子比较,生态因子作用的几个特征,1 生物与环境环境与生态因子,生态因子作用的几个特征综合性作用,1 生物与环境环境与生态因子,生态因子作用的几个特征主导因子（非等价性）,1 生物与环境环境与生态因子,春化作用：低温对越冬植物成花的诱导和促进作用,冬小麦,生态因子作用的几个特征阶段性作用,1 生物与环境环境与生态因子,生态因子作用的几个特征不可代替性和互补性,1 生物与环境环境与生态因子,生态因子作用的几个特征直接作用和间接作用,1 生物与环境环境与生态因子,环境对生物的作用（）影响生物的生长、发育、繁殖和行为；导致种群数量的改变；能够限制生物的分布区域。（）生物通过对自身的形
6、态、生理、行为等不断调整，以适应环境中生态因子的变化。,1 生物与环境,1.2 生物与环境的相互作用,生物对环境的反作用（）可以改变生态因子的状况；森林 形成小气候 土壤微生物 土壤养分发生变化（）生物与生物之间的相互作用，形成协同进化。,1 生物与环境,1.2 生物与环境的相互作用,胡椒蛾,黑化胡椒蛾个体,胡椒蛾黑化,100,80,60,300,200,100,Winter smoke,ug/m3,Percent frequency ofmelanic peppered moths,1960 1970 1980,烟尘实测值烟尘变化趋势黑化蛾变化趋势,随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降
7、,1 生物与环境,1、最小因子定律,利比希最小因子定律(Liebigs Law of the mini-mum):植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素，即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。进一步研究表明，这个理论也适用于其他生物种类或生态因子。,1 生物与环境,1.3 生物与环境关系的基本原理,利比希(Justus Liebig)是19世纪德国的农业化学家，他发现作物产量常不受其需要量最大的营养物质限制，而是取决于在土壤中稀少的又为植物需要的元素。,限制因子(Limiting factor):生物的生存和繁衍依赖于各种生态因子的综合作用，但是其
8、中必有一种或少数几种因子是限制生物生存和繁衍的关键性因子，这些关键因子就是限制因子。限制因子可以是因为最小量，也可以是过量。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。,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,南北较高纬度地区的低温是影响非洲蜂进一步向高纬度范围扩散的限制因子。,高纬度地区低温对生物分布的限制,耐受性定律(Law of tolerance):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是会使该
9、种生物衰退或不能生存。,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,种群数量,数量很低,种群消失,种群消失,数量很低,数量最高,不能耐受区,生理受抑制,生理受抑制,不能耐受区,最适区,环境梯度,高,低,耐受性下限,耐受性上限,生物种的耐受性限度图解,最适范围,亚适范围,亚适范围,不适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动或数量,生物对环境因子的耐受曲线,Shelford 耐受性定律,最适范围,不适范围,不能生存,因子梯度,渐增,生命活动强度或数量,生物对环境因子耐受曲线的实际表现,亚适范围,亚适范围,不适范围,Shelford 耐受性定律,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,每一种
10、生物对不同生态因子的耐受范围不同；同一生物在不同发育阶段,对同一生态因子的耐受范围不同；不同生物对同一生态因子的耐受范围不同；生物对某一生态因子处于非最适状态下时，对其他生态因子的耐受限度也下降。,不同学者对耐受性定律的发展：,生态幅(ecological amplitude)：生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上限和下限之间就是生物对这种生态因子的耐受范围，称为生态幅。,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,广生态幅度,狭生态幅度,生命活动或数量,环境因子变化梯度,生态幅度的宽狭比较,广温性生物,狭温喜热生物,生命活动或数量,温度变化梯度 低高,狭温喜冷生物,生物对温度的耐受,温
11、度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。,P.A.Haefner(1970)研究含盐量、温度因子在决定褐虾最适耐受范围时的相互作用。用死亡百分数确定褐虾的忍受限度。褐虾的最大适合度在两个因子的中值处,在自然界，生物种往往并不处于其最适生境下，因为生物间的相互作用，常常妨碍它们去利用最适宜的环境条件，因此生理最适点与生态最适点往往是不一致的,4种草本植物在野外竞争作用条件下(生态最适)与在实验室内控制无竞争作用条件下(生理最适)的不同分布状况比较(考查的生态因子为表层土壤的pH值),羊茅,曲芒发草,蓝盆花,酸模,驯化(Acclimation)：一种生物长期生活在它最适生存范围偏一
12、侧的环境条件下，久而久之就会导致该种生物耐受曲线的位置移动，并可产生一个新的最适生存范围，而生存范围的上、下限也会发生移动。,生物的内稳态（homeostatic organism)：通过控制自身的体内环境，使其保持相对稳定，减少对环境的依赖，从而扩大生物对生态因子的耐受范围。,休眠(dormancy):生命处于不活动状态。,生物对耐受限度的调整,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,不同温度下驯化导致耗氧量的差异,20016012080400,10 20 30,温度,耗氧量（mlg-1h-1）,5 驯化,25 驯化,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,驯化在5 和25 的蛙在不同温度下
13、的氧消耗,金鱼在两种不同温度下的锻炼结果,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,内稳态和非内稳态生物,内稳态生物(homeostatic organism)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，表现为光湿性。非内稳态生物则表现为体内环境随外界环境而变化。,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,蜥蜴的行为适应,早上身体的侧面迎向阳光，身体紧贴在温暖的岩石中午面向阳光，在高处吹风；或是移动至较荫凉的地方木偶跳舞潛在沙中,1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,休眠分长期、短期和各种中间状态：冬眠(hibernation)夏眠(aestivation)蛰伏
14、(torpor)：恒温动物的半休眠状态滞育(diapause)：昆虫的休眠植物种子的后熟(after-ripening),1 生物与环境生物与环境关系的基本原理,1 生物与环境,2 能量环境,3 物质环境,第一部分有机体与环境,光的生态作用及生物对光的适应生物对温度的适应风对生物的作用及防风林火作为生态因子对于生物的影响及管理,环境与生态因子生物与环境的相互作用生物与环境关系的基本原理,太阳辐射为地球上所有生命系统提供了能量，太阳辐射又温暖了地球表面，使生物能够生长、发育和繁衍，并对生物的分布起了重要的作用。光和温度组成了地球上的能量环境。,光的生态作用及生物对光的适应生物对温度的适应风对生物
15、的作用及防风林火作为生态因子对于生物的影响及管理,2 能量环境,问题：生物可以利用那些能量？,太阳辐射光谱：UV-C UV-B UV-A 可见光 红外光150-200-280-320-380-760-4000(nm)占总能量：9%45%46%,地球上光的分布,2 能量环境,2.1 光的生态作用及生物对光的适应,可见光,红外线,紫外线,波长nm,500 1000 2000 3000 4000,能流强度,影响太阳辐射的主要因素：经大气圈各种成分的吸收、反射和散射，到达地表的仅是总太阳辐射的47%；太阳高度角影响太阳辐射强度，高度角越小，太阳辐射穿过大气层路程越长，辐射强度越弱；地球公转和自转的影响
16、，导致季节和昼夜，使太阳辐射呈周期性的变化；地面的海拔高度、坡度和坡向，影响辐射强度和日照时间。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,地表太阳辐射在不同区域的年变化(Mackenzie et al.,1998),2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,光质随时间和空间的变化：纬度变化：短波光随纬度升高而减少海拔变化：短波光随海拔升高而增加季节变化：冬季长波光多，夏季短波光多日变化：早晚长波光多，中午短波光多,日照长度随时间和空间的变化：春分和秋分时全球是昼夜相等；在北半球，春分到秋分昼长夜短，夏至昼最长，并随纬度升高昼长增加；秋分到春分昼短夜长，冬至昼最短，并随纬度升高昼长变短；北极夏
17、半年全为白天，冬半年全为黑夜；赤道附近终年昼夜相等。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,2327 夏至,N,S,W,E,N,W,E,S,2327 冬至,春秋,夏冬,秋春,冬夏,The seasons in the Northern and Southern Hemispheres,10203035404550,10203035404550,1817161514131211109,6789101112131415,光期 hr,暗期 hr,1 2 4 6 8 10 12 M,不同季节各纬度的日照长度,50454035302010,光照强度的随时间和空间的变化：纬度：随纬度的升高而减少经度：
18、离海越远，强度越大海拔：随海拔升高而增强坡向、坡度：北纬30度地方，南坡平地北坡季节：一年中，夏季较强，冬季较弱日变化：一天中，中午最强，早晚最弱,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,水体中光的变化 红外和紫外光仅在水中几米深就会被吸收完；紫光和蓝光易被水面反射和散射；红光在4m 深水中光强降到1%，蓝绿光能进入较深的水中。绿藻分布在上层水中，褐藻分布在较深水层中，红藻分布在最深层，可达水深200m。水中的辐射强度随水 深的增加呈指数减弱。根据水体中光的强弱 或有无，可将水体分 为光亮带、弱光带和 无光带，分别对生物 产生不同的影响。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,植物的光合
19、作用：380-710nm之间的辐射能为光合有效辐 射；叶绿素吸收峰为640-660nm红光和430-450nm蓝紫光。,光质的生态作用及生物的适应,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,蓝,紫,绿,橙,紅,红外线,400 500 600 700波长nm,相对吸收,叶绿素的吸收光谱,光质不同对植物形态建成、向光性及色素形成的影响不同。蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成红外线是地表热量的来源，对外温动物的体温调节和能量代谢起了决定作用。太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm。昆虫的可见光范围偏重短光波。,光质的生态作用及生物的适应,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,青光、蓝紫
20、光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感。,影响生物的生长发育、形态建成,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,光照强度的生态作用及生物的适应,光合作用与光照强度的关系,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,植物对光照强度适应的生态类型 阳地植物：在全光照环境下才能正常生长的植物。阴地植物：在较弱光照环境下比在强光照环境下生 长更好的植物。耐阴植物：在全光照下生长最好，但也能忍受适度 的阴蔽。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,阳地植物与阴地植物的光补偿点位置示意图(Emberlin,1983)CP-光补偿点(Compensation Point),阳地植物,阴
21、地植物,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,小时,植物光合作用的昼夜变化,动物形态对光照强度的适应 夜行性动物的眼睛比昼行性动物大 啮齿类的眼球突出眼眶，为感受微弱的光 终生地下生活的兽类，眼睛很小 深海鱼或具有发达视力，或本身具有发光器动物活动与光照强度的关系夜行性动物（狭光性种类）昼行性动物（广光性种类）动物每天活动与光照强度的关系,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,动物对光照强度适应的生态类型,依活动时间的动物分类动物开始活动的时间,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,生物的昼夜节律：动植物所表现出来的昼夜节律性的变化。其受外源性周期和内源性周期的影响，只有光周期使动
22、植物的昼夜节律与外界环境的昼夜变化同步起来。光周期现象：植物的开花结果、落叶和休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛等，是对日照长短的规律性变化的反应，称光周期现象。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,生物对光周期性（日周期和年周期）的适应,植物的光周期现象：长日照植物：日照超过某一数值时开花。小麦。短日照植物：日照小于某一数值时开花。玉米。中日照植物：昼夜长度竭尽相等时开花。甘蔗。日中性植物：开花不受日照长度影响。黄瓜、番茄。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,生物对光周期性的适应,长日照植物如唐菖蒲，若要使其提前开花，可在幼苗长至2片叶时，每天延长7h光照，并保持1218的室温
23、，一个月后即可开放。短日照植物菊花，当生长达10片叶以上，若缩短每天光照时数（如保持每天8h光照，16h黑暗），室温保持20左右，一个月左右即可开花。如果要让菊花延迟于春节开放，则可延长每天光照时数，如每天14h以上光照，即可使其不现蕾。而甘蔗若在夜间给以短暂的光照，就能抑制开花，提高产量。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,动物的光周期现象：繁殖的光周期现象：繁殖与日照长短的关系长日照动物：在白昼逐渐延长的春季繁殖开始短日照动物：在白昼逐渐缩短的秋季繁殖开始昆虫滞育的光周期现象换毛与换羽的光周期现象动物迁徙的光周期现象鸟类的生殖和迁飞,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,生物对
24、光周期性的适应,光周期决定三刺鱼体内激素的变化，激素的变化又影响着它们对水体含盐量的选择。而这就是三刺鱼春季进入淡水而秋季返回海洋的原因。,2 能量环境光的生态作用及生物对光的适应,昆虫滞育的光周期现象,梨小食心虫在光照时间为每日13-14小时进入滞育。这种休眠状态为耐受秋天和冬天的严寒作好了准备。,鸟类节律,地球上温度的分布地表温度的变化规律,空间变化纬度：纬度升高，温度下降。一般纬度升高1度，温度下降0.5度。纬度升高，年较差增大。海拔高度：一般海拔升高100米，温度下降0.5-0.6。山脉走向、地形：东西走向山脉能阻挡冷暖气流。封闭山谷与盆地，白天受热强烈，夜晚冷空气下沉。,2 能量环境
25、,2.2 生物对温度的适应,地球上温度的分布地表温度的变化规律,时间变化年变化：一年内最热月与最冷月的平均温度之差，称年较差。年较差受纬度、海陆位置（经度）、地形等影响。昼夜变化：一天中最高气温（13-14时）与最低气温（日出前）之差，称日较差。日较差也受纬度、经度和海拔高度的影响。,2 能量环境生物对温度的适应,地球上温度的分布土壤温度的变化规律,土壤表层的温度变化较(气温)强烈，随突然加深，温度变幅减少。1m以下无昼夜变化，30m以下无季节变化。随土壤深度增加，土壤最高温与最低温出现的时间落后于气温(成正比)。土表最高温13时，10cm深度出现在16-17时。土壤温度的年变化在不同地区差异
26、很大，中纬度地区年变幅较大。,2 能量环境生物对温度的适应,土壤与空气温度变化比较,2 能量环境生物对温度的适应,地 表：18 65120cm 高度：15 38 土下30cm处：无变化,地球上温度的分布水体温度的变化规律,水体温度的变化幅度较气温小。海洋水温昼夜变化不超过4，随深度增加变化幅度减小。水体温度的成层现象。水体温度的成层分布，各季节有明显不同。中纬度和高纬度地区水温成层现象最明显。,2 能量环境生物对温度的适应,温带深水湖水温垂直变化,2 能量环境生物对温度的适应,常温动物与变温动物。外温动物与内温动物。,2 能量环境生物对温度的适应,温度与动物类型,在一定的环境温度范围内(热中性
27、区)，内温动物消耗的能量是在基础代谢率的水平上。当环境温度离这个区越来越远时，内温动物维持恒定的体温消耗的能量越来越多。,温度影响酶促反应；温度直接影响生物的发育和生长速率。高温对生物的伤害：蛋白质(酶)变性、有机体脱水低温对生物的伤害：冻害（低于-1）、冷害（0 以上）不同物种对低温的耐受性不同生物的抗寒锻炼,2 能量环境生物对温度的适应,生物对温度的反应,不同物种对高温的耐受性,水生植物：3040旱生植物：5060兽类：42鸟类：4648爬行类：45,2 能量环境生物对温度的适应,生物发育和生长速度,发育阈温度(生物学零度)总积温(有效积温)：K=N(T-C)发育历期和发育速率,2 能量环
28、境生物对温度的适应,温度与生物发育的关系 有效积温法则有效积温法则：生物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且各个阶段所需的总热量是一个常数。因此可用公式：NTK 表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：N(TC)K,TCKN，其中:N为发育历期，即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，C是发育起点温度，又称生物学零度，K是总积温。,2 能量环境生物对温度的适应,有效积温法则的意义预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。,2 能量环境生物对温度的适应,2 能量环境生物对温度的适应
29、,部分农作物所需的(10C)有效积温小麦：1000-1600马铃薯：1000-1600番茄：1500-2100玉米：2000-4000水稻：1800-2500棉花：2000-4000柑桔：4000-5000,2 能量环境生物对温度的适应,驯化和气候驯化生物体经过锻炼后，使自身变化去适应于环境变化，以争取生存的生态适应。这个过程是由实验诱导的，称为驯化，如果在自然界中产生的则称为气候驯化。桦树苗：-20-15 C死亡-35 C柳条：冬季-15 C存活，夏季-5 C死亡金鱼：在20 C水中，致死温度34 C 2.5 C；在升温饲养在30 C水中后，致死温度变为38 C 9 C。,春化：某些植物需要
30、经过一定的低温阶段才能成花，这种现象叫作春化现象，也叫感温性。这个低温周期叫作春化阶段。不同植物所要求的低温值和处理时间不同。根据花卉对低温的要求不同，将其分为三类：（）冬性植物这类花卉要求低温-10度，30-70天内完成春化作用。如两年生花卉月见草、毛地黄等，虞美人等多年生早春开花种类，如芍药等。（）春性植物这类植物要求-12度，5-15天的低温才能成花,一年生花卉、秋季开花的多年生草花属此类。（）半冬性植物这类植物介于上述两类之间，对低温不太敏感，-15度，15-20天完成春化阶段。,2 能量环境生物对温度的适应,生物对极端温度的适应生物对低温环境的适应形态方面：芽鳞、蜡粉、密毛、垫状、匍
31、匐等生理方面：增大细胞液浓度，降低含水量;动物增加脂肪、体内产热量。行为方面：休眠、迁移。贝格曼规律（Bergmanns rule)：来自寒冷气候的内温动物，往往比来自温暖气候的内温动物个体更大，相对体表面积变小，单位体重的散热减少。阿伦规律(Allens rule)：寒冷地区的内温动物身体的突出部分，如四肢、尾巴和外耳有变小的趋势。,2 能量环境生物对温度的适应,A 北极狐(Alopex lagopus),B 赤 狐(Vulpes vulpes),C 大耳狐(Fennecus zerda),三种不同狐狸的头部及耳朵比较,2 能量环境生物对温度的适应,2 能量环境生物对温度的适应,生物对极端温
32、度的适应生物对高温环境的适应形态方面：鳞片、被毛、厚皮、叶或皮反射光线、叶排列减少光照等生理方面：增大细胞液浓度，降低含水量。旺盛的蒸腾;动物适当放宽恒温性。行为方面：休眠、昼伏夜出。,生物对高温环境的适应,2 能量环境生物对温度的适应,生物对周期性变温的适应物候：植物适应一年中温度等的周期性变化，形成与此相适应的发育节律。温周期现象：植物生长发育与温度昼夜变化同步的现象。昼夜变温对种子萌发、植物生长都是有利的。温度三基点:最低温度,最高温度,最适温度分布曲线。年均温度、最高温度和最低温度都是影响生物分布的重要因子。如橡胶、椰子、银杏、苹果等分布范围；热带雨林、落叶阔叶林等群落分布；菜粉蝶分布
33、(不能忍受26度以上高温)。,2 能量环境生物对温度的适应,生物对周期性变温的适应为什么我国西部一些地方(如新疆山麓绿洲地区)出产的农作物(如小麦、棉花、玉米、番茄等)，其产量非常高，品质特别好？出产的水果(如瓜类、葡萄、大枣等)味极甜？(从光照、温度与作物生理、生长、发育之间关系出发考虑),白天温度高，光合作用强度大；夜间温度低，呼吸作用弱，物质消耗少，有利于植物有机物质的积累。此外，充足的光照有利于作物果实中的有机酸分解成糖分，花青素增多，果皮着色鲜艳。,2 能量环境生物对温度的适应,物种分布与环境温度极端温度是限制温度分布的首要因素 高温：白桦、云杉不能在华北平原生长；苹果、梨、桃不能在
34、热带开花结果；黄山松分布在1000-1200米以上；菜粉蝶不能忍受26以上的气温。低温：橡胶分布区低于北纬2440（云南盈江），海拔960米以下；剑麻是北纬26，海拔900米以下；椰子是2430（厦门），海拔640米以下（海南）；东亚飞蝗的北界为等温线13.6。有效积温足够完成一个生活周期的地方才能分布 昆虫大发生时常暂时地超越其分布北界；温度对恒温动物分布限制小可通过其食物等生态因子而影响其分布。,风对生物生长及形态的影响,2 能量环境,2.3 风对生物的作用及防风林,在高山和海岸边，我们常常会见到这样的一些树木它们的枝叶只生长在树干的一侧，远看就像一面绿色的旗子插在地上，这就是旗形树。,风
35、对生物生长及形态的影响,2 能量环境,2.3 风对生物的作用及防风林,沙鸡,榛鸡,风是传播运输工具,2 能量环境风对生物的作用及防风林,风的破坏作用,2 能量环境风对生物的作用及防风林,1934年5月12日，在美国与加拿大的西部发生了震惊世界的特大沙尘暴。这次沙尘暴影响面积之大，达到东西长2400公里，南北宽400公里，几乎横扫美国2/3的领土，从西海岸到东北海岸，刮起了约3亿吨表土，其直接后果使美国冬小麦严重减产，比过去10年减少51亿公斤。,防风林,2 能量环境风对生物的作用及防风林,紧密林带疏透林带通风林带,火是一个重要的生态因子。火有两种主要类型：林冠火、地面火。、火对生物的作用火的有
36、益作用：加速生态系统物质循环，减少与耐火树种竞争的物种火的有害作用：破坏自然界的生态平衡，引起水土流失，使大量肥料丧失，尤其是氮、防火管理开展生物防火，建立生物防火林带,2 能量环境,2.4 火作为生态因子对于生物的影响及管理,1 生物与环境,2 能量环境,3 物质环境,第一部分有机体与环境,光的生态作用及生物对光的适应生物对温度的适应风对生物的作用及防风林火作为生态因子对于生物的影响及管理,环境与生态因子生物与环境的相互作用生物与环境关系的基本原理,水、大气、土壤等构成有机体生活的空间或栖息地，同时又为生物体的组成需要提供了常量元素和微量元素。这些生态因子组成了地球上的物质环境。,3 物质环
37、境,生物与水的关系大气组成及其生态作用土壤理化性质及对生物影响,水的特性（1）水分子具有极性，使水成为最好的溶剂，有利于营养物质运输。（2）水具有高热容量，使水生生物免受温度的剧烈变化带来的危害。（3）水具有特殊的密度变化，4时密度最大，减少了水体的冻结，保护了水生生物的生存。（4）水具有液态、气态及固态3相变化，变化过程中能量的消耗和释放过程，对生物系统能量利用起重要作用。,3 物质环境,3.1 地球上水的存在形式及分布,3 物质环境地球上水的存在形式及分布,陆地上水的分布（1）降雨量变化纬度：纬度增加，降水量减少经度：由东向西减少海拔：海拔增加降水量增加地形：迎风坡多，背风坡少季节：夏季多
38、，冬季少（2）大气湿度相对湿度受到环境温度的调节：温度增加，相对湿度降低；温度降低，相对湿度增加。相对湿度随地理位置而异：热带雨林带80100%，荒漠地带低于20%。,3 物质环境地球上水的存在形式及分布,陆地上水的分布（）我国降雨量的地域分布,3 物质环境,水对动植物生长发育的影响水对动植物数量和分布的影响,3.2 生物对水分的适应,生物体的水分获得与损失途径,水分的丧失途径植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。动物蒸发失水，排泄、分泌失水。水分获得途径植物根部吸收，叶面吸收。动物食物，体表吸收，代谢水。,3 物质环境生物对水分的适应,(自M.C.Molles,Jr,1999),生物
39、体的水分获得与损失途径,3 物质环境生物对水分的适应,植物与水的关系陆生植物分为3种生态类型（形态、生理适应）旱生植物中生植物湿生植物,3 物质环境生物对水分的适应,植物与水的关系水生植物分为3种生态类型（形态、生理适应）沉水植物、浮水植物、挺水植物,有发达的通气组织;增加漂浮能力机械组织不发达或退化;叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。,3 物质环境生物对水分的适应,植物与水的关系水生植物分为3种生态类型 沉水植物、浮水植物、挺水植物,3 物质环境生物对水分的适应,3 物质环境生物对水分的适应,水生植物在生态修复中的应用,动物与水的关系（1）水生动物的渗透压调节低盐环境和淡水环境中的
40、动物：淡水动物对环境是高渗性(淡水的渗透浓度为2-3mmol/l，而动物体液或血液渗透浓度高)，导致水不断渗入动物体内，过剩的水不断排出体外，保持水分平衡补充丢失的盐分方法：食物鳃主动吸收盐类海洋动物：等渗性：体液或血液渗透浓度与海水渗透浓度基本相等的动物，如海胆低渗性：血液和体液远低与海水的动物，如鲱鱼等,3 物质环境生物对水分的适应,海洋动物鲨鱼和无脊椎动物：等渗硬骨鱼：低渗淡水动物硬骨鱼：高渗河口动物洄游鱼类：变渗透压,3 物质环境生物对水分的适应,等渗(isosmotic organism)：体内和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、代
41、谢水获得水，泌盐器官排出多余的盐分。,水生动物的水平衡调节机制,(自M.C.Molles,Jr,1999),3 物质环境生物对水分的适应,高渗：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。低渗：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食物、代谢水和饮水获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。,水生动物的水平衡调节机制,(自Ricklefs,2001),3 物质环境生物对水分的适应,大马哈鱼这样在淡水中出生，然后到海洋中长大，成年后再溯河洄游重返故乡生殖后代的鱼称为溯河洄游鱼类。鳗鲡是海里出生，秋天，从江河漫游入
42、海，到达产卵场，孵化后的鳗苗，又能成群结队地竞相逆流而上，游回江河内发育生长。这是一种洄游现象。,3 物质环境生物对水分的适应,洄游鱼类的水平衡调节机制,渗透调节特征：具有淡水硬骨鱼和海水硬骨鱼的调节特征，依靠肾调节水，在淡水中排尿量大，在海水中排尿量少，在海水中又大量吞水，以补充水。盐代谢依靠鳃调节：在海水中鳃排出盐，在淡水中摄取盐。,动物与水的关系（2）水生生物对水密度的适应克服下沉：鳔，相当于植物的充气器官增 加脂肪增加浮力减少运动阻力克服深海压力：具有适应的身体结构。肋骨无胸骨附着，有的甚至无肋骨，缺少中央腱的肌膈膜斜置于胸腔内,3 物质环境生物对水分的适应,水生环境与生物呼吸水中氧气
43、两大来源：大气中的氧扩散到水中。水中植物光合作用时释放出氧。溶解氧是水生生物最重要的限制因素之一水中氧含量的梯度:递减 水面-水底 光合作用 大气溶解氧 底层生物呼吸,3 物质环境生物对水分的适应,陆生动物对水环境的适应,3 物质环境生物对水分的适应,形态结构适应昆虫具有几丁质的体壁，控制气孔防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；哺乳动物有皮质腺和毛，防止体内水分过多蒸发。行为的适应沙漠动物昼伏夜出：沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大迁徙：在水分和食物不足时，迁移到别处。生理适应储水的胃；储藏丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量的水分；体表和
44、体内特殊物质阻碍体表水的蒸发，不易脱水。,陆生动物对水环境的适应,3 物质环境生物对水分的适应,陆生动物对水环境的适应动物与湿度,3 物质环境生物对水分的适应,动物通过迁徙寻找适宜的湿度，通过夏眠和滞育躲过干旱的季节。按昆虫对湿度的敏感度，可将其分为：喜湿的昆虫喜干的昆虫,图A：喜湿的昆虫图B：喜干的昆虫,70%,40%,80%,蝗虫为例,陆生动物对水环境的适应动物与雪被,3 物质环境生物对水分的适应,雪被：高纬度地区冬季雪常形成稳定的积雪盖。雪被优缺点：雪下生活的啮齿类动物越冬存活率升高，对越冬植物有保护作用，在干旱地区，雪被成了天然的蓄水库，雪被的形成妨碍了动物行走，雪被覆盖了食物，动物获
45、食困难。,在干燥空气中，O2占大气总量的20.95%，N2占78.9%，CO2 占0.032%。这个比例在任何海拔高度的大气中基本相似。但在地下洞穴或通气不良的环境中，空气中的O2和CO2含量与大气不相同。由于海拔增高大气压降低，因此氧分压也随海拔增高而降低，这给哺乳动物的生存带来威胁。在大气组成成分中，对生物关系最为密切的是O2与CO2。,3 物质环境,3.2 大气组成及其生态作用,（1）氧的作用与生物的适应氧与动物能量代谢空气中的氧比水中容易获得，所以陆地动物能得到足够多的氧，保证了陆生动物有高的代谢率，能进化成恒温动物。由于水中溶解氧少，氧成为水生动物存活的限制因子，一些鱼类耗O2量依赖
46、于水中溶氧量而改变。由于陆地上氧浓度高，从海平面直到海拔6000m，动物代谢率没有表现出随氧浓度而改变。但氧浓度对代谢的影响可通过极低分压时表现出来。,3 物质环境大气组成及其生态作用,图.在低氧浓度下，金鱼的氧耗随水中氧浓度成线性改变,3 物质环境大气组成及其生态作用,内温动物对高海拔低氧的适应动物或人从低海拔进入高海拔后，最明显的适应性反应表现在呼吸与血液组成方面。首先是由于低氧刺激，动物产生过度通气（呼吸深度的增加）。高海拔土著动物、人，或是驯化到高海拔上（31005500 m）的人、大白鼠、豚鼠，其骨骼肌中的肌红蛋白浓度均增加（肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白），为低氧状态下的组织提供
47、更多氧。人与其他哺乳动物从平原进入高海拔后，血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积将升高。,3 物质环境大气组成及其生态作用,图显示，人由海拔850 m进入4540 m高度后，这三项指标逐渐升高，数周后达到最大值，并维持在此高水平上。当从高海拔回到平原后，这些指标逐渐下降，恢复原水平。,3 物质环境大气组成及其生态作用,植物与氧植物与动物一样呼吸消耗氧，但植物是大气中氧的主要生产者。植物光合作用中，每呼吸44g CO2，能产生32g O2。白天，植物光合作用释放的氧气比呼吸作用所消耗的氧气大20倍。据估算，每公顷森林每日吸收1吨CO2，呼出0.73吨氧；每公顷生长良好的草坪每日可吸收0.2
48、吨CO2，释放0.15吨O2。如果成年人每人每天消耗0.75 kg氧，释放0.9 kg CO2，则城市每人需要10 m2森林或50 m2草坪才能满足呼吸需要。因此植树造林是至关重要的，不仅是美化环境，更主要的是给人类的生存提供了净化的空气环境。,3 物质环境大气组成及其生态作用,3 物质环境大气组成及其生态作用,（2）CO2的生态作用,温室效应,CO2与植物植物在光能作用下，同化CO2与水，制造出有机物。在高产植物中，生物产量的9095%是取自空气中的CO2，仅有510%是来自土壤。因此，CO2对植物生长发育具有重要作用。各种植物利用CO2的效率不同，C3植物（水稻、小麦等）对CO2的利用效率
49、低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）。空气中CO2浓度虽为0.032%，但仍是高产作物的限制因素。这是因为CO2进入叶绿体内的速度慢,效率低。在强光照下，作物生长盛期，CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2浓度能直接增加作物产量。,3 物质环境大气组成及其生态作用,（2）CO2的生态作用,3 物质环境,3.3 土壤理化性质及其对生物的影响,H2O,O2,CO2,Soil,3 物质环境土壤理化性质及其对生物的影响,土壤的生态意义：1 土壤位于陆地生态系统的底部，具有营养物传递系统，再循环系统和废物处理系统，是陆地生态系统的基底或基础。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解和固氮过程。
50、2土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方，又是水和营养物储存场所；是动物和微生物藏身处，排污处；是污染物质转化的重要基地。因此土壤无论对植物或动物都是重要的生态因子，是人类重要的自然资源。,土壤的物理性质及其对生物的影响（1）土壤的质地和结构三相：土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系质地：三种质地的肥水气特点 砂土：透气强，保水差，保肥差 壤土：通气透水保肥，适宜种植 粘土：透气差，保水强，保肥强结构：微团粒结构（D0.25mm）团粒结构(0.25mm D 10mm)，保水、透气,3 物质环境土壤理化性质及其对生物的影响,（2）土壤水分土壤水
