生物与环境的生态关系.ppt

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1、,第二章 生物与环境的生态关系,第一节 环境与生态因子,一 环境 1 环境的概念 一个相对于主体而言的客体，它与其主体相互依存，内容随着主体的不同而不同。,中华人民共和国环境保护法：影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体。,环 境：由各种要素构成的综合体,环境要素：,环境结构：,各环境要素之间通过物质循环和能量流动而形成的配置关系和空间格局。,环境系统：,地球表层围绕人类的各种自然要素（环境要素）或环境结构及其相互关系的整体。（大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈）,构成环境整体的各个独立的、性质不同而又服从总体演化规律的基本物质组分。,2 环境的功能：,（1）提供资源功

2、能（2）消纳废物功能（3）生命支持系统功能（4）文化功能,3 环境的基本特征：,（1）环境的整体性（2）环境资源的有限性（3）环境的变动性和稳定性（4）环境的地域差异性,4 生态环境：,相对于人类为主体的自然环境,（生态环境自然环境）,（生态环境自然生态系统）,环围着人群的空间中可以影响到人类生活、生产的一切自然形成的物质和能量的总称。,二 生态因子：,环境因子：组成环境整体的各种物理、化学、生物因子。,生态因子：环境因子中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子。,生境（栖息地）：具体的生物个体或群体生活区域所有生态因子的综合。,（1）气候因子光、热、水、气等（2）土壤因子

3、土壤结构、理化性质 以及土壤生物等（3）地形因子陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与坡度等（4）生物因子动物、植物和微生物之间 的相互作用（5）人为因子由于人类活动对自然的破坏 及对环境的污染作用,第二节 生物与环境相互作用的规律,一 生态因子对生物的作用规律,（1）最小因子定律,1 限制因子定律,“水桶原理”,E.P.Odum（1973）建议对Liebig定律做2点补充：A.这一定律只适用于严格的稳定状态，即在物质和能量的流入和流出处于平衡的情况下才适用。B.要考虑生态因子之间的相互作用（如生态因子的补偿作用等）。,利比希（Liebig）：“植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素”,（2

4、）限制因子：当接近或超过某种生物的耐受性限度而阻止其生存、生长、繁殖的生态因子。,限制因子定律：1）“最小因子定律”的发展 2）生态因子处于最低、最适、最大状态时的生理现象,2 耐性定律与生态幅,（1）耐性定律：Shelford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时会使该种生物衰退或不能生存。,在Shelford以后，许多学者对耐受性定律作了发展，概括如下：A.一种生物对各种生态因子的耐性范围不同；不同生物对同一生态因子的耐性范围也不同；B.同种生物在不同发育阶段对多种生态因子的耐性范围不同，通常在生殖生

5、长期对生态条件的要求最严格，耐性范围最窄；C.由于生态因子的相互作用，当某个生态因子不是处在最适状态时，则生物对其它一些生态因子的耐性范围将会缩小；D.对主要生态因子耐性范围广的生物种，其分布也广；F.同一生物种内的不同品种，长期生活在不同生态环境下，对多个生态因子会形成有差异的耐性范围，即产生生态型的分化。,（2）生态幅 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（或称耐受性的上限和下限）之间的范围，称为生态幅。,当生物对环境中某一个生态因子的适应范围较宽，而对另一个因子的适应范围较窄时，生态幅往往受到后一个生态因子的限制。生物在不同发育期对

6、生态因子的耐受限度不同，物种的生态幅往往取决于它临界期的耐受限度。,3 生态因子作用的基本特点：,（1）综合作用（2）主导因子作用（3）不可代替性和可补偿性作用（4）直接作用和间接作用（5）阶段性作用,二 生物与环境相互作用的基本形式,1 生态作用：,2 生态适应：,3 生态反作用：,环境对生物的影响。,生物处于特定环境条件（特别是极端环境）下发生的结构、过程和功能的改变，这种改变有利于生物在新的环境下生存和发展。分短期适应和长期适应两类。,生物对环境的影响和改变,三 人类与环境的辨正关系,1 人类是环境发展到一定阶段的产物，环境是人类生存发展的物质基础，人类与环境是统一的、密不可分的。2 人

7、类能动地利用和改造环境，被改造的环境又反作用于人类，影响人类的生存和发展。3 在人类与环境构成的“人类环境”系统中，人是矛盾的主要方面。,第三节 光因子与生物的生态关系,一 光的性质,光的波长范围：1504000nm可见光的波长：380760nm（光合作用）波长越长，增热效应越大。叶绿素吸收最强的可见光谱：红光（620760nm）、蓝光（435-490nm）吸收最少的绿光,二 环境中光的变化,1 光质的时空变化 2 日照时间的时空变化3 光照强度的时空变化,（1）纬度，长波光；海拔，短波光。（2）夏短波光较多，冬长波光较多。（3）早晚长波光，中午短波光,三 光照强度的生态作用及生物适应,光补偿

8、点：植物累积干物质的最小光强 当植物光合作用所生产的有机物质恰好抵偿呼吸作用所消耗的有机物质时的光照强度。,光饱和点：随着光照强度的增强，光合作用强度也提高，但当光强增加到一定程度后，光合作用增加的幅度逐渐减缓，达到某一光强时，光合作用强度不再增强，此时的光照强度成为光饱和点。,黄化现象：弱光下植物色素不能形成，细胞纵向伸长，碳水化合物含量低，植株为黄色软弱状。（韭黄）,植物对光照强度的适应类型：,（1）阳性植物：在强光下才能生长发育良好，而在隐蔽和弱光下生长发育不良的植物。（马尾松）（2）阴性植物：需要在较弱的光照条件下，不能忍耐强光照条件的植物。（苔藓类、人参）（3）耐阴植物：适宜在全光照

9、下生长。（叶菜类、部分豆科植物）,四 光照时间与光周期现象,光周期现象：由于分布在地球各地的动植物长期生活在各自光周期环境中，在自然选择和进化中形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式。,根据植物开花对日照长度的反应，将植物分成4类：（1）长日照植物：日照超过某一数值或黑夜小于某一数值时才能开花的植物。这类植物起源和分布在温带和寒温带地区。（2）短日照植物：日照小于某一数值或黑夜大于某一数值时才能开花的植物。多起源和分布在热带和亚热带地区。（3）日中性植物：开花不受日照长度影响的植物，如黄瓜、番茄和番薯等。（4）中日照植物：昼夜长度接近相等时才开花的植物，光照超过或低于这一时数，对其开花

10、都有影响。仅少数热带植物属于这一类型。（甘蔗）,1 植物的光周期现象：,2 动物的光周期现象：,鸟类的迁徙哺乳动物的换毛与换羽繁殖,五 光质的生态作用,生理有效辐射：能被叶绿素、类胡萝卜素吸收的光辐射（红橙光、蓝紫光）。生理无效辐射：很少具有光合效能的辐射（绿光）。,不同的光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建设的诱导是不同的。,第四节 温度与生物的生态关系,一 温度的时空变化,1 温度的空间变化规律2 温度的时间变化规律,二 温度对生物的影响,1 生物与“三基点”温度,“三基点”温度：最适温度、最低温度、最高温度,2 气温与生物分布,生物分布于其最适温度附近地区。由于多数生物的最适温

11、度为20 30，因而温暖地区分布的生物种类多，低温地区的则少。,影响生物分布的温度因子不仅指平均气温，而且极端高温或低温也成为生物分布的限制因子。,高温限度规定了生物分布的南界和山体的下界（苹果）；低温限度则规定了生物分布的北界和上体的上界（橡胶）。,三 极端温度与生物,1 低温伤害及适应,0以上低温对喜温生物的伤害，低温造成生物生理活动（光合、呼吸、吸收、蒸腾等）机能的降低和生理平衡状态的破坏。,冰点以下低温对生物的伤害，造成生物体内结冰，细胞原生质膜破裂和酶蛋白失活与变性。,生物对低温的适应 贝格曼规律：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的个体大，导致其相对体表面积变小，

12、使单位体重上的相对散热量减少，有利于抗寒。阿伦定律：在寒冷地区的哺乳动物，四肢、尾、耳朵以及鼻子有明显地趋于缩短现象，以减少热量散发。,在低温下生活的植物，通常减少细胞中的水分，增加糖类、脂肪和色素等物质以降低植物的冰点，使细胞液冰点常在-1-5，增加抗寒防冻能力。,2 生物对高温环境的适应 生物对高温环境的适应表现在形态、生理和行为三个方面。植物方面：有些植物生有密绒毛和鳞片，能过滤一部分阳光；有些植物呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射一大部分阳光，使植物体免受热伤害；有些植物叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠，减少光的吸收面积；有些植物的树干和根茎生有很厚的木栓层，具有绝热和保

13、护作用。动物方面：适当放松恒温性，使体温有较大的变幅，这样在高温炎热时身体能暂时吸收和贮存大量的热并使体温升高，然后在环境条件改善时或躲到阴凉处时再把体内的热量释放出去，体温随之下降。,四 积温对生物生长发育的影响,发育阈温度(生物学零度)：生物的发育生长是在一定的温度范围上才开始，低于这个温度，生物不发育。热带地区植物的生物学零度在10左右。,积温：生物在整个生长发育期或某一发育阶段，高于一定温度以上的温度总和。分为有效积温和活动积温。,有效积温的计算方法：K=N（TT0）式中：K生物完成某阶段的发育所需的有效积温，是常数（用“日度”表示）N发育历期，即完成某阶段的发育所需的天数。T发育时期

14、的环境平均温度。T0 该生物的发育阈温度。,活动积温：大于某一临界温度值的日平均气温的总和，如日平均气温0的活动积温和日平均气温10的活动积温。有效积温：扣除生物学下限温度（有时同时扣除生物学上限温度），对作物生长发育有效的那部分温度的总和。,五 节律性变温对生物的影响及适应,1 温周期现象：植物对温度有节奏的昼夜变化的反应。,2 春化作用：由低温诱导的开花。,3 物候：生物长期适应于一年四季的温度变化而形成的生长发育节律。,4 休眠：生物为抵御不利环境条件而处于一种暂时不活动状态。,第五节 水与生物的生态关系,一 陆地上水的分布,1 降雨量及其变化规律,（1）纬度（2）海陆位置（3）地形（4

15、）季节,2 大气湿度：反映大气中气态水的含量,相对湿度（RH）：单位容积空气中的实际水汽含量（e）与同一温度下的饱和水汽含量（E）之比。RH=e/E100,饱和差：（E e）指某温度下的饱和水汽量与实际水汽量之差。,3 我国降水量的地域分布,基本规律：从东南往西北降水逐渐减少,华 南：15002000mm长江流域：10001500mm秦岭、海河：750mm黄河中上游：250500mm大兴安岭燕山秦岭北坡：500mm内蒙古西部新疆南部：100mm,二 水的生态作用,（1）水是生物代谢过程中的重要原料；（2）水分能保持植物的固有姿态；（3）水的热容量很大，使水体温度不像大气温度那样变化剧烈，也较少

16、受气温波动的影响，为生物创造了一个相对稳定的温度环境。（4）土壤含水量对植物的生长也有最高、最适和最低3个基点。,三 植物对水分的生态适应,1 植物对水因子的适应 根据环境中水分的多少和植物对水分的需求量和依赖程度，可把植物划分为水生植物和陆生植物。,2 动物对水因子的适应 动物按栖息地划分为水生和陆生两大类。水生动物的媒质是水，而陆生动物的媒质是大气，因此，它们的主要适应特征有所不同。（1）水生动物对水因子的适应 水生动物体表通常具有渗透性，存在渗透压调节和水平平衡的能力。渗透压调节可以限制体表对盐类和水的通透性，通过逆浓度梯度主动地吸收或排出盐类和水分，改变所排处的尿和粪便的浓度和体积。,

17、（2）陆生动物对水因子的适应 陆生植物的适应特征表现在以下几个方面：A 形态结构上的适应：昆虫具有特殊的体壁，爬行动物具有很厚的角质层；鸟类具有羽毛和尾脂腺；哺乳动物具有皮脂腺和毛，这些都能防止体内水分过分蒸发，以保持体内水分平衡。B 行为的适应：如沙漠动物，白天躲在洞穴内，晚上活动。干旱会引起爆发性迁徙。C 生理适应：“沙漠之舟”骆驼，不仅具有储水的胃，驼峰中还储存丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。,第六节 土壤与生物的生态关系,一 土壤的物理性质与生物,1 土壤质地与结构,土壤质地：各种土壤颗粒组合的百分比 分3大类：砂土、壤土、粘土,土壤结构：

18、土壤颗粒排列状况。分团粒结构、片状结构、核状结构、块状结构等,团粒结构：腐殖质把矿质土粒相互粘合成0.2510mm的小团块，具有泡水不散的水稳定性特点，是土壤中最好的结构，能协调土壤中水和空气的矛盾。,2 土壤水分,土壤含水量的“3基点”,3 土壤空气,土壤空气中的O2体积分数一般为1012；CO2一般在0.1左右。土壤通气程度影响土壤微生物的种类、数量和活动情况，进而影响植物的营养状况。,4 土壤温度,（1）直接影响种子萌发和扎根出苗。（2）影响根系的生长、呼吸和吸收性能。（3）影响矿物质盐类的溶解速度、土壤气体交换、水分蒸发、土壤微生物活动以及有机质的分解，而间接影响植物的生长。,二 土壤

19、的化学性质与生物,1 土壤酸度及对生物的影响,土壤酸度影响矿质盐分的溶解度，从而影响植物养分的有效性。土壤酸度通过影响微生物活动而影响养分的有效性和植物的生长。,2 土壤的有机质,土壤有机质（SOM）的概念,微生物体,动植物残体,与已知的有机化合物具有相同结构的单一物质,515%,8595%,6070%,土壤中腐殖质的组成及化学性质：,胡敏酸结构式,富里酸结构式,3 土壤矿质元素,除C、H、O外，植物所需的元素均来自土壤矿物质和有机质的分解。土壤矿质元素：无效态、有效态 不同植物需要的矿质元素量不同，比例不适将限制植物生长发育。,三 土壤的生物特性,土壤微生物：细菌、放线菌、真菌,土壤动物：线

20、虫、环虫、软体动物（蚯蚓）、节肢动物,土壤中动物、植物和微生物活动所产生的一种生物化学和生物物理学特性。,四 植物对土壤的适应,长期生活在不同土壤上的植物，对该种土壤产生了一定的适应特征，形成了不同的植物生态类型。根据植物对土壤酸度的反应，可划分为3类：酸性土植物（pH7.5）根据植物对土壤中矿质盐类（如钙盐）的反应，划分为：钙质土植物和嫌钙土植物,沙生植物：生活在风沙基质中的植物,盐碱土植物：生活在盐碱土中的植物,盐碱土：盐土和碱土以及各种盐化、碱化土的统称。,可溶性盐（NaCl，Na2SO4）1 pH中性内陆盐土、滨海盐土土壤结构未被破坏,Na2CO3，NaHCO3，K2CO3pH8.5土

21、壤上层结构被破坏,第七节 大气与生物的生态关系,大气：地球表面到高空1100km或1400km范围内的空气层。,干净空气的主要成分：氮气：78.09 氧气：20.95 CO2：0.033,一 二氧化碳的生态作用,光合作用的主要原料，植物有机体的主要成分。影响植物初级生产力。,二 氧气的生态作用,（1）氧气是所有生物生命活动所必需的。（2）只有通过氧化，生物才能获得生命所需的能量。（3）氧气是植物光合作用的产物，大气中的氧主要来源于植物的光合作用。（4）氧在植物环境中还参与岩石、土、水所发生的各种氧化反应。,三 风的生态作用,风：空气流动,（1）影响小气候（2）影响植物繁殖（3）影响动物的行为活

22、动（4）风的破坏作用,概念：,旗形树：在盛行一个方向强风的地方，树木迎风面的树枝常常因风的袭击而受残，加之过度的蒸腾会很快枯死，而树木的背风面受风的危害小，树叶生长较好，形成树干朝背风方向弯曲的“旗形树”。,风媒植物：靠风作媒介进行传粉的禾本科植物和森林树种。,风播：植物借助风力传播种子和果实到一个新的地点而发芽生长的过程。,第八节 生物对综合环境的生态适应,一 生态适应,生物为了适应环境的变化，从形态、生理、生化等方面做出有利于生存的改变。,趋同适应：不同种类的生物在相同或相似的环境条件下长期生活，形成相同或相似的适应方式和途径。趋异适应：同种生物由于分布地区的间隔，长期生活在不同环境条件下

23、，因而形成不同的适应方式和途径。,二 生态型,同种生物的不同个体或小种群，长期生存在不同的自然生态系统或人为培育条件下，发生趋异适应，并经自然选择或人工选择而分化形成的生态、形态和生理特性不同的基因型类型。,三 生活型,不同种的生物，由于长期生存在相同的自然生态系统和人工培育条件下，发生趋同适应，并经自然选择或人工选择而形成的具有类似的形态、生理和生态特性的物种类群。,按植物的大小、形状、分枝以及生命周期的长短等，植物分为乔木、灌木、半灌木、藤本、多年生草本、一年生草本、垫状植物等。,饶基耶尔的生活型分类系统：依据休眠芽或复苏芽所处的高低和保护方式,分类：高位芽、地上芽、地面芽、地下芽、一年生,END,