chapter1生物與環(huán)境PPT課件

1、10/25/2021 1第一章第一章 生物與環(huán)境生物與環(huán)境基本概念基本概念生態(tài)因子類型生態(tài)因子類型生態(tài)因子的作用特點(diǎn)生態(tài)因子的作用特點(diǎn)liebig最小因子定律最小因子定律限制因子限制因子shelford耐性定律耐性定律(耐受限耐受限度與生態(tài)幅度與生態(tài)幅)10/25/2021 21基本概念基本概念環(huán)境(environment)通俗定義：指某一特定生物體或生物群體周圍一切的總和，包括空間及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的各種因素。由此定義，不同的學(xué)科有不同的理解。 環(huán)境因子環(huán)境由許多不同的成分組成，這些從環(huán)境中分析出來的不同成分的事物單位，即是“環(huán)境因子”。10/25/2021 3生態(tài)學(xué)定義

2、生態(tài)學(xué)定義所有生物的和非生物的因子之和，它圍繞并可能影響著有機(jī)體。生物因子例如：競爭、互利、他感等有機(jī)體間相互作用；非生物因子包括：所有化學(xué)、物理的因素。這些因素影響生物的生長及其分布。10/25/2021 4環(huán)境的類型環(huán)境的類型按環(huán)境的范圍大小按環(huán)境的范圍大小大環(huán)境(macro environment)：指地區(qū)環(huán)境、地球環(huán)境和宇宙環(huán)境。小環(huán)境(micro environment)：指對生物有直接影響的鄰接環(huán)境，即小范圍內(nèi)的特定棲息地。大環(huán)境不僅影響著小環(huán)境，而且對生物體也有著直接或間接的影響。10/25/2021 5環(huán)境類別環(huán)境類別大環(huán)境宇宙環(huán)境(space environment)大氣層以

3、外的宇宙空間地球環(huán)境(global environment)生物圈(biosphere)地球上有生命的部分大氣圈(atmosphere) 地球表面的大氣層水圈(hrdroosphere)地球表面的海洋、內(nèi)陸淡水水域及地下水土壤圈(pedosphere) 巖石圈表面風(fēng)化殼上發(fā)育的土壤巖石圈(lithosphere) 地球表面3040 km厚的地殼區(qū)域環(huán)境(regional environment)指占有某一特定地域空間的自然環(huán)境小環(huán)境生境(habitat)、生態(tài)位(niche)指生物生長具體地段的生態(tài)因子的綜合微環(huán)境(microhabitat)指接近生物個(gè)體表面，或個(gè)體表面不同部位的環(huán)境體內(nèi)環(huán)境

4、(inner environment)生物體內(nèi)環(huán)境(組織或細(xì)胞間)10/25/2021 6大環(huán)境對生物的影響大環(huán)境對生物的影響生物群系(biome)-生物群落帶指具有相似群落的一個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型，它把具有相似非生物環(huán)境和相似生態(tài)結(jié)構(gòu)的區(qū)域連成一個(gè)大區(qū)。如熱帶森林、溫帶森林、苔原等根據(jù)生物種類的一定組合特征(即生物群落)可以區(qū)分各個(gè)不同的氣候區(qū)，如熱帶、溫帶、寒帶等。 10/25/2021 7小環(huán)境對生物的影響小環(huán)境對生物的影響更多情況下，生物更容易受到其所在的小環(huán)境的影響。森林植物在其下面可提供一個(gè)蔭涼場所；植物的落葉及其所形成的枯枝落葉層覆蓋地面而起著絕熱層的作用；挖掘地道穴居的動物往往無

5、意中為其它動物創(chuàng)造著可利用的新環(huán)境；動物排出的糞堆也能影響局部土壤條件，糞堆本身也為食糞動物創(chuàng)造了一個(gè)新的小環(huán)境。生態(tài)學(xué)工作中應(yīng)當(dāng)特別重視在小環(huán)境層次上對非生物因子進(jìn)行研究。10/25/2021 8小氣候與蜂鳥巢的關(guān)系小氣候與蜂鳥巢的關(guān)系據(jù)估計(jì)，如果鳥卵不是放在絕熱的鳥巢內(nèi)和受雌鳥孵卵的話，那么鳥卵的溫度到晚上就會接近空氣的溫度(約4左右)，而鳥巢內(nèi)的卵在夜晚時(shí)的溫度通常都在30以上?？傊捎谛夂虻膭?chuàng)造鳥卵周圍環(huán)境的溫度要比氣象所記錄的大氣候溫度高得多。1973年，w a calder研究發(fā)現(xiàn)，蜂鳥巢的位置總是選擇在使卵和雛鳥不致受到不利溫度傷害的地方。蜂鳥巢幾乎毫無例外地建筑在一個(gè)突出樹

6、枝的下方，這個(gè)樹枝就成了鳥和天空之間的遮護(hù)物。鳥巢本身又是一個(gè)絕熱體，可使鳥卵的溫度大大高于孵卵雌鳥身體表面的溫度。10/25/2021 9按環(huán)境的性質(zhì)分類按環(huán)境的性質(zhì)分類自然環(huán)境自然的沒有人為干預(yù)的環(huán)境。大氣圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、巖石圈(lithosphere) 、土壤圈(pedosphere)、生物圈(biosphere) 人工環(huán)境廣義的人工環(huán)境包括所有的栽培植物、引種馴化以及所有農(nóng)作物需要的環(huán)境。狹義的人工環(huán)境指的是人工控制下的植物環(huán)境。社會環(huán)境人類社會的經(jīng)濟(jì)狀況、文化、宗教等10/25/2021 10生態(tài)因子與生境生態(tài)因子與生境生態(tài)因子(ecolo

7、gical factor)：環(huán)境要素中對生物起作用的因子例：食物、熱量、水分、氣候、土壤等生存條件：在生態(tài)因子中，對生物生存不能缺少的環(huán)境要素生態(tài)環(huán)境：所有生態(tài)因子構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境生境(habitat)：特定生物體或群體的棲息地的生態(tài)環(huán)境10/25/2021 112生態(tài)因子類型生態(tài)因子類型2.1依據(jù)生態(tài)因子的性質(zhì)生物因子指生物之間的各種相互關(guān)系，如捕食、寄生、競爭和互惠共生等；另一分類：除人以外的生物；人為的條件非生物因子氣候因子:溫度、濕度、光、降水,風(fēng)、氣壓和雷電等；土壤因子：包括土壤結(jié)構(gòu)、土壤有機(jī)和無機(jī)成分的理化性質(zhì)及土壤生物等；地形因子：海拔、坡度、坡向等，這些因子對植物的生長和分布

8、有顯著影響。10/25/2021 12生物因子與非生物因子與非生物因子生物因子生物因子非生物因子10/25/2021 132.2依據(jù)生態(tài)因子的作用依據(jù)生態(tài)因子的作用直接生態(tài)因子：對生物起直接作用如：光、溫度、水分等；間接生態(tài)因子：通過影響直接生態(tài)因子間接影響生物如：地形因子。10/25/2021 142.3依據(jù)生態(tài)因子的變化依據(jù)生態(tài)因子的變化孟卡斯基分類法穩(wěn)定因子終年恒定不變的因子，如地磁、地心引力和太陽輻射常數(shù)等，這些穩(wěn)定生態(tài)因子的作用主要是決定生物的分布；變動因子周期變動因子：如一年四季變化和潮汐漲落等；非周期變動因子：如刮風(fēng)、降水、捕食和寄生等，這些因子主要是影響生物的數(shù)量。一般生物對穩(wěn)

9、定因子的適應(yīng)性較大，生物在其生活早期就有所適應(yīng)。10/25/2021 15穩(wěn)定因子與變動因子穩(wěn)定因子與變動因子穩(wěn)定因子周期性變動因子非周期性變動因子10/25/2021 16?河南1天內(nèi)3發(fā)“暴雪預(yù)警” 深山積雪齊腰深(大河網(wǎng)2008-01-21)杭州市區(qū)積雪達(dá)到30厘米 創(chuàng)近30年來最高記錄(中國新聞網(wǎng)2008-02-02)武漢東湖10/25/2021 172.4依據(jù)對種群數(shù)量調(diào)節(jié)的作用依據(jù)對種群數(shù)量調(diào)節(jié)的作用密度制約因子(density dependent factor)對生物種群數(shù)量影響的強(qiáng)度隨其種群密度而變化，從而調(diào)節(jié)種群數(shù)量。食物、天敵等。非密度制約因子(density indepe

10、ndent factor)對生物種群數(shù)量影響的強(qiáng)度不隨種群密度而變化。溫度、降水等。10/25/2021 18不同生態(tài)因子分類與各類群間的相應(yīng)關(guān)系不同生態(tài)因子分類與各類群間的相應(yīng)關(guān)系調(diào)節(jié)因子因子性質(zhì)蒙恰茨基分類r 達(dá)若分類與密度無關(guān)因素非生物因素穩(wěn)定因子(溫度、光、潮汐)a.氣候因子 溫度、光周期性變動因子相對濕度、降水其它因子周期性或非周期性變動因子b氣候以外的自然因子 水域環(huán)境因子與密度有關(guān)因素非周期性變動因子土壤因子生物因素基本上是周期性變動因子c食物因子d生物因子 種內(nèi)相互作用非周期性變動因子 種間相互作用r 達(dá)若.生態(tài)學(xué)概論.甘肅人民出版社(有修改)10/25/2021 193生態(tài)因

11、子作用的幾個(gè)特點(diǎn)生態(tài)因子作用的幾個(gè)特點(diǎn) 生態(tài)因子作用的綜合性及相對獨(dú)立性 生態(tài)因子作用的非等價(jià)性 生態(tài)因子作用的階段性 生態(tài)因子的同等重要性及互補(bǔ)性直接作用和間接作用10/25/2021 203.1生態(tài)因子作用的綜合性生態(tài)因子作用的綜合性及相對獨(dú)立性及相對獨(dú)立性綜合性表明，每一個(gè)生態(tài)因子都是在與其它因子的相互影響、相互制約中起作用的，任何一個(gè)因子的變化都在不同程度上引起其它因子的變化。光照強(qiáng)度的變化和溫度分不開，不僅可直接影響空氣溫度和濕度等氣候因子的變化，同時(shí)也會引起土壤因子的溫度、濕度、蒸發(fā)、蒸騰等的變化。這一點(diǎn)在森林等植物群落中特別明顯。春化處理(vernalization)并非單獨(dú)的低

12、溫處理，適宜的氧氣和充足的光照條件也是必需的。10/25/2021 21小林窗小林窗10/25/2021 22綜合作用綜合作用 生態(tài)因子之間相互影響、相互作用、相互制約，任何一因子的變化都會在不同程度上引起其它因子的變化。10/25/2021 23相對獨(dú)立性相對獨(dú)立性生態(tài)因子作用的相對獨(dú)立性表明，盡管生態(tài)因子是綜合作用的，但各因子的作用仍然不同。例如：光照強(qiáng)度引起樹木的耐蔭性不同，而光照長度則引起植物的光周期現(xiàn)象。10/25/2021 243.2生態(tài)因子作用的非等價(jià)性生態(tài)因子作用的非等價(jià)性組成環(huán)境的所有生態(tài)因子，都是植物直接或間接所必需的，但在一起或一定條件下，其中必有一個(gè)或兩個(gè)是起主導(dǎo)作用的

13、。主導(dǎo)因子：對生物起作用的眾多因子中，其中12個(gè)是起決定性作用的，其改變會引起其它生態(tài)因子發(fā)生變化或使生物的生長發(fā)育發(fā)生變化，這個(gè)因子稱為主導(dǎo)因子。10/25/2021 25主導(dǎo)因子的含義主導(dǎo)因子的含義第一，從因子本身來說，當(dāng)所有的因子在質(zhì)和量相等時(shí)，其中某一個(gè)因子的變化，能引起植物全部生態(tài)關(guān)系發(fā)生變化，這個(gè)能對環(huán)境起主導(dǎo)作用的因子，就是主導(dǎo)因子。例如：空氣因子由靜風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸╋L(fēng)時(shí)所起的作用第二，對植物而言，由于某一因子的存在與否和數(shù)量變化，而使植物的生長發(fā)育情況發(fā)生明顯的變化，這類因子也稱為主導(dǎo)因子。例如：植物春化階段的低溫因子，光周期現(xiàn)象中的日照長度，低溫對南方喜溫植物的危害等。10/25/

14、2021 263.3生態(tài)因子作用的階段性生態(tài)因子作用的階段性生物在生長發(fā)育的不同階段往往需要不同的生態(tài)因子或生態(tài)因子的不同強(qiáng)度。因此，某一生態(tài)因子或彼此有關(guān)聯(lián)的若干因子的結(jié)合，對同一植物的各個(gè)不同發(fā)育階段，所起的生態(tài)作用是不同的。例如：低溫在植物春化階段中是必需的生態(tài)條件，但在以后的生長時(shí)期中則是有害的。另外，同一生態(tài)因子在植物某一發(fā)育階段可能不起作用，而在另一發(fā)育階段，則為植物所必需例如光照的長短，在植物的春化階段并不起作用，但在光周期階段則是必需的。10/25/2021 273.4不可替代性與互補(bǔ)性不可替代性與互補(bǔ)性(可調(diào)劑性可調(diào)劑性)任何一個(gè)因子，由于對生物具有不同的作用，其缺失都不能由

15、另一個(gè)因子來代替，這就是植物生態(tài)因子不這就是植物生態(tài)因子不可代替性和同等重要性規(guī)律?？纱嫘院屯戎匾砸?guī)律。微量元素與大量元素n元素用于合成蛋白質(zhì)，不可能由c、o或h代替在一定情況下，某一因子在量上的不足，可以由其它因子的增加或加強(qiáng)而得到調(diào)劑，并且仍然有可能獲得相似或相等的生態(tài)效益。例如：增加co2的濃度，可以補(bǔ)償由于光照減弱所引起的光合強(qiáng)度降低的效應(yīng)。但是生態(tài)因子之間的補(bǔ)償作用，也并非經(jīng)常的和普遍的。10/25/2021 28一些軟體動物利用一些軟體動物利用sr代替代替ca腹足類海螺海蝸牛10/25/2021 293.5直接作用和間接作用直接作用和間接作用環(huán)境中的地形因子，它的坡度、坡向、

16、坡位、海拔高度等對生物的作用不是直接的，但他們能影響光照、溫度、雨水等因子的分布，因而對生物產(chǎn)生間接作用，這些地方的光照、溫度、水分狀況則對生物類型、生長和分布起直接作用。10/25/2021 30焚風(fēng)效應(yīng)焚風(fēng)效應(yīng)10/25/2021 314 liebig最小因子定律最小因子定律(law of the minimum)1840年，德國有機(jī)化學(xué)家justus von liebig 在其著作有機(jī)化學(xué)及其在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)中的應(yīng)用一書中發(fā)現(xiàn)：作物的產(chǎn)量并非經(jīng)常受到大量需要的營養(yǎng)物質(zhì)如co2、水的限制，因?yàn)樗鼈冊谧匀唤缰泻茇S富，而卻受到一些原料如b等的限制，它們的需要量雖少，但在土壤中也非常稀少。10/2

17、5/2021 32liebigs law of minimum土壤中的氮：可維持250千克產(chǎn)量鉀：可維持350千克產(chǎn)量磷：可維持500千克產(chǎn)量實(shí)際產(chǎn)量為250千克；若氮增加1倍，產(chǎn)量為350千克。植物的生長取決于處在最小量狀況的營養(yǎng)物質(zhì)的量10/25/2021 33兩點(diǎn)補(bǔ)充兩點(diǎn)補(bǔ)充最小因子法則只能嚴(yán)格地用于穩(wěn)態(tài)條件下，也就是說，如果在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)和能量的、輸入輸出不是處于平衡狀態(tài)，那么植物對于各種營養(yǎng)物質(zhì)的需變量就會發(fā)生變化，在這種情況下，liebig 的最小因子法則就不能應(yīng)用應(yīng)用最小因子法則的時(shí)候還必須考慮到各種因子之間的相互關(guān)系。如果有一種營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量很多或容易被吸收，它就會影響

18、到數(shù)量短缺的那種營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。另外，生物常?？梢岳盟^的代用元素，即生態(tài)因子作用的互補(bǔ)性。10/25/2021 345限制因子定律(law of limiting factors)blackman (1905)：在外界光、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)等因子數(shù)量改變的狀態(tài)下，探討的生理現(xiàn)象(如同化過程、呼吸、生長等)的變化，通?？蓪⑵錃w納為3個(gè)主要點(diǎn)。生態(tài)因子低于最低狀態(tài)時(shí)，生理現(xiàn)象全部停止；在最適狀態(tài)下，顯示了生理現(xiàn)象的最大觀測值；在最大狀態(tài)之上，生理現(xiàn)象又停止。10/25/2021 35耐受限度耐受限度10/25/2021 36限制因子限制因子(limiting factors)任何生態(tài)因子，當(dāng)接近

19、或超過某種生物的耐受性極限而阻止其生存、生長、繁殖或擴(kuò)散時(shí)，這一生態(tài)因子即是限制因子。注意條件：某一時(shí)間、地點(diǎn)、狀況、生物階段。10/25/2021 37limiting factors限制因子包括超出生物忍耐力量的不足或超出。任何一種生態(tài)因子只要接近或超出生物的耐受范圍，就會成為這種生物的限制因子。如果一種生物對某一生態(tài)因子的耐受范圍很廣，而且這種因子又非常穩(wěn)定，那么這種因子就不太可能成為限制因子；相反，如果一種生物對某一生態(tài)因子的耐受范圍很窄，而且這種因子又易于變化，則這種因子很可能就是一種限制因子。例如：o2在陸地上及在水體中之不同。10/25/2021 38限制因子的意義限制因子的意義

20、對其確定及判定其變化對植物的影響，是闡明生態(tài)預(yù)測理論的重要依據(jù)之一。生態(tài)學(xué)家一旦找到了限制因子，就意味著找到了影響生物生存和發(fā)育的關(guān)鍵性因子，并可集中力量研究它。在預(yù)測環(huán)境變化對生物有機(jī)體及生態(tài)系統(tǒng)影響的效果方面也具有重要意義。主導(dǎo)因子不一定能成為限制因子，但限制因子則一定是主導(dǎo)因子。一旦環(huán)境變化，植物對主導(dǎo)因子的需要得不到滿足，主導(dǎo)因子便很快地成為限制因子。10/25/2021 39生態(tài)幅(ecological amplitude)每一種生物對每一種生態(tài)因子都有一個(gè)耐受范圍，即有一個(gè)生態(tài)上的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)之間的范圍。生態(tài)價(jià)、生態(tài)幅度、耐受限度10/25/2021 40生態(tài)幅

21、生態(tài)幅對同一生態(tài)因子不同種類的生物的耐受范圍是不同的。種類對溫度的耐受范圍(度)鮭魚0-12豹蛙0-30斑鳉10-40南極鱘-2-210/25/2021 416謝爾福德耐性定律謝爾福德耐性定律(shelfords law of tolerance)美國生態(tài)學(xué)家v e shelford于1913年提出任何一個(gè)生態(tài)因子在數(shù)量上或質(zhì)量上的不足或過多，即當(dāng)其接近或達(dá)到某種生物的耐受限度時(shí)，會使該種生物衰退或不能生存。10/25/2021 42鐘鐘形形耐耐受受曲曲線線10/25/2021 43鐘形耐鐘形耐受曲線受曲線10/25/2021 44廣生態(tài)幅與狹生態(tài)幅廣生態(tài)幅與狹生態(tài)幅eurytherm(廣溫性

22、生物) and stenothermeuryhydric and stenohydric (狹濕性生物) euryhaline (廣鹽性生物) and stenohalineeuryphagic (廣食性生物) and stenophagiceuryphotic (廣光性生物) and stenophoticeuryecious (廣棲性生物) and stenoecious10/25/2021 45補(bǔ)充定律補(bǔ)充定律(1)生物能夠?qū)σ粋€(gè)因子耐受范圍很廣，而對另一因子耐受范圍很窄；(2)對所有因子耐受范圍都很寬的生物，一般分布很廣；(3)在一個(gè)因子處在不適狀態(tài)時(shí)，對另一個(gè)因子的耐受能力可能下降；

23、(4)生物在整個(gè)發(fā)育過程中，耐受性不同，繁殖期通常是一個(gè)敏感期；(5)生物實(shí)際上并不在某一特定環(huán)境因子最適的范圍內(nèi)生活，可能是因?yàn)橛衅渌匾囊蜃釉谄鹱饔谩?0/25/2021 46生物的忍耐力生物的忍耐力如果生物能通過生理、形態(tài)等方面的特性，抗御生態(tài)因子不利影響而不受損害，我們稱這種能力為生物的忍耐力，或耐性、抗性。10/25/2021 47湖南張家界湖南張家界 禹縣大澗禹縣大澗10/25/2021 48溫溫度度與與濕濕度度的的耐耐性性限限度度溫度、濕度結(jié)合考慮，在中濕和中溫條件下，生物耐受限度最高。10/25/2021 49生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)及耐性限度的調(diào)整生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)及耐性限度的調(diào)整內(nèi)穩(wěn)態(tài)(homeostasis)及其保持機(jī)制：(1