生態(tài)因子及其作用

1、 1第二章之一第二章之一 生態(tài)因子及其作用生態(tài)因子及其作用 環(huán)境的概念與類型 生態(tài)因子的概念與類型 Liebig最小因子法則 Shelford耐性定律 2本節(jié)導(dǎo)讀本節(jié)導(dǎo)讀識(shí)記：生態(tài)因子、生境、限制因子、主導(dǎo)因子等概念；Shelfords耐性定律；Liebigs最小因子法則領(lǐng)會(huì)：生態(tài)因子的類型，生態(tài)因子的作用特點(diǎn)，生態(tài)因子的作用規(guī)律綜合應(yīng)用：生態(tài)因子的作用規(guī)律在問(wèn)題分析中的應(yīng)用 31環(huán)境的概念與類型環(huán)境的概念與類型 1.1環(huán)境的概念 1.2環(huán)境的類型 41.1環(huán)境環(huán)境(Environment)的概念的概念 通俗定義： 指主體(或研究對(duì)象)以外的，且圍繞主體，占據(jù)一定空間，構(gòu)成主體生存條件的各種物

2、質(zhì)實(shí)體或社會(huì)因素的總和。 由此定義，不同的學(xué)科有不同的理解。 生態(tài)學(xué)定義： 指生物(個(gè)體或群體)生活空間的外界自然條件的總和，包括生物存在的空間及維持其生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量。 5森林環(huán)境森林環(huán)境 Forest environment 森林生活空間(包括林木地上和地下兩部分)和外界自然條件的總和。對(duì)林木而言，他們彼此之間也互為環(huán)境。 環(huán)境影響森林，森林也反過(guò)來(lái)影響著環(huán)境變化 林學(xué)上又稱森林的生境為立地條件或立地。 61.2環(huán)境的類型環(huán)境的類型1.2.1按環(huán)境的范圍大小按環(huán)境的范圍大小 7大環(huán)境對(duì)生物的影響大環(huán)境對(duì)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

3、，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。 8小環(huán)境對(duì)生物的影響小環(huán)境對(duì)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(chǎng)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(dòng)物往往無(wú)意中為其它動(dòng)物創(chuàng)造著可利用的新環(huán)境； 動(dòng)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(dòng)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(duì)非生物因子進(jìn)行研究。 91.2.2按環(huán)境的性質(zhì)分

4、類按環(huán)境的性質(zhì)分類 自然環(huán)境 自然的沒(méi)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(huì)環(huán)境 人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)狀況、文化、宗教等 102生態(tài)因子的概念與類型生態(tài)因子的概念與類型 2.1生態(tài)因子的概念 2.2生態(tài)因子類型 2.3生態(tài)因子作用的一般特征 112.1生態(tài)因子的概念生態(tài)因子的概念 生態(tài)因子(Ecological factor) 對(duì)生

5、物的生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖、行為和分布具有直接或間接影響的環(huán)境要素(因子)。 例：溫度、濕度、CO2、土壤等。 生存條件 生態(tài)因子中生物生存所不可缺少的環(huán)境條件也稱為生物的生存條件。 森林生態(tài)因子 對(duì)森林產(chǎn)生各種影響的環(huán)境因子。 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 12樹(shù)種特性樹(shù)種特性 樹(shù)種的生物學(xué)特性：樹(shù)種的生物學(xué)特性： 樹(shù)種在生活過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的對(duì)外界環(huán)境有一定要求的特性以及其生長(zhǎng)發(fā)育的特性。 樹(shù)種的生態(tài)學(xué)特性：樹(shù)種的生態(tài)學(xué)特性： 生物學(xué)特性中將樹(shù)種對(duì)外界環(huán)境的要求的特性稱為生態(tài)學(xué)特性。 有時(shí)將生物學(xué)特性狹義地理解為：樹(shù)種形態(tài)、

6、解剖、生理和生長(zhǎng)發(fā)育(如結(jié)實(shí)、生長(zhǎng)速度、壽命)的特性，而與生態(tài)學(xué)特性并列。 樹(shù)種的林學(xué)特性：樹(shù)種的林學(xué)特性： 指與林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐有直接關(guān)系的生物學(xué)特性和生態(tài)學(xué)特性 例如：?jiǎn)棠緲?shù)種的繁殖特性、生長(zhǎng)特性、生產(chǎn)力、對(duì)生態(tài)條件的要求以及對(duì)各種不良條件的抵抗能力等。 132.2生態(tài)因子類型生態(tài)因子類型2.2.1依據(jù)生態(tài)因子的性質(zhì)依據(jù)生態(tài)因子的性質(zhì) 生物因子生物因子 指生物之間的各種相互關(guān)系，如捕食、寄生、競(jìng)爭(zhēng)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(wú)機(jī)成分的理化性質(zhì)及土壤生物等； 地形

7、因子：海拔、坡度、坡向等，這些因子對(duì)植物的生長(zhǎng)和分布有顯著影響。 14生物因子與生物因子與非生物因子非生物因子生物因子非生物因子 152.2.2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：直接生態(tài)因子：對(duì)生物起直接作用 如：光、溫度、水分等；間接生態(tài)因子：間接生態(tài)因子：通過(guò)影響直接生態(tài)因子間接影響生物 如：地形因子。 16直接因子與直接因子與間接因子間接因子直接因子間接因子 172.2.3依據(jù)生態(tài)因子的變化依據(jù)生態(tài)因子的變化(孟恰茨基分類法孟恰茨基分類法) 穩(wěn)定因子穩(wěn)定因子 終年恒定不變的因子，如地磁、地心引力和太陽(yáng)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(dòng)因子變動(dòng)因

8、子 周期變動(dòng)因子：如一年四季變化和潮汐漲落等； 非周期變動(dòng)因子：如地震、蟲(chóng)害暴發(fā)、異常天氣等，這些因子主要是影響生物的數(shù)量。 一般生物對(duì)穩(wěn)定因子的適應(yīng)性較大，生物在其生活早期就有所適應(yīng)。 18穩(wěn)定因子與穩(wěn)定因子與變動(dòng)因子變動(dòng)因子周期性變動(dòng)因子非周期性變動(dòng)因子穩(wěn)定因子 19?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(lái)最高記錄(中國(guó)新聞網(wǎng)2008-02-02)武漢東湖 202.2.4依據(jù)對(duì)種群數(shù)量調(diào)節(jié)的作用依據(jù)對(duì)種群數(shù)量調(diào)節(jié)的作用 密度制約因子(density dependent factor) 對(duì)生物種群數(shù)量影響的強(qiáng)度隨其種群密

9、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 independent factor) 對(duì)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。 21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R 達(dá)若.生態(tài)學(xué)概論.甘肅人民出版社(有修改) 222.3生態(tài)因子作用的一般特征生態(tài)因子作用的一般特征 綜合性與相對(duì)獨(dú)立性 非等價(jià)性 不可替代性及互補(bǔ)性 階段性 直接作用性與間接作用性 232.3.1綜合性與相對(duì)獨(dú)立性綜合性與相對(duì)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

10、引起其它因子的變化。 光照強(qiáng)度的變化和溫度分不開(kāi)，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(huì)引起土壤因子的溫度、濕度、蒸發(fā)、蒸騰等的變化。這一點(diǎn)在森林植物群落中特別明顯。 生態(tài)因子作用的相對(duì)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(shù)木的耐蔭性不同，而光照長(zhǎng)度則引起植物的光周期現(xiàn)象。 24林窗林窗 25林窗林窗 262.3.2非等價(jià)性非等價(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。 主導(dǎo)因子：主導(dǎo)因子： 對(duì)其它因子的變化起更大的制約作用，即對(duì)整個(gè)環(huán)境的變化起主導(dǎo)作用的因子。

11、主導(dǎo)因子的改變?？梢鹌渌鷳B(tài)因子發(fā)生明顯變化或使生物的生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)生明顯變化。 272.3.3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) 植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，所需要的生存條件如光、熱、水分、空氣、無(wú)機(jī)鹽類等因子，不論其量的大小，對(duì)植物的作用雖不是等價(jià)的，但都是同等重要而不可缺少的。如果隨便缺少其中哪一個(gè)因子，便會(huì)引起植物的正常生活失調(diào)，生長(zhǎng)受到阻礙，甚至發(fā)病死亡； 而且任何一個(gè)因子，由于對(duì)生物具有不同的作用，其缺失都不能由另一個(gè)因子來(lái)代替，這就是植物生這就是植物生態(tài)因子不可代替性和同等重要性規(guī)律。態(tài)因子不可代替性和同等重要性規(guī)律。 例如：微量元素與大量元素同樣為植物所必需，只不

12、過(guò)需要量不同。缺鐵時(shí)植物生命同樣會(huì)停止。 N元素用于合成蛋白質(zhì)，不可能由C、O或H中的任何一個(gè)代替，雖它們都不可缺少。 28互補(bǔ)性互補(bǔ)性(可調(diào)劑性可調(diào)劑性) 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。 29一些軟體動(dòng)物利用一些軟體動(dòng)物利用Sr代替代替Ca腹足類海螺海蝸牛 302.3.4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(zhǎng)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

13、一生態(tài)因子或彼此有關(guān)聯(lián)的若干因子的結(jié)合，對(duì)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(zhǎng)時(shí)期中則是有害的。 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(zhǎng)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。 312.3.5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、坡位、海拔高度等對(duì)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(duì)生物產(chǎn)生間接作用，這些地方的光照、溫度、水分狀況則對(duì)生物類型、生長(zhǎng)和分布起直接作用。 32焚風(fēng)效應(yīng)焚風(fēng)

14、效應(yīng) 33生物與環(huán)境的相互作用生物與環(huán)境的相互作用 環(huán)境的非生物因子對(duì)生物的影響，一般稱為作用。 生物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)其生理節(jié)律和生活史中的各種節(jié)律 生物對(duì)環(huán)境的影響一般稱為反作用。 捕食者與獵物、寄生者與宿主，它們的關(guān)系很難說(shuō)誰(shuí)是作用，誰(shuí)是反作用，而是相互的，可稱為相互作用(或稱為交互作用)。 34阿倫規(guī)律阿倫規(guī)律(Allens rule) 353 Liebig最小因子法則最小因子法則(Law of the minimum) 1840年，德國(guó)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(shū)中發(fā)現(xiàn)：作物的產(chǎn)量并非經(jīng)常受到大量需要的營(yíng)養(yǎng)物

15、質(zhì)如CO2、水的限制，因?yàn)樗鼈冊(cè)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。 Liebig最小因子法則最小因子法則 植物的生長(zhǎng)取決于處在最小量狀況的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量 36Liebigs 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(zhǎng)取決于處在最小量狀況的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量 374 Shelford 耐性定律耐性定律(Law of tolerance) 4.1限制因子定律 4.2 Shelford 耐性定律 384.1限制因子定律

16、限制因子定律 (Law of limiting factors) Blackman (1905)：在外界光、溫度、營(yíng)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(guò)程、呼吸、生長(zhǎng)等)的變化，通常可將其歸納為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(cè)值；在最大狀態(tài)之上，生理現(xiàn)象又停止。 39耐受限度耐受限度 40生態(tài)幅(ecological amplitude) 每一種生物對(duì)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 41廣生態(tài)幅與狹生態(tài)幅廣生態(tài)幅與狹生態(tài)幅 對(duì)

17、同一生態(tài)因子，不同種類的生物耐受范圍是很不相同的，故有廣生態(tài)幅(eury-)與狹生態(tài)幅(steno-)物種之分。 Eurytherm(廣溫性生物) and stenotherm euryhydric and stenohydric (狹濕性生物) euryhaline (廣鹽性生物) and stenohaline euryphagic (廣食性生物) and stenophagic euryphotic (廣光性生物) and stenophotic euryecious (廣棲性生物) and stenoecious 42鐘形耐鐘形耐受曲線受曲線 43限制因子限制因子(Limiting f

18、actors) 任何生態(tài)因子，當(dāng)接近或超過(guò)某種生物的耐受性極限而阻止其生存、生長(zhǎng)、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。 44Limiting factors 對(duì)其確定及判定其變化對(duì)植物的影響，是闡明生態(tài)預(yù)測(cè)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(cè)環(huán)境變化對(duì)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(duì)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。 45生物的忍耐力生物的忍耐力 如果生物能通過(guò)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生物的忍耐力，或耐性、抗性的忍耐力，或耐性、抗性。 脅迫生物學(xué) 46樹(shù)堅(jiān)強(qiáng)樹(shù)堅(jiān)強(qiáng)湖南張家界廣西河池市鳳山縣盤陽(yáng)河源頭的溶洞外，山上一棵大樹(shù)的樹(shù)根沿著崖壁扎進(jìn)河里，汲取水分。陸漢魁攝 47樹(shù)堅(jiān)強(qiáng)樹(shù)堅(jiān)強(qiáng) 禹縣大澗廣州越秀公園明城墻遭千根包裹