第二部分生物与环境.ppt
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1、2019/8/19,第二章 生物与环境,环境与生态因子 生物与环境关系的基本原理 生物与主要生态因子的相互关系,2019/8/19,环境与生态因子,环境概念 生态因子的类型 自然环境的基本特征,2019/8/19,环境和环境因子,环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和,由许多环境要素构成,这些环境要素称环境因子。,2019/8/19,生态因子(ecological factors) :环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子,而环境因子则是指生物体外部的全部要素。,2
2、019/8/19,生态因子的分类,生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类 生物因子( biOtic factors) :有机体(同种和异种) 非生物因子( abiotic factors) :温度、光、湿度、pH、氧气等 有的学者将生态因子分为五类 气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors) 、地形因子(topographic factors) 、生物因子、人为因子(anthropogenic factors) Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 条件:温度、湿度、 pH等 资源:营养物质、水、辐射能等,2019/8/19,生态因子的空
3、间分布,纬度地带性:从赤道到两极,整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 太阳辐射量差异 太阳辐射热量带 水分差异植被分带土壤分带 自然地理带:赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带 植被地带性分布 垂直地带性:因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同,生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1 /100m;湿润空气,-0.6 /100m)。 经度地带性:地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。,2019/8/19,植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999),2019/8/19,生物与生态因子,生态
4、因子作用的特点 生物对非生物因子的耐受限度 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 生物对生态因子耐受限度的调整 生态位,2019/8/19,生态因子作用的特点,综合性: 如气候的作用 非等价性(主导因子作用):塜雉孵卵的温度控制;渔业高密度养殖增氧 直接性和间接性:食物,降水 限定性(因子作用的阶段性):中华绒螯蟹的孵化 生态因子的不可替代性和互补性:水体内的钙和锶,2019/8/19,生物对非生物因子的耐受限度,“最小因子定律”(Liebigs law of minimum) 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素,这些处于最低量的营养元素称最小因子(Justus von Liebig,1
5、840,德国) 。 两个补充条件(Odum,1983):1)严格的稳定状态;2)因子补偿作用(factor compensation) :生物在一定程度和范围内,能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。 “耐受性定律”(Shelfords law of tolerance)( V.E.Shelford,1913,美国) 每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上的最低点和一个生态学上的最高点,在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。 限制因子(limiting factors) 在众多
6、生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子 限制因子概念的意义 为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点; 有助于把握问题的本质,寻找解决问题的薄弱环节。,2019/8/19,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(据Smith,1980),2019/8/19,生物对各生态因子耐受性之间的相互关系,对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响:如温湿的关系;湿度和溶氧的关系;温度
7、和盐的协同作用 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的:物种之间的竞争产生的生态位分离,2019/8/19,生物对生态因子耐受限度的调整,驯化 内稳态 适应,2019/8/19,驯化,实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization) :驯化(acclimation/acclimatization) :生物在实验自然条件下,诱发的生理补偿变化,前者需要较短的时间,后者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化;有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化,实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。 驯化的应用:植物的
8、引种栽培,2019/8/19,内稳态,内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。 大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份:接受器;控制中心;效应器。,2019/8/19,负反馈过程(维持哺乳动物血液渗透性),接受器 (下丘脑),控制中心 (下丘脑),效应器 (肾脏),血液太浓,饮水,血液渗透性上升,口渴反应,血液太稀,失水反应,血液渗透性下降,失水,(仿A. Mackenzie et. Al.,1999),2019/8/19,适应,适应(adapatation) :生物对环境压力的调整过程。分基因型
9、适应和表型适应两类,后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。 适应方式(形态、生理 、行为的适应) : 形态适应:保护、保护色、警戒色与拟态 行为适应:运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 生理适应:生物钟、休眠、生理生化变化 营养适应:食性的泛化与特化 适应组合(adaptive suites): 生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性,称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。 趋同适应和趋异适应 胁迫适应,2019/8/19,趋同适应和趋异适应,生活型 生态型,2019/8/19,生态位,生态位(niche)与栖息地(habitat) 生态位有机体在环境
10、中占据的地位; 栖息地有机体所处的物理环境。 超体积生态位(hypovolume) 生态位的每一个环境变量称一维,生态位空间的环境变量可以是多个,超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。 基础生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche) 物种理论上占据的生态位空间称基础生态位; 实际占有的生态位空间称实际生态位。,2019/8/19,生物与主要生态因子的相互关系,生物与光的关系 生物与温度的关系 生物与水的关系 生物与土壤的关系,2019/8/19,生物与光的关系,太阳辐射及其变化规律 光质变化对生物的影响 光强度变化对生物的影响 光周期现象,201
11、9/8/19,太阳辐射能(仿A. Mackenzie et. al,1999),光的性质:波长1504000nm,分紫外光、可见光和红外光三类,波长在380760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380700nm之间。,紫外线,可见光,红外线,400,630,1000,2500,4000,波长(nm),能 量 强 度,2019/8/19,光质变化对生物的影响,海洋植物 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性: 海水表层植物色素吸收蓝、红光; 深水植物光合色素有效地利用绿光。 高山植物 对紫外光作用的适应,发展了特殊的莲座状叶丛。 动物 不同动物发展不同的色觉。,2019/8/1
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