生態(tài)學(xué)：第2章：生物與環(huán)境

1、目的和要求 學(xué)習(xí)地球上不同地區(qū)環(huán)境因子的特點(diǎn)和規(guī)律，全面了解生物生活的環(huán)境，掌握主要環(huán)境因子對(duì)生物的影響和生物對(duì)環(huán)境因子的適應(yīng)方式。,第三專題 生物與環(huán)境,重點(diǎn):,光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) 溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng),環(huán)境和生態(tài)因子的概念 生態(tài)因子作用的一般特征 限制因子;最小因子定律;耐性定律;生態(tài)幅;生物內(nèi)穩(wěn)態(tài);耐性限度的調(diào)整;指示生物 能量環(huán)境 物質(zhì)環(huán)境,蜂鳥(niǎo)巢小氣候黎明前時(shí)的溫度， 巢上方的樹(shù)枝減少了孵卵雌鳥(niǎo)的熱量損失（Calder,1973）,小氣候,一根腐木上的小環(huán)境分布格局（Schimitschek, 1931）,1. 環(huán)境 *環(huán)境是生物賴以生存的外界條件的總和。它包括一

2、定的空間以及其中可以直接或間接影響生物生活和發(fā)展的各種因素。,小氣候,生態(tài)因子,生態(tài)因子（Ecological Factor） * 生態(tài)因子是指組成環(huán)境的因素，又稱環(huán)境因子。所以有人稱生態(tài)因子的總和為生態(tài)環(huán)境（Ecotope）。,性屬,非生物因子（Abiotic Factor）：溫度、光、水、pH、氧等理化因子。 生物因子（Biotic Factor）：同種和異種生物。,生態(tài)因子的分類,2、生態(tài)因子作用的一般特征*,綜合作用：自然界任何生態(tài)因子都不是獨(dú)立的。 主導(dǎo)因子作用：各種生態(tài)因子的作用不同，有主導(dǎo)因子和從屬因子。 不可替代性和互補(bǔ)性：任何生態(tài)因子都不可缺少，無(wú)法替代，但是，數(shù)量的不足可以

3、由其它因子一定程度補(bǔ)償。,生態(tài)因子作用的一般特征,階段性作用:生物生長(zhǎng)發(fā)育不同階段對(duì)生態(tài)因子的需求不同,因此生態(tài)因子對(duì)生物的作用也具階段性. 直接作用和間接作用:地形因子的坡度對(duì)植物的生長(zhǎng)起間接作用,而光照起直接作用,3、生態(tài)因子的限定性作用*,(1)限制因子（limiting factor）：限制生物生存和繁殖的關(guān)鍵性因子。,氧氣,限制因子的確定,限制因子的確定，要通過(guò)觀察、分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的途徑。 首先進(jìn)行野外觀察和分析，找出可能起限制作用的因子； 其次要分析這些因子如何對(duì)生物起作用； 最后設(shè)計(jì)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，確定某一因子與生物的定量關(guān)系。,實(shí)驗(yàn)室,野外,最低因子定律,* 植物的生長(zhǎng)取決于處在最

4、小量狀態(tài)的營(yíng)養(yǎng)成分,被稱之為最低因子定律。,(2) 利比希最低因子定律（Liebigs law of minimum）,利比希(Justus Liebig)是19世紀(jì)德國(guó)的農(nóng)業(yè)化學(xué)家，1840年，發(fā)現(xiàn)谷物的產(chǎn)量常不是受常量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（N、P、K等）所限制，而是取決于植物必需的微量元素（B、Mg、Fe等）。,*美國(guó)生態(tài)學(xué)家謝爾福德（1913）提出了耐受性定律：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(guò)多，即當(dāng)其接近或達(dá)到某種生物的耐受限度時(shí)，就會(huì)使該種生物衰退或不能生存。,(3)謝爾福德的耐受性定律 (Shelfords law of tolerance),謝爾福德的耐受性定律,*耐受性定律是最低

5、因子定律的進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)在 （1）考慮了生態(tài)因子的上限； （2）不僅估計(jì)了生態(tài)因子量的變化，還估計(jì)了生物本身的耐受性問(wèn)題； （3）允許生態(tài)因子之間的相互作用（替代和補(bǔ)償?shù)龋?耐受限度的說(shuō)明,耐受限度的說(shuō)明： （1）生物的耐受范圍因發(fā)育時(shí)期、季節(jié)、環(huán)境條件（生態(tài)因子）的不同而變化。如生長(zhǎng)旺盛時(shí)，對(duì)一些生態(tài)因子的耐受性提高；當(dāng)某一生態(tài)因子不是處在最適量時(shí)，生物對(duì)其它因子的耐受范圍可能隨之縮小。再如對(duì)某一個(gè)生態(tài)因子耐受范圍很寬，對(duì)另一個(gè)因子又很窄。,耐受限度的說(shuō)明,（2）對(duì)很多生態(tài)因子耐受范圍都很寬的生物，分布一般很廣。生物對(duì)氣候因子的耐受范圍影響著生物的分布，但是，氣候因子只能說(shuō)明生物不能分布

6、的地區(qū)，卻不能準(zhǔn)確地說(shuō)明生物將會(huì)分布的地區(qū)。（生物因子也影響分布）,耐受限度的說(shuō)明,（3）生物的實(shí)際耐受范圍（自然界）幾乎都比潛在的范圍（生理耐受）狹窄（圖2-1）。這可能是因?yàn)椋涸诓焕麠l件影響下，提高了對(duì)基礎(chǔ)代謝生理調(diào)節(jié)的代價(jià)；生態(tài)環(huán)境中的輔助因子降低了代謝強(qiáng)度的上限或下限水平。,圖2-1 生物對(duì)生態(tài)因子的耐受曲線,耐受限度的說(shuō)明,（4）生物的耐受范圍一般都有其低限、高限和最適點(diǎn)（如圖2-2）。但是，對(duì)于某一生態(tài)因子，在自然界生物常不在最適范圍內(nèi)的地方生活，而在不很適宜的地方生活，這可能是因?yàn)槠渌鷳B(tài)因子起著決定作用。另外，由于種間競(jìng)爭(zhēng)，常使生物的分布范圍偏離最適點(diǎn)。,耐受限度的說(shuō)明,圖2-

7、2 生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)范圍,耐受限度的說(shuō)明,（5）繁殖期往往是一個(gè)臨界期，環(huán)境因子最可能在繁殖期中起限制作用。,耐受限度的分 類,生態(tài)學(xué)中，根據(jù)生物的耐受范圍和生態(tài)因子的不同，將生物分為： 廣溫性（eurytherm） 狹溫性（stenotherm） 廣水性（euryhydric） 狹水性（stenohydric） 廣鹽性（euryhaline） 狹鹽性（stenohaline） 廣食性（euryphagic） 狹食性（stenophagic） 廣光性（euryphotic） 狹光性（stenophotic） 廣棲性（euryoecious） 狹棲性（stenooecious）,相互關(guān)系,生物對(duì)

8、多種生態(tài)因子耐受性之間的相互關(guān)系,圖2-3 兩個(gè)生態(tài)因子對(duì)生物的相互作用,生態(tài)幅,生態(tài)幅（ecological amplitute） 生態(tài)幅是指物種對(duì)生態(tài)環(huán)境適應(yīng)范圍的大小。它常與耐受限度一致，耐受限度越寬，生態(tài)幅也越大。 然而，二者又是不同的：耐受限度一般是對(duì)某一生態(tài)因子而言，是從生物本身出發(fā)，主要指該種生物的生物學(xué)特性；生態(tài)幅既指某一生態(tài)因子，又指環(huán)境條件的綜合，是從生態(tài)適應(yīng)角度來(lái)談的。,1.馴化（acclimation） （人工）馴化是指在實(shí)驗(yàn)條件下誘發(fā)的生理補(bǔ)償機(jī)制，這種生理適應(yīng)短時(shí)間即可完成。,生物對(duì)生態(tài)因子耐受限度的調(diào)整,2.休眠（dormancy） 休眠是生物抵御暫時(shí)不利環(huán)境條件

9、的一種非常有效的生理機(jī)制。在休眠期，生物對(duì)環(huán)境條件的耐受范圍就會(huì)比正常活動(dòng)時(shí)寬的多。,3.周期性變化 動(dòng)物的補(bǔ)償能力表現(xiàn)出明顯的周期性變化，如季節(jié)性、晝夜變化和熱帶的干旱、雨季的周期性變化。,內(nèi)穩(wěn)態(tài)和非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物,內(nèi)穩(wěn)態(tài)（homeostasis）是指生物控制自身體內(nèi)環(huán)境，使其保持相對(duì)恒定。 根據(jù)生物對(duì)非生物因子的反應(yīng)或者依據(jù)外部條件對(duì)生物體內(nèi)狀態(tài)的影響，將生物分為： 內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物（homeostatic organism）內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物是廣生態(tài)幅、廣適應(yīng)性物種。對(duì)于溫度因子，內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物保持體內(nèi)恒溫，對(duì)于濕度因子，表現(xiàn)為廣濕性。 非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物（non-homeostatic organism）非內(nèi)穩(wěn)態(tài)

10、生物表現(xiàn)為體內(nèi)環(huán)境隨外界環(huán)境而變化。,生物保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的行為機(jī)制,生物為保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)，發(fā)展了很多復(fù)雜的形態(tài)和生理適應(yīng)，如動(dòng)物的羽和毛起保溫隔熱作用，高代謝率增加體內(nèi)產(chǎn)熱。但動(dòng)物最普遍的方法是行為適應(yīng)。 高等植物：葉子和花瓣的晝夜運(yùn)動(dòng)和變化。如豆葉的晝挺夜垂，向日葵的花序隨太陽(yáng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)等。 動(dòng)物：爬行類改變姿勢(shì)接受太陽(yáng)輻射。洄游、遷徙、遷移；建造巢穴等。,適應(yīng)組合,適應(yīng)組合（adaptive suites） 生物對(duì)一組特定環(huán)境條件的適應(yīng)表現(xiàn)出彼此之間的相互關(guān)聯(lián)性，這一整套協(xié)同的適應(yīng)特性就稱為適應(yīng)組合。,適應(yīng)組合,植物的適應(yīng)組合（以沙漠環(huán)境為例） 常綠植物表皮增厚、減少氣孔數(shù)目、形成卷葉等適應(yīng)干旱環(huán)境，對(duì)于沙漠環(huán)境是不夠的，最耐旱的肉質(zhì)植物將雨季吸收的（大量水分儲(chǔ)存在根、莖、葉中，同時(shí)它僅在晚間打開(kāi)氣孔，并吸收環(huán)境中的CO2，合成有機(jī)酸儲(chǔ)存在組織中，白天有機(jī)酸脫羧將CO2釋放出來(lái)，供低水平光合作用使用。,適應(yīng)組合,動(dòng)物的適應(yīng)組合（以沙漠環(huán)境為例） 駱駝清晨取食有露水的植物嫩枝葉或多汁的植物獲得必需的水分，尿濃縮減少