《環(huán)境生態(tài)學》第二章：生物與環(huán)境

1、第二章 環(huán)境與生物第一節(jié) 地球上的生物 第二節(jié) 環(huán)境的概念及其類型第三節(jié) 主要環(huán)境因子的生態(tài)作用第四節(jié) 生態(tài)因子作用的一般規(guī)律第二章 生物與環(huán)境第三節(jié)主要環(huán)境因子的生態(tài)作用一、光因子的生態(tài)作用地球上生物生存和繁衍的最基本的能量源泉光 （一）光照強度的生態(tài)作用與生物的適應1對生物的生長發(fā)育和形態(tài)建成的作用光照強度對植物細胞的增長和分化、體積的增長和重量的增加關(guān)系密切；光還能促進組織和器官的分化，制約著器官的生長發(fā)育速度，使植物各器官和組織保持發(fā)育上的正常比例。蛙卵、鮭魚卵在有光的條件下孵化快，發(fā)育也快。貽貝和生活在海洋深處的浮游生物在黑暗情況下生長較快。黑暗環(huán)境光照環(huán)境 黃化現(xiàn)象（etiolat

2、ion phenomenon）是光與形態(tài)建成的各種關(guān)系中最極端的典型例子，黃化是植物對黑暗環(huán)境的特殊適應。2光照強度與水生植物在海洋表層的透光帶上部，植物的光合作用量大于呼吸量在補償點處，植物的光合作用量與呼吸消耗平衡沉降到補償點以下又不能很快回到表層時死亡光的穿透性限制著植物在海洋中的分布：3植物對光照強度的適應類型一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強成正比，但到達一定強度光合效率不會再增加，若繼續(xù)增加光強，光合效率下降，這點謂之飽和點。陽地植物：適應強光照地區(qū)生活。蒲公英、薊、楊、柳、樺、槐等陰地植物：適應弱光照地區(qū)生活。連線草、鐵衫、紅豆衫、人參、三七等按照植物對光照強度的適應程度分為：光合

3、作用飽和點光合作用率光強度光合作用呼吸作用CP陽地植物光合作用率光強度光合作用呼吸作用CP凈生產(chǎn)力陰地植物陽地植物和陰地植物光補償點位置示意圖（Emberlin, 1983）蒲公英柳樹楊樹人參三七鐵杉陽地植物陰地植物（二）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加；冬季長波光增多，夏季短波光增多；中午短波光最多，早晚長波光較多。光質(zhì)變化規(guī)律空間變化時間變化不同的光質(zhì)對植物的光合作用，色素形成，向光性，形態(tài)建成的誘導等的影響是不同的。例如光合作用的光譜范圍只是可見光區(qū)。可見光對動物生殖，體色變化，遷徙，毛羽更換，生長及發(fā)育等都有影響；紫外光有致死作用，特別是細菌，病毒及微生物，

4、但昆蟲對紫外光有趨光反應。生物的適應 植物 動物（三）生物對光周期的適應臨界暗期（critical dark period）：指在晝夜周期中能誘導植物開花所需的最短或最長的暗期長度。根據(jù)植物對日照長度的反應類型分為：長日照植物短日照植物長短日照植物植物的光周期長日照植物：指如果給予比臨界暗期長的連續(xù)暗期的光周期，花芽便不能形成，或花芽形成受到阻抑的植物，如牛蒡、紫菀、鳳仙花和除蟲菊等。短日照植物：指給與比臨界暗期長的連續(xù)黑暗下的光周期時，花芽才能形成或促進花芽形成的植物，如蒼耳、菊類、水稻、玉米、大豆等。長短日照植物 ：指在連續(xù)長日照條件后，如不給予短日照條件花芽就不能形成的植物，如具圓齒伽藍

5、菜、夜香樹等。動物的光周期鳥類的遷移和生殖時間是由日照長度決定的。魚類的生殖和遷移受光周期影響，特別是表層水中的魚類。昆蟲的代謝和發(fā)育受光周期的影響。哺乳動物的生殖和換毛受光周期的影響。長日照植物短日照植物鳳仙花紫菀蒼耳玉米大豆二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應北極熱帶荒漠熱帶草原（一）溫度因子的生態(tài)作用1溫度與生物生長生物的三基點：參與生物生命活動中生理生化過程中的酶的活性有最低溫度、最適溫度、最高溫度，相應的則是生物生長的“三基點”。在一定范圍內(nèi)，生物的生長速率與溫度成正比。使蛋白質(zhì)凝固，酶系統(tǒng)失活；高溫低溫將引起細胞膜滲透性改變、脫水、蛋白質(zhì)沉淀等不可逆轉(zhuǎn)的化學變化。2溫度與生物發(fā)育 生

6、物完成生命周期，通過繁衍后代得到延續(xù)，不僅要生長期，還要完成個體的發(fā)育階段。最明顯的是某些植物一定要經(jīng)過一個低溫“春化”階段，才能開花結(jié)果，它就像信號開關(guān)一樣，這個關(guān)不過，就不能完成生命周期。 指植物在生長發(fā)育過程中，需從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且某一特定植物類別各發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常數(shù)。 式中，K生物所需的有效積溫 N天數(shù)，d t 當?shù)卦摃r期的平均溫度， t0 生物生長活動所需最低臨界溫度（生物學零度），溫度與生物發(fā)育最普遍的規(guī)律（Reaumur，1735，法國）有效積溫法則K = N（t - t0）生物發(fā)育時只有高于一定的溫度時才起積極的效應，此時的溫度稱為

7、生物學零度，即發(fā)育起點溫度。有效積溫法則在實際應用較多，如預測生物地理分布北界、預測來年害蟲發(fā)生程度，還有成為制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃、安排作物及預報農(nóng)時的有利根據(jù)。生物學零度（二）極端溫度對生物的影響及生物對極端溫度的適應1環(huán)境對生物的影響和生物對低溫環(huán)境的適應生活在高緯度地區(qū)的恒溫動物，其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類個體大，因為個體大的動物，其單位體重散熱量相對減少。貝格曼（Bergman）規(guī)律阿倫（Allen）規(guī)律恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢，是減少散熱的一種形態(tài)適應，稱為阿倫規(guī)律。2生物對高溫環(huán)境的適應 生物對高溫環(huán)境的適應表現(xiàn)在形態(tài)、生理和行為三

8、個方面。有些植物生有密絨毛和鱗片，能過濾一部分陽光；有些可以反射紅外線；還有些植物主要減低細胞含水量。 動物對高溫環(huán)境的一個重要適應是適當放松恒溫性，在高溫時吸收熱量，等到環(huán)境適當或到陰涼處釋放熱量。植物對高溫的適應動物對高溫的適應3溫度與生物的地理分布溫度因子包括節(jié)律性變溫和絕對溫度，制約著生物的生長發(fā)育，而每個地區(qū)又都生長繁衍著適應于該地區(qū)氣候特點，特別是極端溫度的生物。極端溫度（最高溫度、最低溫度）是限制生物分布的最重要條件。溫度可直接限制動物的分布。一般地，溫暖地區(qū)生物種類多，寒冷地區(qū)生物種類較少。4變溫對生物的影響一般地，變溫處理將有助于種子有效地萌發(fā)，變溫能提高種子萌發(fā)率，是由于降

9、溫后可增加氧在細胞中的溶解度，從而改善了萌發(fā)中的通氣條件；變溫通過改變植物的生理現(xiàn)象，如呼吸、蒸騰等，結(jié)果可以造成糖分在體內(nèi)的大量聚集 。三、水因子的生態(tài)作用及生物的適應（一）水因子的生態(tài)作用1水是生物生存的重要條件水是生物體的重要組成部分水是很好的溶劑水是生物新陳代謝的直接參與者，是光合作用的原料水是生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)降水在地球分布的不均勻?qū)е聞又参锓植嫉牟痪鶆?，物種數(shù)量也有差異。2水對動植物生長發(fā)育的影響3水對動植物數(shù)量和分布的影響水分對植物生長“三基點”：最高、最適和最低 低于最低點，植物萎蔫、生長停止 高于最高點，根系缺氧、窒息、爛根 處于最適點，是植物最優(yōu)的生長條件對于動物，水分不足可以

10、引起滯育或休眠（二）生物對水因子的適應1植物對水因子的適應（1）陸生植物對水因子的適應陸生植物要維持水分平衡，必須增加根的吸收和減少葉的蒸騰，如氣孔能夠自動開關(guān)，當水分充足時便張開交換氣體，但當干旱缺水時則關(guān)閉減少水分散失。水生植物有發(fā)達的通氣組織，還有不發(fā)達或退化的機械組織及水下帶狀、線狀的葉片。 （2）水生植物對水因子的適應（3）植物的分類水生植物 沉水植物，浮水植物陸生植物 濕生植物，中生植物，旱生植物2動物對水因子的適應（1）水生動物的滲透壓調(diào)節(jié)不同類群的水生動物有著各自不同的適應能力和調(diào)節(jié)機制。滲透壓調(diào)節(jié)可以通過限制外表對鹽類和水的通透性，改變所排出的尿和糞便的濃度與體積，逆濃度梯度

11、地主動吸收或主動排出鹽類和水等的方法里實現(xiàn)。影響陸生動物水平衡更多的是環(huán)境中的濕度，動物在形態(tài)結(jié)構(gòu)上、行為上、生理上都有不同程度的適應。如兩棲類體表分泌黏液以保持濕潤，昆蟲、爬行類、嚙齒類等白天躲在洞內(nèi)夜里出來活動，荒漠鳥獸具有可重新吸收水分功能的腎臟。（2）陸生動物對環(huán)境濕度的適應四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應（一）土壤因子的生態(tài)作用 土壤是巖石圈表面能夠生長動物、植物的疏松表層，是陸生生物生活的基質(zhì)，它提供生物生活所必須的礦物質(zhì)元素和水分。因而，它是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量交換的重要場所；同時，它本身又是生態(tài)系統(tǒng)中生物部分和無機環(huán)境部分相互作用的產(chǎn)物。由于植物根系和土壤之間具有極大的接觸面

12、，在植物與土壤之間發(fā)生著頻繁的物質(zhì)交換，彼此強烈影響，因而土壤是一個重要的生態(tài)因子。土壤概況土壤中的各種組分以及它們之間的關(guān)系，影響著土壤的性質(zhì)和肥力，從而影響生物的生長。土壤中的有機質(zhì)類物質(zhì)能夠為植物生長提供足夠營養(yǎng)物質(zhì)，礦物質(zhì)為植物生長提供必需的生命元素，如果這些元素缺失的話，植物將發(fā)生生理性病變。土壤能為植物生長提供水、熱、肥、氣，從而滿足植物的生長需求。 土壤中的各種組分以及它們之間的關(guān)系土壤中的生物區(qū)系，對土壤中有機物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，促進元素的循環(huán)，并能影響、改變土壤的化學性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了各類土壤特有的土壤生物作用。根際微生物群是依賴植物而獲得它的主要能源和營養(yǎng)源。 根際微生物

13、與植物關(guān)系密切的表現(xiàn)是生物固氮和共生。土壤中的生物區(qū)系（二）植物對土壤因子的適應 植物對于長期生活的土壤會產(chǎn)生一定的適應特性。因此，形成了各種以土壤為主導因素的植物生態(tài)類型。可劃分為酸性土、中性土、堿性土植物根據(jù)植物對土壤酸度的反應：根據(jù)植物對土壤中礦質(zhì)鹽類（如鈣鹽）的反應：可劃分為鈣質(zhì)土植物和嫌鈣植物可劃分出鹽土和堿土植物根據(jù)植物對土壤含鹽量的反應： 鹽堿土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土的統(tǒng)稱。在我國內(nèi)陸干旱和半干旱地區(qū)，由于氣候干旱，地面蒸發(fā)強烈，在地勢低平、排水不暢或地表徑流滯緩、匯集的地區(qū)，或地下水位過高的地區(qū)，廣泛分布著鹽堿化土壤。在濱海地區(qū)，由于受海水浸漬，鹽分上升到地表形成次生

14、鹽堿化。 鹽堿土所含的鹽類，通常最多的是 NaCl、Na2SO4、Na2CO3以及可溶性的鈣鹽和鎂鹽。其中鹽土所含的鹽類主要為NaCl和Na2SO4，這兩種鹽類都是中性鹽，所以一般鹽土的PH值是中性的，土壤結(jié)構(gòu)尚未破壞。 鹽堿土 土壤的堿化過程是指土壤膠體中吸附有相當數(shù)量的交換性鈉。一般交換性鈉占交換性陽離子總量20以上的土壤稱為堿土。堿土含 Na2CO3較多（也有含NaHCO3或K2CO3較多的），堿土是強堿性的，其pH一般在8.5以上，堿土上層的結(jié)構(gòu)被破壞，下層常為堅實的柱狀結(jié)構(gòu)，通透性和耕作性能極差。 土壤的堿化過程 鹽類對多數(shù)植物危害程度的大小，可按下列次序排列： MgCl2Na2CO

15、3NaHCO3NaClMgSO4Na2SO4 陽離子：Na+Ca2+ 陰離子： CO32 HCO3 ClSO42典型鹽堿地（1）引起植物的生理干旱（2）傷害植物組織（3）引起細胞中毒（4）影響植物的正常營養(yǎng)（1）土壤的強堿性能毒害植物根系（2）土壤物理性質(zhì)惡化，土壤結(jié)構(gòu)受破壞，質(zhì)地變劣，透水性差1鹽土對植物的影響2堿土對植物的影響鹽堿土植物是植物對鹽堿生境適應的最好表現(xiàn)。3植物對鹽堿土的適應聚鹽性植物、泌鹽性植物、透鹽性植物根據(jù)對過量鹽類的適應特點分為：旱生鹽土植物、濕生鹽土植物鹽土植物分為：第四節(jié)生態(tài)因子作用的一般規(guī)律一、生態(tài)因子的概念生態(tài)因子是指環(huán)境中對生物生長，發(fā)育，生殖，行為和分布有直

16、接或間接影響的環(huán)境要素。1. 生態(tài)因子 如溫度，濕度，食物，氧氣，二氧化碳和其他相關(guān)生物等。2. 生態(tài)因子與環(huán)境因子的關(guān)系 環(huán)境因子指生物有機體以外的所有環(huán)境要素，是構(gòu)成環(huán)境的基本成分。生態(tài)因子則指環(huán)境要素中對生物起作用的部分。生態(tài)因子和環(huán)境因子的概念：環(huán)境中的各種生態(tài)因子彼此聯(lián)系、互相促進、互相制約，任何一個單因子的變化必將引起其他因子不同程度的變化，對生物起到不是單一的而是綜合的作用。二、生態(tài)因子作用的一般特征1生態(tài)因子的綜合作用 2 主導因子作用 對生物起決定性作用的生態(tài)因子即為主導因子。3直接作用和間接作用 4生態(tài)因子的階段性作用 5生態(tài)因子的不可代替性和補償作用 區(qū)分生態(tài)因子的直接作

17、用和間接作用對生物的生長、發(fā)育、繁殖及分布很重要。生態(tài)環(huán)境的規(guī)律性變化導致生態(tài)因子對生物的階段性作用。各種生態(tài)因子的存在都有其必要性，主導因子的缺乏可影響生物生長甚至死亡，所以不可代替，但在綜合作用過程中可局部補償。三、生態(tài)因子的限制性作用1. 限制因子 生物的生存和繁殖依賴于各種生態(tài)因子的綜合作用，但是其中必有一種和少數(shù)幾種因子是限制生物生存和繁殖的關(guān)鍵性因子，這些關(guān)鍵性的因子就是限制因子。任何一種生態(tài)因子只要接近或超過生物的耐受范圍，它就會成為這種生物的限制因子。2. Liebig最小因子定律 19世紀，德國有機化學家Liebig認為：植物的生長取決于那些處于最少量狀態(tài)的營養(yǎng)成分，基本思想

18、是，每種植物都需要一定種類和一定量的營養(yǎng)物質(zhì)，如果環(huán)境中缺乏其中的一種，植物就會發(fā)育不良，甚至死亡。如果這種營養(yǎng)物質(zhì)處于最少量狀態(tài)，植物的生長量就最少。人們把這種思想稱為“Liebig的最小因子定律”。 （1）該法則只能用于穩(wěn)定狀態(tài)下，物質(zhì)和能量的輸入和輸出不是處于平衡狀態(tài) 。（2）應用該法則時，必須要考慮各種因子之間的關(guān)系。如果有一種營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量很多或容易吸收，它就會影響到數(shù)量短缺的那種營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。生物可以利用一種元素取代另一種元素來實行功能。它不但適用于營養(yǎng)物質(zhì)，也適用于其他的生態(tài)因子。 Liebig最小因子定律的補充：3. Shelford耐受性定律1913年，美國生態(tài)學家V.E.Shelford在最小因子定律的基礎(chǔ)上又提出了耐受性定律，并試圖用這個定律來解釋生物的自然分布現(xiàn)象。他認為生物對每一種生態(tài)因子都有其耐受的上限和下限，上下限之間就是生物對這種生態(tài)因子的耐受范圍，稱生態(tài)幅。生態(tài)幅定義任何一個生態(tài)因子在數(shù)量或質(zhì)