《生物与环境 》PPT课件.ppt
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1、2023/7/20,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,2023/7/20,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,2023/7/20,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。,2023/7/20,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。,2023/7
2、/20,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,2023/7/20,生态因子的空间分布,纬度地带性:从赤道到两极,整
3、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。,2023/7/20,植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999),2023/7/20,生物与生态因子,生态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
4、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,2023/7/20,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,2023/7/20,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,1840,德国)。两个补充条件(Odum,1983):1)严格的稳定状
5、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
6、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。,2023/7/20,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),2023/7/20,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,2023/7/
7、20,生物对生态因子耐受限度的调整,驯化内稳态适应,2023/7/20,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:植物的引种栽培,2023/7/20,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
8、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。,2023/7/20,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),2023/7/20,适应,适应(adapatation):生物对环境压力的调整过程。分基因型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
9、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,2023/7/20,趋同适应和趋异适应,生活型生态型,2023/7/20,生态位,生态位(niche)与栖息地(habitat)生态位有机体在环境中占据的地位;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
10、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。,2023/7/20,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,2023/7/20,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,2023/7/20,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。
11、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,2023/7/20,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。,2023/7/20,光强度变化对生物的影响,植物光合作用率在光补偿点 附近与光强度成正比,但达光饱和点后,不随光强增加。水生生物 水生植物在水中的分布与光照强度有关。陆生生物 对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性
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