第8章生物与环境

第 8章 生物与环境8.1 环境因素及其对生物的影响8.1.1 环境与生态因子8.1.1.1 环境与生态因子的概念l 环境 是指某一特定生物或生物群以外的空间 ,以及直接、间接影响该生物或生物群体生存的一切事物的总和。l 生态因子 是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。l 生态因子是生物生存所不可缺少的环境条件，也称为生物的 生存条件 ，是环境因子中对生物起作用的的因子。8.1.1.2 生态因子的分类 气候因子 ： 如温度、湿度、光、降雨、风、气压、雪等。 土壤因子 ：是岩石风化后在生物参与下所形成的生命和非生命的复合体。 地形因子 ：如：地面的起伏、山脉的坡度和阴坡和阳坡等。 生物因子 ：包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、共生和竞争等。 人为因子 ：从生物因子中分离出来。8.1.1.3 生态因子作用的特点1、综合性 ：每个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都会在不同程度上影响其他因子的变化。2、非等价性 ：诸多因子对生物的影响作用是不相同的，其中必有 1 2个起主导作用的主导因子。3、不可替代性和互补性 ：一个因子的却失不能由另一因子替代；但某一因子的数量不足时，可以靠另一因子的加强而得到调剂和补偿。4、限定性 ：生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子的不同强度。8.1.2 生物与无机环境8.1.2.1 温度 在空间上，随纬度、海拔高度及区域小环境的变化而变化。 在时间上，一年有四季变化，一天有昼夜变化。1、极端温度对生物的影响(1) 低温对生物的伤害u 冷害 ：是指喜温生物在零度以上的温度条件受害或死亡。u 冻害： 是指冰点以下的低温使生物体内形成冰晶而造成的损害。(2) 高温对生物的伤害u 对植物而言，减弱光合作用、增强呼吸作用、破坏水分平衡、蛋白质凝固、有害代谢产物积累。u 对动物而言，破坏水分平衡、破坏酶活性、蛋白质凝固。8.1.2.1 温度2、生物对极端温度的适应(1) 动物（恒温动物）对低温的适应l 个体增大，单位体重热量相对较少 Bergman 规律。l 身体突出部分有变小、变短的趋势，以减少散热 Allen 规律。l 毛和羽毛的数量和质量或皮下脂肪的厚度增加。(2) 动物对高温的适应l 适当放松恒温性l 昼出夜伏3、温度对生物分布的影响(1) 高温限制(2) 低温限制 . 是决定生物水平分布北界和垂直分布上限的主要因素8.1.2.2 水1、旱生植物 . 能忍耐干旱，分布于干热草原和荒漠地区。2、湿生植物 . 抗旱能力差，不能长时间忍受缺水，生长在森林下层、日光不足但土壤水分饱和的环境中。3、中生植物 . 抗旱能力居中，生长于中等湿度的生境，种类最多、数量最大、分布最广。4、水生植物 . 生长于水体中的植物。（ 1）沉水植物 . 整株沉没于水中。（ 2）浮水植物 . 叶片漂浮于水面。（ 3）挺水植物 . 植物体大部分挺出水面。8.1.2.3 光1、光的构成及其生态意义 波长范围： 150 4000nm。 可见光波长： 380 760nm 小于 380nm的是 紫外光 ；大于760nm的是 红外光 。特点 :波长越长，增热效应越大 .光的生态意义 :在于可见光，其中红光 (760 620nm)和蓝光 (490 435nm)对植物最为重要 .8.1.2.3 光2、植物与光的关系（ 1）阳性植物 . 指在强光环境中生长健壮，而在弱光环境中发育不良的植物。（ 2）阴性植物 . 指在较弱的光照条件下比在强光下生长良好的植物。（ 3）耐阴植物 . 既能在有光的地方生长，也能在较荫蔽的地方生长。8.1.2.3 光3、生物的光周期现象(1) 植物对光周期的反应植物的光周期现象 :不同长短的昼夜交替对植物开花结实的影响 .v 短日照植物 （ short-day plant， SDP） .指日照时数低于临界日长才能开花的植物。v 长日照植物 （ long-day plant， LDP） .指日照时数超过临界日长才能开花的植物。v 日中性植物 （ day natural plant） . 开花不受日照长度的影响。 临界日长 （ critical day-length） ：使 长日植物开花的最短日照时数，或使短日植物开花的最长日照时数。(2) 动物对光周期的反应鸟类的生殖和迁徙；哺乳动物的生殖和换毛等。8.1.3 生物与有机环境8.1.3.1 种内关系1、 种内斗争 (intraspecific competition). 指同种个体间为争夺资源、领地、配偶等而进行的生存斗争。2、 种内协作 (intraspecific cooperation).指同种个体间为了共同防御敌害，获得食物既保证种族的生存和延续而进行的互利互助的行为。8.1.3.2 种间关系1、 竞争 (competition). 物种之间争夺有限生存条件 (阳光、水分、空间等生存资源 )而存在的相互排斥关系。2、 共生 (symbiosis). 物种之间相依为命的一种互利关系，失去一方，另一方就不能生存。3、 互惠 (protocooperation). 2种生物共同生活、互惠互利，但分开时各自都能独立生活。8.1.3.2 种间关系4、 共栖 (commensalism). 两种生物生活在一起，一种受益，另一种无利也无害的种间关系。 5、 寄生 (parasitism). 生活在一起的生物，一方或利，一方受害，这样的种间关系为寄生。6、 捕食 (predation). 动物大多是吞噬营养的，它们与其他动物或植物之间的关系就是捕食关系。7、 化学抗生 . 指一个物种通过分泌化学物质来抑制另一个物种的生长和生存。8、 化学互助 . 一种生物产生的化学物质可促进另一种生物的生长和繁殖8.2 种群生态8.2.1 种群（ population） 的概念l 是指在一定时间内占据特定空间的同一物种的集合体，同一种群内成员之间都可以进行基因交流。8.2.2 种群的基本特征l 空间特征 ：有一定分布区和分布方式。l 数量特征 ：有一定密度、出生率、死亡率、年龄结构和性别比例。l 遗传特征 ：有一定的基因组成，并随着时间进程其遗传特性也会有所改变。8.2.2 种群的基本特征8.2.2.1 种群密度 （ population）单位面积或容积中个体数量，就称为种群密度8.2.2.2 种群的年龄结构（ age structure）l 某一种群中，具有不同年龄级的个体生物数目与种群个体总数的比例。1、增长型种群 （ expanding population） .出生率高于死亡率。2、稳定型种群 （ stable population） .出生率与死亡率大致平衡。3、衰退型种群 （ diminishing population） .出生率小于死亡率。增长型 稳定型 衰退型8.2.2 种群的基本特征8.2.2.3 性别比例（ sex ratio）l 种群中雄性和雌性个体数目的比例。8.2.2.4 存活曲线 （ survivor curve） 类型 :曲线凹型 ,生命早期有极高的死亡率 ,但到某一年龄段 ,死亡率就变得很低且稳定 .如鱼类。 类型 :呈直线 ,种群各年龄段的死亡率基本相同 .如小型哺乳动物 ,鸟类 . 类型 :曲线凸型 ,早期死亡率低 ,但达到一定生理年龄时，短期内几乎全部死亡。如人类。 10001001010存活个体数（对数值）年龄8.3 生物群落（ biotic community）l 是指在一定空间内各个生物种群有规律的集合体。8.3.1 群落的基本特征1、 生物组成的多样性 . 包含有多种生物 .2、具有一定的垂直结构 . 组成群落的各种植物常常具有不同的生长型 /生活型，如森林群落分为： 乔木层、灌木层、草本层 和 地被物层 ：草原群落分为： 草本层、地被层 和 根系层 。3、具有一定的水平结构 . 指构成一个群落的种类组成和数量比例在水平方向上的配置。8.3.1 群落的基本特征4、具有一定的数量特征(1) 多度 (abundance).指群落中生物个体数目的多少。 目测估计法 ：按预先确定的多度等级来估计单位面积上个体的多少 记名技术法 ：在一定的样地中，直接点数各种生物的个体数，然后算出某种植物与同一生活型的全部植物个体数目的比例。(2) 密度 (density). 单位面积上的植株数。 4、具有一定的数量特征(3) 盖度 （ coverage） 投影盖度 ：植物地上部分的枝叶垂直覆盖的投影面积。 基部盖度 ：植物基部的横截面积。(4) 频度 （ frequency） . 某种植物出现的样方的百分率。频度=某物种出现的样方数 /样方总数 100%(5) 优势度 （ dominance）l 优势种： 生物群落中少数几个能够凭借自己的大小、数量和活力对群落产生重大影响的种，称为优势种。l 优势度 就是确定群落中优势种的重要生态指标，通常用密度、盖度和频度等指标来加以计算。8.3.2 生物群落的演替l 演替 ：群落随时间和空间而发生的变化。如，农田 野草 灌木 杨树、松树 森林（槭树、山核桃和松树等为优势种） 。l 若这样的群落称为一个稳定的群落，且不再被其他群落所代替，就称为 顶极群落 。而草本 灌木 森林 顶极群落 ，称为 演替系列 。l 实例 ： 湖泊 森林群落（水生演替系列）（ 1）裸底阶段 . 浮游生物。（ 2）沉水植物 . 浮游生物尸体 +陆地泥沙 沉积 沉水植物（轮藻、眼子菜、金鱼藻等）扎根。（ 3）浮叶植物阶段 . 沉积物抬高湖底 植物根扎水底叶浮水面 沉水植物被排挤 动物增加。（ 4）挺水植物阶段 . 水位季节变化 边缘浮水植物失去浮力而死亡 挺水植物（如芦苇、香蒲、泽泻等）扎根湖底，同时肺呼吸动物代替鳃呼吸动物，野鸭等水鸟定居。 （ 5）森林群落阶段 . 挺水植物导致沉积物大增 水面缩小 沼泽 沼泽植物群落 地面抬高 湿生灌木 乔木（杨树、榆树、白皮松等） 密度增大 不耐阴植物衰减，耐阴树种出现 优势种（山毛榉、铁杉、雪松等） 稳定群落阶段。8.3.2 生物群落的演替8.4 生态系统（ ecosystem）l 是 生物群落与环境之间由于不断进行物质循环、能量流动和信息传递而形成的统一体。8.4.1 生态系统的组成1、 生产者 . 指绿色植物和某些能进行光合作用和化能合成的细菌等自养生物。功能：合成有机物，贮存能量。2、 消费者 . 直接或间接以生产者为食的各种动物。植食性动物称为初级消费者；肉食性动物称为次级消费者。3、 分解者 . 主要指细菌、真菌及某些原生动物和腐食性动物。作用：将动植物有机残体分解为简单的化合物和元素。4、 非生物成分 . 光能、热量、水、 CO2、 O2、 N2、 矿物质、酸、碱以及其他元素或化合物。8.4.2 生态系统的基本特征1、具有自我调节能力 .2、能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能 .3、组成生态系统的营养级的数目不会超过 4 5级 .4、生态系统是一个半开放的动态系统。8.4.3 生态系统的功能8.4.3.1 能量流动（ energy flow）l 指能量在生态系统中不断传递转换的过程。特点： 单向性，即沿着食物链单向流动，最后变成无用的热量而消耗掉。l 如，光能 植物 虫 青蛙 蛇 鹰。其中的每一个环节就称为 营养级 。1、食物链 （ food chain）l 植物所固定的能量通过一系列的取食和被取食关系在生态系统中传递，这种单方向营养和能量传递的关系就称为食物链。2、食物网 （ food web）l 生态系统中，一种动物捕食多种其他生物，同时又被多种其他动物所捕食的能量传递关系，就称为食物网。8.4.3.1 能量流动（ energy flow）3、生态金字塔 （ ecological pyramid） 一般来说，能量从食物链的一个营养级到另一个营养级，能量大约损失 90% 。结果，从数量上来说，植物 植食性动物 一级肉食性动物 二级肉食性动物 .这样的比例关系就称为生态金字塔 ,4、生物浓缩 （ bioconcentration） /生物放大 （ biological magnification）l 生态学家常用生态金字塔来说明环境中的有毒化学物质是如何在生态系统中被富集 ,并对塔尖的的生物造成危害的 . 这种有毒化学物质在生态金字塔中被逐渐富集的现象称为生物浓缩。8.4.3.1 能量流动 (energy f