二生物与环境-1-环境与生态因子总论,45

1、植物生态学植物生态学 朱朝辉朱朝辉辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学第第2章章 植物的生存环境植物的生存环境1. 植物与生态因子植物与生态因子2. 生物与环境的相互作用生物与环境的相互作用3. 能量环境能量环境4. 物质环境物质环境第一第一 部分部分 导论导论1. 植物植物与生态因子与生态因子 环境（environment）是指某一特定生物个体或生物群体周围的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。环境的概念很宽泛，不同学科或专业对环境的具体含义理解不同。 比如，在生物科学中，生物是主体，环境是指生物的栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。在环境科学中

2、，人类是主体，环境是指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生存、生活和发展的各种因素的总体。环境的类型与分类环境的类型与分类 环境（环境（environment） 环境的定义：环境是指生物有机体赖以生存的所有因素环境的定义：环境是指生物有机体赖以生存的所有因素和条件的综合。和条件的综合。“后天后天”：地球大环境：地球大环境大气圈大气圈 （1）大气圈：是不同气体的混合物成膜状包）大气圈：是不同气体的混合物成膜状包围着地球。海陆表面被认为是大气圈假想的下围着地球。海陆表面被认为是大气圈假想的下限，大气圈上限变化不定，因为它将逐渐过渡限，大气圈上限变化不定，因为它将逐渐过渡到宇宙空间，约为

3、到宇宙空间，约为1000km以上。直接构成植以上。直接构成植物气体环境的是大气对流层，约含大气全部质物气体环境的是大气对流层，约含大气全部质量的量的7075，平均高度为，平均高度为10km，在极地上，在极地上为为8km，赤道上为，赤道上为16km。对流层对地球外壳有。对流层对地球外壳有重要意义。云、雨、气团的水平与垂直移动均重要意义。云、雨、气团的水平与垂直移动均在这里发生。在这里发生。大气圈大气圈水圈水圈 （2）水圈：水是生命过程的介质，也是生命过程氢的）水圈：水是生命过程的介质，也是生命过程氢的来源。地球上的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤和大来源。地球上的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中

4、共含有约气中共含有约15亿亿km3的水。如果以地球总表面积的水。如果以地球总表面积（5.1亿亿km2）上水的平均深度计算，海洋约占总水量）上水的平均深度计算，海洋约占总水量的的97，深度在，深度在27003800m之间。水分在地球上通之间。水分在地球上通过大气环流、洋流和河流排水等三种形式流动和再分过大气环流、洋流和河流排水等三种形式流动和再分配。配。 水体中溶有各种化学物质，溶解在水中的水体中溶有各种化学物质，溶解在水中的CO2和和O2为植物生存提供了必要条件。水体不断进行着物理化为植物生存提供了必要条件。水体不断进行着物理化学过程、生物过程和地质过程。这些过程必然影响水学过程、生物过程和地

5、质过程。这些过程必然影响水体溶液总浓度的变化，特别是大气中水热条件，促进体溶液总浓度的变化，特别是大气中水热条件，促进水热的重新分配，影响着地区性气候变化和植物的生水热的重新分配，影响着地区性气候变化和植物的生态分布。态分布。水圈的组成水圈的组成海洋水：海洋水：海洋是水海洋是水圈的主体，是地球圈的主体，是地球上水的最大源地。上水的最大源地。全球海洋总面积为全球海洋总面积为3.61108 km2，约，约占地球表面的占地球表面的71%71%；海水总体积约为海水总体积约为1.37109 km3，约，约占地球总水量的占地球总水量的96%96%97%97%。陆地水：陆地水：河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川

6、河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。陆地水海洋水123456冰川与冰盖地下水淡水湖咸水湖河流土壤水地下水冰川与 冰盖陆地水地球上的水水圈的组成水圈的组成 地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、冰川水、大气水以及存在于动、植物有机体内的生物水。这些水体，冰川水、大气水以及存在于动、植物有机体内的生物水。这些水体，通过水循环组成了一个统一的相互联系的包围地球的水圈。在这其通过水循环组成了一个统一的相互联系的包围地球的水

7、圈。在这其中，海水构成水圈的绝大部分，海水量约占地球总水量的中，海水构成水圈的绝大部分，海水量约占地球总水量的96%97%；其次为分布在极地及陆地上的冰川固态水，约为；其次为分布在极地及陆地上的冰川固态水，约为3x1016 m3；而陆地上的河、湖、土壤水、地下水等约为而陆地上的河、湖、土壤水、地下水等约为4x1012 m3，水体分布很，水体分布很广，但其所占比重却很小。广，但其所占比重却很小。地地球球上上水水的的组组成成 液液态态水水 97.859% 地地表表水水 99.389% 海海水水 97.23% 海海水水 97.23% 固固态态水水 2.14% 地地下下水水 0.61% 咸咸水水 0.

8、008% 湖湖水水 0.017% 气气态态水水 0.001% 大大气气水水 0.001% 淡淡水水 2.762% 河河水水 0.000 1% 冰冰川川水水 2.14% 地地下下水水 0.61% 土土壤壤水水 0.005% 全球水平衡全球水平衡（数据来自（数据来自John Mbugua,1995John Mbugua,1995）水水 圈圈 与与 人人 类类 水水人体的重要组成：人体的重要组成：生命来源于水：生命来源于水：原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物质，是细原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物质，是细胞进行新陈代谢时最好的胞进行新陈代谢时最好的“营养品营养品”；厚厚的水体又像一个；厚厚的水体又像一

9、个“保保护罩护罩”使娇弱的原始生命不致被太阳紫外线杀伤。使娇弱的原始生命不致被太阳紫外线杀伤。生命运动离不开水：生命运动离不开水：水是生物体的基本成分。在肌体内起着输水是生物体的基本成分。在肌体内起着输送物质的作用；维持着肌体养分平衡，起着吸收养分，排出废物送物质的作用；维持着肌体养分平衡，起着吸收养分，排出废物的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用 一方面，水是人类必不可少的，并给人类带来许多好处；但另一方一方面，水是人类必不可少的，并给人类带来许多好处；但另一方面，面，水也给人们带来了许多灾害水也给人们带来了许多灾害。如果水过多也会造成

10、灾害。水灾。如果水过多也会造成灾害。水灾给人类带来的危害是巨大的，洪水灾害是造成经济损失最大的自然灾害给人类带来的危害是巨大的，洪水灾害是造成经济损失最大的自然灾害之一。由于地球表层目前可供人类直接利用的水的有限性、时间与空间之一。由于地球表层目前可供人类直接利用的水的有限性、时间与空间分布的不均匀性，使得世界一些地区或城市或多或少地出现了缺水问题。分布的不均匀性，使得世界一些地区或城市或多或少地出现了缺水问题。 生命运动离不开水生命运动离不开水 当一个人吸收的当一个人吸收的水量比维持平衡的水水量比维持平衡的水分少分少1%2%，就会，就会感到口渴；当减少感到口渴；当减少5%时就会皮肤皱折，时就

11、会皮肤皱折，神态不清；当减少神态不清；当减少14%15%，就会死，就会死亡。故一般人几天不亡。故一般人几天不吃东西尚可，若几天吃东西尚可，若几天不喝水，其结果就可不喝水，其结果就可想而知。想而知。中国雨涝分布中国雨涝分布（1951199019511990） 我国气候受季风影响，降水有明显的季节变化，旱涝频率都较大。我国气候受季风影响，降水有明显的季节变化，旱涝频率都较大。我国雨涝的分布大体上是由东南向西北减少，并且与地势高低和离海远我国雨涝的分布大体上是由东南向西北减少，并且与地势高低和离海远近有密切关系。沿海和平原地区多雨涝，内陆与高原地区少雨涝。近有密切关系。沿海和平原地区多雨涝，内陆与高

12、原地区少雨涝。 水灾给人类带水灾给人类带来的危害是巨大的，来的危害是巨大的，洪水灾害是造成经洪水灾害是造成经济损失最主要的自济损失最主要的自然灾害。随着水灾然灾害。随着水灾对人类的危害日益对人类的危害日益严重，分析水灾的严重，分析水灾的成因，及时做好预成因，及时做好预报和防治水灾已成报和防治水灾已成为全人类共同关心为全人类共同关心的问题。的问题。(刘昌明、何希吾，1998)岩石圈和土壤圈岩石圈和土壤圈 （3）岩石圈和土壤圈：岩石圈是指地球表面）岩石圈和土壤圈：岩石圈是指地球表面3040km厚的地壳层。它是组成生物体各种厚的地壳层。它是组成生物体各种化学元素的仓库。岩石圈和水圈进行物质交换，化学

13、元素的仓库。岩石圈和水圈进行物质交换，并通过火山活动和放射衰变产物而影响到大气并通过火山活动和放射衰变产物而影响到大气圈的组成，它主要是土壤形成的物质基础，土圈的组成，它主要是土壤形成的物质基础，土壤圈不只是岩石圈的疏松表层，而是在生物体壤圈不只是岩石圈的疏松表层，而是在生物体参与下形成的。土壤圈和植物之间的关系是十参与下形成的。土壤圈和植物之间的关系是十分密切的。分密切的。 区域环境（区域环境（regional environment）是指占据某是指占据某一特定地域空间的自然环境。一特定地域空间的自然环境。 微环境（微环境（micro-environment）是指接近植物个是指接近植物个体表

14、面或个体表面不同部位的物理环境。如植体表面或个体表面不同部位的物理环境。如植物叶片表面的光照强度、温度和湿度等就是植物叶片表面的光照强度、温度和湿度等就是植物叶片的微环境。物叶片的微环境。 体内环境（体内环境（inner environment）是指植物体内是指植物体内部的环境，如叶片内部直接和叶肉细胞接触的部的环境，如叶片内部直接和叶肉细胞接触的气腔、气室都是体内环境。二氧化碳从大气进气腔、气室都是体内环境。二氧化碳从大气进入叶绿体进行光合作用所经过入叶绿体进行光合作用所经过“三段三段”路程可路程可说明环境、小环境和体内环境三者之间的相互说明环境、小环境和体内环境三者之间的相互关系。关系。C

15、O2从高层大气到群体叶片附近，再从从高层大气到群体叶片附近，再从叶片周围经过气孔到叶肉细胞的表面，最后由叶片周围经过气孔到叶肉细胞的表面，最后由叶肉细胞表面到叶绿体内同化叶肉细胞表面到叶绿体内同化CO2的酶系统。的酶系统。生态因子和生境生态因子和生境 生态因子（生态因子（ecological factors） 是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接作用的环境要素。和分布有直接或间接作用的环境要素。 所有生态因子构成生态环境。所有生态因子构成生态环境。 生境（生境（habitat） ：特定生物体或群体的：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。

16、指植物生活的具体栖息地的生态环境。指植物生活的具体环境，如水中、路边、林下等。环境，如水中、路边、林下等。不同的生境，关注不同的生态因子不同的生境，关注不同的生态因子生态因子的分类生态因子的分类 气候因子气候因子 光、温、水、空气等因子；光、温、水、空气等因子； 土壤因子土壤因子 土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生物等土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生物等因子；因子； 生物因子生物因子 动物、植物、微生物等因子；动物、植物、微生物等因子； 地形因子地形因子 海拔高度、坡度、坡向等；海拔高度、坡度、坡向等； 人为因子人为因子 - 人类活动对自然的破坏和环境污染等；人类活动对自然的破坏和环境污

17、染等； 火因子火因子1 气候因子气候因子 -光、温、水、空气等因子光、温、水、空气等因子 其中光因子又可分为光强度、光性质和光周期性等，这些因子对植物形态结构、生理生化、生长发育、生物量以及地理分布都有不同作用。 温度因子可分为平均温度、积温、节律性变温和非节律性变温，它们对植物生长发育、引种和地理分布均有很大作用。 水分因子由于降水性质（雨、雪、雾、露、雹）、数量以及季节分配不同可分为若干因子。 气候因子又称地理因子，因为它们随地理位置或海拔高度改变而不同，如温度的纬度变化、雨量的地理分布等都会影响植物生态分布。2 土壤因子土壤因子 -土壤物理性质、化学性质、肥力和土壤生土壤物理性质、化学性

18、质、肥力和土壤生物等因子物等因子 土壤因子: 如土壤理化性质、土壤肥力、土壤生物等。土壤物理性质因土壤水分、空气、温度和土壤结构而异。土壤化学性质可细分为土壤酸度、土壤盐碱性、土壤有机质等。土壤是气候因子和生物因子共同作用的产物，所以它本身必然受到气候因子和生物因子的影响，同时也对生长在土壤上的植物发生作用。因此，不同的土类有其相应的植被类型。3 生物因子生物因子 -动物、植物、微生物等因子动物、植物、微生物等因子 生物因子: 植物生长发育除与无机环境有密切关系外，还与动物、微生物及植物密切相关。动物可以为植物授粉、传播种子；植物之间的相互竞争、共生、寄生等关系以及土壤微生物的活动等都会影响到

19、植物生长发育。4 地形因子地形因子 -海拔高度、坡度、坡向等海拔高度、坡度、坡向等 地形因子: 地形因子是间接因子，其本身对植物没有直接影响，但通过地形变化（如坡向、海拔高度、盆地、丘陵、平原等）影响到气候因子和土壤因子的变化，进而影响植物生长发育。5 人为因子人为因子 - 人类活动对自然的破坏和环境污染等人类活动对自然的破坏和环境污染等 人为因子: 人为因子是指人类对植物资源的利用、改造以及破坏过程中给植物带来的有利或有害的影响。由于人类对植物的作用是有意识、有目的的，所以具有无限的支配力。 以上每种生态因子在数量、强度、频率、方式、持续时间等方面的变化，都会对植物产生不同的影响。一是作为植

20、物生命活动的原料（能源和物源），二是作为生命活动的调节物。 这些生态因子对植物的作用可带来三种后果： 在某地区消灭或促进某种植物的存在，改变其分布；改变植物的繁殖能力，影响发育； 影响植物生长和代谢作用的周期性变化。生态因子的作用特点生态因子的作用特点 综合作用综合作用 主导因子作用主导因子作用 阶段性作用阶段性作用 不可替代性和补偿性作用不可替代性和补偿性作用 直接作用和间接作用直接作用和间接作用生态因子的作用特点生态因子的作用特点 综合作用综合作用 每一个生态因子都是与其他生态因子相互影响、每一个生态因子都是与其他生态因子相互影响、相互制约中起作用的，任何一个因子的变化都相互制约中起作用的

21、，任何一个因子的变化都会在不同程度上引起其他因子的变化会在不同程度上引起其他因子的变化 主导因子作用主导因子作用 诸多因子中，其中必定有诸多因子中，其中必定有12个是起主导作用个是起主导作用的主导因子，主导因子的改变常常会引起其他的主导因子，主导因子的改变常常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化。生明显变化。 阶段性作用阶段性作用 由于生态因子规律性变化，导致生物由于生态因子规律性变化，导致生物生长发育出现阶段性，在不同的发育生长发育出现阶段性，在不同的发育阶段，生物需要不同的生态因子或生阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不

22、同强度。态因子的不同强度。 不可替代性和补偿性作用不可替代性和补偿性作用 对生物作用的诸多生态因子都很重要，对生物作用的诸多生态因子都很重要，一个不能少，不能由另一因子替代。一个不能少，不能由另一因子替代。但在一定的条件下，当某一因子的数但在一定的条件下，当某一因子的数量不足，可以依靠相近生态因子的加量不足，可以依靠相近生态因子的加强得到补偿，而获得相似的生态效应。强得到补偿，而获得相似的生态效应。直接作用和间接作用直接作用和间接作用 生态因子对生物的行为、生长、繁殖、生态因子对生物的行为、生长、繁殖、分布的作用可以是直接的，也可以是分布的作用可以是直接的，也可以是间接的，有的甚至要经过几个中

23、间因间接的，有的甚至要经过几个中间因子。子。Q：生态因子的作用特点举例？：生态因子的作用特点举例？ 综合作用综合作用 主导因子作用主导因子作用 阶段性作用阶段性作用 不可替代性和补偿性作用不可替代性和补偿性作用 直接作用和间接作用直接作用和间接作用2.植物植物与环境的相互作用与环境的相互作用 一、环境对植物的限制作用一、环境对植物的限制作用 “耐受性耐受性” 二、植物对环境的适应二、植物对环境的适应 “内稳态内稳态”一、环境对植物的限制作用一、环境对植物的限制作用 最小因子定律最小因子定律(Liebig) 限制因子定律限制因子定律(Blackman),又称又称木桶木桶理论理论 耐受性定律耐受性

24、定律(Shelford)一、环境对植物的限制作用一、环境对植物的限制作用 最小因子定律最小因子定律(Liebig) 低于某种生物需要的最小量的任何特定低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。限制因子定律限制因子定律(Blackman),又称又称木桶木桶理论理论 任何生态因子，只要接近或超过某种生物的任何生态因子，只要接近或超过某种生物的耐受性极限，就会影响生物的生存、生长、繁耐受性极限，就会影响生物的生存、生长、繁殖或扩散。殖或扩散。 生态因子低于最低状态时，生理现象完全停生态因子低于最低状态时，生理现象完全停止；止

25、； 在最适状态下，显示生理状态的最大观测值；在最适状态下，显示生理状态的最大观测值； 在最大状态之上，生理现象又停止了。在最大状态之上，生理现象又停止了。 水桶效应水桶效应是指一只水桶想盛满水，是指一只水桶想盛满水，必须每块木板都一样平齐且无破损，必须每块木板都一样平齐且无破损，如果这只桶的木板中有一块不齐或如果这只桶的木板中有一块不齐或者某块木板下面有破洞，这只桶就者某块木板下面有破洞，这只桶就无法盛满水。是说一只水桶能盛多无法盛满水。是说一只水桶能盛多少水，并不取决于最长的那块木板，少水，并不取决于最长的那块木板，而是取决于最短的那块木板。也可而是取决于最短的那块木板。也可称为短板效应。一

26、个水桶无论有多称为短板效应。一个水桶无论有多高，它盛水的高度取决于其中最低高，它盛水的高度取决于其中最低的那块木板。的那块木板。水桶效应 提出者：美国管理学家彼得提出者：美国管理学家彼得 水桶效应又称水桶效应又称水桶原理或短板理论水桶原理或短板理论 提出者：美国管理学家彼得提出者：美国管理学家彼得 水桶效应又称水桶原理或短板理论水桶效应又称水桶原理或短板理论耐受性定律耐受性定律(Shelford) 任何一个生态因子在数量上和质量上任何一个生态因子在数量上和质量上的不足或过多，都会导致该生物的衰退和的不足或过多，都会导致该生物的衰退和不能生存。不能生存。 不同发育阶段的耐受限度不同发育阶段的耐受

27、限度 每一种生物对不同生态因每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异。子的耐受范围存在差异。 生物在整个个体发育过程生物在整个个体发育过程中，对环境因子耐受限度中，对环境因子耐受限度不同。不同。 不同生物种对同一生态因不同生物种对同一生态因子的耐受性是不同的。子的耐受性是不同的。 生物对某一生态因子处于生物对某一生态因子处于非最适状态时，对其他因非最适状态时，对其他因子的耐受限度也会下降。子的耐受限度也会下降。影响生物的各因子之间，存在明显的相互关联。影响生物的各因子之间，存在明显的相互关联。 生态幅生态幅进化的结果进化的结果 生态幅是由生物的遗传特性决定的，在生生态幅是由生物的遗传特性决定的，在生态幅最适区，生物的生理状态最佳，繁殖态幅最适区，生物的生理状态最佳，繁殖率最高，数量最多。率最高，数量最多。 一种生物对一种生态因子耐受性的上下限之间的范一种生物对一种生态因子耐受性的上下限之间的范围，为生态幅。围，为生态幅。二、生物对环境的适应二、生物对