基础生态学(第二版)常考基础知识点总结

基础生态学(第二版)常考基础知识点总结绪论

*学习生态学的三条原则：

1、扎实的博物学知识基础；

2、把生物作为生态学研究的基本单位；

3、进化论思想在生态学研究中具有核心地位。

当代生物进化论的三大理论来源及其发展

*当代生物进化论学派林立，但都来自三个不同而又相互关联的基本学说：拉马克学说、达尔文的自然选择学说和孟德尔遗传理论。

1.新拉马克主义

*拉马克是第一个从科学角度提出进化论的学者，主要观点：①在生物演化的动力上，尽管他们也承认自然选择的作用，但认为用进废退和获得性遗传意义更大；②生物演化有内因（遗传、变异）与外因（环境），两者相比，他们更强调环境的作用；③生物的身体结构与其生理功能是协调一致的，但在因果关系上，即他们认为生理功能决定了结构特征，最典型的例子是对长颈鹿的脖子的解释。

2.孟德尔遗传理论

孟是奥地理利学者，1843年因生活所迫进入修道院，自不成才，1849年任大学预科的代课教师，1851年入维也纳大学深造，1856年开始了豌豆杂交试验，他的颗粒遗传理论与达尔文1859年的《物种起源》几乎同时完成，但却没人理解他为遗传学和进化论做出的杰出贡献。1884年，在达尔文去逝不到两年，孟与世长辞。直到1900年他的遗传学成果才被科学界重新发现，并概括为―孟德尔定律‖。

3.达尔文学说

(1)新达尔文主义：传统的达尔文主义缺乏遗传学基础，孟德尔遗传理论的创立，为新达尔文主义发展提供了契机。

其贡献主要是提出了遗传基因的概念，还证实了基因存在于染色体上；提出了突变论，认为非连续变异的突变可以形成新种；提出了基因型和表现型的概念；将孟德尔遗传理论发展到了一个新阶段，如连锁遗传定律。

*其局限性是：研究生物演化主要局限于个体水平，实际上进化是一种在群体范畴内发生的过程；忽视了自然选择作用在进化中的地位，因而难以正确解释进化的过程。

(2)现代达尔文主义（或称现代综合进化论）：是现代进化理论中影响最大的一个学派，是达尔文自然选择理论与新达尔文主义遗传理论的有机结合。如1908年英国数学家哈迪和德国医生温伯格分别证明了―哈迪—温伯格定律‖，创立了群体遗传学理论。其要点：①主张共享一个基因库的群体是生物进化的基本单位，因而进化机制研究应属于群体遗传学的范围。②主张物种形成的生物进化的机制应包括突变、自然选择和隔离三个方面。

一、生态学的定义

生态学是研究有机体（生物）与其周围环境相互关系的科学。

生物：动物（人类）、植物、微生物

环境：非生物环境（无机因素－温度、阳光、水等）和生物环境（包括种认为分子生态学是利用分子生物学技术与方法研究生物对其所处

环境的适应以及产生这种适应反应的分子机制。

个体生态学:

*个体生态学的研究重点是个体对生物和非生物环境的适应，即生理适应及其机制，属于生理生态学。

种群生态学

*种群是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。

*研究重点是个体数量及其随时间的变化，包括种群中的进化性变化。即研究多度及其波动的因素。

群落生态学

*群落是栖息在同一地域中的动物、植物和微生物种群组成的集合体，

*研究重点是决定群落组成和结构的生态过程，即关心同一地区生物体的多样性和多度的理解。

生态系统

*是一定空间中生物群落和非生物环境的复合体

*研究能量流动和物质循环过程

景观生态学

*景观:由若干生态系统组成的异质区域，这些生态系统构成景观中明显的斑块，这些斑块称景观要素。

*景观生态学:研究景观结构及其过程的科学。

生物圈生态学

*生物圈：是指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所，它包括岩石圈的上层（风化壳）、全部水圈和大气圈的下层（对流层）。生物圈的范围在地表以上可达23KM的高空，在地表以下可延伸到12KM的深度。

*研究地球表面大气和水的运动，以及大气和水中包含着的能量和化学元素。如臭氧层破坏、全球变暖、厄尔尼诺等。

生物圈

生态学的研究重点是生态系统和生物圈中各组成成分之间，特别是生物与环境、生物与生物之间的相互关系。

各组分间通过大气、水和生物体的运动彼此联系在一起。

*尺度：是指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围的发生的频率，即能被感觉到的时间或空间变化的尺寸。

*包括空间尺度、时间尺度和组织尺度。

三、生态学的形成与发展

可分为四个时期：

1、生态学萌芽时期（公元16世纪以前）：

*在我国：公元前1200年《尔雅》一书记载了176种木本和50多种草本植物的形态和生态环

境；

*公元前200年《管子》―地员篇‖，记述了植物沿水分梯度的带状分布及土地的合理利用；*公元前100年前后，农历确立了24节气，同时《禽经》一书（鸟类生态）问世；*在欧洲：公元前285年也有类似著作问世。

2、生态学的建立时期（17世纪－19世纪末）

*1792年德国植物学家C.L.Willdenow出版了《草学基础》；

*1807年德国A.Humbodt出版《植物地理学知识》提出―植物群落‖―外貌‖等概念；*1798年T.Malthus《人口论》的发表；

*1859年达尔文的《物种起源》；

*1866年Haeckel在他的著作《普通生物形态学》中首先提出ecology一词，并首次提出了生态学定义。

*1895年E.Warming发表了他的划时代著作《以植物生态地理为基础的植物分布学》（1909年经改写成《植物生态学》）

3、生态学的巩固时期（20世纪初至20世纪50年代）

（1）动植物生态学并行发展，著作与教科书出版。

*代表作：C.Cowels(1910)发表的《生态学》；

*F.E.Chements(1907)发表的《生态学及生理学》；

*前苏联苏卡切夫的《植物群落学》（1908）、《生物地理群落学与植物群落学》（1945）；*A.G.Tamsley(1911)发表的《英国的植被类型》等；

*R.N.Chapman(1931)的《动物生态学》；

*中国费鸿年（1937）的《动物生态学》；

*特别是W.C.Alle（1949）等的《动物生态学原理》出版，被认为是动物生态进入成熟期的重要标志。

（2）学派的形成：

①北欧学派：以注重群落结构分析为特点。代表人物：G.E.DuRietz

②法瑞学派：注重群落生态外貌，强调特征种的作用。代表人物是J.Braum-Blanquet③英美学派：以动态和数量生态为特点。代表人物是Clements和Tansley

④俄国学派（前苏联学派）：植物（群落）与地学结合。代表人物：B.H.Cykayeb

4、现代生态学时期（20世纪60年代至现在

（1）生态学研究对象的多层次性更加明显

*现代生态学研究对象向宏观和微观两极多层次发展，小自分子生态、细胞生态，大至景观生态、区域生态、生物圈或全球生态，虽然宏观仍是主流，但微观的成就同样重大而不可忽视。而在生态学建立时，其研究对象则主要是有机体、种群、群落和生态系统几个宏观层次。

（2）研究技术和方法上的进展

①遥感在生态学上已普遍应用。

②用放射性同位素对古生物的过去保存时间进行绝对的测定，使地质时期的古气候及其生物群落得以重建，比较现存群落和化石群落成为可能。

③现代分子技术使微生物生态学出现革命，并使遗传生态学获得了巨大的发展。

④在生态系统长期定位观测方面，自动记录和监测技术、可控环境技术已应用于实验生态，直观表达的计算机多媒体技术也获得较大发展。

⑤无论基础生态和应用生态，都特别强调以数学模型和数量分析方法作为其研究手段。

（3）研究范围的扩展

*现代生态学结合人类活动对生态过程的影响，从纯自然现象研究扩展到自然－经济－社会复合系统的研究

（4）生态学研究的国际性是其发展的趋势

*生态学问题往往超越国界，二次大战以后，有上百个国家参加的国际规划一个接一个。*最重要的是60年代的IBP（国际生物学计划），70年代的MAB（人与生物圈计划），以及现在正在执行中的IGBP（国际地圈生物圈计划）和DIVERSITAS（生物多样性计划）。为保证世界环境的质量和人类社会的持续发展，如保护臭氧层、预防全球气候变化的影响，国际上一个紧接一个地签定了一系列协定。1992年各国首脑在巴西里约热内卢签署的《生物多样性公约》是近十年来对全球有较大影响力和约束力的一个国际公约，有许多方面涉及到了各国的生态学问题。

我国的世界生物圈保护区

*人与生物圈计划（简称MAB计划）是针对人口、资源、环境问题发起的一项政府间的国际科学研究计划。1992年后，人与生物圈计划的重点集中于通过生物圈保护区网络的建设，来研究和保护生物多样性，促进自然资源的可持续利用。自1979年起，我国的一批著名自然保护区，如长白山、神农架、九寨沟、西双版纳等，陆续被认定为世界生物圈保护区。这不仅提高了我国自然保护区在国际上的地位，也加强了中国自然保护事业与国际上的交流和联系。

*2000至2001年，我国新一批保护区加入世界生物圈保护区网络。甘肃白水江、云南高黎贡山、四川黄龙、河南宝天曼与内蒙古赛罕乌拉5个自然保护区也被认定为世界生物圈保护区。至此，人与生物圈计划30周年之际，中国的世界生物圈保护区的数量已经达到21个，将推动中国自然保护事业的发展和人与生物圈计划在中国更好的实施。

四、生态学的分支学科

1.根据研究对象的组织层次划分：

*分子生态学（MolecularEcology）

*个体生态学（Autecology）

*种群生态学（PopulationEcology）

*群落生态学（CommunityEcology，Synecology）生态系统生态学（EcosystemEcology）*景观生态学（LandscapeEcology）

*全球生态学等

2.研究对象的生物分类划分

*如按生物类群来划分，生态学的研究对象为：植物、微生物、昆虫、鱼类、鸟类、兽类等单一的生物类群，研究它们与环境之间的相互关系。从而分化出植物生态学（Plant

Ecology）、动物生态学（AnimalEcology）、微生物生态学（Microbialecology）、昆虫生态学（Insectecology）、人类生态学（HumanEcology）等。

3.研究对象的生境类别划分

*淡水生态学（Fresh-waterEcology）、海洋生态学（MarineEcology）、河口生态学（EstuaryEcology）、湿地生态学（WetlandEcology）、热带生态学（TropicalEcology）、陆地生态学（TerrestrialEcology）。

*陆地生态学又可再分为森林生态学（ForestEcology）、草地生态学（GrasslandEcology）、荒漠生态学（DesertEcology）和冻原生态学（Tundraecology）

4.按交叉学科划分

*如数学生态学、化学生态学、物理生态学、地理生态学、生态经济学等

5.按应用领域划分

*如农业生态学（Agroecology）、城市生态学（UrbanEcology）、污染生态学（PollutionEcology）、渔业生态学（FisheryEcology、放射生态学（RadioEcology）、资源生态学（ResourceEcology）。

五、生态学的研究方法

1、野外考察：在自然中观察和收集资料

优点：直接观察，获得自然状态下的资料；缺点：不易重复。

2、受控实验：在实验室条件和自然条件下进行实验研究。如―微宇宙‖模拟系统是在人工气候室或人工水族箱中建立自然的生态系统的模拟系统

优点：条件控制严格，对结果的分析比较可靠，重复性强，是分析因果关系的一种有用的补充手段；缺点：实验条件往往与野外自然状态下的条件有区别。

3、理论研究：种用数学模型进行模拟研究

数学模型研究的优点：高度抽象，可研究真实情况下不能解决的问题；缺点：与客观实际距离甚远，若应用不当，易产生错误

*生态学研究的过程，也反映科学研究的三个侧面：观察和描述；提出假说或解释；用实验的方法检验假说。

一个假说的实验检验

*观察：在生长季节里，森林中有部分叶子被植食性昆虫吃掉；鸟类吃昆虫；但森林中仅有小比例的叶子被吃掉。

*假说：鸟类捕食植食性昆虫从而减少了叶子的消费量。

*实验检验：用防鸟类的栏网遮盖部分树林，鸟类不能进入，但昆虫能够自由进出。*对照：用不完全的栏网遮盖另一部分树林，鸟类和昆虫都能够自由进出。

*结果：实验组昆虫数目增加了70%，叶面积损失从22%提高到35%。

*结论：鸟类捕食减少了植食昆虫的多度，进而减少了对树木的危害。

树木周围被置以栏网，排除鸟类

六、生态学的学习方法

（一）树立生态学的基本观念

1、层次观

传统的生态学主要研究有机体以上的宏观层次，现在生态学向宏观和微观两极发展，虽然宏观仍是主流，但微观的成就同样重大而不可忽视。

*例如，以视觉捕猎的捕食者，其猎物的体色常常与环境背景相融合，以免被发现；许多生长在热而干旱气候中的植物具有厚而蜡质的表皮，可以减少通过叶子表面的蒸发失水。这此构造和功能使生物适合其环境条件的属性就叫适应。

哥斯达黎加螳螂和北美树蛙的保护色

参考书籍

*RobertE.Ricklefs的《TheEconomyofNature》（自然的经济学）2001年第5版，孙儒泳等译为《生态学》中文版，高等教育出版社，2004。

*李博主编.《生态学》.高等教育出版社,2000.

*傅伯杰,陈利顶,马克明,王仰麟.《景观生态学原理及其应用》,科学出版社,2002．*孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编.《普通生态学》.高等教育出版社,1993.

生态学期刊

*《生态学报》[中国生态学会，1982]

*《生态杂志》[中国生态学会，1982]

*《应用生态学报》[中国生态学会，1990]

*《生物多样性》[中国科学院濒危物种委员会，1993]

*《Ecology》[theEcologicalSocietyofAmerica，1920]

一、环境与生态因子

1、环境：是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或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。

2、环境的类型

1）按环境的主体：

*人类环境：在环境科学中，人类是主体，其它的生命物质和非生命物质为人类环境*环境：在生态科学中，生物为主体，生物以外的所有自然环境条件称为环境

2）按环境的性质

*自然环境

*半自然环境：被人类破坏后的自然环境

*社会环境

3）按环境的范围：

大环境：指宇宙环境、地球环境、区域环境

宇宙环境：大气层以外的宇宙空间。如太阳黑子与降雨量有明显相关关系等。

地球环境：指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈，又称全球环境或地理环境。

区域环境：指占有某一特定地域空间的自然环境，是由地球表面不同地区的5个自然圈层相互配合而形成的。不同地区形成各不相同的区域环境特点，分布着不同的生物群落。

*大环境中的气候称大气候，指离地面1.5m以上的气候

*大环境直接影响着小环境，对生物体也有直接或间接的影响

*大环境影响到生物的生存与分布，产生了生物种类的一定组合特征或生物群系，如热带雨林、温带森林等

小环境：是指对生物有直接影响的邻接环境，即小范围内的特定栖息地。是区域环境中由于某一个或几个圈层的细微变化而产生的环境差异形成的。

内环境：生物体内组织或细胞间的环境

*小环境中的气候称小气候，指离地面1.5m以下的气候

*小环境直接影响生物的生活，如严寒的冬季，雪被上温度很低，已达到-40℃，但雪被下的温度并不很低且相当稳定。这种雪被下的小气候保护了雪被下的植物与动物安全越冬

3、生态因子（ecologicalfactors）

*生态因子：指环境要素中对生物起作用的因子（即环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素），如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。

*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。

*生存条件：在生态因子中对生物生存不能缺少的环境要素。二氧化碳和水对于植物，食物和氧气对于动物。

*生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境。

*生境（habitat）：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。

4、生态因子的分类

*按性质：气候因子、地壤因子、地形因子、生物因子、人为因子

*按有无生命特征：生物因子、非生物因子

*按动物种群数量变动的作用：密度制约因子、非密度制约因子

*按生态因子的稳定性和作用特点：稳定因子、变动因子

5、生态因子的作用特征

1）综合作用

2）主导因子作用（非等价性）

3）直接作用和间接作用

4）阶段性作用

5）不可替代性和补偿作用

1）综合作用

生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系

2）主导因子作用（非等价性）

*主导因子：在诸多的因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子。

*主导因子的改变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明显变化，如光合作用时，光强是主导因子，温度和CO2为次要因子；春化作用时，温度为主导因子，

湿度和通气条件是次要因子。

3）直接作用和间接作用

*直接作用：直接作用于生物的，如光照、水分、氧、温度、二氧化碳等

*间接作用：通过影响直接因子而间接影响生物的，如环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。

如：四川二郎山的东坡湿润多雨，分布常绿阔叶林，而西坡干热缺水，只分布耐旱的灌草丛。4）阶段性作用

*生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。

*如大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵。

*鳗鲡就是日常所指的鳗鱼。一生中半辈子生活在海洋里，半辈子生活在江河中。鳗鲡是海里出生，江河里长大。每到秋天，成熟的鳗鲡就穿上银白色的婚装，作好了旅行产卵的准备。鳗鲡经过长途旅行，行程几千里，终于疲劳不堪地从江河漫游入海，到达产卵场，婚配产卵后生命也到尽头了。在西沙群岛和南沙群岛附近或其他海区约四五百米深处的海底产卵。孵化后的鳗苗，又能成群结队地竞相逆流而上，游回江河内发育生长。

5）不可替代性和补偿作用

*不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。

*总体来说，生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的。

*补偿作用：在一定条件下，某一因子的数量不足，有时可以由其他因子来补偿。但只能是在一定范围内作部分补偿。例如光照不足所引起的光合作用的下降可由CO2浓度的增加得到补偿。

*生态因子的补偿作用只能在一定范围内作部分补偿，而不能以一个因子代替另一个因子，且因子之间的补偿作用也不是经常存在的。

二、生物与环境的相互作用

1、作用：环境的非生物因子对生物的影响

（1）环境对生物的作用：

*影响生物的生长、发育、繁殖和行为；

*影响生物出生率和死亡率，导致种群数量的改变；

*某些生态因子能够限制生物的分布区域。

（2）生物对自然环境的适应：

*生物可以从自身的形态、生理、行为等方面不断进行调整，以适应环境变化，减小生态因子的限制作用；

*生物能积极地利用某些生态因子的周期性变化，作为确定时间，调节其生理节律和生活史中的各种节律线索。

2、反作用：生物对环境的影响

*如过度放牧、植树造林

3、相互作用：生物与生物间的作用

*如捕食者与被捕食者、寄生者与宿主

三、生态因子的限制性作用

（一）Liebig最小因子定律（Liebig’slawofminimum）

1840年农业化学家J.Liebig1840年农业化学家J.Liebig分析了土壤与植物生长的关系，认为每一种植物都需要一定种类和一定数量的营养元素，并阐明在植物生长所必需的元素中，供给量最少（与需要量比相差最大）的元素决定着植物的产量。

如一块土壤中

氮：可维持200千克产量

钾：可维持250千克产量

磷：可维持500千克产量

实际产量为200千克；若氮增加1倍，产量为350千克。

*因此他提出：

*―植物的生长取决于处在最小量（与需要量比相差最大）状态的营养元素‖。

*Liebig最小因子定律：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。

*这个理论也适用于其他生物种类或生态因子。

*E.P.Odum：补充两点：

*一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；

*二是要考虑生态因子间的替代作用。

（二）限制因子

*任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因素称为限制因子

*如果一种生物对某一生态因子的耐受范围很广，而且这种因子又非常稳定，那么这种因子就不太可能成为限制因子，相反，就可能成为一种限制性因子。如氧对于陆生动物来说，一般不会成为限制因子，而对于水生生物来说，常常成为水生物的限制性因子。

（三）耐受性定律（Shelford’slawoftolerance）

*生态学家V.E.Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子在数量上或质量上不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。这就是Shelford耐受定律。

生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间是生物对这种生态因子的耐受范围，可以用钟形耐受曲线表示。

*后来的研究对Shelford耐受定律也进行了补充：

（1）每一种生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异。生物能够对一个因子耐受范围很广，而对另一因子耐受范围很窄；对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广；

（2）不同的生物种，对同一生态因子的耐受性是不同的；

（3）生物在整个发育过程中，对环境因子的耐受限度是不同的。在动物的繁殖期、卵和幼体、种子的萌发期通常是一个敏感期，耐受限度一般比较低；

（4）生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。

（5）生物的各因子间存在明显的相互关联，在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；如陆生动物对温度与湿度的耐受

生物对生态因子耐受性之间的相互关系

*在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。如生物对温度的耐性限度与湿度有密切关系。如Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中（32.5℃）和湿度适中（90%），该生物适合度最大。同样沿着温度梯度上的最适点取决于湿度。

温度、湿度结合考虑，在中湿和中温条件下，生物耐受限度最高。

*从以上可见，固定不变的最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时由几个因子作用于一种生物时，这种生物的适合度将随着几个因子的不同组合而发生变化，也就

是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的。

四、生态幅

生态幅：每一种生物对每一生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上的最低点和最高点。在最低点和最高点之间的范围称为生态幅。或说每一种生物对环境因子适应范围的大小即生态幅。

对同一生态因子不同种类的生物的耐受范围是不同的。

生态学中常用―广‖（eury-)t―狭‖（steno-)表示生态幅的宽度

*Eurythermal(广温性)stenothermal(狭温性）

*euryhydric(广湿性)stenohydric(狭湿性)

*euryhaline(广盐性)stenohaline(狭盐性)

*euryphagic(广食性)stenophagic(狭食性)

*euryphotic(广光性)stenophotic(狭光性)

*euryecious(广栖性)stenoecious(狭栖性)

广温性生物与狭温性生物的生态幅比较

五、生物内稳态及耐性限度的调整

1.内稳态（homeostasis）及其保持机制：

（1）内稳态：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。

（2）保持机制：

a.生理过程：恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温；

b.行为调整：变温动物靠减少散热或利用环境热源是身体增温。如沙漠蜥蜴

*具内稳态机制的生物增加自己的生态耐受幅度，成为广生态幅种，但不能无限扩大耐受范围。

沙漠蜥蜴

*太阳东升开始，早上温度较低，蜥蜴使身体的侧面迎向阳光，身体紧贴在温暖的岩石使体温升高；

*白天体温逐渐增加，他们会爬上沙丘顶，面向阳光，利用吹过的微风将皮肤上散发的热带走；或是移动至较荫凉的地方，以降低体温；

2.耐性限度的驯化

*驯化：生物在环境变化的反应中，形态和生理的可逆变化。

*生物对环境生态因子的耐受范围并不是固定不变的，通过自然驯化或人工驯化可改变生物的耐受范围，使适宜生存范围的上下限发生移动，形成一个新的最适度，去适应环境的变化。

*例如：把同一种金鱼长期饲养在24℃和37.5℃两种不同温度下，它们对温度的耐受限度与生态幅会发生改变。

*海水含大约3.5%的可溶性盐，在-1.9℃以下结冰，人和大多数脊椎动物的血液和组织中含盐不到海水的一半，为什么《泰坦尼克号》中的人们在冰水中很快冻死，而极地的鱼是如何生存的呢？

一、地球上光及温度的分布

1、太阳辐射光谱

*紫外线：波长<380nm，占9％

*可见光：波长380～760nm，占45％

*红外线：波长>760nm，占46％

2、地球表面的太阳辐射受以下因素影响

（1）大气圈内的各种成分对太阳光的吸收、反射、散射；

（2）太阳高度角影响太阳辐射强度；

（3）太阳辐射的时间呈周期性变化；

（4）地面的海拔高度、朝向和坡度，影响太阳辐射强度和日照时间

太阳光被吸收、反射和散射后，到达地面的仅为47％

太阳高度角越小，太阳辐射穿过大气层的路程越长，辐射强度越弱。

3、地球上太阳光的分布

（1）光质：

*短波光多：低纬度、高海拔、夏季、中午

*长波光多：高纬度、低海拔、冬季、早晚

（2）日照时间

*

（3）光照强度

*光照强度增加：

低纬度、高海拔、夏季、中午

*光照强度减弱：

高纬度、低海拔、冬季、早晚

*（4）水体中太阳辐射：

*水体吸收太阳光的顺序：

红光>橙光>黄光>紫光>绿光>蓝光

*在水的表面1M内，大部分红外光被吸收了

*在纯净的海水中，可见光的能量在10M深时只是表面的50%，在100M深降到7%*紫光和蓝光遇到水分子时容易散射，也不能射入水中很深的地方

*在较深的水层中只有绿光占有较大优势

4、地球上温度的分布

（1）地表大气温度的分布与变化

*温度的空间分布与变化：

*纬度，每增加1°，年平均气温降低0.5°，从赤道到北极形成了热带、亚热带、北温带

和寒带

*我国的东南到西北，海洋性气候到大陆性气候

*山脉走向、地形变化、海拔高度

*温度的时间变化：

*日较差：一天中最高与最低气温之差

*年较差：一年中最热月与最冷月的平均温度差

（2）土壤温度变化

*土壤表层的温度变化幅度较气温大，随土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。

*随土壤深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比。

*土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置。*土壤温度的年变化在不同地区差异很大。

（4）水体温度的变化

*水体温度随时间变化：海洋昼夜温差不超过4℃，15m以下无昼夜变化，140m以下无季节变化

*水体温度的成层现象：

*冬季：冰下水温0℃，至水底逐渐增加到4℃

*春季：春季环流

*夏季：上湖层（水温一致）、斜温层（每加深1M，水温下降1℃）、下湖层（水温接近4℃）*秋季：秋季环流

二、生物对光的适应

（一）光质的生态作用及生物适应

（1）光质与植物

不同波长的光对植物作用不同：

绿色植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（380-710nm），这部分辐射通常称为光合有效辐射，约占总辐射的40-50%。

*可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。

*短波光（蓝紫光、紫外线）有利于蛋白质和有机酸的合成，促进花青素的形成，并抑制茎的伸长（在高山上，由于紫外光强，阳生植物大多成莲座状，而且花色特别鲜艳）；*红光对糖的合成有利。

光质不同对植物的影响

有色薄膜改变光质影响作物生长，可以增产，改善品质。

实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧，秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高。

紫色薄膜对茄子有增产作用；蓝色薄膜可提高草莓产量，但对洋葱生长不利；红色

薄膜可加速甜瓜植株发育，果实提前20天成熟，糖分和维生素含量增加。

（2）光质与动物

*可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、羽毛更换、生长和发育都有影响。

不可见光：大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在

250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。

（二）光强的生态作用与生物的适应

1.光强与陆生植物

（1）光强对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加有重要作用；光还促进组织和器官的分化，制约器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例；光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。

如：叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现―黄化现象‖。

（2）陆生植物对光照强度的适应类型

光饱和点（lightsaturationpoint）：在一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度，倘若继续增加光强，光合作用的效率不仅不会提高，反而下降，这点称为光饱和点。

光补偿点（Lightcompensationpoint）：当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。

*不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为：阳地植物和阴地植物

阳地植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。如蒲公英、桦树、栎。

阴地植物：

阴地植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都比较低。如人参、红豆杉、三七。

阴生叶和阳生叶形态结构差别

2、光强与水生植物

*只有在海洋表层的透光带内，植物的光合作用量才能大于呼吸量，其下部即为光补偿点。*因此，在特别清澈的海水（如热带海洋）或湖水中，光补偿点可深达几百米；在浮游生物很大的水体或含有大量泥沙颗粒的水体，透光带只在水面下1米处；而受到污染的河流中只有几厘米。

3、光强与动物

（1）光强与生长发育：

如蛙卵、鲑鱼卵在有光下孵化快，发育快；蚜虫在连续有光和连续无光下，产生的多为无翅个体；但在光暗交替条件下么产生较多的有翅个体。

（2）光强与体色：

如蛱蝶在光亮环境体色淡，在黑暗环境体色深

（3）动物对光照强度的适应

光强与视觉器官：光强使动物的视觉器官产生了遗传的适应性变化

夜行性动物的眼睛比昼行性动物的大

终生营地下生活的兽类，眼睛一般很小

深海鱼有发达的视觉器官或本身具有发光器官

光强与行为：

昼行性动物：有些动物适应于在白天的强光下活动，如灵长类、有蹄类和蝴蝶等；

夜行性动物或晨昏性动物：另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，如蝙蝠、家鼠和蛾类等；

还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动，如田鼠等。

昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。

美洲飞鼠

（三）生物对光周期的适应

1、生物的昼夜节律

受两个周期的影响：

外源性周期：除光周期外，还有温度、湿度、磁场等

内源性周期：内部生物钟

2.生物的光周期现象

*地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式。

*光周期现象：植物的开花、结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽，是对日照长短的规律性变化的反应。

（1）植物的光周期现象

根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和日中性植物。

中日照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗只在12.5h的光照下才开花，高于或低于这一时数对开花都有影响。仅少数热带植物属这一类型。

日中性植物是在任何日照条件下都能开花的植物，如番茄、黄瓜和辣椒、蒲公英等。

光周期与植物的地理分布

短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带。

如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。

（2）动物的光周期现象

许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受光照长短的影响。

A、繁殖的光周期现象：

*长日照动物：野生哺乳动物（特别是高纬度地区的种类）都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖，如雪貂、野兔等。

（如延长光照时间，提高母鸡产蛋量）

*短日照动物：哺乳动物总是随着秋天短日照的来到而进入生殖期，幼子在春天条件最有利时出生。如绵羊、鹿等。

B、昆虫滞育的光周期现象：

*滞育是动物进化过程中形成的一种比休眠更深化的新陈代谢被抑制的生理状态，是动物对于有节律地重复到来的不良环境的历史性反应。这经常是由光周期决定的。

C、换毛换羽的光周期现象

D、动物迁徙的光周期现象

三、生物对温度适应

1、温度与动物类型：

常温动物：当环境温度升高时，维持大致恒定的体温

变温动物：体温随环境温度而变化

外温动物：依赖外部的热源

2．温度对生物生长的影响

生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50℃左右之间。

温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。如，水稻种子发芽的最适温度是25-35℃，最低温度是8℃，45℃中止活动，46.5℃死亡

*当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；

*因此，当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。不同生物的三基点温度是不一样的，即使是同一生物不同的发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。

3、温度对生物发育的影响及有效积温法则

发育阈温度（或生物学零度）：

生物（外温动物和植物）的发育生长是在一定的温度范围上才开始的，低于这个温度，生物不发育，这个温度称为发育阈温度或生物学零度。

有效积温法则：生物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的总热量（称总积温或有效积温）才能完成某一阶段的发育。用公式表示：

K=N(T-C)

式中，K为该生物所需的有效积温（常数），N为发育历期即生长发育所需时间，T为发育期间的环境平均温度，C为该生物的发育阈温度

*由K=N(T-C)得

*T=C+K/N表示温度与发育历期呈双曲线关系

*或T=C+KV其中V=1/N，V为发育速率

*表示温度与发育速度呈直线关系

地中海果蝇发育历程、发育速度与环境温度的关系

求C、K值的方法

*在两种实验温度下T1和T2下，分别观察和记录两个相应的发育时间N1和N2后求得：*C=（N2T2-N1T1）/（N2-N1）

有效积温法则的应用

*预测生物地理分布北界；

*预测害虫发生的世代数；

*推算生物的年发生历；

*预测害虫来年发生程度以及害虫的分布区；

*根据有效积温制定农业规划，合理安排作物和预测农时（不同作物的有效积温不同：如马铃薯的有效积温为1000-1600日度；玉米为2000-4000日度；椰子为5000度日以上）。

4、生物对极端温度的适应

*生物个体通过辐射、传导、对流、蒸发等途径获得热和散失热。

*辐射：指吸收和散失电磁能。

物体通过辐射丢失能量的速度取决于辐射表面的温度，如表皮温度为37℃的小哺乳动物比同样大小的表皮温度为17℃的晰蜴散热快30%。

*传导：指相互接触的物体间热能的传递

*蒸发：当体表温度为30℃时，从体表蒸发1g水会带走2.43KJ热量。

对流：指不同温度下气体和液体中的热运动。

如在气温为-7℃，风速为32KM/H时和无风但气温在-23℃时一样冷

生物与环境间的热交换途径

（1）生物对低温的适应

低温对生物的危害：

冷害:是指喜温生物在0℃以上的条件下受害或死亡。植物冷害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。

冻害:是指温度在冰点以下时使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。

A、植物对低温的适应

形态适应：表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；

生理适应：低温环境的植物减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。如鹿蹄草通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液来降低冰点，可使结冰温度下降到-31℃。

行为适应：休眠来增加抗寒能力。

B、动物对低温的适应

行为适应：休眠（抗寒）和迁徙（避寒）

形态结构：

贝格曼（Bergman）规律：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少。

阿伦规律（Allen）：

恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。

北极的北极狐、温带的赤狐、热带大耳狐

生理适应：

增加体内产热量：来增强御寒能力和保持恒定的体温

*包括：增加基础代谢产热与非颤抖性产热（发生在褐色脂肪，不涉及肌肉活动而释放化学能的热量）。

*减少身体散热：

*增加羽、毛密度，提高羽、毛的质量，增加皮下脂肪的厚度，提高身体的隔热性；

*空间异温性：降低身体终端部位的温度，如生活在冰天雪地的北极灰狼，其脚爪可保持在接近冰点的温度；站立在冰面的鸥，其脚掌的温度为0-5℃，温度自下而上逐渐升高，到达生有羽毛的胫部为32℃，而鸥的体温38-41℃。

站在冰上的鸥，通过腿部动、静脉血管间的逆流热交换保存热量

*时间异温性：内温动物的冬眠，动物在冬眠之前贮存大量低融点脂肪，冬眠期时，低谢率比活动状态下低几十倍，甚至近百倍，核体温可降到与环境温度相差仅1-2℃，心率及呼吸速率都大降低。当环境温度过低时，内温动物会自发地从冬眠中醒来恢复到正常状态，而不致冻死，这是与外温动物冬眠的根本区别。

*利用防冻剂防止降低身体的结冰温度：

*一是许多海洋生物的体液含有高浓度的可溶性甘油，或糖蛋白，用来降低结冰温度。10%的甘油能将水的冰点降低约2.3℃，而不影响生化过程，在冬天，一些陆地无脊椎动物体液能含有30%的甘油。

*二是超冷，即在某种环境下，液体能在冰点以下而不结冰。这些冷适应动物血液中的糖蛋白通过包被冰晶而阻止冰的形成。已记录到爬行动物超冷状态的温度为-8℃，无脊椎动物是-18℃。

（2）生物对高温的适应

高温对植物的危害：高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体高温对动物的危害：（动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受42℃以上高温；鸟类不能忍受48℃以上高温）主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。

A、植物对高温的适应

形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射大部分光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。

生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；旺盛的蒸腾作用避免植物体因过热受害。

B、动物对高温的适应

*形态适应：皮毛隔热，毛色变浅，具光泽

*行为适应：夏眠或夏季滞育，穴居，昼伏夜出。

*生理适应：放松恒温性，使体温有较大幅度的波动；特殊的血管结构

荒漠中的骆驼，饮水时昼夜体温变化为3℃，缺水时达7℃

白尾黄鼠在白天活动时，体温升到43℃时，躲回洞中，体温降低后再出洞活动，体温为周期性升降

羚羊类的颈动脉在脑下部形成复杂的小动脉网，包围在从较冷的鼻区过来的静脉外，通过逆流热交换降温，使脑血液温度低3℃

5、生物对周期性变温的适应

由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有规律的昼夜变化，许多生物适应了变温环境，多数生物在变温下比恒温下生长得更好。周期性变温成为生物生长发育不可缺少的重要因素。

（1）种子萌发

大多数植物在变温下发芽较好。如毛冬青在变温20-30℃度发芽率为70-80%，恒温条件25℃发芽率为20-30%。

*但也有些植物的种子在恒温下与变温下发芽同样良好，如胡萝卜、黑麦草等

*植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合

*又如波斯菊生长在变温条件下（白天26.4℃，夜间19℃）比在恒温条件下（昼夜均为26.4℃或19℃）重量要增加1倍。

*大陆区域的植物在夜温低10-15℃时发育最好，而海洋区域的植物种更喜欢5-10℃的温差。*植物的形态特点有时与变温也有一定关系：如紫罗兰在昼夜11℃时是完全叶，19℃时叶子产生裂片，在昼温19℃夜温11℃时，叶全缘但呈波状。

6、物种分布与环境温度

年平均温度、最高温度、最低温度都是影响生物分布的重要因子

植物：高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显，对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温。

如：苹果不能在热带栽培，由于高温的限制不能开花结实；可可、椰子只能在热带分布，因为是受低温的限制；垂直分布：长江流域马尾松分布在海拔1000-1200米以下，这个界限的上部为黄山松，是因为在海拔1000-1200米是马尾松的低温界限，而是黄山松的高温界限。

动物：

如昆虫生存地区有效积温少于发育所需的积温时，昆虫不能完成生活史。玉米螟生物学零度为15度，若气温15度以上的日子少于70天，它就不能持久生存。

温度对恒温动物分布的直接限制较小，常常是通过其他生态因子（如食物）而间接影响其分布。

一、水的生态作用及生物的适应

（一）陆地上水的分布

1、降雨量

在赤道南北两侧20º范围内，降雨量最大，达每年1000-2000mm；

纬度20º-40º地带，降雨量最少；

在南北半球40º-60º地带，由于南北暖冷气团相交，降雨量超过250mm，成为中纬度湿润带；

极地地区降水很小，成为极地干燥带。

地球表面的不同温度产生了哈得莱环流圈

地球上主要荒漠区和湿润区的分布

*陆地上降雨量的多少还受到海陆位置、地形和季节的影响：

*由于海洋蒸发量大，离海越远降雨量越小；

*山的迎风坡降雨量大，背风坡降雨量小；

*夏季降雨量大，冬季降雨量小。

*在非洲纳米比亚的海岸线，是长达1600KM的纳米博大沙漠，是由于沿岸有一股强大的―本格拉寒流‖，导致海水蒸发缓慢，且水分不易到达高空，难以形成降雨。

2、大气湿度

*反映了大气中气态水的含量，通常用相对湿度表示空气中的水汽含量，即单位容积空气中的实际水气含量与同一温度下的饱和水汽含量之比。

3、我国降雨量的分布和对动植物的影响

*从东南往西北降水逐渐减少：华南降水量为1500-2000mm，长江流域为1000-1500mm，秦岭、淮河地区约750mm，从大兴安岭西坡向西，经燕山到秦岭北坡为500mm，内蒙古西部至新疆南部为100mm。

*植被类型可分为：湿润森林、干旱草原和荒漠

*水分与动植物种类与数量的关系：降水量最大的赤道热带雨林中的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷。

（二）水的生态作用

1.水是生物生存的重要条件：

（1）水是任何生物体的重要组成部分

（2）水是很好的溶剂，是生命活动的基础

（3）水对稳定环境温度有重要意义

（4）水是光合作用的原料

（5）水使生物保持一定的状态

2.水对动植物生长发育的影响

*水对植物生长发育的影响：

水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点。

*水对动物生长发育的影响：

水分不足时，引起动物的滞育和休眠；许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。如澳洲鹦鹉在干旱年份就停止发育。

3、水对动植物数量和分布的影响

*降水在地球上分布是不均匀的，主要因地理纬度、海陆位置和海拔高度的不同所致，从低纬度地区向高纬度地区植被分布也呈现不同类型。

*我国从东南至西北，可以分为3个等雨量区，因而植被类型也分为三个区，即湿润森林区、干旱草原区和荒漠区。

（三）生物对水分的适应

1.植物对水的适应

根据栖息地，通常把植物划分为水生植物和陆生植物。

（1）水生植物：是所有生活在水中的植物总称。

水体环境：弱光、缺氧、粘性高、密度大、温度变化平缓，以及能溶解各种无机盐类。

水生植物特点：

a.发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要；

b.机械组织不发达甚至退化；

c.水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状；

d、许多水生植物具备自动调节渗透压的能力，以适应盐度不同的水环境。

生长在沿海沼泽地的红树林能耐受高盐浓度

水生植物类型

水生植物根据生长环境水的深浅又可分成：

沉水植物：整株植物沉没在水下，如金鱼藻等

浮水植物：叶片飘浮水面，如浮萍

挺水植物：植物体大部分挺出水面，如芦苇

（2）陆生植物

生长在陆地上的植物统称陆生植物，根据对水分的需要量及耐旱程度可分为湿生、中生和旱生植物。

①湿生植物：

不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。

②中生植物：

适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最光和数量最大的陆生植物。

③旱生植物：

生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒漠地区。

其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。

a.形态适应：

发达的根系：

如沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几公分，而地下部分可深达15米，扩展范围623m2，可更多吸收水分。

叶面积很小：

叶片化成刺状、针状或鳞片状，且气孔下陷。

如仙人掌科：叶片化成刺状

发达的储水组织：

这类植物能够贮备大量水分，适应干旱条件下的生活。

b.生理适应

*原生质渗透压特别高

*淡水水生植物的渗透压：2-3PA，中生植物不超过20PA，旱生植物渗透压高达40-60PA，高渗透压使植物根系能够从干旱的土壤吸收水分，同时不发生反渗透现象使植物失水。

2.动物对水的适应

动物按栖息地也可以分水生和陆生两类。

（1）水生动物：水生动物主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡。

（2）陆生动物：a.形态结构；b.行为；c.生理上来适应不同环境水分条件。动物对水因子

的适应与植物不同之处在于动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境。

（1）水生动物对水的适应

*淡水鱼类：高渗

*水通过鳃和口咽腔扩散到体内，多余的水，通过肾脏排出大量的低浓度尿，因此，淡水鱼的肾脏发育完善，肾小体发达，膀胱很小或没有。丢失的溶质通过食物和鳃的主动摄取获得。

海洋动物：等渗和低渗

*等渗：软骨鱼类（和大部分海洋无脊椎动物）

*这些动物不会由于渗透作用而失水或得水，但随代谢废物的排泄损失一部分水。补充水分方法：从食物中得到；饮用海水并排出海水中的溶质；食物氧化过程中产生代谢水。

海水及Na+和Cl-由鳃进入体内，通过排尿及盐腺将多余的盐排至体外

*低渗：海洋硬骨鱼

*通过食物、代谢水和饮水获得水，同时排尿少，只排出极少的低渗尿，因此，肾小体退化。通过泌盐组织（鳃）排出多余的盐分。

广盐性洄游鱼类

具有淡水硬骨鱼与海水硬骨鱼的调节特征：

水的代谢依靠肾脏，盐的代谢依靠鳃调节。在淡水中摄取盐，排尿量大；在海水中大量饮水，排尿量少，排出盐。

高盐环境

*犹他州大盐湖含盐20%，死海含盐23%，（海水的盐度一般为3.5%）这些水体的渗透压会使大多数生物枯萎。但少数水生动物，如鳃足虫，能在浓缩到结晶点的盐水中（约30%）存活，它以极大的速度排泄盐，以高能耗维持体内盐浓度低于周围环境。

水生动物对水密度的适应

*体形大，无四肢

*很多硬骨鱼类有鳔，软骨鱼类没有鳔，没有骨质的骨骼，由于缺乏矿物盐（密度是水的3倍），其软骨密度接近于水。

*深海鱼类骨骼和肌肉不发达，没有鳔，肋骨无胸骨附着，甚至无肋骨。

*浮游植物含有小油滴，许多微小的海洋动物进化出长的丝状附肢来阻止下沉。*快速游动的水生动物进化出流线型体形。

（2）两栖类对水的适应

*两栖类的皮肤像鱼的鳃一样，能够渗透水和主动摄取无机盐离子

（3）陆生动物对水的适应

*失水的主要途径：

*皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水

*补充水的主要途径：

*食物、代谢水、饮水

*保水机制:

*减小皮肤的透水性

*减少身体的表面蒸发

*减少呼吸失水

*减少排泄失水

*利用代谢水

a.形态结构：

昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；哺乳动物有皮质腺和毛，防止体内水分过多蒸发。

b.行为的适应

*沙漠动物昼伏夜出：沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大。

*迁徙：在水分和食物不足时，迁移到别处。

c.生理适应

*骆驼：储水的胃；储藏丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。

*通过逆流交换回收呼出气体全部水分的95%。

减少排泄失水：

*排出浓缩的尿：河狸2倍，人4倍，更格卢鼠14倍，沙鼠17倍，跳鼠25倍。

*鸟类与爬行类的大肠和泄殖腔、昆虫的直肠腺有重吸收水分的作用。

*蛋白质代谢产物的排泄方式：鱼类蛋白质代谢以氨形式排出；陆生动物中两栖类、兽类排泄尿素；爬行类、鸟类及昆虫排尿酸；排1g氨需水300-500ml，排1g尿素需水50ml，排1g

尿酸需水10ml。

二、大气组成及其生态作用

（一）氧与生物

*大气是指地球表面到高空1100km范围内的空气层。

*海拔每增高12m，大气压降低1mmHg，氧分压也随之降低。

1、氧与动物能量代谢

*陆生动物比水生动物有更高的代谢率

*由于陆地上氧分压高，动物代谢率不随氧分压而改变

*水中溶氧少，氧成为水生动物存活的限制性因子。水生动物代谢率随环境氧分压而改变，氧分压下降，代谢率下降。

水的溶氧量

2、内温动物对高海拔低氧的适应

*血红蛋白氧离曲线的形态和位置，表示在不同氧分压下血红蛋白对氧的亲和力，用血氧饱和度为50%时的氧分压（P50）作为血氧亲和力的指标

*P50升高，曲线向右移，血红蛋白对氧的亲和力小；P50降低，曲线向左移，血红蛋白对氧的亲和力增加

*外温动物在低氧环境中氧离曲线P50降低，对氧结合的能力增加，因此，高山氧分压的下降对外温动物的生存和分布不是重要的生态因子。

*内温动物在低氧环境中氧离曲线右移，P50升高，对氧结合的能力降低，因此，高山氧分压的下降成为内温动物生存和分布的重要的限制性生态因子

*动物或人从低海拔进入高海拔地区后，最明显的适应性反应为：

*过度通气：由于低氧刺激，动物产生过度通气，（呼吸深度增加），使肺泡能补充更多新鲜空气。

*肺泡余气量增加，有利于氧的交换。

*低氧刺激组织内毛细血管增生，缩短气体弥散距离，有利于供氧。

*骨骼肌中的肌红蛋白浓度均增加，由于肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白，可为低氧状态下的组织提供更多的氧。

*血液中的红细胞数量、血红蛋白浓度和血球比积将升高。

3、植物与氧

*植物是大气中氧的主要生产者，植物光合作用释放的氧比呼吸作用所消耗的氧气大20倍。*城市中每人需要10m2森林或50m2草坪才能满足呼吸需要。

（二）CO2的生态作用

1、大气中浓度与温室效应

*CO2占大气总量的0.032%

*温室效应：太阳辐射能透过大气中的CO2，但从地面反射的红外线则不能透过大气中的CO2，导致地面温度升高。

短波的阳光能透过花房周围的玻璃，室内的长波辐射却逃不出去。大气也具有这种特性，我们称之为温室效应

2、CO2与植物

*CO2对植物生长发育具有重要作用，在高产植物中，生物产量的90~95%是取自空气中的CO2

*因此，在强光照下，CO2不足是作物光合作用效率的主要限制因素，增加CO2浓度能直接增加作物产量

*各种植物利用CO2的效率是不同的，C3植物利用CO2效率低，增加CO2浓度来提高产量，C3比C4植物效果要好

三、土壤的理化性质及其对生物的影响

（一）土壤的物理性质

*土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础。

1、土壤质地与结构

*土粒按直径大小分为粗砂（2.0-0.2mm）、细砂（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）。这些大小不同的土粒的组合百分比称为土壤质地。

*根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。

*砂土：以粗砂和细砂为主，粉砂和粘粒所占比重不到10%，土壤疏松、保水保肥性差、通气透水性强。

*壤土：质地较均匀，细砂、粉砂和粘粒所占比例大体相等，通气透水、保水保肥性能都较好，抗旱能力强，适宜生物生长。

*粘土：以粉砂和粘粒为主，质地粘重，保水保肥能力较强，通气透水性差

*土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。*最重要的土壤结构是团粒结构（直径0.25-10mm），团粒结构是腐殖质把矿质土粒互相粘结成直径0.25-10mm的小团块，具有泡水不散的水稳定性。由其组成的土壤，能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质，是土壤中最好的结构。*土壤质地与结构常常通过影响土壤的物理化学性质来影响生物的活动。

2、土壤水分

土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化，促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。

土壤水分能调节土壤温度

土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害，对植物、土壤动物与微生物的生长不利。土壤水分还影响土壤内无脊椎动物的数量和分布。

3、土壤空气

土壤空气组成与大气不同，土壤中O2的含量只有10-12%，在不良条件下，可以降至10%以

下，这时就可能抑制植物根系的呼吸作用。

土壤中CO2浓度则比大气高几十到上千倍，但是，当土壤中CO2含量过高时（如达到10-15%），

根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。

土壤通气程度影响土壤微生物的种类、数量和活动，进而影响植物的营养状况。

4、土壤温度

*土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通过限制养分的转化来影响根系的生长活动。

*一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。

*土温的变化导致土壤动物产生行为的适应变化。

（二）土壤的化学性质

1、土壤酸碱度

*土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。

*土壤酸碱度在PH6-7的微酸条件下，土壤养分的有效性最好，最有利于植物生长。

2、土壤有机质

*土壤有机质是土壤肥力的一个重要标志，可分为腐殖质和非腐殖质

*非腐殖质是死亡动植物组织和部分分解的组织，主要是糖和含氮化合物

*腐殖质是土壤微生物分解有机质时，重新合成的具有相对稳定性的多聚体化合物，主要是胡敏酸和富里酸，占土壤有机质总量的85~90%以上，是植物营养的重要碳源和氮源。*土壤腐殖质还是异养微生物的重要养料和能源

3、土壤矿质元素

*植物所需的全部元素均来自土壤矿物质的有机质的矿物分解。

*土壤的无机元素对动物的生长和动物的数量也有影响

（三）土壤的生物特性

*土壤是许多生物的栖息场所。土壤中的生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物和少数高等动物。

*土壤是植物生长的基质和营养库。土壤提供了植物生活的空间、水分和必需的矿质元素。*土壤是污染物转化的重要场地。土壤中大量的微生物和小型动物，对污染物都具有分解能力。

（四）植物对土壤因子的适应

*根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求分为，酸性土植物（pH<6.5）、中性土植物（pH6.5-7.5）和碱性土植物（pH>7.5）。

*根据植物对土壤中矿质盐类（如钙盐）的反应分为钙质土植物、嫌钙植物。

*根据植物对土壤含盐量的反应分为：盐土植物和碱土植物

*生活在风沙基质中的植物为沙生植物

1.盐碱土植物

盐碱土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土的统称。对植物的危害有：

（1）引起植物的生理干旱

（2）伤害植物组织

（3）引起细胞中毒

（4）影响植物的正常营养

（5）在高浓度盐类作用下，气孔保卫细胞的淀粉形成过程受到妨碍，气孔不能关闭

（6）使土壤的物理性质恶化，破坏土壤结构

2.盐土植物分类

（1）聚盐性植物

*这类植物能适应在强盐渍化土壤生长，能从土壤里吸收大量的可溶性盐类，并把这些盐类积聚在体内而不受伤害。该类植物原生质对盐的抗性强，有极高的渗透压，能吸收高浓度土壤溶液中的水分。如盐角草、盐穗木等

（2）泌盐性植物

*这类植物的根细胞对于盐类的透过性与聚盐性植物一样是很大，但是他们吸进体内的盐分不积累在体内，而是通过茎、叶表面上密布的分泌腺，把所吸收的过多盐分排出体外，这种作用称为泌盐作用。如柽柳、大米草、滨海的红树植物等

泌盐性植物—红树

（3）不透盐性植物

*这类植物的根细胞对盐类的透过性非常小，所以他们虽然生长在盐碱土上，但在一定盐分浓度的土壤溶液中，几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。（抗盐植物）。如盐地紫菀、盐地凤毛菊等。植物体内含有较多可溶性有机物质，如有机酸、糖、氨基酸等，细胞的渗透压也很高。

3、沙生植物

*沙生植物生长在以砂粒为基质的沙区，被流沙埋没时，在埋没的茎上能长也不定芽和不定根，在风蚀露根时，根上能长出不定芽。根上具有根套，是由一层团结的沙粒形成的囊套，能保护暴露到沙面上的根。并具有旱生植物的许多特征。

四、火作为生态因子对生物的影响

*火有两个主要的类型，即林冠火与地面火。

*林冠火发生在林冠上，其破坏性大，可毁灭地面上的全部植物群落，以及动物的组成成分。*地面为发生在地面上，其破坏性具有选择性，其作用经常是有利的。

火的积极作用

*把枯枝落叶烧成灰，加速物质循环；

*有利于抗火的物种或适应于火的自然更新的物种；

*高冷杉等植物种子需要高温刺激才能萌发。

火的有害作用

*破坏自然界的生态平衡，特别是破坏了生物群和它们错综复杂的关系；

*使土地表面受到侵蚀，改变了土壤的结构与化学成分，降低了土壤吸水与保水能力；*植物在燃烧过程中，氮等营养物质损失。

生物的生态适应

一、生物的生态适应

*适应：一种遗传决定的加强个体应付环境能力的特征；生物变得更加适合环境的进化过程。*一般区分为趋同适应和趋异适应两类。

1．趋同适应（生活型）

*趋同适应是指亲缘关系相当疏远的生物，由于长期生活在相同或相似的环境条件下，通过

变异、选择和适应，在形态、生理、发育以及适应方式和途径等方面表现出相似性的现象。*蝙蝠与鸟类一样通过飞行来捕捉空中的昆虫，它的前肢不同于一般的兽类，而形同于鸟类的翅膀，适应于飞行活动；

*鲸、海豚、海狮均属哺乳动物，但由于长期生活在水环境中，体形呈纺锤形，它们的前肢也发育成类似鱼类的胸鳍。

由于青蛙、鳄鱼和河马都呼吸空气并生活的水中，所以它们的鼻孔和眼睛在身体浸在水中时可以突出水面，这是趋同进化的另一个例子

*植物中的趋同现象如生活在沙漠中的仙人掌科植物、大戟科的霸王鞭以及菊科的仙人笔等，分属不同类群的植物，但都以肉质化的茎、叶子退化呈刺状来适应干旱生境。

*按趋同作用的结果，对生物进行划分称为生活型。

*植物的生活型划分。不论植物在分类系统上的地位如何，只要它们的适应方式和途径相同，都属同一生活型。生活型的划分有不同的方法，例如将植物分为乔木、灌木、半灌木、木质藤本、多年生草本、一年生草本等。

2．趋异适应（生态型）

*趋异适应是指亲缘关系相近的同种生物，长期生活在不同的环境条件下，形成了不同的形态结构、生理特性、适应方式和途径等。

*趋异适应的结果是使同一类群的生物产生多样化，以占据和适应不同的空间，减少竞争，充分利用环境资源。

作业

*以你所熟悉的（或是查阅到的）一种或几种具有代表性的生物为例子，说明生物与环境之间的关系，即生物是怎样适应环境或环境对生物有哪些影响？题目《神奇的生物适应》或自拟，要求1000字以上。

第二章种群生态学

第一节种群及其基本特征

一、种群的概念及其特征

1.种群（population）是在同一时期内占有一定空间的同种生物个体的集合。

理解：

（1）不等于个体的简单相加：有机体之间相互作用，在整体上呈现有组织有结构的特性。

（2）个体之间差异性：不同的发育阶段（年龄不同）；即使同一生长阶段，个体贡献也不同。

（3）个体水平与种群水平的差异：个体有出生、死亡，种群称为出生率和死亡率。

(4)种群是一个自我调节系统，通过系统的自动调节，使其能在生态系统种群动态

*种群动态是种群数量在时间和空间上的变动规律，涉及：

*有多少（种群数量或密度）？

*哪里多，哪里少（种群分布）？

*怎样变动（数量变动和扩散迁移）？

*为什么这样变动（种群调节）？

（一）种群的密度和分布

1、种群的数量统计

（1）种群的大小：是一定区域种群个体的数量，也可以是生物量或能量。

（2）密度：单位面积、单位体积或单位生境中个体的数目。

*绝对密度：指单位面积或空间的实有个体数。

*相对密度：表示数量高低的相对指标。

A绝对密度：

(A)总数量调查法：在某一面积的同种个体数目。

(B)样方法：在若干样方中计算全部个体，以其平均值推广来估计种群整体。样方需要有代表性并随机取样。

(C)标志重捕法：对移动位置的动物，在调查样地上，捕获一部分个体进行标志，经一定期限进行重捕。根据重捕取样中标志比例与样地总数中标志比例相等的假定，来估计样地中

被调查的动物总数。N:M=n:mN=M*n/m，M为标志数，n为再捕个数，m为再捕中标记数,N为样地个体总数。

标志重捕法的前提假设

*研究期间內,标记永久性,且再捕获时可正确记录。

*加标记处理后,再被捕的概率不变。

3.加标记处理后,没有出生、死亡、迁入、迁出，即死亡率和迁移率不受影响。

4.加标记处理后,此个体与其他个体的混合(随机，不会影