环境生态修复第2章

环境生态修复

2023/1/312第二章生物与环境§2.1环境与生态因子§2.2生物与环境关系的基本原理§2.3生物与主要生态因子的相互关系2023/1/313§2.1环境因子与生态因子一、环境因子和生态因子环境----指某一特定生物体或生物群体以外的空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物总和。环境因子----构成环境的各种因素，称为环境要素或环境因子，环境因子则是指生物体外部的全部要素。生态因子(ecologicalfactors)：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，是环境中对生物起作用的因子。2023/1/314二、生态因子的分类通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子（bioticfactors）：有机体（同种和异种）非生物因子（abioticfactors）：温度、光、湿度、pH、氧气等有学者分为五类:气候因子(climaticfactors)、土壤因子(edaphicfactors)

、地形因子(topographicfactors)

、生物因子、人为因子(anthropogenicfactors)

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2023/1/315三、生态因子的空间分布纬度地带性：从赤道到两极，地球表面各为过渡状分带；太阳辐射量差异----太阳辐射→热量带→水分差异→土壤分带→植被分带；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；垂直地带性：太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，气候和生物自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(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。2023/1/316植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999)2023/1/317§2.2生物与环境关系的基本原理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生态因子耐受限度的调整生态位2023/1/3181、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）: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）：生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶。2023/1/3192、生物对非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)----生物的生长取决于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（JustusvonLiebig,1840,德国）。“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)----每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围：一个生态学上的最低点和最高点，这两点间的范围为生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)。(V.E.Shelford,1913，美国)限制因子(limitingfactors)----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因子。2023/1/3110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）2023/1/31113、生物对生态因子耐受限度的调整1）驯化：生物在实验／自然条件下，诱发的生理补偿变化。分为实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization)：（1）气候驯化---有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应。驯化的应用：植物的引种栽培。（2）实验驯化----有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应，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。活性污泥的驯化。前者需要较长的时间，后者需要较短的时间。2023/1/31122）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对稳定。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。2023/1/3113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.Mackenzieet.Al.,1999)2023/1/31143）适应适应(adapatation)

：生物对环境压力的调整，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。适应方式：形态适应：保护、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(adaptivesuites):

生物对非生物环境条件表现出协同的适应特性，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。2023/1/3115动物的保护色、警戒色与拟态A

树皮纺织娘(Barkkatydid)B

枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶

(Leaflike

insect(Anaea))D

捕食花螳螂

(Predatoryflowermantis)E

蛙鱼(Frogfish)ABDEC桦尺蠖2023/1/31172023/1/31172023/1/31184、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:空间、资源；栖息地：有机体所处的物理环境。基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位(realizedniche)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。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个维度的生态位空间称超体积生态位。2023/1/31192023/1/3120§2.3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2023/1/3121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光对生物影响生物对光适应2023/1/3122太阳辐射能(仿A.Mackenzieet.al,1999)紫外线可见光红外线400630100025004000

波长(nm)能量强度一、生物与光的关系2023/1/31231、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。2023/1/31252023/1/31262、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。净生产力A光合作用B呼吸作用CP光补偿点SP光饱和点光合作用率光强度BACPasp光合作用率光强度ACPbB植物的光补偿点示意图(Emberlin,1983)2023/1/3127陆生生物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。动物—光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。2023/1/31283、生物的光周期现象光周期现象(photoperiodism)----植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，明暗的交替与长短对开花结实有影响。植物光周期现象—对繁殖(开花)的影响：长日照植物(long-dayplants)、短日照植物(short-dayplants)：动物光周期现象—对鸟类等迁徙影响、对繁殖的影响：长日照动物(long-dayanimals)：在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代的照动物；如雪貂、野兔、刺猬；短日照动物(short-dayanimals)：在白昼逐步缩短秋冬开始性腺发育、进行繁殖动物，绵羊、山羊和鹿等。2023/1/3129二、生物与温度的关系温度对生物的作用(温度的生态学意义)极端温度对生物的影响生物对极端温度的适应2023/1/31301、温度对生物的作用温度与生物生长：

1）生命活动的酶都有其三基点温度；

2）外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；

3）外温影响动物的生长规模。温度与生物发育：最普遍的规律是有效积温。温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化

，动物繁殖的早迟。温度与生物分布：物种的分布范围与温度区相关。2023/1/3131有效积温法则及其意义有效积温法则：植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，（总积温）＝N(T－C)

N--发育历期、T--发育期间的平均温度，C是发育起点温度，又称生物学零度。有效积温法则的意义预测生物地理分布的北界；预测生物发生的世代数；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。2023/1/31322、极端温度对生物的影响低温对生物的影响：当温度低于临界(下限)温度

，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。2023/1/31333、生物对极端温度的适应生物对低温的适应：

保暖、抗冻－－形态、生理、行为的适应生物对高温的适应：

抗辐射、保水、散热－－形态、生理、行为的适应

2023/1/31342023/1/31351）生物对低温的适应形态适应---植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层，体形增大，外露部分减小。阿伦规律(Allen’srule):寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分趋于缩小，是减少散热的适应。贝格曼规律(Bergman’srule):在寒冷气候中的内温动物身体比在温暖气候中同类个体更大，是减少散热的适应。约旦规律(Jordan’srule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。2023/1/3136生理上的适应----1）植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）；

2）动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。行为上的适应----迁移和冬眠／休眠等。2023/1/31372）生物对高温的适应形态上的适应----植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。生理上的适应----植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。行为上的适应----植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。2023/1/3138三、生物与水的关系

1、生物体的水分获得与损失途径水分的丧失途径植物－－蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。动物－－蒸发失水，排泄、分泌失水。水分获得途径植物－－根部吸收，叶面吸收。动物－－食物，体表吸收，代谢水。2023/1/3139三、生物与水的关系

2023/1/31412、生物对水因子的适应水生植物对水环境的适应陆生植物水平衡的调节机制陆生动物水平衡的调节机制2023/1/3142水生植物对水因子的适应适应方式有发达的通气组织;机械组织不发达或退化;叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。生态类型沉水植物浮水植物挺水植物2023/1/3143陆生植物对水因子的适应陆生植物的水平衡调节机制形态适应：发达的根系；叶面小；单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；具发达的贮水组织；生理适应：水分运输的动力、原生质的渗透浓度高。陆生植物的生态类