生态学课件 第一章 生物与环境

第一章生物与环境一、环境的概念二、生物与环境的关系三、人类与环境1、什么是环境？生态环境用什么描述？2、生态因子的分类及作用特征是什么？3、环境如何影响生物？生物对环境如何发生作用？4、生态因子间的相互关系是什么？5、人类如何处理与环境的关系？内容

一、环境的概念

环境（environment）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。环境总是针对某一特定主体或中心而言的，是一个相对的概念，离开了这个主体或中心也就无所谓环境。

如果把牛群看作是我们关注的主体，那么牛群之外的阳光、大气和草地等，就是这个主体的环境。牛群与草地在生物科学中，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。具体到某个生物群落来讲，环境就是指影响该群落发生发展的无机因素（光、热、水、土壤、大气及地形等）和有机因素（动物、植物、微生物及人类）的总和。对人类来讲，人类的环境包括自然环境与社会环境两部分。生物环境无机因素有机因素光、水、热、土、地形等动物、植物、微生物、人类等生态因子

自然环境是人类赖以生存和发展的各种自然因素的总和，自然环境包含了生存环境、地理环境、地质环境和宇宙环境。

而社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期的社会劳动所创造的人工环境。如人们有意识地按照自己的需求创建的乡镇、城市、风景旅游区等。生态因子生态因子(EcologicalFactor)：环境要素中对生物起作用的因子生态环境：一定区域所有生态因子的总和生境(Habitat)：特定生物体或群体的栖息地的生态环境生态因子的分类1、按有无生命特征：生物因子和非生物因子2、按性质：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人为因子3、按稳定性及其作用特点稳定因子：终年恒定的因子，如地心引力、地磁等变动因子：周期性或非周期性变化的因子周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等4、按对种群数量变动的作用:密度制约(density-dependent)因子：食物、天敌等(往往为生物因子)非密度制约(density-independent)因子：温度、降水等(往往为非生物因子)K种群密度（N）K/2rK/4种群净增长率dN/dt生态因子的作用特征综合作用：环境中的生态因子总是与其他因子相互联系、相互影响、相互制约的主导因子作用：对生物起作用的众多因子并非是等价的，其中有一个起决定作用，称为主导因子。阶段性作用：在不同发育阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不同强度不可替代性和补偿性作用：生态因子之间不能相互替代；但在一定条件下，某一因子数量的不足可依靠相近生态因子的数量的加强而得到补偿直接作用和间接作用：生态因子对生物的作用可以是直接的，也可以是间接的二、生物与环境的关系1、环境对生物的作用环境对生物的作用：先影响繁殖，再影响生存生物对环境的适应：表型可塑，遗传改变环境与生物的相互关系可以参阅“盖雅假说”2、生物对环境的反作用森林吸能吸收大量的太阳辐射、能保持水分、降低风速，形成新的小气候环境蓝藻对远古大气的改造作用，最终导致陆生生物的繁荣生态系统工程师，如珊蝴虫，河狸等。不同的生态因子对生物的影响绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，为自身的成长提供了养分，也为食物链的形成奠定了基础。太阳能生产者消费者分解者呼吸作用阳光光照对于植物的影响主要是影响植物的光合作用（生产），在此基础上又会影响到植物的形态、生理和行为等。植物群落生产量归根结底受入射光辐射总量决定。

莱塞尔预测海洋初级生产力的公式P=R/k×C×3.7植物对光照强度的需求是不同的，由此分为C3、C4以及CAM植物。C3：小麦、大麦、水稻、棉花、大豆等C4：高粱、玉米、谷子、甘蔗等CAM：仙人掌科、景天科、大戟科、百合科等在一定范围内，光合作用的效率与光照强度成正比，但是达到一定强度后，倘若继续增加光照强度，光合效率不仅不会提高，反而可能下降，这个转化点被称为光饱和点。光合效率3-6.8%分配率：20-50-60%途径：遗传技术、农艺过程对动物来说，鸟类的光周期现象最为明显，很多鸟类的迁徙都是由日照长短和变化所引起。温度与初级生产力之间的关系示意图a.温度与植物生长b.温度对总光合率与呼吸率的影响c.温度与净光合效率ToptTminTmax温度植物生长aPGPNRb010203040叶温光合或呼吸率ToptTminTmaxc010203040PN叶温净光合效率温度在一定的温度范围内，生物的生长速率与温度成正比。在多年生木本植物茎的横断面上，大多可以看到显的年轮。有的年份宽，有的年份窄，这就是植物生长快慢与年际温度变动关系的真实写照。树木的年轮极端温度对生物的作用：

低温环境下，植物在形态学方面的表现有，芽具鳞片，体表生有蜡粉和密毛，植株矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等，如北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护；在生理方面，植物常通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。生物对高温环境的适应也表现在形态、生理和行为3个方面。在形态方面，有些植物生有密绒毛和鳞片，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，能反射一部分阳光，使植物体免受热伤害。在生理方面，植物对高温的适应主要是降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，这有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。在行为方面，如沙漠中的啮齿动物对高温环境常常采取行为上的适应对策，即夏眠、穴居和昼伏夜出。

变温对生物的影响：变温对于植物体内物质的转移和积累具有很明显的作用。因为白天温度高，光合作用强度大，夜间温度低，呼吸作用弱，物质消耗少，这对植物有机物质的积累是有利的。例如，马铃薯、甜菜等块根、块茎作物的产量就是受昼夜变温影响的。此外，温度也是决定生物分布的重要生态因子，例如，苹果和某些品种的梨不能在热带地区栽培，就是由于高温的限制；相反，香蕉、橡胶、椰子、可可等只能生长在热带，其栽培区是受低温的限制。水是生物生存的重要条件。首先，水是生物体的基本组成成分。一般，植物体内含水量达60%-80%，动物体内含水量比值更高。例如，鱼类体内的含水量可达80%-85%，鸟类和兽类达70%-75%。水分其次，水是很好的溶剂，许多化学元素都是在水溶状态下被生物吸收和运转的。可以说，水是生命现象的基础，没有水也就没有蛋白质的生命活动。根据对水的需求量和依赖程度，可将植物划分为水生植物和陆生植物，将动物划分为水生动物和陆生动物。

水生植物具有发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要，其机械组织不发达或退化，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流动。同时，水生植物在水下的叶片多分裂成带状、线状，而且很薄，以增加吸收阳光的能力。水生植物类型很多，根据生长环境中水的深浅不同，可划分为沉水植物、浮水植物和挺水植物。

陆生植物包括湿生、中生和旱生3种类型。

湿生植物指在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足；

中生植物指生长在水分条件适中生境中的植物，该类植物具有一套完整的保持水分平衡的结构和功能；

旱生植物能长期耐受干旱，且能维持水分平衡和正常的生长发育。陆生动物不论是低等的无脊椎动物，还是高等的脊椎动物，它们各自以不同的形态结构、生理特征和行为方式来适应环境湿度，保持生物体的水分平衡。在结构上，爬行动物具有很厚的角质层，鸟类具有羽毛和尾脂腺，哺乳动物具有皮脂腺和毛，都能防止水分过分蒸发，以保持体内水分平衡.在生理上，“沙漠之舟”骆驼，可以17d不喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走；在行为上，许多鸟类和兽类在水分缺乏、食物不足的时候，迁移到其他地方，以避开不良的环境条件。

土壤是岩石圈表面能够生长植物的疏松表层，是陆生生物生活的基质，它提供生物生活所必需的矿物元素，是生态系统中物质与能量交换的重要场所；同时，它又是生态系统中生物部分和无机环境部分相互作用的产物。土壤植物对于长期生活的土壤会产生一定的适应特征，因此，自然界形成了各种以土壤为主导因素的植物生态类型。例如，根据植物对土壤酸度的反应，可以把植物划分为酸性土植物、中性土植物和碱性土植物生态类型；根据植物对土壤含盐量的反应，可划分出盐土植物和碱土植物等。当然，植物对其生活的土壤也不仅是被动的适应，它也能通过自身的生理代谢，影响和改善土壤的理化性质。每年降雨量（mm)100~20050~80260~350450~500600~700700~1000区域特征干旱区（半荒漠、荒漠带）极端干旱区（荒漠、荒漠带）干旱区（半荒漠、荒漠带）半干旱区（草原带）半湿润区（森林草原带）湿润区（针叶落叶阔叶林带）代表地区天山、准噶尔盆地马鬃山阿拉善高原内蒙古高原东北平原长白山脉土壤类型灰漠土棕漠土棕漠土-灰棕土栗钙土黑钙土-暗栗钙土暗棕土中国温带植被与土壤径向变化

环境中各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、相互促进、相互制约的，任何一个单因子的变化，必将引起其他因子不同程度的变化。所以，生态因子对生物的作用不是单一的而是综合的。但众多因子的作用也不是均等的，有主导因子作用，直接作用和间接作用，阶段性作用，不可代替性和补偿作用，限制性作用等。各生态因子之间的相互关系例如，在光合作用中，光照是主导因子，温度和二氧化碳为次要因子；对生物的类型、生长和分布来说，光照、温度和水分的作用是直接作用，而地形的起伏、坡向、坡度、海拔高度及经纬度的作用则是间接的；光照长短，在植物的春化阶段并不起作用，但在光周期阶段则是很重要的。

从总体上说，生态因子是不可代替的，但是局部是能补偿的。例如，在一定条件下，多个因子的综合作用过程中，可以由其他因子来补偿某一因子数量的不足，同样可以获得相似的生态效应。生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种或少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子被称为限制因子。其限制性作用中包括了几个重要的定律。利比希最小因子定律植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素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箍桶效应限制因子限制因子定律：生态因子处于其最大或最小状态时均会对生物体产生限制性影响限制因子（LimitingFactor）：任何生态因子，当接近或超过某种生物的耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，便成为限制因子耐受限度耐受性定律：任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多，即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该种生物衰退或不能生存（强调生物自身对环境因子的耐受限度）耐受性定律的发展：每一生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异生物在整个个体发育过程中，对生态因子的耐受限度是不同的不同的生物种，对同一生态因子的耐受性不同生物对某一生态因子处于非最适状态时，对其他生态因子的耐受限度也下降耐受限度的调整：驯化，内稳态生态幅每一种生物对每一种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(或称耐受性的上限和下限)之间的范围称为生态幅（ecologicalamplitude）生态幅中有一最适区，在这个区内生物的生理状态最佳，繁殖率最高，数量最多。生态学中常用“广”和“狭”表示生态幅的宽度温度影响的生态幅三、人类与环境

从环境的角度来看，自然环境对人类社会的发展具有重要的影响。首先，自然环境在漫长的演化过程中，创造了