生物与环境课件

生物与环境

生物与环境的关系是生态系统中的基本关系，二者是不可分割的统一体。生态学不仅要探讨生物自身的生物特征与生态特性，还要研究环境变化对生物的作用及其生物对环境的影响。了解生物与环境之间的关系及其规律，对提高系统生产力和改善环境质量都有重要意义。农业生物赖以生存、生长发育、繁衍后代的自然环境称为农业生物环境，又称农业环境。农业生产实质上是农业劳动者开发利用农业生物和非生物的过程。农业生物是指参与农业生产过程的各种植物、动物、微生物的总称。农业生物与农业环境构成了一个生态系统

农业生物—环境系统的组成要素极为丰富并相互关联，是个复杂的系统，其中农业生物是主体，农业生物环境是基础。系统是建立在物质循环、能量流动和信息传递的生物学过程中。动植物残体及其排泄物被微生物分解，生产出沼气能和有机腐解产物、无机养分，养分又被植物吸收利用，再循环、再生产。绿色植物的光合作用，将无机物转化为有机物，太阳能转化为生物化学能。植物作为动物的食物，能量转送到动物体中；在能量转化、物质循环、信息传递过程中实现价值增值。物质循环、能量流动和价值增值是农业生物—环境系统的三大功能。现代意义上的农业生产，在追求价值增值的同时，要保证农业生物—环境系统的整体优化。也就是说既要考虑经济效益，又要考虑社会效益和环境效益。

环境与生态因子生态因子的时空变化及其对生

物分布的影响生态因子对生物的作用限制因子原理生物的生态适应性生物的生态作用（一）环境（Environment）：是指作用于某一特定生物个体或群体以外的外界条件的总和。包括生存空间以及维持生命活动所需的物质和能量。

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，因此环境只具有相对的意义。一、环境与生态因子1.自然环境：是指由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈在不同地区相互组合所构成的环境，又称原生环境。2.人工环境：指由于人为因素的作用使自然环境的某些因素发生了局部变化，以扩大生物与环境的相互适应性，又称次生环境。

狭义的人工环境是指由在人工控制下的生物环境，即人类根据生物生长发育规律所需要的环境，进行人工模拟或单个因子的改造。广义的人工环境是指用人的力量使自然环境发生局部变化，以适应生物的生长。气候因素土地因素生物因素（一切非农业生产的目的生物）所有作物栽培、家畜与家禽的饲养、引种驯化、人工管理的森林、草地及自然保护区的一些控制、防护措施等。农业生物环境是由自然环境和人工环境复合而成的人工环境

设施农业环境就是在人为营造和调控最佳的综合环境条件中，能够获得速生、优质、稳产、高产、低消耗和最大经济效益的人工环境。如现代化的集约式“畜禽舍”、“塑料大棚”、“温室”等。（二）生态因子（EcologicalFactors）：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影响的环境要素。生存因子：生态因子中生物存在所不可缺少的环境条件。自然资源因子：在生态因子中，可作为原料和能量输入系统并能在系统中转换为生物产品的因子。生态环境（EcologicalEnvironment）：所有生态因子构成生物的生态环境。1.气候因子：如温度、水分、光、降水、风和雷电等2.土壤因子：包括土壤结构、土壤有机物和无机物成分的理化性质及土壤微生物等。3.地形因子：如地面的起伏、山脉的坡度和阴阳坡等。这些因子对植物的生长和分布有明显影响。4.生物因子：包括生物之间的各种联系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。5.人为因子：把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。人类的活动对自然界和其它生物的影响已越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都有直接或间接受到人类活动的巨大影响。6.火因子：影响动、植物的分布与更新

除了上述分法以外，Simth(1935)曾把生态因子分成密度制约因子(densitydependentfactors)和非密度制约因子(densityindependentfactors)两大类,前者的作用强度随种群密度的变化而变化，因此有调节种群数量、维持种群平衡的作用；后者的作用强度不随种群密度的变化而变化，因此对调节种群密度不能起调节作用。

前苏联学者则根据生态因子的稳定程度将其分为稳定因子和变动因子两大类。稳定因子是指终年恒定的因子，作用主要是决定生物的分布。变动因子又可分为又可分为周期变动因子和非周期变动因子，主要是影响生物的数量。这种分类法具有一定的独创性，为了解生态因子的性质有很大帮助。二、生态因子的时空变化

及其对生物分布的影响

各种生态因子都影响到生物群落的分布，但其中起主要作用的是海陆分布、大气环流和由于各地太阳高度角的差异所导致的太阳辐射量的多少及其季节分布，亦即与此相联系的水热状况。

太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异。从赤道向两极，每移动一个纬度，气温平均降低0.5-0.6℃。由于热量沿纬度的变化，出现生态系统类型有规律的更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林，常绿阔叶林，落叶阔叶林，北方针叶林与苔原，即所谓的纬向地带性(latitudinalzonality)。（一）纬度递变与纬度地带性（二）经向递变与经向地带性

在北美大陆和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因此导致生态系统的经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。有人把这种变化与纬度地带性并列，称为经度地带性(longitudinalzonality)。实际上，两者是不同的，前者是一种严格的自然地理规律，后者是在局部大陆上的一种自然地理现象，而在其他大陆如澳大利亚，这种纬向变化就大不相同。（三）垂直递变与垂直地带性

海拔高度每升高100米，气温下降0.6℃左右，或每升高180米，气温下降1℃上下。降水量最初随高度的增加而增加，达到一定界限后，降水量又开始降低。由于海拔高度的变化，常引起自然生态系统有规律的更替，有人称此现象为垂直地带性(verticalzonality,oraltitudinalzonality)。（四）过渡带与非地带性变化

过渡带（intermediatebelt)又称生态交错带或群落交错区(ecotone)，指的是两个或多个生态地带（或群落之间）的过渡区域。过渡带是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，因为这里的环境条件比较复杂，能为不同的生态类型的植物定居，从而为不同的动物提供食物、营巢和隐蔽条件，群落中种的数目及一些种群密度比相邻群落大。

地球表面的海陆分布、地形起伏等不具备地带性规律，叫非地带性因素。非地带性因素叠加在地带性因素上使生物的分布出现了非地带性（azonality）的变化。地带性（zonality）。（五）时间性递变(temporalrhythm)与周期性递变(cyclophysis)

生态环境具有明显的季节节律和昼夜节律，所以生物的分布也随时间而有明显的变化。三、生态因子对生物作用一般特征（一）综合作用

环境中的各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子的变化。各种生态因子密切联系在一起构成了生物的生态环境，并综合作用于生活其间的生物，使生物的生长发育、形态结构、生理功能发生了相应的变化。光照、施肥与产量的关系（磅/英亩）

英Stansel(1961~1963)水稻（二）生态因子的主导作用和辅助作用

在诸多环境因子中，常常有一、二个因子起着决定性的作用，称为主导因子。对环境来说，主导因子的改变会使环境的全部生态关系发生改变，综合环境发生质的变化；对生物来说，主导因子的存在与否和数量的变化会使生物的生长发育发生发生明显的改变。

除主导因子以外的其他因子称为辅助因子。辅助因子的改变虽然不表现质的变化，但同样会引起生物和环境性质在数量上的变化。如果变化范围超过了生物的耐性范围，辅助因子也就变成主导因子。主导与辅助是相对的。不同的生物或相同生物的不同生育时期以及在不同的地区，其环境的主导因子都是可能不同的。（三）生态因子的直接作用与间接作用

直接影响或参与生物新陈代谢的因子称为直接因子，如光、温、水、气和土壤养分等。

不直接影响生物，而是通过影响直接因子而影响生物的生态因子称为间接因子。如地势起伏、地质结构等是通过影响光、温、水气和土壤因子。间接因子对生物的作用虽然是间接的，但往往支配着直接因子，作用范围广，作用强度大，有时甚至构成地区性影响及小气候环境的差异。（四）生态因子对生物具有同等重要性、不可替代性和互补性

生态因子具有各自的特殊功能与作用，每个因子对生物的作用是同等重要、缺一不可的。

生态因子在局部是可以补偿的。也就是说某一因子数量不足，有时可靠另一因子而得到补偿，即所谓的互补性。

生态因子的补偿作用是有限的和有条件的。只能在一定范围内部分补偿，而不能完全代替；生态因子间的补偿作用不是经常存在的。（五）生态因子作用的阶段性

生物不同生长发育阶段要求不同的生态环境。同一生态因子在生物发育的不同阶段，其作用不同，需求量不同。即生态因子对生物的作用具有阶段性。四、限制因子原理阈：(threshold)任何一种生态因子对生物产生可见作用的最低量称为阈。如土壤中某种植物某种植物能够生长的最低湿度，生物能够生长的最低温度，植物能够进行光合作用的最低照度等。（一）最小因子定律（Lawoftheminimum）

1840年德国有机化学家JustusVonLiebig在《有机化学及其在农业和生理学中的应用》一书中指出，作物的增产与减产是与作物从土壤中获得的矿物营养多少成正相关的，“植物的生长取决于数量最不足的营养物质的量”，即处于或接近临界最小量的物质为限制因子，它将限制其它处于良好状态因子的效率的发挥。

限制因子并不限于环境中的化学物质，还应包括其它各种环境因子；最小因子定律只能在稳定的状态下，即能量的流入和流出处于平衡状态时适用；在波动情况下，难以确定限制因子。没有考虑生态因子的交互作用。（二）耐性定律（Lawoftolerance）

1913年美国生态学家V.S.Shelford

在最小定律的基础上又提出了耐性定律的概念，并试图用这个法则来解释生物的自然分布现象。他认为生物不仅受生态因子最低量的限制，也受生态因子最高量的限制，即各种生态因子对具体的生物来说，都存在着一个生物学的上限和下限，它们之间幅度，就是该种生物的耐性限度（又称耐性范围）。可用一个钟型耐受曲线来表示。生物数量较多生理适应区低死亡限

高死亡限最适点分布中心最多度最适区生物不多生理紧张带没有生物不能忍受带环境梯度种群生殖（生长）生物对生态因子的耐受曲线适宜区不同生物对同一生态因子耐性范围不同；同一种生物对不同生态因子的耐性也不同。

“steno-”为狭窄之意，“eury-”为广的意思。上述字首与不同的因子配合，就表示物种对某一生态因子耐性的相对程度。例如：狭温（stenotherm）----广温(eurytherm)，狭湿(stenohydric)----广湿(euryhydric)，狭盐(stenohaline)----广盐(euryhaline)，狭食(stenophagic)----广食(euryphagic)，狭栖(stenoecious)----广栖(euryecious)。环境梯度生长（生殖）狭生态幅狭生态幅广生态幅广生态幅与狭生态幅许多生态学者对耐性定律做了补充：（1）生物可能对一个因子的耐性范围广，而对另一个因子的耐性范围窄；（2）对所有因子的耐性范围都很广的生物，一般都分布很广。（3）当某种生物的某一个生态因子不是处于最适状况时，对另一些生态因子的耐性会下降。（4）由于生物种群的相互作用经常妨碍生物对最适环境条件的利用。（5）生物的不同发育阶段耐性范围不同。（三）限制因子的概念（limitingfactors）

虽然Shelford提出的耐受性定律基本上是正确的，但大多数生态学家认为，只有把这个法则与Liebig的最小因子定律结合起来才有更大的实用意义。这两个法则的结合便产生了限制因子的概念。

生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但其中必有一种和几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性因子就是所谓的限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。限制因子律

限制因子概念的主要价值是使人们掌握了一把研究生物与环境复杂关系的钥匙，因为各种生态因子对生物来说并非同等重要，人们一旦找到了限制因子，就意味着找到了影响生物生存和发展的关键性因子，并可集中力量研究它。五、生物的生态适应性

适应：adaptationoradaption

指生物受到环境的影响而产生的生理或遗传的反应。这种反应使生物保持与环境的动态平衡。

习惯：habit

用同一条件进行反复影响，则该生物对这种影响的反应就会逐渐减弱，甚至完全不反应。

生理适应：physiologicaladaptation是指生物在短期内生长在一定的环境条件下，通过生理活动的变化来适应环境变化的现象。趋同适应：convergentadaptation不同种类的生物，由于长期生活在相同的环境中，通过变异、选择和适应，在器官形态等方面表现出相似的现象。趋异适应：divergentadaptation指同种生物的不同个体群，由于分布地区的差异，长期接受不同环境的综合影响，不同个体群在形态生理等方面产生的相应的生态变异。（一）生态型

1.定义：

同种生物的不同个体群，长期生存在不同的生态环境和人工培育条件下，发生趋异适应，并经自然和人工选择而形成的生态、形态和生理特性不同的基因类群。是分类学上种以下的分类单位。2.生态型类别

生态型的划分是根据形成生态型的主导因子进行的。植物生态型包括：1.气候生态型：这是依据生物对光周期、气温和降水等气候因子的不同适应而形成的。不同气候生态型在形态、生理、生化上都表现出差异。2.土壤生态型：在不同土壤水分、温度和土壤肥力等自然和栽培条件下，形成不同的生态型。3.生物生态型：主要是在生物因子如病、虫等的作用下形成的。

人为因素对植物的影响最大，作物的品种生态型就是在人为因素的影响下形成的，以水稻为例，起源于热带的野生植物，经人类的长期栽培，使其从野生型变成栽培型，栽培区域不断变大，从热带一直到寒温带，形成了很多生态型：

籼、梗稻——

温度生态型

早、中、晚稻——

光照生态型

水、陆稻——

土壤生态型

生态型的研究在农业上有巨大的实践意义。它为选种、引种、育种和栽培措施提供了理论依据，也是人们有目的的、定向的改造植物物种以及加速新种形成的途径之一。不同生态型植物人工杂交已证明，有可能培育出在双亲都不能忍受的生境上生长良好的新的生态型。（二）生活型(lifeform)

1．生活型：

不同种生物，由于长期生存在相同的自然生态和人为培育环境条件下，发生趋同适应，经自然选择和人工选择形成的具有类似形态、生理和生态特性的物种类群，称为生活型。2．植物生活型分类：

一般按布朗—布朗特(Braun-Blangwet)的分类系统把植物生活型分为10种类型：浮游植物、土壤微生物、内生植物、一年生植物、水生植物、地下芽植物、地面芽植物、地上芽植物、高位芽植物和树上的附生植物。（三）生境和生态位

1．生境（habitate）：

某一生物种群或生物群落，由于生态环境的约束只能在某一特定区域中生存，则把该区域称为该生物种群或生物群落的生境。生境的分化，与其它中生物的生命活动有密切关系，生境是从生物生存的小区域方面考虑生物与环境关系的概念。2．生态位（niche）

生态位（niche）是生物物种在完成其正常生活周期时所表现出的对环境综合适应的特性，即一个物种在生物群落和生态系统中的功能和地位。要确定一个生物种的生态位就要知道该生物所在的空间、时间、物理环境（光、温、湿、土壤结构和pH值等）食物种类以及与该空间内生物的关系。在同一空间的不同物种，它们的生态位是不同的，因为物种的空间虽同，但其它要素必有不同之处，否则就不会处于同一空间。

在具体的研究中，常把生态位分为以下几种：基础生态位（潜在生态位）：指一种生物当不受其他生物竞争限制时所能占据的最大生态位。Fundamentalniche

现实生态位（实际生态位）：指有竞争者时，物种实际上占有的生态位称现实生态位。Actualniche

空闲生态位：指生态系统中未被占据的位置，即资源利用的潜力基础生态位实际生态位生态位重叠生态位AndNuchistheletterIusetospellnutchesWholiveinsmallcaves,knownasNitches,forhutch