生态学2生物与环境

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1、第 二 章 生 物 与 环 境 生 物 与 环 境 之 间 的 相 互 关 系 是 生 态 学 研 究 的 主 题l适 应 过 程 与 塑 造 作 用l形 成 过 程 与 改 造 作 用 第 一 节 环 境 概 述 一 、 环 境 与 生 境 1 环 境 （ environment） 1.1 环 境 概 念 ： 生 态 学 中 的 环 境 概 念 是 指 生 态 系 统 中生 物 有 机 体 周 围 一 切 要 素 的 总 和 。l环 境 本 质 ： 是 生 物 生 存 和 发 展 的 资 源 及 其 影 响 因 素l尺 度 效 应 ： 大 环 境 与 小 环 境大 环 境 (macro-en

2、vironment):地 区 环 境 、 地 球 环 境 如 西 双 版 纳 的 环 境 ， 黄 河 三 角 洲 的 环 境 等 。小 环 境 (micro-environment):直 接 影 响 生 物 生 命 活 动 的 近 邻 环 境 。 如 洞 穴 环 境 ， 树 荫 下 环 境 等 。 大 环 境 （ 全 球 大 气 环 流 和 洋 流 ） 小环境（小气候） 1.2 环 境 的 类 型l按 主 体 分 :人 类 环 境 和 生 物 环 境l按 性 质 分 :自 然 环 境 、 半 自 然 环 境 、 社 会 环 境l按 范 围 分 :地 球 环 境 、 区 域 环 境 、 微 环

3、境 、 内 环 境l按 气 候 （ climate） 分 :大 气 候 :大 环 境 的 气 候 条 件 ,是 指 离 地 面 1.5m以 上 的 气 候 。小 环 境 :小 环 境 的 气 候 条 件 (小 范 围 内 的 特 定 栖 息 地 ),是 指 近 地 面 大气 层 中 1.5m以 内 的 气 候 。2 生 境 (habitat)生 境 又 称 栖 息 地 ， 具 体 的 生 物 个 体 或 群 体 生 活 区 域 的 生 态 环 境 与生 物 影 响 下 的 次 生 环 境 统 称 为 生 境 。 二 、 生 物 的 能 量 环 境 R生 命 生 存 必 需 的 能 量 太 阳

4、辐 射 主 要 来 自 太 阳 辐 射 ， 太 阳 产 生 的 能 量 以 电 磁 波 的 形 式 向 周 围 辐 射 。 太 阳 常 数 ： 地 球 表 面 在 太 阳 直 射 、 没 有 大 气 圈 的 条 件 下 ， 获 得 的 太 阳 能 为 8.12J/cm2min。 实 际 平 均 只 有 47%左 右 到 达 地 面 。R太 阳 辐 射 功 能 热 能 ： 加 热 地 球 表 面 ， 引 起 空 气 和 水 的 流 动 光 能 ： 绿 色 植 物 转 化 为 化 学 能 1.1 光 照 强 度 :在 地 球 表 面 有 空 间 和 时 间 的 变 化 规 律u空 间 变 化 ：

5、纬 度 、 海 拔 高 度 、 地 形 、 坡 向?纬 度 变 化 ： 光 照 强 度 在 赤 道 最 大 ； 随 着 纬 度 的 增 加 ， 太 阳 高 度 变 低 ， 光 照 强 度 相 应 减 弱 。?海 拔 变 化 ： 光 照 强 度 随 着 海 拔 高 度 的 升 高 而 增 强 ， 因 为 海 拔 高 度 越 高 ， 空 气 密 度 越 稀 薄 。?坡 向 和 坡 度 变 化 ： 北 半 球 温 带 地 区 太 阳 位 置 偏 南 ， 南 坡 所 接 受 的 光 照 比 平 地 多 ;反 之 ,北 坡 就 比 较 少 。 u时 间 变 化 ： 有 四 季 变 化 和 昼 夜 变 化

6、 夏 季 光 照 最 强 ， 冬 季 最 弱 ； 中 午 光 照 最 强 ， 早 晚 最 弱 。 1. 光 的 变 化 规 律 1.2 光 谱 成 分 大 气 层 对 太 阳 辐 射 的 吸 收 和 散 射 具 有 选 择 性 ,太 阳 辐 射 通 过大 气 后 ,强 度 减 弱 ,光 谱 成 分 发 生 了 变 化 .太 阳 高 度 :太 阳 高 度 升 高 ,紫 外 线 和 可 见 光 所 占 比 例 增 大 ;反 之 高 度 变 小 ,长 波 光 增 加 。 纬 度 ： 低 纬 度 处 短 波 光 多 ， 高 纬 度 长 光 波 多海 拔 ： 随 海 拔 升 高 长 波 光 减 少 ，

7、短 光 波 随 之 增 多时 间 ： 夏 季 短 光 波 多 ,冬 季 长 光 波 多 ； 中 午 短 光 波 多 ， 早 晚 长 光 波 多 。 备 注 ： 太 阳 高 度 :太 阳 光 线 与 地 平 面 之 间 的 夹 角 ， 全 称 太 阳 高 度 角 ， 简 称 太 阳 高 度 。 1.3 光 照 长 度 日 照 长 度 随 纬 度 变 化 而 进 行 不 同 的 周 期性 变 化 。纬 度 越 低 ， 最 长 日 和 最 短 日 光 照 差 距 越 小 ， 如 赤 道 地 区 分 别 都 是 12小 时 。随 着 纬 度 的 增 加 ， 最 长 日 和 最 短 日 的 差 距 越

8、来 越 大 。 纬 度 越 高 日 照 长 短 的 变 化 越 明 显 2.1 空 间 变 化纬 向 变 化 ： 纬 度 每 增 加 1度 ， 年 均 温 度 大 约 降 低 0.5 。原 因 ： 低 纬 度 地 区 太 阳 高 度 角 大 ， 太 阳 辐 射 量 也 大 ，昼 夜 长 短 差 异 小 ， 太 阳 辐 射 量 的 季 节 分 配 比 较 均 匀 。 在北 半 球 随 着 纬 度 北 移 ， 太 阳 辐 射 量 减 少 ， 温 度 逐 渐 降 低 。海 拔 变 化 ： 通 常 海 拔 每 升 高 100m， 平 均 温 度 降 低 0.5-0.6 ， 相 当 于 纬 度 北 移

9、1度 。原 因 ： 海 拔 高 的 地 方 ， 空 气 稀 薄 ， 水 蒸 气 和 CO2含 量 低 ，地 面 的 辐 射 散 热 量 大 ， 所 以 尽 管 太 阳 辐 射 较 强 ， 温 度 还是 较 低 。2 温 度 的 变 化 规 律 2.2 温 度 的 时 间 变 化 季 节 变 化 ： 地 球 绕 太 阳 的 公 转 是 一 年 四 季 温 度 变 化 的 原 因 。根 据 气 候 的 冷 暖 、 昼 夜 长 短 的 节 律 ， 一 年 分 为 春 、 夏 、 秋 、冬 四 季 （ 平 均 温 度 10-22 为 春 秋 季 ， 10 以 下 为 冬 季 ，22 以 上 为 夏 季

10、 ） 。 四 季 长 短 受 纬 度 、 海 拔 高 度 、 海 陆 位置 、 地 形 、 大 气 环 流 等 因 素 的 影 响 ， 各 地 差 异 较 大 。 昼 夜 变 化 ： 地 球 的 自 转 引 起 的 。 日 出 后 温 度 逐 步 上 升 ， 一般 在 13-14点 达 到 最 高 值 ， 以 后 逐 渐 下 降 ， 直 到 日 出 前 降至 最 低 值 。 此 外 ， 纬 度 高 、 海 拔 高 以 及 远 离 海 洋 ， 昼 夜 温差 也 大 。 2.3 土 壤 和 水 体 中 的 温 度 变 化 土 温 变 化白 天 土 壤 表 面 受 热 后 ， 热 量 从 表 土 向

11、 深 层 输 送 ；夜 间 土 表 冷 却 后 ， 热 量 从 深 层 向 表 层 流 动 ;土 壤 温 度 的 变 化 比 大 气 要 缓 慢 且 稳 定 ， 所 以 冬 暖 夏 凉 。 水 体 温 度 变 化 ： 光 线 穿 过 水 体 时 ， 辐 射 强 度 随 深 度 的 增 加呈 对 数 值 下 降 ， 因 此 太 阳 辐 射 增 温 仅 限 于 水 体 最 上 层 。 三 、 生 物 的 物 质 环 境 1 岩 石 圈 和 土 壤 圈 ： 是 生 物 所 需 要 的 元 素 和 化 合 物 的 源 泉 岩 石 圈 是 指 地 球 的 地 壳 部 分 ， 常 称 为 大 陆 圈 。

12、地 表 岩 石经 风 吹 、 日 晒 和 雨 林 ， 逐 步 风 化 分 解 成 为 母 质 ， 经 过 化 学 和生 物 的 共 同 作 用 ， 形 成 了 土 壤 层 ， 即 土 壤 圈 。2 水 圈 ： 水 圈 包 括 占 地 球 表 面 71%的 海 洋 、 内 陆 水 域 和 地 下水 ， 是 生 命 诞 生 的 摇 篮 。 水 的 总 量 约 为 1.4 10 18m3， 其 中 淡 水 仅 占 2.53%， 人 类可 以 直 接 利 用 的 江 河 湖 泊 淡 水 和 地 下 淡 水 仅 占 总 量 的 0.77%。水 体 中 溶 解 有 各 种 无 机 的 和 有 机 的 营

13、养 物 质 ， 以 及 溶 解 在 水中 的 CO2和 O2， 为 生 物 的 分 布 提 供 了 物 质 基 础 。 3 大 气 圈 大 气 圈 是 地 球 表 面 包 围 整 个 地 球 的 一 个 气 体 圈 层 ， 大气 质 量 的 99%集 中 在 离 地 表 29km之 内 。 根 据 温 度 变 化 划 分 为 四 层 ： 对 流 层 （ 约 10-20km） 、 平流 层 (对 流 层 以 上 直 到 大 约 50km的 气 层 )、 中 间 层 （ 从 平 流层 顶 约 至 80km处 是 中 间 层 ） 和 电 离 层 。4 生 物 圈 生 物 圈 是 地 球 表 面 全

14、部 生 物 及 与 之 相 互 作 用 的 自 然 环境 的 总 称 ， 是 由 岩 石 圈 、 土 壤 圈 、 水 圈 和 大 气 圈 的 交 接 空间 构 成 的 。 生 物 圈 最 显 著 的 特 点 是 有 大 量 的 生 物 存 在 。 第 二 节 生 态 因 子 及 其 作 用 环 境 因 子 ： 构 成 环 境 的 各 要 素 称 为 环 境 因 子 。生 态 因 子 ： 指 环 境 中 对 生 物 的 生 长 ， 发 育 ， 生 殖 ， 行 为 和 分 布 有 直 接 或 间 接 影 响 的 环 境 因 子 ， 称 为 生 态 因 子 。 如 光 照 、 温 度 、 水 分 、

15、 食 物 和 其 他 相 关 生 物 等 。生 存 因 子 ： 生 态 因 子 中 生 物 生 存 不 可 缺 少 的 因 子 称 为 生 物 的 生 存 因 子 =生 存 条 件 = 生 活 条 件 一 、 生 态 因 子 的 分 类按 其 性 质气 候 因 子 ： 光 、 温 度 、 水 分 、 空 气 等土 壤 因 子 ： 土 壤 结 构 、 理 化 性 质 、 土 壤 肥 力 和 土 壤 生 物地 形 因 子 ： 坡 向 、 地 形 起 伏 、 高 度 等生 物 因 子 ： 种 群 结 构 、 密 度 、 竞 争 、 捕 食 、 共 生 、 寄 生人 为 因 子 ： 人 类 活 动按

16、有 无 生 命 的 特 征生 物 因 子非 生 物 因 子按 生 态 因 子 的 稳 定 性 及 其 作 用 特 点稳 定 因 子 ： 地 心 引 力 、 地 磁 、 太 阳 辐 射 常 数 等变 动 因 子 （ 周 期 性 变 动 因 子 如 四 季 变 化 和 潮 汐 涨 落 ； 非 周 期 性 变 动 因 子 如 降 雨 、 捕 食 ） 一 、 生 态 因 子 的 分 类 按 对 种 群 数 量 变 动密 度 制 约 因 子对 生 物 作 用 的 强 度 随 生 物 的 密 度 而 变 化 的 因 子 。 有 调 节 种群 密 度 的 作 用 ， 如 食 物 、 天 敌 等 生 物 因

17、子 。正 密 度 制 约 因 子 ： 导 致 生 物 的 密 度 进 一 步 增 长负 密 度 制 约 因 子 ： 导 致 密 度 的 反 馈 性 降 低非 密 度 制 约 因 子生 态 因 子 中 ， 对 生 物 作 用 的 强 度 与 生 物 密 度 变 化 无 关 的 因子 ， 如 温 度 、 气 候 等 。 种 群 密 度密 度 制 约 (负 )非 密 度 制 约逆 密 度 制 约 （ 正 ）导 致 种 群 死 亡 率 变 化 的 环 境 因 子 作 用 于种 群 的 强 度 ,随 种 群 密 度 梯 度 变 化 而 改 变种群死亡率 密 度 制 约 因 子 与 非 密 度 制 约 性

18、 因 子 比 较 种群出生率 种 群 密 度 梯 度密 度 制 约 （ 负 ）非 密 度 制 约密 度 制 约 （ 正 ）导 致 种 群 出 生 率 变 化 的 环 境 因 子 作 用 于 种 群 的 强 度随 种 群 密 度 梯 度 变 化 而 改 变 ;具 有 调 节 种 群 密 度 作 用密 度 制 约 因 子 与 非 密 度 制 约 性 因 子 比 较 二 、 生 态 因 子 的 作 用 特 征1. 综 合 性 作 用 生 态 因 子 是 相 互 影 响 、 相 互 制 约 中 起 作 用 的 。 例 如 光 照强 度 的 变 化 必 然 会 引 起 大 气 和 土 壤 温 度 和 湿

19、 度 的 改 变 。2. 非 等 价 性 作 用 /主 导 因 子 作 用对 生 物 起 作 用 的 诸 多 因 子 是 非 等 价 的 ， 其 中 有 1-2个 是 起主 要 作 用 的 主 导 因 子 。 如 光 周 期 现 象 中 的 日 照 时 间 和 植物 春 化 阶 段 的 低 温 因 子 就 是 主 导 因 子 。 3. 不 可 替 代 性 和 补 偿 性 作 用 生 态 因 子 虽 非 等 价 ， 一 个 因 子 的 缺 失 不 能 由 另 一 个 因 子 来代 替 。 但 某 一 因 子 的 数 量 不 足 ， 可 以 由 其 他 因 子 来 补 偿 。例 如 光 照 不 足

20、 所 引 起 的 光 合 作 用 的 下 降 可 由 CO2浓 度 的 增加 得 到 补 偿 。4.阶 段 性 和 限 制 性 作 用生 物 在 生 长 发 育 的 不 同 阶 段 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 。对 生 物 的 生 长 、 发 育 、 繁 殖 、 数 量 和 分 布 起 限 制 作 用 的 关键 性 因 子 叫 限 制 因 子 。5.直 接 作 用 和 间 接 作 用二 、 生 态 因 子 的 作

21、 用 特 征 三 、 生 物 与 环 境 的 相 互 作 用（ 一 ） 环 境 对 生 物 的 作 用1.环 境 对 生 物 的 作 用 方 式环 境 对 生 物 的 决 定 作 用环 境 对 生 物 的 塑 造 作 用2.对 生 物 存 活 的 影 响对 生 物 生 长 、 发 育 的 影 响对 生 殖 、 繁 衍 的 影 响 对 生 物 的 数 量 和 分 布 的 影 响对 生 物 的 种 内 、 种 间 关 系 的 影 响 1.生 物 对 环 境 的 适 应 方 式l形 态 的 适 应l生 理 的 适 应l行 为 的 适 应各 种 适 应 都 有 相 应 的 遗 传 基 础（ 二 ） 生

22、 物 对 环 境 的 反 作 用 物 种 间 的 相 互 作 用 得 利 ； 表 示 受 损 ； 0 无 明 显 影 响物 种 间 的 协 同 进 化一 个 物 种 在 进 化 上 的 变 化 同 时 改 变 了 与 该 物 种 相 关 的 其 它物 种 所 承 受 的 选 择 压 力 ， 导 致 相 关 物 种 的 改 变 ， 反 过 来 又对 该 物 种 的 变 化 施 以 影 响 的 过 程 。二 个 或 更 多 的 相 互 作 用 的 物 种 ， 其 各 自 的 进 化 是 相 互 影 响的 ， 从 而 形 成 了 一 个 相 互 作 用 的 进 化 系 统 ， 这 一 机 制 称 为

23、 协 同 进 化 。相 互 作 用 类型 互 利 共生 偏 利 作用 捕 食 /牧 食 /寄生 种 间 竞争 偏 害 作用 中 性 作用A B 生 物 对 生 物 环 境 的 响 应 与 适 应 胡椒蛾黑化胡椒蛾个体案 例 1. 胡 椒 蛾 黑 化 现 象 1008060 300200100 Winter smoke, ug/m3Percent frequency of melanic peppered moths 1960 1970 1980烟尘实测值烟尘变化趋势黑化蛾变化趋势 随 着 污 染 减 轻 ， 黑 化 蛾 在 群 体 中 的 频 率 逐 渐 下 降 夜 间 降 低 代 谢 率有

24、花 蜜 供 给 ， 没 有 休 眠 ， 要 消 耗 大 量 能 量 案 例 2. 食 物 与 代 谢 四 、 生 态 因 子 的 基 本 规律1.最 小 因 子 定 律 (Liebigs law of minimum)德 国 农 业 化 学 家 J.Liebig(利 比 希 ):植 物 的 生 长 取 决 于 那 些 处 于最 少 量 状 态 的 营 养 元 素 。E.P.Odum对 Liebig定 律 的 补 充 ： 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 时 才 适用 ； 二 是 要

25、考 虑 因 子 间 的 替 代 作 用 。 最 小 因 子 定 律 的 内 涵 : 生 物 需 要 一 定 种 类 和 数 量 的 营 养 物 ， 若 其 中 一 种 营 养 物 数量 很 少 或 完 全 缺 失 ， 生 物 生 长 不 良 或 不 能 生 存 。 低 于 某 种 生 物 的 最 小 需 要 量 的 生 态 因 子 ， 成 为 该 生 物 生 存和 分 布 的 限 制 因 子 。 应 用 价 值 :预 测 生 物 分 布 范 围 、 引 种 、 植 物 栽 培 等 南 北 较 高 纬 度 地 区 的低 温 是 影 响 非 洲 蜂 进一 步 向 高 纬 度 范 围 扩散 的 限

26、制 因 子 。案例：低温对非洲蜂分布的限制 2. 耐 受 限 度 与 生 态 幅2.1 谢 尔 福 德 耐 受 定 律 （ Shelford s law of tolerance）美 国 生 态 学 家 V.E.Shelford提 出 ： 任 何 一 个 生 态 因 子 在 数 量 上或 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 将 衰 退 或 不 能 生 存 。对 耐 受 性 定 律 的 补 充 和 发 展 : 每 一 种 生 物 对 不 同 生 态 因 子 的 耐 受 范 围 存 在 差 异 生 物

27、 在 个 体 发 育 阶 段 中 ,对 生 态 因 子 的 耐 受 限 度 不 同 不 同 的 生 物 种 ,对 同 一 生 态 因 子 的 耐 受 性 是 不 同 的 对 多 个 生 态 因 子 耐 受 范 围 宽 的 生 物 ,其 分 布 区 一 般 很 广 生 物 对 某 一 生 态 因 子 处 于 非 最 适 状 态 时 ， 对 其 他 因 子 的 耐 受限 度 也 下 降 。四 、 生 态 因 子 的 基 本 规 律 最适范围 亚适范围亚适范围 不适范围不适范围 不 能 生 存因 子 梯 度 渐 增 生命活动或数量 生 物 对 环 境 因 子 的 耐 受 曲 线耐 受 曲 线 （ 1

28、）四 、 生 态 因 子 的 基 本 规律 耐 受 曲 线 （ 2）四 、 生 态 因 子 的 基 本 规律 最适范围 不适范围不 能 生 存 因 子 梯 度 渐 增 生命活动强度或数量 生 物 对 环 境 因 子 耐 受 曲 线 的 实 际 表 现 亚适范围亚适范围不适范围 四 、 生 态 因 子 的 基 本 规律2.2 生 态 幅 (ecological amplitude） (生 态 价 )1.生 态 幅 ： 每 一 种 生 物 对 某 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

29、(或 称 耐 受 性 的 上 限 和 下 限 )之 间 的 范 围 。生 态 幅 的 类 型广 温 性 (eurythermal) 狭 温 性 (stenothermal)广 水 性 (euryhydric) 狭 水 性 (stenohydric)广 盐 性 (euryhaline) 狭 盐 性 (stenohaline)广 食 性 (euryphagic) 狭 食 性 (stenophagic)广 光 性 (euryphotic) 狭 光 性 (stenophotic)2.耐 性 的 变 化 :耐 性 的 差 异 ； 自 然 进 化 下 耐 性 的 变 化 ； 耐 性 的 人 为 改 变 。

30、 应 用 价 值 :动 物 驯 化 、 植 物 引 种 和 内 稳 态 的 调 控 第 三 节 生 态 因 子 对 生 物 的 作 用 及 生 物 的 适 应 一 、 光 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应1. 光 强 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应1.1 光 照 强 度 与 植 物阳 性 植 物 :在 强 光 下 才 能 生 长 发 育 良 好 如 松 、 杉 、 柏 及 栎 。 阴 性 植 物 :需 要 在 较 弱 的 光 照 条 件 下 生 长 如 蕨 类 、 苔 藓 类 中 性 植 物 :对 光 照 具 有 较 广 的 适 应 能 力 ,又 称 耐 阴 植 物1.2

31、 光 照 强 度 与 动 物昼 行 性 动 物 :适 应 于 白 天 活 动 ， 如 灵 长 类 、 有 蹄 类 和 蝴 蝶 .夜 行 性 动 物 :适 应 于 夜 晚 ， 如 猫 头 鹰 、 蝙 蝠 、 家 鼠 、 蛾 类晨 昏 性 动 物 :适 应 于 早 晨 黄 昏 的 弱 光 下 活 动 如 蚊 等 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 。 2.1 光 质 与 植 物太 阳 辐 射 光 谱 主 要 由 短 波 、 可 见 光 和 红 外 线 组 成 植 物 的 光 合 作 用 只 能 利 用 可

32、见 光 (400-760nm)， 这 部 分 辐 射 通 常 称 为 生 理 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 ,又 称 绿 光 为 生 理 无 效 光 。长 波 光 (红 光 )有 促 进 延 长 生 长 的 作 用 ,短 波 光 (蓝 紫 光 、 紫 外 线 )有 利 于 花 青 素 的 形 成 ,并 抑 制 茎 的 伸 长 。红 光 有 利 于 碳 水 化 合 物 的 合 成 ， 蓝 光 有 利 于 蛋 白 质 的 合 成 。蓝

33、 紫 光 和 紫 外 线 等 短 波 光 抑 制 植 物 的 伸 长 生 长 ， 使 植 物 向 光 性 更 敏 感 。2 光 质 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 叶 绿 素 的 吸 收 光 谱2.2 光 质 与 动 物 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 , 看 得 见 紫 外 光 。 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 。 3 光 照 长 度 与 生 物 的 光 周 期 现 象3.1 植

34、 物 的 光 周 期 现 象 :根 据 对 日 照 长 度 的 反 应 类 型 分 为R长 日 照 植 物 :日 照 时 间 长 于 一 定 数 值 (一 般 14小 时 以 上 )才 能 开 花 的 植 物 ,如 冬 小 麦 、 大 麦 、 油 菜 和 甜 菜 等 。R短 日 照 植 物 :日 照 时 间 短 于 一 定 数 值 (一 般 14小 时 以 上 的 黑 暗 ) 才 能 开 花 的 植 物 ,如 水 稻 、 棉 花 、 大 豆 和 烟 草 等 。R中 日 照 植 物 :开 花 要 求 昼 夜 长 短 接 近 (12小 时 左 右 ),如 甘 蔗 等 。R中 间 型 植 物 :在

35、任 何 日 照 条 件 下 都 能 开 花 的 植 物 是 中 间 型 植 物 , 如 番 茄 、 黄 瓜 和 辣 椒 等 。 短 日 照 植 物 大 多 数 原 产 地 是 日 照 时 间 短 热 带 、 亚 热 带 ;长 日 照 植 物 大 多 数 原 产 于 温 带 和 寒 带 . 3.2 动 物 的 光 周 期 现 象 繁 殖 的 光 周 期 现 象 ; 动 物 迁 徙 的 光 周 期 现 象 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 1. 温 度 与 动 物 类 型 当 考 察 有 机 体 和 环 境 温 度 相 互 关 系 时 ， 通 常 可 将 有 机体 划 分

36、 为 “ 温 血 动 物 ” 和 “ 冷 血 动 物 ” 。常 温 动 物 ： 当 环 境 温 度 升 高 时 ， 常 温 动 物 维 持 大 致 恒 定 的 体 温 。变 温 动 物 ： 当 环 境 温 度 升 高 时 ， 变 温 动 物 的 体 温 随 环 境 温 度 而 变 化 。外 温 动 物 ： 依 赖 外 部 的 热 源 ， 如 鱼 类 、 两 栖 类 和 爬 行 类内 温 动 物 ： 通 过 自 己 体 内 氧 化 代 谢 产 热 来 调 节 体 温 ， 如 鸟 兽 。 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 2.生 物 对 温 度 的 反 应2.1 温 度

37、阈 在 一 定 的 温 度 范 围 内 ， 生 物 的 生 长 速 度 与 温 度 成 正 比 ，生 物 学 常 用 温 度 系 数 表 示 温 度 对 生 物 生 长 或 生 化 反 应 速 度的 影 响 强 度 ， 即 温 度 每 升 高 10 ， 生 长 或 反 应 速 度 均 加 的倍 数 。冻 害 ： 由 于 细 胞 内 冰 晶 形 成 的 损 伤 效 应 ， 使 原 生 质 膜 发 生 破 裂 ， 蛋 白 质 失 活 或 变 性 ， 这 种 损 伤 称 冻 害 。冷 害 ： 指 喜 温 生 物 在 0 以 上 的 条 件 下 受 害 或 死 亡 ， 它 可 能 是 通 过 破 坏

38、了 膜 结 构 造 成 的 ， 它 是 喜 温 生 物 向 北 方 引 种 和 扩 张 分 布 区 的 主 要 障 碍 。 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 2.2 生 物 发 育 和 生 长 速 度“ 三 基 点 ” 温 度 : 最 低 温 度 、 最 适 温 度 ， 最 高 温 度 称 为 酶活 性 的 “ 三 基 点 ” 温 度 ， 生 物 的 生 长 与 温 度 的 关 系 也 服 从“ 三 基 点 ” 温 度 。发 育 阈 温 度 ： 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 ，

39、 这 个 温 度 称 为 发 育 阈 温 度 ，或 者 称 生 物 学 零 度 (biological zero)。有 效 积 温 法 则 : 植 物 和 外 温 动 物 的 发 育 速 率 在 发 育 阈 温 度以 上 呈 线 性 增 加 ， 而 且 各 个 发 育 阶 段 所 需 要 的 总 热 量 是 一个 常 数 。 称 有 效 积 温 。 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 2.3 有 效 积 温 法 则 K=N(T-C) 或 T=C+K/N=C+KV 式 中 ， K为 有 效 积 温 ， N为 发 育 历 期 即 生 长 发 育 所 需 时间 ， T为 发

40、育 期 间 的 平 均 温 度 ， C为 生 物 发 育 起 点 温 度 （ 生物 零 度 ） 。 发 育 速 率 V为 发 育 时 间 的 倒 数 (1/N)。 有 效 积 温 法 则 不 仅 适 用 于 植 物 ， 还 可 应 用 到 昆 虫 和 其他 一 些 变 温 动 物 。 在 生 产 实 践 中 ， 有 效 积 温 可 作 为 农 业 规划 、 引 种 、 作 物 布 局 和 预 测 农 时 的 重 要 依 据 ， 可 以 用 来 预测 一 个 地 区 某 种 害 虫 可 能 发 生 的 时 期 和 世 代 数 以 及 害 虫 的分 布 区 危 害 等 。 生 物 发 育 和 生

41、长 速 度 2.4 驯 化 和 气 候 驯 化春 化 ： 由 低 温 诱 导 的 植 物 开 花 ， 称 为 春 化 。驯 化 ： 内 温 动 物 经 过 低 温 的 锻 炼 后 ， 其 代 谢 产 热 水 平 会 比 在 温 暖 环 境 中 高 。 这 些 变 化 过 程 是 由 实 验 诱 导 的 ， 称 为 驯 化 。 如 果 是 在 自 然 界 中 产 生 的 称 为 气 候 驯 化 。物 候 ： 生 物 的 物 候 节 律 形 成 也 是 生 物 对 温 度 等 因 子 适 应 的 结 果 ， 物 候 规 律 是 在 大 量 细 致 的 观 察 资 料 分 析 基 础 上 获 得 。

42、 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 3.生 物 对 极 端 环 境 温 度 的 适 应 3.1 生 物 对 低 温 的 适 应 贝 格 曼 规 律 (Bergmann,s rule)： 寒 冷 气 候 的 内 温 动 物 ,比 温 暖气 候 的 内 温 动 物 个 体 更 大 ,导 致 相 对 体 表 面 积 变 小 ,使 单 位 体 重的 热 散 失 减 少 ,有 利 于 抗 寒 。阿 伦 规 律 (Allen,s rule)： 寒 冷 地 区 内 温 动 物 身 体 的 突 出 部 分 ,如 四 肢 、

43、尾 巴 和 外 耳 却 有 变 小 变 短 的 趋 势 。冬 眠 及 夏 眠 :时 间 的 异 温 性 使 动 物 产 生 日 麻 痹 和 季 节 性 麻 痹 冬 眠 及 夏 眠 。 产 生 冬 眠 的 内 温 动 物 又 称 异 温 动 物 。休 眠 ： 指 生 物 的 潜 伏 、 蛰 伏 或 不 活 动 状 态 ， 是 抵 御 不 良 环 境 的一 种 有 效 的 生 理 机 制 。 植 物 的 休 眠 现 象 更 为 普 遍 ， 许 多 植 物 种 子 成 熟 后 不 能 立 即 萌 发 的 现 象 即 为 休 眠 形 式 的 一 种 。 u贝 格 曼 规 律 (Bergmann,s r

44、ule)高 纬 度 的 恒 温 动 物 比 低 纬 度 的 相 似 种 类 个 体 要 大 如 东 北 虎 大 于 华 南 虎 。原 因 ： 动 物 个 体 大 则 相 同 质 量 所 对 应 的 体 表 面 积就 小 ， 对 恒 温 动 物 来 说 在 竞 争 中 应 付 体 表 散 热 所 损失 的 能 量 相 对 较 少 ， 在 进 化 选 择 中 是 有 利 的 。 阿 伦 定 律 (Allen,s rule)内 容 ： 在 寒 冷 地 区 生 活 的 哺 乳 动 物 的 四 肢 、 耳 、 鼻 、 尾 均 有 明 显 缩 短 的 趋 势 。 原 因 ： 寒 冷 地 区 对 哺 乳 动

45、 物 的 主 要 生 态 问 题 是 保 持 体 温 ， 躯 体 突 出 部 分 缩 短 可 减 少 散 热 ， 对 动 物 在 环 境 中 竞 争 显 然 是 有 利 的 。 3.2 高 温 对 生 物 的 影 响 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 ， 其 次 是 植 物 因 得 不 到 必 要 的 低 温 刺激 而 不 能 完 成 发 育 阶 段 。 动 物 对 温 度 的 形 态 适 应 表 现 在 同 类 动 物 生 长 在 较 寒 冷地 区 的 比 生 长 在 温 热 地 区 的 个 体 要

46、大 ， 个 体 大 有 利 于 保 温 ，个 体 小 有 利 于 散 热 。 生 物 对 温 度 的 适 应 是 多 方 面 的 ， 包 括 分 布 地 区 、 物 候的 形 成 、 休 眠 及 形 态 行 为 等 。二 、 温 度 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 三 、 水 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 水 的 生 物 学 意 义 生 物 组 成 ； 生 命 活 动 的 介 质 ； 生 活 史 中 的 必 须 ： 植 物 、 动 物 。 水 的 生 态 学 意 义 水 与 生 物 的 分 布 ； 水 环 境 对 生 物 的 利 弊 ； 限 制 因 子 ； 适 应 性

47、 的 产 生 。 水 的 理 化 特 征 及 与 生 物 的 关 系 比 重 与 冰 点 ； 比 热 大 与 水 环 境 的 稳 定 ； 与 其 它 物 质 的 亲 合 能 力 强 ； 粘滞 性 ； 浮 力 ； 水 环 境 的 其 它 生 态 因 子 O2， CO2， 营 养 物 质 ； 生 产 力 。水 对 物 种 数 量 和 分 布 的 影 响对 植 被 的 分 布 的 影 响 ： 我 国 从 东 南 到 西 北 可 分 为 3个 等 雨 量 区 ， 因 而 植 被 类 型 也 分 为 3个 区 ： 湿 润 森 林 区 、 干 旱 草 原 区 和 荒漠 区 。 水 分 与 动 植 物 种

48、类 与 数 量 的 影 响 降 水 量 最 大 的 赤 道 热 带 雨 林 种 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 。 宇 宙 中 看 地 球 地 球 上 水 陆 环 境 比 较 三 、 水 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 1. 植 物 对 水 分 的 适 应 陆 地 植 物 的 水 平 衡 :植 物 的 需 水 量 中 ,只 有 1%的 水被 组 合 到 植 物 体 内 ,而 99%的 水 被 植 物 蒸 腾 。 根 据 栖 息 地 ， 通 常 把 植 物 划 分 为 水 生 植 物

49、和 陆生 植 物 。 水 生 植 物 ： 沉 水 植 物 、 浮 叶 植 物 、 挺 水 植 物 、 漂 浮 植 物陆 生 植 物 : 湿 生 植 物 、 中 生 植 物 与 旱 生 植 物 对 于 陆 地 植 物 ,水 主 要 来 自 土 壤 ,土 壤 孔 隙 抗 重力 所 蓄 积 的 水 称 土 壤 的 田 间 持 水 量 。 三 、 水 的 生 态 作 用 与 生 物 的 适 应 2. 动 物 对 水 的 适 应 形 态 适 应 、 生 理 适 应 、 行 为 适 应 。2.1 水 生 动 物淡 水 鱼 类 :淡 水 水 域 的 盐 度 在 0.02 0.05 之 间 ， 淡 水 硬 骨

50、 鱼 是 属 于 高 渗 性 的 。海 洋 鱼 类 :海 洋 水 域 的 盐 度 在 32 38 范 围 内 ， 平 均 为 35 ， 海 洋 硬 骨 鱼 是 低 渗 性 的 。广 盐 性 洄 游 鱼 类 : 洄 游 性 鱼 类 来 往 于 海 水 和 淡 水 之 间 。2.2 陆 生 动 物 陆 生 动 物 水 平 衡 :皮 肤 蒸 发 失 水 、 呼 吸 失 水 与 排 泄 失 水 ，陆 生 动 物 在 进 化 过 程 中 形 成 了 各 种 减 少 失 水 或 保 持 水 分 的 机 制 。 四 、 土 壤 因 子 对 生 物 的 影 响 土 壤 是 陆 地 生 态 系 统 的 基 础

51、， 是 具 有 决 定 性 意 义 的 生命 支 持 系 统 。 具 有 肥 力 是 土 壤 最 为 显 著 的 特 性 。1. 土 壤 的 生 态 学 意 义 土 壤 是 许 多 生 物 的 栖 息 场 所 土 壤 是 生 物 进 化 的 过 渡 环 境 土 壤 是 植 物 生 长 的 基 质 和 营 养 库 土 壤 是 污 染 物 转 化 的 重 要 场 地2. 土 壤 质 地 与 结 构 对 生 物 的 影 响 土 壤 是 由 固 体 、 液 体 和 气 体 组 成 的 三 相 系 统3. 土 壤 的 物 理 化 学 性 质 对 生 物 的 影 响 土 壤 空 气 、 温 度 、 水 分

52、 、 矿 质 元 素 和 PH值 五 、 大 气 组 成 对 生 物 的 影 响 1.大 气 的 组 成组 成 ： 大 气 圈 中 空 气 是 多 种 气 体 的 混 合 体 ， 氮（ N2） 、 氧 （ O2） 、 氩 （ Ar） 、 二 氧 化 碳 （ CO2） 、臭 氧 （ O3） 、氖 （ Ne） 等 。 大 气 压 随 海 拔 的 变 化 ：海 平 面 1atm = 101.32 kPa 海 拔 升 高 100m， 大 气 压 降 低 1.11 kPa大 气 与 生 物 的 关 系 ：植 物 光 合 作 用 生 物 的 呼 吸 作 用 五 、 大 气 组 成 对 生 物 的 影 响

53、2.CO2的 生 态 作 用 3.氧 的 生 态 作 用 及 与 CO2的 平 衡O2是 植 物 呼 吸 作 用 所 必 须 的 。O2对 陆 地 动 物 的 影 响 很 大 。O2对 好 氧 微 生 物 起 限 制 作 用 。 随 着 土 壤 空 气 中 O2的 减 少 ，CO2浓 度 相 应 增 加 ， 物 质 分 解 速 度 下 降 。氧 的 来 源 ： 光 合 作 用 、 紫 外 线 的 光 解 作 用氧 与 动 物 的 能 量 代 谢 ： 动 物 对 高 海 拔 低 氧 的 适 应 植 物 与 氧 ： 森 林 吸 收 CO2释 放 O2的 量 约 为 草 地 的 5倍 ； 成年 人

54、呼 吸 消 耗 O2释 放 CO2的 量 与 10m2森 林 光 合 作 用 的 产 物相 当 。五 、 大 气 组 成 对 生 物 的 影 响 火 作 为 生 态 因 子 对 生 物 的 影 响 及 管 理 六 、 生 物 因 子 对 生 物 的 影 响 生 物 因 子 :主 要 有 食 物 、 捕 食 者 、 寄 生 物 和 病 原 微 生 物 。生 物 因 子 影 响 的 特 点 :(1)生 物 因 子 只 影 响 到 种 群 中 的 某 些 个体 ;(2)生 物 因 子 对 生 物 种 群 的 影 响 程 度 常 与 种 群 的 密 度 有关 ;(3)生 物 因 子 在 相 互 作 用

55、 、 相 互 制 约 中 产 生 了 协 同 进 化 ;(3)生 物 因 子 一 般 仅 直 接 涉 及 两 个 物 种 或 与 其 邻 近 密 切 相 关 物种 之 间 的 关 系 。 生 物 之 间 相 互 关 系 ： 种 内 关 系 与 种 间 关 系 第 四 节 生 物 的 生 态 适 应 及 对 环 境 的 影 响 一 、 生 物 的 生 态 适 应 生 物 在 与 环 境 长 期 的 相 互 作 用 中 ， 形 成 一 些 具 有生 存 意 义 的 特 征 。 依 靠 这 些 特 征 ， 生 物 能 免 受 各 种 环境 因 素 的 不 利 影 响 和 伤 害 ， 同 时 还 能

56、有 效 地 从 其 生 境获 取 所 需 的 物 质 、 能 量 ， 以 确 保 个 体 发 育 的 正 常 进 行 ,称 为 “ 生 态 适 应 ”1. 趋 同 适 应 （ 生 活 型 ） 趋 同 适 应 是 指 不 同 种 类 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 现 象 。 蝙 蝠 和 鲸 ： 同 属 哺 乳 动 物 ， 但 是 蝙 蝠 的 前 肢 不 同 与 一 般的 兽 类 ， 而 形 同

57、 于 鸟 类 的 翅 膀 ， 适 应 于 飞 行 活 动 ； 鲸 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 。植 物 ： 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 来 适 应 干 旱 生 境 。生 活 型 ： 按 趋 同 作 用 的 结 果 ， 可 把 植 物 划 分 为 不 同 的 生活 型 。 不 论 植 物 在 分 类

58、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 。 趋 同 适 应 案 例 及 应 用 第 四 节 生 物 的 生 态 适 应 及 对 环 境 的 影 响 2 趋 异 适 应 （ 生 态 型 ） n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

59、 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 。 n植 物 生 态 型 是 与 生 活 型 相 对 应 的 一 个 概 念 ， 是 指 同 种生 物 内 适 应 于 不 同 生 态 条 件 或 区 域 的 不 同 类 群 ， 它 们 的差 异 是 源 于 基 因 的 差 别 ， 是 可 遗 传 的 。n根 据 引 起 生 态 型 分 化 的 主 导 因 素 ， 将 生 态

60、 型 划 分 为 气候 生 态 型 、 土 壤 生 态 型 和 生 物 生 态 型 等 。 盖 亚 假 说 （ Gaia hypothesis） 是 由 英 国 大 气 学 家 拉 伍 洛 克 (James Lovelock)在 20世 纪 60年 代 末 提 出 的 。 该 学 说 还 是 通 过 其 合 作 者 美 国生 物 学 家 马 古 利 斯 (Lynn Margulis)的 著 作 生 物 共 生 的 行 星 。盖 亚 假 说 (大 地 女 神 学 说 )： 一 是 认 为 地 球 上 的 各 种 生 物 有 效 地 调 节 着 大 气的 温 度 和 化 学 构 成 ； 二 是 地

61、 球 上 的 各 种 生 物 体 影 响 生 物 环 境 ， 而 环 境 又 反过 来 影 响 达 尔 文 的 生 物 进 化 过 程 ， 两 者 共 同 进 化 ； 三 是 各 种 生 物 与 自 然 界之 间 主 要 由 负 反 馈 环 连 接 ， 从 而 保 持 地 球 生 态 的 稳 定 状 态 ； 四 是 认 为 大 气能 保 持 在 稳 定 状 态 不 仅 取 决 于 生 物 圈 ， 而 且 在 一 定 意 义 上 为 了 生 物 圈 ； 五是 认 为 各 种 生 物 调 节 其 物 质 环 境 ， 以 便 创 造 各 类 生 物 优 化 的 生 存 条 件 。前 两 层 被 称 为 弱 盖 亚 学 说 ， 后 三 层 为 强 盖 亚 学 说 。 盖 亚 假 说 作 为 一 种 新 的 地 球 系 统 观 的 意 义 在 于 它 能 直 接 或 间 接 地 帮 助回 答 当 今 人 类 所 面 临 的 生 态 问 题 和 世 界 观 问 题 。 恩 格 斯 说 过 ： “ 我 们 不 要 过 分 陶 醉 于 我 们 对 自 然 界 的 胜 利 ， 对 于 每 一 次 这 样 的 胜 利 ， 自 然 界 都 报 复 了 我 们 ” 。 我 觉 得 这 和 gaia假 说 是 一 脉 相 通的 。 二 、 生 物 对 环 境 的 影 响