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1、第二章个体生态学-生物与环境n n环境与生态因子环境与生态因子n n生物与环境关系的基本原理生物与环境关系的基本原理n n生物与主要生态因子的相互关系生物与主要生态因子的相互关系l参考文献参考文献l思考题思考题1 1环境与生态因子n n环境概环境概念念n n生态因子的类型生态因子的类型n n自然环境的基本特征自然环境的基本特征2 2环境概念环境概念n n环境环境(environment)(environment)和和环境因子环境因子(environmental(environmentalfactors)factors)：环境环境是指某一特定生物体或生物群体以外是指某一特定生物体或生物群体以外的
2、空间的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存以及直接、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，这些环境的一切事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称要素称环境因子环境因子。n n条件条件(conditions)(conditions)和资源和资源(resources)(resources)：环境因子可分环境因子可分为条件和资源二类，不可消耗的称条件，可被消耗的为条件和资源二类，不可消耗的称条件，可被消耗的称资源。称资源。n n生态因子生态因子(ecologicalfactors)(ecologicalfactors)：环境中对生物的生长、环境中对生物的
3、生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。要素。生态因子生态因子是环境中对生物起作用的因子，而是环境中对生物起作用的因子，而环环境因子境因子则是指生物体外部的全部要素。则是指生物体外部的全部要素。3 3生态因子的类型n n生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类n n生物因子生物因子（bibiO Oticticfactorsfactors）：有机体（同种和异种）有机体（同种和异种）n n非生物因子非生物因子（abioticabioticfactorsfactors）：温度、光、湿度温度、光
4、、湿度、pHpH、氧气等氧气等n n有的学者将生态因子分为五类有的学者将生态因子分为五类n n气候因子气候因子(climaticfactors)(climaticfactors)、土壤因子土壤因子(edaphicedaphic factors)factors)、地形因子地形因子(topographicfactors)(topographicfactors)、生物因生物因子、人为因子子、人为因子(anthropogenicfactors)(anthropogenicfactors)n nBegonBegon等将非生物因子分为条件和资源两类等将非生物因子分为条件和资源两类 n n条件条件：温度、湿
5、度、温度、湿度、pHpH等等n n资源资源：营养物质、水、辐射能等营养物质、水、辐射能等4 4生态因子的类型n nSimithSimith等将生态因子分成密度制约因子和非密度等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子制约因子n n密度制约因子密度制约因子(densityindependentfactors)(densityindependentfactors)：食物、食物、天敌等生物因子天敌等生物因子n n非密度制约因子非密度制约因子(densitydependentfactors)(densitydependentfactors)：温度、温度、降水、气候等因子降水、气候等因子n n（蒙恰斯
6、基）将生态因子蒙恰斯基）将生态因子 分为稳定分为稳定因子和变动物因子因子和变动物因子n n稳定因子稳定因子(steadyfactors)(steadyfactors)：地心引力、地磁、太阳辐地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因子射常数等长年恒定的因子n n变动物因子变动物因子(variablefactors)(variablefactors)：周期性变动：春夏秋周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食5 5生态因子的空间分布特征n n纬度地带性纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的：从赤道到两极，整个地球表面具有过
7、渡状的分带性规律。分带性规律。n n太阳辐射量差异太阳辐射量差异太阳辐射热量带太阳辐射热量带 水分差异水分差异植被分带土壤分带植被分带土壤分带n n自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带寒温带、亚寒带、寒带n n植被地带性分布植被地带性分布n n垂直地带性垂直地带性：因：因太阳辐射太阳辐射和和水热状况水热状况随着地形高度的不同随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化性变化(干燥空气干燥空气,-1,-1/100m;/100m;湿润空气湿润空
8、气,-0.6,-0.6/100m)/100m)。n n经度地带性经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分：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。异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。6 6植被的空间格局(自M.C.Molles,Jr,1999)7 7生物与环境关系的基本原理n n生态因子作用的特点生态因子作用的特点n n生物对非生物因子的耐受限度生物对非生物因子的耐受限度n n生物对各生态因子耐受性之间的相互关系生物对各生态因子耐受性之间的相互关系n n生物对生态因子耐受限度的调整生物对生态因子耐受限度的调整n n生态位生态位8 8生
9、态因子作用的特点n n综合性综合性:如气候的作用如气候的作用n n非等价性（主导因子作用）非等价性（主导因子作用）:塜雉孵卵的温度控制；渔业塜雉孵卵的温度控制；渔业高密度养殖增氧高密度养殖增氧 n n直接性和间接性：食物，降水直接性和间接性：食物，降水n n限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化n n生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶9 9生物对非生物因子的耐受限度n n“最小因子定律最小因子定律”(LiebigsLiebigslawofminimum)lawofminimum)n n植物的
10、生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称养元素称最小因子（最小因子（JustusvonLiebig,1840,JustusvonLiebig,1840,德国）德国）。n n两个补充条件（两个补充条件（Odum,1983Odum,1983）：）：1 1）严格的稳定状态；严格的稳定状态；2 2）因子）因子补偿作补偿作用用(factorcompensation)(factorcompensation)：生物在一定程度和范围内，能够减少温生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。度、光、水等生态因
11、子的限制作用。n n“耐受性定律耐受性定律”(ShelfordsShelfordslawoftolerance)(lawoftolerance)(V.E.Shelford,1913V.E.Shelford,1913，美国美国)n n每种生物对一种生态因子都有一个每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围耐受范围，即一个生态学上的即一个生态学上的最低最低点点和一个生态学上的和一个生态学上的最高点最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为在最高点和最低点之间的范围就称为生生态幅态幅(ecologicalamplitude)(ecologicalamplitude)或或生态价生态价(ecologicalv
12、alence)(ecologicalvalence)。n n限制因子限制因子(limitingfactors)(limitingfactors)n n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生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子限制因子n n限制因子概念的意义限制因子概念的意义n n为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；n n有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节
13、。1010种种群群数数量量数量很低数量很低种群消失种群消失种群消失种群消失数量很低数量很低数量最高数量最高不能耐受区不能耐受区 生理受抑制生理受抑制生理受抑制生理受抑制 不能耐受区不能耐受区最适区最适区环境环境梯度梯度高高低低耐受性下限耐受性下限耐受性上限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（仿生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980Smith,1980）1111生物对各生态因子耐受性之间的相互关系n n对对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的协响：如温湿的关系；湿度和溶氧的关系；温度和盐的
14、协同作用同作用n n生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离的竞争产生的生态位分离1212生物对生态因子耐受限度的调整n n驯化驯化n n内稳态内稳态n n适应适应1313驯化n n实验驯化实验驯化(acclimation)(acclimation)与气候驯化与气候驯化(acclimatization)(acclimatization)：驯化驯化(acclimation/acclimatization)(acclimation/acclimatization)：生物在实验生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者
15、需要较短的时间，自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。后者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称生理调节反应称实验驯化实验驯化；有机体对自然环境条件变化产；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称生的生理调节反应称气候驯化气候驯化，实验驯化是对环境条件改，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。变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。n n驯化的应用：植物的引种栽培驯化的应用：植物的引种栽培1414内稳态n n内稳态内稳态(homeostasis):(homeostasis):生物系统通过内
16、在的调节机制生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。使内环境保持相对稳定。n n内稳态通过形态、行为和生理适应实现。内稳态通过形态、行为和生理适应实现。n n大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。成成份：接受器；控制中心；效应器。1515负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器接受器（下丘脑）（下丘脑）控制中心控制中心（下丘脑）（下丘脑）效应器效应器（肾脏）（肾脏）血液血液太浓太浓饮水饮水血液渗透性上升血液渗透性上升口渴反应口渴反应血液血液太稀太稀失水反应失
17、水反应血液渗透性下降血液渗透性下降失水失水(仿仿A.Mackenzie et.Al.,1999)A.Mackenzie et.Al.,1999)1616适应n n适应适应(adapatationadapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型生物对环境压力的调整过程。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。适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。n n适应方式（形态、生理适应方式（形态、生理、行为的适应）、行为的适应）：n n形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态形态适应：保护、保护色、警戒色
18、与拟态n n行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌n n生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化n n营养适应：食性的泛化与特化营养适应：食性的泛化与特化n n适应组合适应组合(adaptivesuites):(adaptivesuites):生物对非生物环境条件表现出一生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。干旱环境的适应。n n趋同适应和趋异适应趋同适应和趋异适应n n胁迫适应胁迫适应1717动物的保护
19、色、警戒色与拟态A树皮纺织娘树皮纺织娘(Barkkatydid)B枭蝶枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶枯叶蝶(Leaflikeinsect(Anaea)D捕食花螳螂捕食花螳螂(Predatoryflowermantis)E蛙鱼蛙鱼(Frogfish)ABDEC1818趋同适应和趋异适应n n生活型n n生态型1919生活型和趋同适应2020生态型和趋异适应2121生态位n n生态位生态位(niche)(niche)与栖息地与栖息地(habitat)(habitat)n n生态位有机体在环境中占据的地位；生态位有机体在环境中占据的地位；n n栖息地有机体所处的物理环境。栖息地有机体所处的
20、物理环境。n n超体积生态位超体积生态位(hypovolumehypovolume)n n生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环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，超过境变量可以是多个，超过3 3个维度的生态位空间称超个维度的生态位空间称超体积生态位。体积生态位。n n基础生态位基础生态位(fundamentalniche)(fundamentalniche)和实际生态位和实际生态位(realizedniche)(realizedniche)n n物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；n n实际占有的生态位空间称实际生态
21、位。实际占有的生态位空间称实际生态位。2222生物与主要生态因子的相互关系n n生物与光的关系生物与光的关系n n生物与温度的关系生物与温度的关系n n生物与水的关系生物与水的关系n n生物与土壤的关系生物与土壤的关系2323生物与光的关系n n太阳辐射及其变化规律太阳辐射及其变化规律n n光质变化对生物的影响光质变化对生物的影响n n光强度变化对生物的影响光强度变化对生物的影响n n光周期现象光周期现象2424n n地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）n n地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的地球公转时，夏天北半球照射的时间长；
22、冬天南半球照射的时间长（季节周期）时间长（季节周期）n n低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的能量更少能量更少2327夏至夏至NSWENWES2327冬至冬至太阳辐射的变化规律太阳辐射的变化规律(自自自自A.Mackenzie et.A.Mackenzie et.Al.,1999)Al.,1999)2525太阳辐射能(仿仿A.Mackenzieet.al,1999)A.Mackenzieet.al,1999)n n光的性质：波长光的性质：波长1501504000nm,4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在分紫外光、
23、可见光和红外光三类，波长在380380760nm760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380380700nm700nm之间。之间。紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线400630100025004000波长波长(nm)能能量量强强度度2626光质变化对生物的影响n n海洋植物海洋植物光合作用色素对光谱变化具有明显的光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性适应性:n n海水表层植物色素吸收蓝、红光；海水表层植物色素吸收蓝、红光；n n深水植物光合色素有效地利用绿光。深水植物光合色素有效地利用绿光。n n高山植物高山植物对紫外光作用的适
24、应，发展了特殊的对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。莲座状叶丛。n n动物动物不同动物发展不同的色觉。不同动物发展不同的色觉。2727光强度变化对生物的影响n n植物植物光合作用率在光合作用率在光补偿点光补偿点 附近与光强度成正比，附近与光强度成正比，但达但达光饱和点光饱和点后后,不随光强增加。不随光强增加。n n水生生物水生生物水生植物在水中的分布与光照强度有关。水生植物在水中的分布与光照强度有关。n n陆生生物陆生生物对不同光照强度的适应产生对不同光照强度的适应产生阳性植物阳性植物和和阴阴性植物性植物和和耐阴性植物耐阴性植物。n n阳性植物阳性植物(cheliophyteschel
25、iophytes)、阴性植物阴性植物(sciophytessciophytes)和和耐阴性耐阴性植物植物(shadeplant)(shadeplant)：阳性植物阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常生长；光照条件下才能进行正常生长；阴性植物阴性植物对光的需要远较阳对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；温和干旱能力较低；耐阴性植物耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间力，对光的需要介于前两类植物之
26、间。n n动物动物光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天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。强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。2828光光合合作作用用率率光光合合作作用用率率光光强度强度光光强度强度净生产力净生产力光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用ABABACP光补偿点光补偿点CPCPabspsp光饱和点光饱和点B光补偿点光补偿点(compensationpoint)光饱和点光饱和点(saturatepoint)：光合作用光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；光补偿点；当光照强度达到一当光照强
27、度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱光饱和点。和点。植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图(仿仿仿仿Emberlin,1983)Emberlin,1983)2929生物的光周期现象n n光周期现象光周期现象(photoperiodismphotoperiodism)：GarnerGarner等人等人(1920)(1920)发现明相暗相的交发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界
28、昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。短规律性变化的反应，称光周期现象。n n植物光周期现象植物光周期现象对繁殖对繁殖(开花开花)的影响：区分为的影响：区分为长日照植物长日照植物和和短日照短日照植物植物。n n长日照植物长日照植物(long-dayplants)(long-dayplants)和和短日照植物短日照植物(short-dayplants)(short-dayplants)：日照超过一定数值才开花的植物称日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物长日照植物；短日照短于一定；短日照短于一定数值才开花的植物称数值才开花的植物称短日照植物，短日照植物，一般需要较长的黑暗才能开花一般需要较长
29、的黑暗才能开花。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。n n动物光周期现象动物光周期现象对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照长日照动物动物和和短日照动物短日照动物。n n长日照动物长日照动物(long-dayanimals)(long-dayanimals)和和短日照动物短日照动物(short-dayanimals)(short-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，称繁殖后代，称长日照动物；长日照动物；与些相反
30、，一些动物只有在白昼逐步与些相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照动物。前短日照动物。前者如雪貂、野兔、刺猬；后者如绵羊、山羊和鹿等。者如雪貂、野兔、刺猬；后者如绵羊、山羊和鹿等。3030生物与温度的关系n n温度对生物的作用温度对生物的作用(温度的生态学意义温度的生态学意义)n n极端温度对生物的影响极端温度对生物的影响n n生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应3131温度对生物的作用n n温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与生命活动的各种酶都有其最
31、低、最适和最高温度，即生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三三基点温度基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起生物生长的速率与温度成正比；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；外植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；外温影响动物的生长规模。温影响动物的生长规模。n n温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效有效积温积温。n n温度与生物的繁殖和遗传性：植物温度与生物的繁殖和遗传性：植物春化春化，动物
32、繁殖的早，动物繁殖的早迟。迟。n n温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。3232有效积温法则及其意义n n有效积温法则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发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量某一发育阶段的发育过程，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，因此可用公式：是一个常数，称总积温或有效积温，因此可用公式：N N T TKK表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：表示，考虑到生物开始发育的温度，又可写成：N(TN
33、(TC)C)K,TK,TC CK KNN，其中，其中，N N为发育历期，即生长发育为发育历期，即生长发育所需时间，所需时间，T T为发育期间的平均温度，为发育期间的平均温度，C C是发育起点温度，是发育起点温度，又称生物学零度，又称生物学零度，K K是总积温（常数）是总积温（常数）。n n有效积温法则的意义有效积温法则的意义 预测生物发生的世代数；预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；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；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时。应用积温预报农时。3333动物地理区3434极端温
34、度对生物的影响n n低温对生物的影响：当温度低于低温对生物的影响：当温度低于临界临界(下限下限)温度温度，生物便生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原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；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。脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。n n高温对生物的影响：当温度超过高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度临界（上限）温度，对，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏
35、水份生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。3535生物对极端温度的适应n n生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理、行、行为的适应为的适应 n n生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态、生理生理、行为的适应、行为的适应 3636生物对低温的适应n n形态上的适应形态上的适应植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；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（贝格曼规律），外露部分减动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露
36、部分减小（阿伦规律）。小（阿伦规律）。n n阿伦规律阿伦规律(Allensrule):(Allensrule):寒冷地区的内温动物较温暖地寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。n n贝格曼规律贝格曼规律(Bergmansrule)(Bergmansrule):生活在寒冷气候中的内温生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少
37、散热的适应。趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。n n约旦规律约旦规律(Jordansrule)(Jordansrule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。比在温暖水域的多。n n生理上的适应生理上的适应植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有植物：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）；动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离山和极地植物）；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。热中性区增加体内产热，维持体温
38、恒定，局部异温等。n n行为上的适应行为上的适应 迁移和冬眠休眠等。迁移和冬眠休眠等。3737生物对高温的适应n n形态上的适应形态上的适应植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；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。体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。n n生理上的适应生理上的适应植物：降低细胞含水量，增加糖或盐植物：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；
39、反射红浓度，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。外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。n n行为上的适应行为上的适应植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。昼伏夜出等。3838(自自M.C.Molles,Jr,1999)仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应3939生物与水的关系n n水的生物学意义水的生物学意义n n生物体的水分获得与损失途径生物体的水分获得与损失途径n n生物对水因子的适应生物对
40、水因子的适应4040水的生物学意义n n水是生物体不可缺少的组成成份；水是生物体不可缺少的组成成份；n n水是生物体所有代谢活动的介质；水是生物体所有代谢活动的介质；n n水为生物创造稳定的温度环境；水为生物创造稳定的温度环境；n n生物起源于水环境。生物起源于水环境。4141生物体的水分获得与损失途径n n水分的丧失途径n n植物植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。分泌失水。n n动物动物蒸发失水，排泄、分泌失水。蒸发失水，排泄、分泌失水。n n水分获得途径n n植物植物根部吸收，叶面吸收。根部吸收，叶面吸收。n n动物动物食物，体表吸收，代谢水。食
41、物，体表吸收，代谢水。4242生物的水分获得与损失途径生物的水分获得与损失途径(自M.C.Molles,Jr,1999)4343生物对水因子的适应n n水生植物对水环境的适应水生植物对水环境的适应n n陆生植物水平衡的调节机制陆生植物水平衡的调节机制n n水生动物水平衡的调节机制水生动物水平衡的调节机制n n陆生动物水平衡的调节机制陆生动物水平衡的调节机制4444水生植物对水因子的适应n n适应方式适应方式n n有发达的通气组织有发达的通气组织;n n机械组织不发达或退化机械组织不发达或退化;n n叶片薄而长叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。以增加光合和吸收营养物质的面积。n n生态
42、类型生态类型n n沉水植物沉水植物n n浮水植物浮水植物n n挺水植物挺水植物4545陆生植物对水因子的适应n n陆生植物的水平衡调节机制陆生植物的水平衡调节机制n n形态适应：形态适应：n n发达的根系；发达的根系；n n叶面小；叶面小；n n单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；n n具发达的贮水组织；具发达的贮水组织；n n生理适应：生理适应：n n水分运输的动力水分运输的动力n n原生质的渗透浓度高。原生质的渗透浓度高。n n陆生植物的生态类型陆生植物的生态类型n n湿生植物湿生植物n n中生植物中生植物n n旱生植物旱生植物4
43、646n n陆生植物的水势梯度陆生植物的水势梯度 空气中的水势较低空气中的水势较低植物体的水势中度植物体的水势中度土壤中的水势较高土壤中的水势较高(自M.C.Molles,Jr,1999)陆生植物水分运输的动力陆生植物水分运输的动力(自自M.C.Molles,Jr,1999)4747n n等渗等渗(isosmoticisosmoticorganism)organism)：体内体内和体外的渗透压相等，水和盐以大和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。致相等的速度在体内外之间扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、仅排泄失水，通过食物、饮水、代代谢水谢水获得水，泌盐器官排出多余的获得
44、水，泌盐器官排出多余的盐分。盐分。n n高渗高渗(hyperosmotichyperosmoticorganism)organism)：体体内的渗透压高于体外，水由环境中内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。向体内扩散，体内的盐分向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。通过食物和组织摄入。n n低渗低渗(hypoosmotichypoosmoticorganism)organism)：体体内渗透压低于体外，水分向外扩散，内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食物、代谢水盐分进入体内。通过食物、代谢水和和饮水饮
45、水获得水，多种多样的泌盐组获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。织排出多余的盐分。水生动物的水平衡调节机制水生动物的水平衡调节机制水生动物的水平衡调节机制水生动物的水平衡调节机制(自自M.C.Molles,Jr,1999)(自自M.C.Molles,Jr,1999)4848n n海洋动物海洋动物鲨鱼和无脊椎动物：等渗鲨鱼和无脊椎动物：等渗硬骨鱼：低渗硬骨鱼：低渗n n淡水动物淡水动物硬骨鱼：高渗硬骨鱼：高渗n n河口动物河口动物洄游鱼类：变渗透压洄游鱼类：变渗透压水生动物的渗透压调节方式水生动物的渗透压调节方式水生动物的渗透压调节方式水生动物的渗透压调节方式(自自M.C.Molles,Jr
46、,1999)4949n n海水海水及及NaNa+和和ClCl-由鳃扩散进入体内，通过排尿及盐腺将多余的盐排至体外环境中由鳃扩散进入体内，通过排尿及盐腺将多余的盐排至体外环境中鲨鱼的渗透调节鲨鱼的渗透调节鲨鱼的渗透调节鲨鱼的渗透调节(自自M.C.Molles,Jr,1999)5050l水调节：水调节：环境中的水通过鳃不断扩环境中的水通过鳃不断扩散进入体内散进入体内通过尿将多余的水排出通过尿将多余的水排出l盐调节：盐调节：伴随尿液将少量的盐排出伴随尿液将少量的盐排出通过摄食及鳃上的特定氯通过摄食及鳃上的特定氯细胞，将盐摄入体内。细胞，将盐摄入体内。(自M.C.Molles,Jr,1999)淡水硬骨
47、鱼和蚊的渗透压调节淡水硬骨鱼和蚊的渗透压调节淡水硬骨鱼和蚊的渗透压调节淡水硬骨鱼和蚊的渗透压调节5151n n水调节：水调节：失水失水:水分通过鳃扩水分通过鳃扩散至周围环境散至周围环境.补水：通过饮水获得补水：通过饮水获得大量的水，大量的水，n n盐调节：盐调节：增盐：饮水和摄食摄增盐：饮水和摄食摄入盐，入盐，排盐：泌氯细胞将盐排盐：泌氯细胞将盐排出；肾脏通过排泄排出；肾脏通过排泄作用排出盐作用排出盐(自M.C.Molles,Jr,1999)海洋硬骨鱼咸水蚊类的渗透压调节海洋硬骨鱼咸水蚊类的渗透压调节海洋硬骨鱼咸水蚊类的渗透压调节海洋硬骨鱼咸水蚊类的渗透压调节5252陆生动物的水平衡调节机制n
48、 n失水的主要途径：失水的主要途径：n n皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水n n补充水的主要途径：补充水的主要途径：n n食物、代谢水、饮水食物、代谢水、饮水n n保水机制保水机制n n减小皮肤的透水性减小皮肤的透水性n n减少身体的表面蒸发减少身体的表面蒸发n n减少呼吸失水减少呼吸失水n n减少排泄失水减少排泄失水n n利用代谢水利用代谢水n n生态类型生态类型n n喜湿喜湿n n耐旱耐旱5353生物与土壤的关系n n土壤的生态学意义土壤的生态学意义n n土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响5454土壤的生态学意义n n为陆生植物提供基底，为
49、土壤生物提供栖息场所；为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所；n n提供生物生活所必须遥矿质元素为水分；提供生物生活所必须遥矿质元素为水分；n n提供植物生长所需的水热肥气；提供植物生长所需的水热肥气；n n维持丰富的土壤生物区系；维持丰富的土壤生物区系；n n生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。5555土壤的理化性质及其对生物的影响n n土壤的物理性质及其对生物的影响土壤的物理性质及其对生物的影响n n土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，固体占土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，固体占8585以上，根据土粒的直径大小，可
50、将土粒分为：粗以上，根据土粒的直径大小，可将土粒分为：粗砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，根据土壤质地根据土壤质地,可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。n n土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的水平土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的水平及垂直分布。及垂直分布。n n土壤的化学性质及其对生物的影响土壤的化学性质及其对生物的影响n n土壤酸碱度：过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还土壤酸碱度：过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。不利于细菌生长。n n土壤有机质：植物重要碳源和氮源。土壤有