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1、普通生态学第一章 生物与环境第1页教学目：1、掌握环境、生态因子及其对生物作用原理。2、掌握最小因子定律、耐受性定律、使用期温法则、动物热能代谢特征等。掌握光照、温度对生物影响及其生态学意义。3、了解土壤、水等生态因子对生物作用。第2页本章内容本章内容n生态因子生态因子 n生物与环境相互作用生物与环境相互作用 n最小因子、限制因子与耐受程度最小因子、限制因子与耐受程度第3页n生态因子生态因子q环境环境(environment)q概念：指某一特定生物体或生物群体以外空间及直概念：指某一特定生物体或生物群体以外空间及直接、间接影响该生物体或生物群体生存一切事物总接、间接影响该生物体或生物群体生存一
2、切事物总和。和。大环境与小环境大环境与小环境第4页n大环境与小环境大环境与小环境n大环境：地域环境、地球环境、宇宙环境；如大环境：地域环境、地球环境、宇宙环境；如西双版纳环境，昆明黑龙潭环境等西双版纳环境，昆明黑龙潭环境等 n小环境小环境：直接影响生物生命活动近邻环境。如：直接影响生物生命活动近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等洞穴环境，树荫下环境等 q环境中气候环境中气候 q大气候：小环境大气候：小环境(地域以上范围地域以上范围)气候条件气候条件 q小气候：小环境气候条件小气候：小环境气候条件 第5页小气候小气候第6页蜂鸟巢小气候拂晓蜂鸟巢小气候拂晓前时温度，前时温度，巢上方巢上方树枝降低了孵
3、卵雌树枝降低了孵卵雌鸟热量损失鸟热量损失（Calder,1973）小气候小气候一根腐木上小环境一根腐木上小环境分布格局分布格局（Schimitschek,1931Schimitschek,1931）第7页 相关概念相关概念 生态因子生态因子(ecological factors)是在环境因子中，直接或间接影响是在环境因子中，直接或间接影响生物生长、发育、生殖、行为和分布环境因子。生物生长、发育、生殖、行为和分布环境因子。n生存条件：生态因子中生物生存不能缺乏环境要素。生存条件：生态因子中生物生存不能缺乏环境要素。n生态环境：一定区域全部生态因子总和。生态环境：一定区域全部生态因子总和。n生境：
4、特定生物体或群体栖息地生态环境。生境：特定生物体或群体栖息地生态环境。生态因子分类生态因子分类生态因子作用及特征生态因子作用及特征生态因子生态因子第8页（2）生态因子分类）生态因子分类 依据性质划分为：依据性质划分为：气候因子气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 土壤因子土壤因子：如土壤结构、土壤成份理化性质及土壤如土壤结构、土壤成份理化性质及土壤 生物等生物等 地形因子地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉走向与如陆地、海洋、海拔高度、山脉走向与 坡度等坡度等 生物因子生物因子：包含动物、植物和微生物之间各种相互包含动物、植物和微生物之间各种相互
5、 作用作用 人为因子人为因子：人类活动对自然破坏及对环境污染人类活动对自然破坏及对环境污染第9页（2）生态因子分类）生态因子分类有没有生命特征有没有生命特征：生物因子和非生物因子：生物因子和非生物因子 对生物种群数量变动作用对生物种群数量变动作用 密度制约因子：食物、天敌等生物因子密度制约因子：食物、天敌等生物因子 非密度制约因子：温度、降水等气候因子非密度制约因子：温度、降水等气候因子 稳定性及其作用特点稳定性及其作用特点 稳定因子：终年恒定因子，决定生物分布，如地心引力、地磁等稳定因子：终年恒定因子，决定生物分布，如地心引力、地磁等 变动因子：变动因子：周期性变动因子：一年四季改变和潮汐涨
6、落周期性变动因子：一年四季改变和潮汐涨落非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等非周期性变动因子：如风、降雨、捕食等第10页密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子和非密度制约因子密度制约因子密度制约因子 环境因子中，对生物作用强度随生物密度而改变因子环境因子中，对生物作用强度随生物密度而改变因子 类型有正负两类，在密度增加状态下，正者作用造成类型有正负两类，在密度增加状态下，正者作用造成生物密度深入增加；负者造成密度反馈性降低，有调生物密度深入增加；负者造成密度反馈性降低，有调整种群密度作用。普通生物因子常为密度制约因子。整种群密度作用。普通生物因子常为密度制约因子。非密度制约因子非密度制约因子
7、 环境因子中，对生物作用强度与生物密度改变无环境因子中，对生物作用强度与生物密度改变无 关因子。关因子。第11页12 种群死亡率改变种群死亡率改变种群密度梯度种群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆密度制约逆密度制约造成种群死亡率改变环境因子作用于种群强造成种群死亡率改变环境因子作用于种群强度，随种群密度梯度改变而改变度，随种群密度梯度改变而改变密度制约因子与非密度制约性因子比较密度制约因子与非密度制约性因子比较第12页种群出生率改变种群出生率改变种群密度梯度种群密度梯度密度制约密度制约非密度制约非密度制约逆密度制约逆密度制约造成种群出生率改变环境因子作用于种群强度随造成种群出生率改
8、变环境因子作用于种群强度随种群密度梯度改变而改变；含有调整种群密度作种群密度梯度改变而改变；含有调整种群密度作用用密度制约因子与非密度制约性因子比较密度制约因子与非密度制约性因子比较第13页三、三、生态因子分类生态因子分类生态因子分类生态因子分类 第14页生态因子作用特征生态因子作用特征综合作用综合作用：生态因子间相互联络、相互影响、相互制约生态因子间相互联络、相互影响、相互制约（每一个生态因子都是在与其它生态因子相互影响、相互制约中起作用，任何一个生态因子改变都会在不一样程度上引发其它生态因子改变。）主导因子作用主导因子作用：生态因子非等价（：生态因子非等价（各种生态因子对生物影响是非等价，
9、其中必定有12个生态因子起着主要作用，是影响生物主导因子。）阶段性阶段性：生物发育不一样阶段，需要不一样生物发育不一样阶段，需要不一样 不可替换性和赔偿性不可替换性和赔偿性：一个因子缺失不能由另外一个因子来替换，生态：一个因子缺失不能由另外一个因子来替换，生态因子间不可替换，但在一定程度上能够赔偿因子间不可替换，但在一定程度上能够赔偿。直接作用和间接作用直接作用和间接作用：直接因子：直接对生物发生影响生态因子直接因子：直接对生物发生影响生态因子 间接因子：经过影响直接因子而对生物发生影响生态因子间接因子：经过影响直接因子而对生物发生影响生态因子第15页1.2 生物与环境相互作用生物与环境相互作
10、用1.2.1 环境对生物作用环境对生物作用 环境对生物决定作用环境对生物决定作用 环境对生物塑造作用环境对生物塑造作用 1.2.2 生物对环境反作用生物对环境反作用 生物对环境适应生物对环境适应 生物对环境因子改变生物对环境因子改变 第16页1.2.1 环境对生物作用环境对生物作用对生物存活影响对生物存活影响 对生物生长、发育影响对生物生长、发育影响 对生殖、繁衍影响对生殖、繁衍影响 对生物数量和分布影响对生物数量和分布影响 对生物种内、种间关系影响对生物种内、种间关系影响 第17页1.2.2 生物对环境反作用生物对环境反作用（1）生物对环境适应方式生物对环境适应方式 形态适应形态适应 生理适
11、应生理适应 行为适应行为适应 各种适应都有对应遗传基础各种适应都有对应遗传基础第18页19 胡椒蛾胡椒蛾黑化胡椒蛾个体黑化胡椒蛾个体案例案例1.胡椒蛾胡椒蛾黑化现象黑化现象生物对生物环境响应与适应生物对生物环境响应与适应第19页1008060300200100Winter smoke,ug/m3Percent frequency of melanic peppered moths1960 1970 1980烟尘实测值烟尘实测值 烟尘改变趋势烟尘改变趋势 黑化蛾黑化蛾改变趋势改变趋势伴随污染减轻，黑化蛾在群体中频率逐步下降伴随污染减轻，黑化蛾在群体中频率逐步下降第20页21 夜间降低代谢率夜间降
12、低代谢率有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量案例案例2.食物与代谢食物与代谢第21页（2）生物对环境因子改变）生物对环境因子改变森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、防治土壤冻结壤冻结 土壤微生物和土壤动物改变土壤结构和性质土壤微生物和土壤动物改变土壤结构和性质 过分放牧造成草场退化过分放牧造成草场退化 人类活动造成全球环境改变人类活动造成全球环境改变 第22页1.3 最小因子、限制因子与耐受程度最小因子、限制因子与耐受程度1.3.1 利比希最小因子定律利比希最小因子定律 1.3.2 限制因子限制因子 1.3.3
13、耐受程度和生态幅耐受程度和生态幅（1）耐受性定律）耐受性定律（2）生态幅）生态幅（3）耐受程度调整）耐受程度调整 第23页 1.3.1 利比希最小因子定律利比希最小因子定律(Liebigs law of minimum)基本内容基本内容 低于某种生物需要最小量任何特定因子，是决定该种低于某种生物需要最小量任何特定因子，是决定该种生物生存和分布根本原因。生物生存和分布根本原因。应用中应注意问题应用中应注意问题 定律成立条件：生物内环境和外环境处于稳定状态定律成立条件：生物内环境和外环境处于稳定状态 注意：生态因子间替换作用注意：生态因子间替换作用第24页1.3.2 限制因子和限制因子定律限制因子
14、和限制因子定律限制因子限制因子(limiting factor)限制因子是对生物生存、生长、繁殖或扩散等起限制限制因子是对生物生存、生长、繁殖或扩散等起限制作用因子作用因子 当生态因子靠近或超出生物耐受性极限而影响其生存、当生态因子靠近或超出生物耐受性极限而影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子生长、繁殖或扩散时，这个因子成为该生物限制因子 限制因子定律限制因子定律(Law of limiting factor)生态因子处于低于生物正常生长所需最小量和高于生生态因子处于低于生物正常生长所需最小量和高于生物正常生长所需最大量时，都对生物含有限制性影响物正常生长所需最大量时，都
15、对生物含有限制性影响 Blackman，1905，基于利比希最小因子定律，基于利比希最小因子定律 应用价值应用价值第25页26 南北较高纬度地域低南北较高纬度地域低温是影响非洲蜂深入温是影响非洲蜂深入向高纬度范围扩散限向高纬度范围扩散限制因子。制因子。案例：低温对非洲蜂分布限制案例：低温对非洲蜂分布限制第26页1.3.3 耐受程度与生态幅耐受程度与生态幅（1）Shelford耐受性定律耐受性定律 (Law of tolerance)任何一个生态因子在数量或质量上不足或过多时会任何一个生态因子在数量或质量上不足或过多时会使该种生物衰退或不能生存使该种生物衰退或不能生存 Shelford，1913
16、 第27页图2-1生物对某一环境因子耐受性都含有一定范围第28页最适范围最适范围亚适范围亚适范围 亚适范围亚适范围 不适范围不适范围 不适范围不适范围 不能生存不能生存 因子梯度因子梯度 渐增渐增 生命活动或数量生命活动或数量 生物对环境因子耐受曲线生物对环境因子耐受曲线耐受曲线耐受曲线第29页第30页生态幅生态幅 n生态幅生态幅(ecological amplitude(ecological amplitude）概念）概念q每一个生物对每一个生态因子都有一个耐受范围，即有一个生每一个生物对每一个生态因子都有一个耐受范围，即有一个生态上最低点和最高点。在最低点和最高点态上最低点和最高点。在最低
17、点和最高点(或称耐受性上限和下或称耐受性上限和下限限)之间范围之间范围n生态幅度生态幅度q广温性广温性(eurythermal (eurythermal 狭温性狭温性(stenothermal)(stenothermal)q广水性广水性(euryhydric)(euryhydric)狭水性狭水性(stenohydric)(stenohydric)q广盐性广盐性(euryhaline)(euryhaline)狭盐性狭盐性(stenohaline)(stenohaline)q广食性广食性(euryphagic)(euryphagic)狭食性狭食性(stenophagic)(stenophagic)
18、q广光性广光性(euryphotic)(euryphotic)狭光性狭光性(stenophotic)(stenophotic)q 第31页广生态幅度广生态幅度狭生态幅度狭生态幅度生命活动或数量生命活动或数量环境因子改变梯度环境因子改变梯度生态幅度宽狭比较生态幅度宽狭比较第32页广温性生物广温性生物狭温喜热生物狭温喜热生物生命活动或数量生命活动或数量温度改变梯度温度改变梯度 低低高高狭温喜冷生物狭温喜冷生物生物对温度耐受生物对温度耐受第33页最适范围最适范围 不适范围不适范围 不能生存不能生存 因子梯度因子梯度 渐增渐增 生命活动强度或数量生命活动强度或数量 生物对环境因子耐受曲线实际表现生物对
19、环境因子耐受曲线实际表现亚适范围亚适范围 亚适范围亚适范围 不适范围不适范围 耐受曲线耐受曲线第34页（2）Shelford耐受性定律发展耐受性定律发展生物对不一样生态因子耐受范围不一样，不一样年纪、季节、生物对不一样生态因子耐受范围不一样，不一样年纪、季节、栖息地等同种生物对生态因子耐受性不一样栖息地等同种生物对生态因子耐受性不一样 对很多生态因子耐受范围都很宽生物，其分布区普通很广对很多生态因子耐受范围都很宽生物，其分布区普通很广 个体发育不一样阶段，对生态因子耐受程度不一样个体发育不一样阶段，对生态因子耐受程度不一样 不一样生物种，对同一生态因子耐受性不一样不一样生物种，对同一生态因子耐
20、受性不一样 某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其它生态因子耐受某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其它生态因子耐受程度也下降程度也下降 第35页生物对各生态因子耐受性之间相互关系生物对各生态因子耐受性之间相互关系生物对各生态因子耐受性之间相互关系生物对各生态因子耐受性之间相互关系 第36页第37页谷蠹(Rhizopertha dominica)死亡率与小麦中含水量和温度之间关系(图)。第38页 固定不变最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时有几个因子作用于一个生物时，这种生物适合度将随这几个生态因子不一样组合而发生改变，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响。注意：
21、第39页第40页耐受程度调整耐受程度调整驯化驯化 自然驯化和人工驯化自然驯化和人工驯化 生理改变和遗传改变生理改变和遗传改变 驯化可能：生物特征差异，诱导条件差异驯化可能：生物特征差异，诱导条件差异 生物学意义：适应环境改变能力生物学意义：适应环境改变能力 第41页案例：不一样温度下驯化造成耗氧量差异案例：不一样温度下驯化造成耗氧量差异 10 20 3010 20 30温度温度 耗氧量耗氧量 （mlgmlg-1-1hh-1-1 ）5 5 驯化驯化25 25 驯化驯化04080120160 200第42页假如把金鱼在两种不一样温度下（24和37.5）进行长久驯化，那么最终它们对温度耐受程度就会产
22、生显著差异（图2-9）。第43页Acclimation与acclimatization区分驯 化气候驯化第44页驯化（acclimation）是指在试验条件下诱发生理赔偿机制，普通只需要较短时间。气候驯化（acclimatization）则是指在自然环境条件下所诱发生理赔偿改变，这种改变通常需要较长时间。第45页内稳态内稳态 生物经过控制体内环境生物经过控制体内环境(体温、体温、糖、氧浓度、体液等糖、氧浓度、体液等)，使其保持相，使其保持相对稳定性对稳定性 扩大了生物生态幅与适应范围，但扩大了生物生态幅与适应范围，但并不能完全摆脱环境限制并不能完全摆脱环境限制第46页维持体内环境稳定是生物扩大耐性程度一个主要机制，但内稳态机制不能完全摆脱环境限制，它只能扩大自己生态幅度与适应范围，成为一个广适种(eurytopic species)。第47页第48页图 沙冠壁虎行为热调整（实线是靠行为调整体温改变曲线，虚线是日光下地表温度变他曲线）（仿Putman等,1984）第49页休眠休眠适应组合适应组合第50页完第51页