[生態(tài)學(xué)]生物的適應(yīng)及生態(tài)因子對生物的作用

1、生態(tài)學(xué)生物的適應(yīng)及生態(tài)因子對生物的作用    生物的適應(yīng)及生態(tài)因子對生物的作用一、光的生態(tài)作用與生物的適應(yīng):光是一個十分復(fù)雜而重要的生態(tài)因子，包括光強(qiáng)、光質(zhì)和光照長度。光因子的變化對生物有著深刻的影響。 1光強(qiáng)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)（1）光強(qiáng)與植物光對植物的形態(tài)建成和生殖器官的發(fā)育影響很大。植物的光合器官葉綠素必須在一定光強(qiáng)條件下才能形成，許多其他器官的形成也有賴于一定的光強(qiáng)。在黑暗條件下，植物就會出現(xiàn)"黃化現(xiàn)象"。在植物完成光周期誘導(dǎo)和花芽開始分化的基礎(chǔ)上，光照時間越長，強(qiáng)度越大，形成的有機(jī)物越多，有利于花的發(fā)育。光強(qiáng)還有

2、利于果實的成熟，對果實的品質(zhì)也有良好作用。不同植物對光強(qiáng)的反應(yīng)是不一樣的，根據(jù)植物對光強(qiáng)適應(yīng)的生態(tài)類型可分為陽性植物、陰性植物和中性植物（耐陰植物）。在一定范圍內(nèi)，光合作用效率與光強(qiáng)成正比，達(dá)到一定強(qiáng)度后實現(xiàn)飽和，再增加光強(qiáng)，光合效率也不會提高，這時的光強(qiáng)稱為光飽和點。當(dāng)光合作用合成的有機(jī)物剛好與呼吸作用的消耗相等時的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點。陽性植物對光要求比較迫切，只有在足夠光照條件下才能正常生長，其光飽和點、光補(bǔ)償點都較高。陰性植物對光的需求遠(yuǎn)較陽性植物低，光飽和點和光補(bǔ)償點都較低。中性植物對光照具有較廣的適應(yīng)能力，對光的需要介于上述兩者之間，但最適在完全的光照下生長。 （2）光強(qiáng)

3、與動物光照強(qiáng)度與很多動物的行為有著密切的關(guān)系。有些動物適應(yīng)于在白天的強(qiáng)光下活動，如靈長類、有蹄類和蝴蝶等，稱為晝行性動物；另一些動物則適應(yīng)于在夜晚或早晨黃昏的弱光下活動，如蝙蝠、家鼠和蛾類等，稱為夜行性動物或晨昏性動物；還有一些動物既能適應(yīng)于弱光也能適應(yīng)于強(qiáng)光，白天黑夜都能活動，如田鼠等。晝行性動物（夜行性動物）只有當(dāng)光照強(qiáng)度上升到一定水平（下降到一定水平）時，才開始一天的活動，因此這些動物將隨著每天日出日落時間的季節(jié)性變化而改變其開始活動的時間。2光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)（1）光質(zhì)與植物植物的光合作用不能利用光譜中所有波長的光，只是可見光區(qū)（400-760nm），這部分輻射通常稱為生理有效

4、輻射，約占總輻射的40-50%?？梢姽庵屑t、橙光是被葉綠素吸收最多的成分，其次是藍(lán)、紫光，綠光很少被吸收，因此又稱綠光為生理無效光。此外，長波光（紅光）有促進(jìn)延長生長的作用，短波光（藍(lán)紫光、紫外線）有利于花青素的形成，并抑制莖的伸長。（2）光質(zhì)與動物大多數(shù)脊椎動物的可見光波范圍與人接近，但昆蟲則偏于短波光，大致在250-700nm之間，它們看不見紅外光，卻看得見紫外光。而且許多昆蟲對紫外光有趨光性，這種趨光現(xiàn)象已被用來誘殺農(nóng)業(yè)害蟲。3光照長度與生物的光周期現(xiàn)象地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，帶來了地球上日照長短的周期性變化，長期生活在這種晝夜變化環(huán)境中的動植物，借助于自然選擇和進(jìn)化形成了各類生物所特有的對日

5、照長度變化的反應(yīng)方式，這就是生物的光周期現(xiàn)象。（1）植物的光周期現(xiàn)象根據(jù)對日照長度的反應(yīng)類型可把植物分為長日照植物、短日照植物、中日照植物和中間型植物。長日照植物是指在日照時間長于一定數(shù)值（一般14小時以上）才能開花的植物，如冬小麥、大麥、油菜和甜菜等，而且光照時間越長，開花越早。短日照植物則是日照時間短于一定數(shù)值（一般14小時以上的黑暗）才能開花的植物，如水稻、棉花、大豆和煙草等。日中照植物的開花要求晝夜長短比例接近相等（12小時左右），如甘蔗等。在任何日照條件下都能開花的植物是中間型植物，如番茄、黃瓜和辣椒等。光周期對植物的地理分布有較大影響。短日照植物大多數(shù)原產(chǎn)地是日照時間短的熱帶、亞熱

6、帶；長日照植物大多數(shù)原產(chǎn)于溫帶和寒帶，在生長發(fā)育旺盛的夏季，一晝夜中光照時間長。如果把長日照植物栽培在熱帶，由于光照不足，就不會開花。同樣，短日照植物栽培在溫帶和寒帶也會因光照時間過長而不開花。這對植物的引種、育種工作有極為重要的意義。 （2）動物的光周期現(xiàn)象許多動物的行為對日照長短也表現(xiàn)出周期性。鳥、獸、魚、昆蟲等的繁殖，以及鳥、魚的遷移活動，都受光照長短的影響。二、溫度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)任何生物都是在一定的溫度范圍內(nèi)活動，溫度是對生物影響最為明顯的環(huán)境因素之一。1溫度對生物生長的影響生物正常的生命活動一般是在相對狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，大致在零下幾度到50左右之間。溫度對生物的

7、作用可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度，即生物的三基點溫度。當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適溫度之間時，生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)會隨著溫度的升高而加快，代謝活動加強(qiáng)，從而加快生長發(fā)育速度；當(dāng)溫度高于最適溫度后，參與生理生化反應(yīng)的酶系統(tǒng)受到影響，代謝活動受阻，勢必影響到生物正常的生長發(fā)育。當(dāng)環(huán)境溫度低于最低溫度或高于最高溫度，生物將受到嚴(yán)重危害，甚至死亡。不同生物的三基點溫度是不一樣的，即使是同一生物不同的發(fā)育階段所能忍受的溫度范圍也有很大差異。2溫度對生物發(fā)育的影響棗有效積溫法則溫度與生物發(fā)育的關(guān)系一方面體現(xiàn)在某些植物需要經(jīng)過一個低溫"春化"階段，才能開花結(jié)果，完成生命周期；另一方面反

8、映在有效積溫法則上。有效積溫法則的主要含義是植物在生長發(fā)育過程中，必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常數(shù)。用公式表示： K=N·(T-T0)式中，K為有效積溫（常數(shù)），N為發(fā)育歷期即生長發(fā)育所需時間，T為發(fā)育期間的平均溫度，T0為生物發(fā)育起點溫度（生物零度）。發(fā)育時間N的倒數(shù)為發(fā)育速率。有效積溫法則不僅適用于植物，還可應(yīng)用到昆蟲和其他一些變溫動物。在生產(chǎn)實踐中，有效積溫可作為農(nóng)業(yè)規(guī)劃、引種、作物布局和預(yù)測農(nóng)時的重要依據(jù)，可以用來預(yù)測一個地區(qū)某種害蟲可能發(fā)生的時期和世代數(shù)以及害蟲的分布區(qū)危害猖獗區(qū)等。3極端溫度對生物的影

9、響 （1）低溫對生物的影響溫度低于一定數(shù)值，生物便會受害，這個數(shù)值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，溫度越低生物受害越重。低溫對生物的傷害可分為寒害和凍害兩種。寒害是指溫度在0以上對喜溫生物造成的傷害。植物寒害的主要原因有蛋白質(zhì)合成受阻、碳水化合物減少和代謝紊亂等。凍害是指0以下的低溫使生物體內(nèi)（細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間）形成冰晶而造成的損害。植物在溫度降至冰點以下時，會在細(xì)胞間隙形成冰晶，原生質(zhì)因此而失水破損。極端低溫對動物的致死作用主要是體液的冰凍和結(jié)晶，使原生質(zhì)受到機(jī)械損傷、蛋白質(zhì)脫水變性。昆蟲等少數(shù)動物的體液能忍受0以下的低溫仍不結(jié)冰，這種現(xiàn)象稱為過冷卻。過冷卻是動物避免低溫的一種適應(yīng)方式

10、。 （2）高溫對生物的影響溫度超過生物適宜溫區(qū)的上限后就會對生物產(chǎn)生有害影響，溫度越高對生物的傷害作用越大。高溫可減弱光合作用，增強(qiáng)呼吸作用，使植物的這兩個重要過程失調(diào)；破壞植物的水分平衡，促使蛋白質(zhì)凝固、脂類溶解，導(dǎo)致有害代謝產(chǎn)物在體內(nèi)的積累。高溫對動物的有害影響主要是破壞酶的活性，使蛋白質(zhì)凝固變性，造成缺氧、排泄功能失調(diào)和神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。4生物對溫度的適應(yīng)生物對溫度的適應(yīng)是多方面的，包括分布地區(qū)、物候的形成、休眠及形態(tài)行為等。極端溫度是限制生物分布的最重要條件。高溫限制生物分布的原因主要是破壞生物體內(nèi)的代謝過程和光合呼吸平衡，其次是植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段。低

11、溫對生物分布的限制作用更為明顯。對植物和變溫動物來說，決定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低溫。溫度對恒溫動物分布的直接限制較小，常常是通過其他生態(tài)因子（如食物）而間接影響其分布。 物候是指生物長期適應(yīng)于一年中溫度的節(jié)律性變化，形成的與此相適應(yīng)的發(fā)育節(jié)律。例如大多數(shù)植物春天發(fā)芽，夏季開花，秋天結(jié)實，冬季休眠。休眠對適應(yīng)外界嚴(yán)酷環(huán)境有特殊意義。植物的休眠主要是種子的休眠。動物的休眠有冬眠和夏眠（夏蟄）。植物對低溫的形態(tài)適應(yīng)表現(xiàn)在芽及葉片常有油脂類物質(zhì)保護(hù)，芽具有鱗片，器官的表面有蠟粉和密毛，樹皮有較發(fā)達(dá)的木栓組織，植株矮小，常呈匍匐、墊狀或蓮座狀；對高溫的適應(yīng)表現(xiàn)在有些植物體

12、具有密生的絨毛或鱗片，能過濾一部分陽光，發(fā)亮的葉片能反射大部分光線，以及葉片垂直排列，減少吸光面積等。動物對溫度的形態(tài)適應(yīng)表現(xiàn)在同類動物生長在較寒冷地區(qū)的比生長在溫?zé)岬貐^(qū)的個體要大，個體大有利于保溫，個體小有利于散熱。三、水的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)水是生物最需要的一種物質(zhì)，水的存在與多寡，影響生物的生存與分布。1水的生態(tài)作用水是任何生物體都不可缺少的重要組成成分。各種生物的含水量有很大的不同。生物體的含水量一般為6080%，有些水生生物可達(dá)90%以上，而在干旱環(huán)境中生長的地衣、卷柏和有些苔蘚植物僅含6%左右。水是生命活動的基礎(chǔ)。生物的新陳代謝是以水為介質(zhì)進(jìn)行的，生物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的運輸、廢物的排除

13、、激素的傳遞以及生命賴以存在的各種生物化學(xué)過程，都必須在水溶液中才能進(jìn)行，而所有物質(zhì)也都必須以溶解狀態(tài)才能進(jìn)出細(xì)胞。水對穩(wěn)定環(huán)境溫度有重要意義。水的密度在4時最大，這一特性使任何水體都不會同時凍結(jié)，而且結(jié)冰過程總是從上到下進(jìn)行。水的熱容量很大，吸熱和放熱過程緩慢，因此水體溫度不象大氣溫度那樣變化劇烈。2干旱與水澇對生物的影響（1）干旱的影響干旱對植物的影響：降低各種生理過程。干旱時氣孔關(guān)閉，減弱蒸騰降溫作用，抑制光合作用，增強(qiáng)呼吸作用，三磷酸腺苷酶活性增加破壞三磷酸腺苷的轉(zhuǎn)化循環(huán)；引起植物體內(nèi)各部分水分的重新分配。不同器官和不同組織間的水分，按各部位的水勢大小重新分配。水勢高的向水勢低的流動；

14、影響植物產(chǎn)品的質(zhì)量。果樹在干旱情況下，果實小，淀粉量和果膠質(zhì)減少，木質(zhì)素和半纖維素增加。植物受干旱危害的原因有能量代謝的破壞、蛋白質(zhì)代謝的改變以及合成酶活性降低和分解酶活性加強(qiáng)等。 （2）水澇的影響澇害首先表現(xiàn)為對植物根系的不良影響。土壤水分過多或積水時，由于土壤孔隙充滿水分，通氣狀況惡化，植物根系處于缺氧環(huán)境，抑制了有氧呼吸，阻止了水分和礦物質(zhì)的吸收，植物生長很快停止，葉片自下而上開始萎蔫、枯黃脫落，根系逐漸變黑、腐爛，整個植株不久就枯死。植物地上部分受淹，則使光合作用受阻，有氧呼吸減弱，無氧呼吸增強(qiáng)，體內(nèi)能量代謝顯著惡化，各種生命活動陷于紊亂，各種器官和組織變得軟弱，很快變粘變黑

15、、腐爛脫落。水澇對動物的影響，除直接的傷害死亡外，還常常導(dǎo)致流行病的蔓延，造成動物大量死亡。3生物對水分的適應(yīng)（1）植物對水分的適應(yīng)根據(jù)棲息地，通常把植物劃分為水生植物和陸生植物。水生植物生長在水中，長期適應(yīng)缺氧環(huán)境，根、莖、葉形成連貫的通氣組織，以保證植物體各部分對氧氣的需要。水生植物的水下葉片很薄，且多分裂成帶狀、線狀，以增加吸收陽光、無機(jī)鹽和CO2的面積。水生植物又可分成挺水植物、浮水植物和沉水植物。生長在陸地上的植物統(tǒng)稱陸生植物，可分為濕生、中生和旱生植物。濕生植物多生長在水邊，抗旱能力差。中生植物適應(yīng)范圍較廣，大多數(shù)植物屬中生植物。旱生植物生長在干旱環(huán)境中，能忍受較長時間的干旱，其對

16、干旱環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)在根系發(fā)達(dá)、葉面積很小、發(fā)達(dá)的貯水組織以及高滲透壓的原生質(zhì)等。 （2）動物對水分的適應(yīng)。動物按棲息地也可以分水生和陸生兩類。水生動物主要通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓來維持與環(huán)境的水分平衡。陸生動物則在形態(tài)結(jié)構(gòu)、行為和生理上來適應(yīng)不同環(huán)境水分條件。動物對水因子的適應(yīng)與植物不同之處在于動物有活動能力，動物可以通過遷移等多種行為途徑來主動避開不良的水分環(huán)境。四、土壤因子對生物的影響土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是具有決定性意義的生命支持系統(tǒng)，其組成部分有礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、土壤水分和土壤空氣。具有肥力是土壤最為顯著的特性。1土壤的生態(tài)學(xué)意義土壤是許多生物的棲息場所。土壤中的生物包括細(xì)菌、

17、真菌、放線菌、藻類、原生動物、輪蟲、線蟲、蚯蚓、軟體動物、節(jié)肢動物和少數(shù)高等動物。土壤是生物進(jìn)化的過渡環(huán)境。土壤中既有空氣，又有水分，正好成為生物進(jìn)化過程中的過渡環(huán)境。土壤是植物生長的基質(zhì)和營養(yǎng)庫。土壤提供了植物生活的空間、水分和必需的礦質(zhì)元素。土壤是污染物轉(zhuǎn)化的重要場地。土壤中大量的微生物和小型動物，對污染物都具有分解能力。2土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)對生物的影響土壤是由固體、液體和氣體組成的三相系統(tǒng)，其中固體顆粒是組成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)。土粒按直徑大小分為粗砂（2.0-0.2mm）、細(xì)粒（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）。這些大小不同的土粒的組合稱為土壤

18、質(zhì)地。根據(jù)土壤質(zhì)地可把土壤分為砂土、壤土和粘土三大類。砂土的砂粒含量在50%以上，土壤疏松、保水保肥性差、通氣透水性強(qiáng)。壤土質(zhì)地較均勻，粗粉粒含量高，通氣透水、保水保肥性能都較好，抗旱能力強(qiáng)，適宜生物生長。粘土的組成顆粒以細(xì)粘土為主，質(zhì)地粘重，保水保肥能力較強(qiáng)，通氣透水性差。  土壤結(jié)構(gòu)是指固體顆粒的排列方式、孔隙的數(shù)量和大小以及團(tuán)聚體的大小和數(shù)量等。最重要的土壤結(jié)構(gòu)是團(tuán)粒結(jié)構(gòu)（直徑0.25-10mm），團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有水穩(wěn)定性，由其組成的土壤，能協(xié)調(diào)土壤中水分、空氣和營養(yǎng)物之間的關(guān)系，改善土壤的理化性質(zhì)。土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)常常通過影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)來影響生物的活動。3土壤的物

19、理化學(xué)性質(zhì)對生物的影響（1）土壤溫度土壤溫度對植物種子的萌發(fā)和根系的生長、呼吸及吸收能力有直接影響，還通過限制養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化來影響根系的生長活動。一般來說，低的土溫會降低根系的代謝和呼吸強(qiáng)度，抑制根系的生長，減弱其吸收作用；土溫過高則促使根系過早成熟，根部木質(zhì)化加大，從而減少根系的吸收面積。（2）土壤水分土壤水分與鹽類組成的土壤溶液參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)有機(jī)物的分解與合成。土壤的礦質(zhì)營養(yǎng)必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱，太多又導(dǎo)致澇害，都對植物的生長不利。土壤水分還影響土壤內(nèi)無脊椎動物的數(shù)量和分布。（3）土壤空氣土壤空氣組成與大氣不同，土壤中O2的含量只有10-12%，在

20、不良條件下，可以降至10%以下，這時就可能抑制植物根系的呼吸作用。土壤中CO2濃度則比大氣高幾十到上千倍，植物光合作用所需的CO2有一半來自土壤。但是，當(dāng)土壤中CO2含量過高時（如達(dá)到10-15%），根系的呼吸和吸收機(jī)能就會受阻，甚至?xí)舷⑺劳觥＃?）土壤酸堿度土壤酸堿度與土壤微生物活動、有機(jī)質(zhì)的合成與分解、營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放、微量元素的有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力及生物生長等有密切關(guān)系。根據(jù)植物對土壤酸堿度的適應(yīng)范圍和要求，可把植物分成酸性土植物（pH<6.5）、中性土植物（pH6.5-7.5）和堿性土植物（pH>7.5）。土壤酸堿度對土棲動物也有類似影響。五、生物因子對生物的影響生物有機(jī)體不是孤立生存的，在其生存環(huán)境中甚至其體內(nèi)都有其他生物的存在，這些生