《環(huán)境生態(tài)學》 第二章：生物與環(huán)境

1、第二章 環(huán)境與生物第一節(jié) 地球上的生物 第二節(jié) 環(huán)境的概念及其類型第三節(jié) 主要環(huán)境因子的生態(tài)作用第四節(jié) 生態(tài)因子作用的一般規(guī)律第二章 生物與環(huán)境第一節(jié)地球上的生物地球上的各種形式的生命一、生命的產(chǎn)生與進化（一）生命的起源地球水蒸氣N2H2SH2NH3CH4紫外線46億年前的大氣成分為原始生命的產(chǎn)生提供了條件 “生命是蛋白質(zhì)的存在方式，這個存在方式的基本因素在于它和周圍外部自然界的不斷新陳代謝”自然辯證法 生命是高度組織化的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，其分子基礎(chǔ)是具有自我復制和具負載遺傳信息功能的核酸等生物大分子，通過生物膜實現(xiàn)內(nèi)部及內(nèi)外的分隔，形成形形色色的細胞、組織與生物體，并借助外界能量的輸入，通過一系列相

2、互關(guān)聯(lián)的生物化學過程而實現(xiàn)內(nèi)外物質(zhì)交換和自身的復制。（二）生物種的概念生物種的概念物種是由內(nèi)在因素（特殊、遺傳、生理、生態(tài)及行為）聯(lián)系起來的個體的集合，是自然界中的一個基本進化單位和功能單位。 物種是客觀存在的實體，不同物種之間存在明顯的形態(tài)上的不連續(xù)性及不同形式的生殖隔離?；蛐停悍N的遺傳本質(zhì)，生物性狀表現(xiàn)必須具備的內(nèi)在因素。種的性狀分類表 型：與環(huán)境結(jié)合后實際表現(xiàn)出的可見性狀。（三）生物的協(xié)同進化1.生物的進化 生物是環(huán)境中的生物，生物是通過自然選擇進化的。生命的存在過程就是不斷適應新環(huán)境、改變新環(huán)境的過程，形成生物與環(huán)境間的相互補償和協(xié)同發(fā)展的關(guān)系。2.生物的協(xié)同進化 生物的協(xié)同進化主要

3、是由于生物個體的進化過程是在其環(huán)境的選擇壓力下進行的，而環(huán)境不僅包括非生物因素，也包括其他生物。因此，一個物種的進化必然會改變作用于其他生物的選擇壓力，引起其他生物也發(fā)生變化，這些變化反過來又會引起相關(guān)物種的進一步變化。在很多情況下，兩個或更多物種的單獨進化常?；ハ嘤绊?，形成一個相互作用的協(xié)同適應系統(tǒng)（coadapted system）。（1）昆蟲與植物之間的協(xié)同進化（2）大型食草動物與植物的協(xié)同進化（3）互惠共生物種間的協(xié)同進化（4）協(xié)同適應系統(tǒng)生物協(xié)同進化的四種情況/v_show/id_XNDYzMTIzOTUy.html二、生物多樣性（一）生物多樣性概念定 義生物多樣性也就是“生物中的多

4、樣化和變異性以及物種生境的生態(tài)復雜性” 。它包括動物、植物和微生物的所有種及其組成的群落和生態(tài)系統(tǒng)。生物多樣性一般有四個水平：遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性景觀多樣性遺傳多樣性又稱為基因多樣性，指廣泛存在于生物體內(nèi)、物種內(nèi)以及物種間的基因多樣性。任何一個特定個體的物種都保持著并占有大量的遺傳類型。每個物種都有自己獨特的基因庫，使一個物種區(qū)別于其它物種。遺傳多樣性主要包括分子、細胞和個體三個方面的遺傳變異的多樣性。指在一個地區(qū)內(nèi)物種的多樣化，可以從分類學、生物地理學角度對一個區(qū)域內(nèi)物種狀況進行研究。物種多樣性物種多樣性的形成、演化；物種多樣性受威脅的現(xiàn)狀以及保持物種的永續(xù)性；物種多樣性的編目

5、；地球上物種的數(shù)量級；生物區(qū)系特點；物種的瀕危和受威脅的狀況；滅絕速率的變動及其機制；保護物種和持續(xù)利用。研究任務生態(tài)系統(tǒng)多樣性指無機環(huán)境，如地形、地貌、氣候、水文等；是生物群落多樣性的基礎(chǔ)。群落的組成、結(jié)構(gòu)和功能的多樣性。指生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能在時間、空間上的變化，主要包括著物種流、能量流、水分循環(huán)、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、生物間的競爭、捕食和寄生等。生境的多樣性生物群落多樣性生態(tài)過程多樣性景觀多樣性指不同類型的景觀在空間結(jié)構(gòu)、功能機制和時間動態(tài)方面的多樣化和變異性。景觀是一個大尺度的宏觀系統(tǒng)。成線狀或帶狀，是聯(lián)系斑塊的紐帶，不同景觀有不同類型的廊道。景觀尺度上最小的均質(zhì)單元，它的大小、數(shù)量、形狀

6、和起源等對景觀多樣性有重要意義。景觀中面積較大、連續(xù)性高的部分，往往形成景觀的背景。廊道斑塊基質(zhì)景觀要素（二）影響生物多樣性的因素1.物種生物量2.物種的屬性3.生物地化循環(huán)4.系統(tǒng)的穩(wěn)定性生物多樣性決定著生物圈的整個外貌，但是生物多樣性受到以下因素的影響：1.物種生物量具有高生物量的生態(tài)系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮生物對環(huán)境的自我調(diào)節(jié)能力，使環(huán)境即使在遭受到較大的外界干擾時也不致變化太大，從而改變生態(tài)系統(tǒng)的性質(zhì)。高生物量能支持高多樣性。廣義的生物量是生物在某一特定時刻單位空間的個體數(shù)、重量或其含能量，可用于指某種群、某類群生物的（如浮游動物）或整個生物群落的生物量。 2.物種的屬性不同的物種在環(huán)境中所

7、扮演的角色也不同，它們對所在的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生量的積累，達到質(zhì)的飛躍。 3.生物地化循環(huán)生物多樣性水平與土壤營養(yǎng)物之間有密切關(guān)系。生物多樣性改善了系統(tǒng)內(nèi)部生物地化循環(huán)的性質(zhì)和過程，主要目的是使單一物種或小數(shù)量的物種在生存定居中失敗，不使單種栽培在波動不定的環(huán)境中遭受毀滅性打擊，改變目前生態(tài)系統(tǒng)變化的方向性。4.系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就是系統(tǒng)的抗性和彈性。又稱抵抗力，是生態(tài)系統(tǒng)受到干擾后產(chǎn)生變化的大小，即衡量系統(tǒng)受外界干擾而保持原狀的能力；指生態(tài)系統(tǒng)干擾后恢復原來功能的能力。彈性抗性三、地球自我調(diào)節(jié)理論Gaia hypothesis（一）Gaia假說的形成和發(fā)展該假說認為，地球表面的溫度和化學組

8、成是受地球表面的生命總體（生物圈）主動調(diào)節(jié)的。 內(nèi)容發(fā)展過程1969年 Lovelock J E 提出1979年 Lovelock J E 第一部著作Gaia：對地球上生命的新認識1988年 Lovelock J E 第二部著作進一步修改和充實（二）Gaia假說的主要論點1地球上所有生物都起著調(diào)控作用2地球生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定性5地球生理學是地球進化的方式3地球本身是進化系統(tǒng)4地球系統(tǒng)是有機整體1.00.00646090氣壓/105Pa13- 53240340459表面溫度/1.7ml/L0.0%0.0%0.0%CH40.934%1.6%0.1%70ml/LAr20.946%0.1%0.0%痕量O

9、278.084%2.7%1.9%3.5%N20.03%95.0%98.0%96.5%CO2現(xiàn)在的地球火星沒有生命的地球金星地球和火星、金星上大氣主要成分、濃度等因素的對比金星地球火星第二節(jié)環(huán)境因子的概念及其類型一、環(huán)境因子的概念環(huán)境指某一特定生物個體或生物群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物的總和 。由許多環(huán)境要素構(gòu)成，這些環(huán)境要素稱環(huán)境因子。自然環(huán)境半自然環(huán)境社會環(huán)境又稱為地理環(huán)境（geoenvironment）二、環(huán)境因子的分類生物因素食物種內(nèi)種間基本上是變動因素密度制約因素反應因素生物因素其他因素氣候以外的自然因素水域環(huán)境土壤環(huán)境變動因素（非周期性變動）相對

10、濕度水變動因素（有周期性變動）氣候因素光溫度穩(wěn)定因素非密度制約因素非反應因素非生物因素綜合性（1953）Smith（1935） Nicholson（1933） Allee（1949）第三節(jié)主要環(huán)境因子的生態(tài)作用一、光因子的生態(tài)作用地球上生物生存和繁衍的最基本的能量源泉光 （一）光照強度的生態(tài)作用與生物的適應1對生物的生長發(fā)育和形態(tài)建成的作用光照強度對植物細胞的增長和分化、體積的增長和重量的增加關(guān)系密切；光還能促進組織和器官的分化，制約著器官的生長發(fā)育速度，使植物各器官和組織保持發(fā)育上的正常比例。蛙卵、鮭魚卵在有光的條件下孵化快，發(fā)育也快。貽貝和生活在海洋深處的浮游生物在黑暗情況下生長較快。黑暗

11、環(huán)境光照環(huán)境 黃化現(xiàn)象（etiolation phenomenon）是光與形態(tài)建成的各種關(guān)系中最極端的典型例子，黃化是植物對黑暗環(huán)境的特殊適應。2光照強度與水生植物在海洋表層的透光帶上部，植物的光合作用量大于呼吸量在補償點處，植物的光合作用量與呼吸消耗平衡沉降到補償點以下又不能很快回到表層時死亡光的穿透性限制著植物在海洋中的分布：3植物對光照強度的適應類型一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強成正比，但到達一定強度光合效率不會再增加，若繼續(xù)增加光強，光合效率下降，這點謂之飽和點。陽地植物：適應強光照地區(qū)生活。蒲公英、薊、楊、柳、樺、槐等陰地植物：適應弱光照地區(qū)生活。連線草、鐵衫、紅豆衫、人參、三七等

12、按照植物對光照強度的適應程度分為：光合作用飽和點光合作用率光強度光合作用呼吸作用CP陽地植物光合作用率光強度光合作用呼吸作用CP凈生產(chǎn)力陰地植物陽地植物和陰地植物光補償點位置示意圖（Emberlin, 1983）蒲公英柳樹楊樹人參三七鐵杉陽地植物陰地植物（二）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加；冬季長波光增多，夏季短波光增多；中午短波光最多，早晚長波光較多。光質(zhì)變化規(guī)律空間變化時間變化不同的光質(zhì)對植物的光合作用，色素形成，向光性，形態(tài)建成的誘導等的影響是不同的。例如光合作用的光譜范圍只是可見光區(qū)?？梢姽鈱游锷常w色變化，遷徙，毛羽更換，生長及發(fā)育等都有影響；紫外光有致死作用，特別是細菌，病毒及微生物，但昆蟲對紫外光有趨光反應。生物的適應 植物 動物（三）生物對光周期的適應臨界暗期（critical dark period）：指在晝夜周期中能誘導植物開花所需的最短或最長的暗期長度。根據(jù)植物對日照長度的反應類型分為：長日照植物短日照植物長短日照植物植物的光周期長日照植物：指如果給予比臨界暗期長的連續(xù)暗期的光周期，花芽便不能形成，或花芽形成受到阻抑的植物，如牛蒡、紫菀、鳳仙花和除蟲菊等。短日照植物：指給與比臨界暗期長的連續(xù)黑暗下的光周期時，花芽才能形成或促進花芽形成的植物，如蒼耳、菊類、水稻、玉米、大豆等。長短日照植物 ：指在連續(xù)長