《環(huán)境生態(tài)學(xué)》 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(jìn)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(gè)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(fù)制和具負(fù)載遺傳信息功能的核酸等生物大分子，通過生物膜實(shí)現(xiàn)內(nèi)部及內(nèi)外的分隔，形成形形色色的細(xì)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(xué)過程而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外物質(zhì)交換和自身的復(fù)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(gè)體的集合，是自然界中的一個(gè)基本進(jìn)化單位和功能單位。 物種是客觀存在的實(shí)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。基因型：種的遺傳本質(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(shí)際表現(xiàn)出的可見性狀。（三）生物的協(xié)同進(jìn)化1.生物的進(jìn)化 生物是環(huán)境中的生物，生物是通過自然選擇進(jìn)化的。生命的存在過程就是不斷適應(yīng)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(bǔ)償和協(xié)同發(fā)展的關(guān)系。2.生物的協(xié)同進(jìn)化 生物的協(xié)同進(jìn)化主要

3、是由于生物個(gè)體的進(jìn)化過程是在其環(huán)境的選擇壓力下進(jìn)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(gè)物種的進(jìn)化必然會(huì)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(huì)引起相關(guān)物種的進(jìn)一步變化。在很多情況下，兩個(gè)或更多物種的單獨(dú)進(jìn)化常常互相影響，形成一個(gè)相互作用的協(xié)同適應(yīng)系統(tǒng)（coadapted system）。（1）昆蟲與植物之間的協(xié)同進(jìn)化（2）大型食草動(dòng)物與植物的協(xié)同進(jìn)化（3）互惠共生物種間的協(xié)同進(jìn)化（4）協(xié)同適應(yīng)系統(tǒng)生物協(xié)同進(jìn)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(fù)雜性” 。它包括動(dòng)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(gè)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(gè)特定個(gè)體的物種都保持著并占有大量的遺傳類型。每個(gè)物種都有自己獨(dú)特的基因庫(kù)，使一個(gè)物種區(qū)別于其它物種。遺傳多樣性主要包括分子、細(xì)胞和個(gè)體三個(gè)方面的遺傳變異的多樣性。指在一個(gè)地區(qū)內(nèi)物種的多樣化，可以從分類學(xué)、生物地理學(xué)角度對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)物種狀況進(jìn)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(jí)；生物區(qū)系特點(diǎn)；物種的瀕危和受威脅的狀況；滅絕速率的變動(dòng)及其機(jī)制；保護(hù)物種和持續(xù)利用。研究任務(wù)生態(tài)系統(tǒng)多樣性指無機(jī)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(shí)間、空間上的變化，主要包括著物種流、能量流、水分循環(huán)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、生物間的競(jìng)爭(zhēng)、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(jī)制和時(shí)間動(dòng)態(tài)方面的多樣化和變異性。景觀是一個(gè)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(duì)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(gè)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(duì)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(shí)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(shí)刻單位空間的個(gè)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(dòng)物）或整個(gè)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(duì)所在的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生量的積累，達(dá)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(yíng)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(dòng)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(fù)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(rèn)為，地球表面的溫度和化學(xué)組

8、成是受地球表面的生命總體（生物圈）主動(dòng)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(duì)地球上生命的新認(rèn)識(shí)1988年 Lovelock J E 第二部著作進(jìn)一步修改和充實(shí)（二）Gaia假說的主要論點(diǎn)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(xué)是地球進(jìn)化的方式3地球本身是進(jìn)化系統(tǒng)4地球系統(tǒng)是有機(jī)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(duì)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(gè)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(huì)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(dòng)因素密度制約因素反應(yīng)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(dòng)因素（非周期性變動(dòng)）相對(duì)

10、濕度水變動(dòng)因素（有周期性變動(dòng)）氣候因素光溫度穩(wěn)定因素非密度制約因素非反應(yīng)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(qiáng)度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)1對(duì)生物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成的作用光照強(qiáng)度對(duì)植物細(xì)胞的增長(zhǎng)和分化、體積的增長(zhǎng)和重量的增加關(guān)系密切；光還能促進(jìn)組織和器官的分化，制約著器官的生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)黑暗環(huán)境的特殊適應(yīng)。2光照強(qiáng)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(bǔ)償點(diǎn)處，植物的光合作用量與呼吸消耗平衡沉降到補(bǔ)償點(diǎn)以下又不能很快回到表層時(shí)死亡光的穿透性限制著植物在海洋中的分布：3植物對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)類型一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強(qiáng)成正比，但到達(dá)一定強(qiáng)度光合效率不會(huì)再增加，若繼續(xù)增加光強(qiáng)，光合效率下降，這點(diǎn)謂之飽和點(diǎn)。陽地植物：適應(yīng)強(qiáng)光照地區(qū)生活。蒲公英、薊、楊、柳、樺、槐等陰地植物：適應(yīng)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(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)程度分為：光合作用飽和點(diǎn)光合作用率光強(qiáng)度光合作用呼吸作用CP陽地植物光合作用率光強(qiáng)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(bǔ)償點(diǎn)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(yīng)隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加；冬季長(zhǎng)波光增多，夏季短波光增多；中午短波光最多，早晚長(zhǎng)波光較多。光質(zhì)變化規(guī)律空間變化時(shí)間變化不同的光質(zhì)對(duì)植物的光合作用，色素形成，向光性，形態(tài)建成的誘導(dǎo)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)。可見光對(duì)動(dòng)物生殖，體色變化，遷徙，毛羽更換，生長(zhǎng)及發(fā)育等都有影響；紫外光有致死作用，特別是細(xì)菌，病毒及微生物，但昆蟲對(duì)紫外光有趨光反應(yīng)。生物的適應(yīng) 植物 動(dòng)物（三）生物對(duì)光周期的適應(yīng)臨界暗期（critical dark period）：指在晝夜周期中能誘導(dǎo)植物開花所需的最短或最長(zhǎng)的暗期長(zhǎng)度。根據(jù)植物對(duì)日照長(zhǎng)度的反應(yīng)類型分為：長(zhǎng)日照植物短日照植物長(zhǎng)短日照植物植物的光周期長(zhǎng)日照植物：指如果給予比臨界暗期長(zhǎng)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(zhǎng)的連續(xù)黑暗下的光周期時(shí)，花芽才能形成或促進(jìn)花芽形成的植物，如蒼耳、菊類、水稻、玉米、大豆等。長(zhǎng)短日照植物 ：指在連續(xù)長(zhǎng)