《基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)》全套優(yōu)質(zhì)課件

基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)

天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)

天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院第一部分有機體與環(huán)境1生物與環(huán)境2能量環(huán)境3物質(zhì)環(huán)境第一部分有機體與環(huán)境環(huán)境與生態(tài)因子生物與環(huán)境的相互作用生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理環(huán)境的變化決定了生物的分布與多度，生物的生存又影響了環(huán)境，生物與環(huán)境是相互作用、相互依存的。1生物與環(huán)境

環(huán)境：是指某一特定生物體或生物群體周圍一切的總和，包括空間及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的各種因素。1.1環(huán)境與生態(tài)因子1生物與環(huán)境其它魚類非生物因素蝦,水蚤水草等異種生物一條鯉魚鯉魚種群池塘群落研究主體

1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子小環(huán)境大環(huán)境環(huán)境

大環(huán)境：指地區(qū)環(huán)境、地球環(huán)境和宇宙環(huán)境。大環(huán)境中的氣候稱為大氣候。1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子大氣候：指離地面1.5米以上的氣候，是由大范圍因素所決定，如大氣環(huán)流、地理緯度、距海洋距離、大面積地形等。大環(huán)境，如不同氣候的地理區(qū)域，影響生物的生存與分布，產(chǎn)生不同的生物群系。1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子反之，根據(jù)這些生物群系的特征，可以區(qū)分各個不同的氣候區(qū)域。

1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子小環(huán)境：指對生物有著直接影響的鄰接環(huán)境，小環(huán)境中的氣候稱為小氣候。（地面大氣層中1.5米以內(nèi)的氣候）洞穴環(huán)境，樹蔭下環(huán)境蜂鳥巢小氣候黎明前時的溫度，巢上方的樹枝減少了孵卵雌鳥的熱量損失（Calder,1973）1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子1生物與環(huán)境生態(tài)因子：指環(huán)境要素中對生物起作用的因子，如溫度、濕度、食物、氧氣、二氧氣碳以及其他相關(guān)生物等。1.1環(huán)境與生態(tài)因子在生態(tài)因子中，對生物生存不能缺少的環(huán)境要素也稱為生存條件植物：二氧化碳和水動物：食物、熱能和氧氣1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子生境：所有生態(tài)因子構(gòu)成生物的生態(tài)環(huán)境，特定生物體或群體的棲息地的生態(tài)環(huán)境。生物個體、種群或群落，在其生長發(fā)育和分布的具體地段上，各種具體因子的綜合作用，叫生境生態(tài)因子的分類（1）按其性質(zhì)分為：氣候因子、土壤因子、地形因子、生物因子、人為因子（2）按有無生命特征分為：生物因子和非生物因子（3）按生態(tài)因子的穩(wěn)定性及作用分為：穩(wěn)定因子和變動因子（4）按生態(tài)因子對種群數(shù)量變動的作用分為：密度制約因子和非密度制約因子1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子類型有正負兩類，在密度增加的狀態(tài)下，正者作用導(dǎo)致生物的密度進一步增長；負者導(dǎo)致密度的反饋性降低，有調(diào)節(jié)種群密度的作用。一般生物因子常為密度制約因子。種群出生率變化種群密度梯度密度制約非密度制約逆密度制約導(dǎo)致種群出生率變化的環(huán)境因子作用于種群的強度隨種群密度梯度變化而改變；具有調(diào)節(jié)種群密度作用密度制約因子與非密度制約性因子比較種群死亡率變化種群密度梯度密度制約非密度制約逆密度制約導(dǎo)致種群死亡率變化的環(huán)境因子作用于種群的強度，隨種群密度梯度變化而改變密度制約因子與非密度制約性因子比較生態(tài)因子作用的幾個特征1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子直接作用和間接作用不可代替性和互補性階段性主導(dǎo)因子綜合性特征生態(tài)因子作用的幾個特征——綜合性作用

1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子生態(tài)因子作用的幾個特征——主導(dǎo)因子（非等價性）1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子春化作用：低溫對越冬植物成花的誘導(dǎo)和促進作用

冬小麥生態(tài)因子作用的幾個特征——階段性作用1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子生態(tài)因子作用的幾個特征——不可代替性和互補性1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子生態(tài)因子作用的幾個特征——直接作用和間接作用1生物與環(huán)境——環(huán)境與生態(tài)因子環(huán)境對生物的作用（１）影響生物的生長、發(fā)育、繁殖和行為；導(dǎo)致種群數(shù)量的改變；能夠限制生物的分布區(qū)域。（２）生物通過對自身的形態(tài)、生理、行為等不斷調(diào)整，以適應(yīng)環(huán)境中生態(tài)因子的變化。1生物與環(huán)境1.2生物與環(huán)境的相互作用生物對環(huán)境的反作用（１）可以改變生態(tài)因子的狀況；森林形成小氣候土壤微生物土壤養(yǎng)分發(fā)生變化（２）生物與生物之間的相互作用，形成協(xié)同進化。1生物與環(huán)境1.2生物與環(huán)境的相互作用胡椒蛾黑化胡椒蛾個體胡椒蛾黑化1008060300200100Wintersmoke,ug/m3Percentfrequencyofmelanicpepperedmoths196019701980煙塵實測值煙塵變化趨勢黑化蛾變化趨勢隨著污染減輕，黑化蛾在群體中的頻率逐漸下降1生物與環(huán)境1、最小因子定律利比希最小因子定律(Liebig’sLawofthemini-mum):

植物的生長取決于那些處于最少量狀態(tài)的營養(yǎng)元素，即低于某種生物需要的最小量的任何特定因子，是決定該種生物生存和分布的根本因素。進一步研究表明，這個理論也適用于其他生物種類或生態(tài)因子。1生物與環(huán)境1.3生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理利比希(JustusLiebig)是19世紀(jì)德國的農(nóng)業(yè)化學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)作物產(chǎn)量常不受其需要量最大的營養(yǎng)物質(zhì)限制，而是取決于在土壤中稀少的又為植物需要的元素。限制因子(Limitingfactor):生物的生存和繁衍依賴于各種生態(tài)因子的綜合作用，但是其中必有一種或少數(shù)幾種因子是限制生物生存和繁衍的關(guān)鍵性因子，這些關(guān)鍵因子就是限制因子。限制因子可以是因為最小量，也可以是過量。由于眾多的生態(tài)因子的重要性（作用）不同，限制因子作用可能最強大，因此，在生態(tài)學(xué)研究中，環(huán)境分析要集中在可能是限制因子的生態(tài)因素上。那些耐受范圍窄、在自然界變化幅度大的生態(tài)因子，最可能成為限制因子。1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理南北較高緯度地區(qū)的低溫是影響非洲蜂進一步向高緯度范圍擴散的限制因子。高緯度地區(qū)低溫對生物分布的限制耐受性定律(Lawoftolerance):

任何一個生態(tài)因子在數(shù)量上或質(zhì)量上的不足或過多，即當(dāng)其接近或達到某種生物的耐受限度是會使該種生物衰退或不能生存。1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理種群數(shù)量數(shù)量很低種群消失種群消失數(shù)量很低數(shù)量最高不能耐受區(qū)生理受抑制生理受抑制不能耐受區(qū)最適區(qū)環(huán)境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物種的耐受性限度圖解最適范圍亞適范圍亞適范圍不適范圍不適范圍不能生存因子梯度漸增生命活動或數(shù)量生物對環(huán)境因子的耐受曲線Shelford耐受性定律最適范圍不適范圍不能生存因子梯度漸增生命活動強度或數(shù)量生物對環(huán)境因子耐受曲線的實際表現(xiàn)亞適范圍亞適范圍不適范圍Shelford耐受性定律種類對溫度的耐受范圍（度）鮭魚0-12豹蛙0-30斑鳉10-40南極鱘-2-21生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理①每一種生物對不同生態(tài)因子的耐受范圍不同；②同一生物在不同發(fā)育階段,對同一生態(tài)因子的耐受范圍不同；③不同生物對同一生態(tài)因子的耐受范圍不同；④生物對某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時，對其他生態(tài)因子的耐受限度也下降。不同學(xué)者對耐受性定律的發(fā)展：生態(tài)幅(ecologicalamplitude)：生物對每一種生態(tài)因子都有其耐受的上限和下限，上限和下限之間就是生物對這種生態(tài)因子的耐受范圍，稱為生態(tài)幅。

1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理廣生態(tài)幅度狹生態(tài)幅度生命活動或數(shù)量環(huán)境因子變化梯度生態(tài)幅度的寬狹比較廣溫性生物狹溫喜熱生物生命活動或數(shù)量溫度變化梯度低→高狹溫喜冷生物生物對溫度的耐受溫度、濕度結(jié)合考慮，在中濕和中溫條件下，生物耐受限度最高。P.A.Haefner(1970)研究含鹽量、溫度因子在決定褐蝦最適耐受范圍時的相互作用。用死亡百分?jǐn)?shù)確定褐蝦的忍受限度。褐蝦的最大適合度在兩個因子的中值處在自然界，生物種往往并不處于其最適生境下，因為生物間的相互作用，常常妨礙它們?nèi)ダ米钸m宜的環(huán)境條件，因此生理最適點與生態(tài)最適點往往是不一致的4種草本植物在野外競爭作用條件下(生態(tài)最適)與在實驗室內(nèi)控制無競爭作用條件下(生理最適)的不同分布狀況比較(考查的生態(tài)因子為表層土壤的pH值)羊茅曲芒發(fā)草藍盆花酸模馴化(Acclimation)：一種生物長期生活在它最適生存范圍偏一側(cè)的環(huán)境條件下，久而久之就會導(dǎo)致該種生物耐受曲線的位置移動，并可產(chǎn)生一個新的最適生存范圍，而生存范圍的上、下限也會發(fā)生移動。生物的內(nèi)穩(wěn)態(tài)（homeostaticorganism)：通過控制自身的體內(nèi)環(huán)境，使其保持相對穩(wěn)定，減少對環(huán)境的依賴，從而擴大生物對生態(tài)因子的耐受范圍。

休眠(dormancy):

生命處于不活動狀態(tài)。生物對耐受限度的調(diào)整1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理不同溫度下馴化導(dǎo)致耗氧量的差異20016012080400102030溫度℃耗氧量（ml·g-1·h-1

）5℃馴化25℃馴化1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理馴化在5℃和25℃的蛙在不同溫度下的氧消耗金魚在兩種不同溫度下的鍛煉結(jié)果1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理內(nèi)穩(wěn)態(tài)和非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物(homeostaticorganism)是廣生態(tài)幅、廣適應(yīng)性物種。對于溫度因子，內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物保持體內(nèi)恒溫，對于濕度因子，表現(xiàn)為光濕性。非內(nèi)穩(wěn)態(tài)生物則表現(xiàn)為體內(nèi)環(huán)境隨外界環(huán)境而變化。1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理蜥蜴的行為適應(yīng)早上身體的側(cè)面迎向陽光，身體緊貼在溫暖的巖石中午面向陽光，在高處吹風(fēng)；或是移動至較蔭涼的地方木偶跳舞潛在沙中1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理休眠分長期、短期和各種中間狀態(tài)：冬眠(hibernation)夏眠(aestivation)蟄伏(torpor)：恒溫動物的半休眠狀態(tài)滯育(diapause)：昆蟲的休眠植物種子的后熟(after-ripening)1生物與環(huán)境——生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理1生物與環(huán)境2能量環(huán)境3物質(zhì)環(huán)境第一部分有機體與環(huán)境光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對溫度的適應(yīng)風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林火作為生態(tài)因子對于生物的影響及管理環(huán)境與生態(tài)因子生物與環(huán)境的相互作用生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理太陽輻射為地球上所有生命系統(tǒng)提供了能量，太陽輻射又溫暖了地球表面，使生物能夠生長、發(fā)育和繁衍，并對生物的分布起了重要的作用。光和溫度組成了地球上的能量環(huán)境。

光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對溫度的適應(yīng)風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林火作為生態(tài)因子對于生物的影響及管理2能量環(huán)境問題：生物可以利用那些能量？

太陽輻射光譜：

UV-CUV-BUV-A

可見光紅外光150---200----280----320---380---760---4000(nm)占總能量：9%45%46%地球上光的分布2能量環(huán)境2.1光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)可見光紅外線紫外線波長nm5001000200030004000能流強度影響太陽輻射的主要因素：經(jīng)大氣圈各種成分的吸收、反射和散射，到達地表的僅是總太陽輻射的47%；太陽高度角影響太陽輻射強度，高度角越小，太陽輻射穿過大氣層路程越長，輻射強度越弱；地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的影響，導(dǎo)致季節(jié)和晝夜，使太陽輻射呈周期性的變化；地面的海拔高度、坡度和坡向，影響輻射強度和日照時間。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)地表太陽輻射在不同區(qū)域的年變化(Mackenzieetal.,1998)2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)光質(zhì)隨時間和空間的變化：緯度變化：短波光隨緯度升高而減少海拔變化：短波光隨海拔升高而增加季節(jié)變化：冬季長波光多，夏季短波光多日變化：早晚長波光多，中午短波光多日照長度隨時間和空間的變化：春分和秋分時全球是晝夜相等；在北半球，春分到秋分晝長夜短，夏至?xí)冏铋L，并隨緯度升高晝長增加；秋分到春分晝短夜長，冬至?xí)冏疃?，并隨緯度升高晝長變短；北極夏半年全為白天，冬半年全為黑夜；赤道附近終年晝夜相等。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)23°27'夏至NSWENWES23°27'冬至春秋夏冬秋春冬夏TheseasonsintheNorthernandSouthernHemispheres10°20°30°35°40°45°50°10°20°30°35°40°45°50°18171615141312111096789101112131415光期

hr暗期

hr124681012M不同季節(jié)各緯度的日照長度50°45°40°35°30°20°10°光照強度的隨時間和空間的變化：緯度：隨緯度的升高而減少經(jīng)度：離海越遠，強度越大海拔：隨海拔升高而增強坡向、坡度：北緯30度地方，南坡>平地>北坡季節(jié)：一年中，夏季較強，冬季較弱日變化：一天中，中午最強，早晚最弱

2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)水體中光的變化

紅外和紫外光僅在水中幾米深就會被吸收完；紫光和藍光易被水面反射和散射；紅光在4m深水中光強降到1%，藍綠光能進入較深的水中。綠藻分布在上層水中，褐藻分布在較深水層中，紅藻分布在最深層，可達水深200m。水中的輻射強度隨水深的增加呈指數(shù)減弱。

根據(jù)水體中光的強弱或有無，可將水體分為光亮帶、弱光帶和無光帶，分別對生物產(chǎn)生不同的影響。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)

植物的光合作用：380-710nm之間的輻射能為光合有效輻射；葉綠素吸收峰為640-660nm紅光和430-450nm藍紫光。光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)藍紫綠橙紅紅外線400500600700波長nm↑相對吸收葉綠素α的吸收光譜

光質(zhì)不同對植物形態(tài)建成、向光性及色素形成的影響不同。藍紫光：促進蛋白質(zhì)的合成紅光：促進糖的合成紅外線是地表熱量的來源，對外溫動物的體溫調(diào)節(jié)和能量代謝起了決定作用。太陽魚視力的靈敏峰值為500～530nm。昆蟲的可見光范圍偏重短光波。光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)青光、藍紫光和紫外線等短波光抑制植物的伸長生長，使植物向光性更敏感。影響生物的生長發(fā)育、形態(tài)建成2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)光照強度的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)

光合作用與光照強度的關(guān)系01234567895040302010C4C3光強度/J·m-1·g-1CO2攝取/mgco2·dm-2·h-1高粱玉米小麥陽草水青岡陰草2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)植物對光照強度適應(yīng)的生態(tài)類型陽地植物：在全光照環(huán)境下才能正常生長的植物。陰地植物：在較弱光照環(huán)境下比在強光照環(huán)境下生長更好的植物。耐陰植物：在全光照下生長最好，但也能忍受適度的陰蔽。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)陽地植物與陰地植物的光補償點位置示意圖(Emberlin,1983)CP--光補償點(CompensationPoint)陽地植物陰地植物2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)小時植物光合作用的晝夜變化動物形態(tài)對光照強度的適應(yīng)夜行性動物的眼睛比晝行性動物大嚙齒類的眼球突出眼眶，為感受微弱的光終生地下生活的獸類，眼睛很小深海魚或具有發(fā)達視力，或本身具有發(fā)光器動物活動與光照強度的關(guān)系夜行性動物（狹光性種類）晝行性動物（廣光性種類）動物每天活動與光照強度的關(guān)系2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)動物對光照強度適應(yīng)的生態(tài)類型依活動時間的動物分類動物開始活動的時間2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)

生物的晝夜節(jié)律：動植物所表現(xiàn)出來的晝夜節(jié)律性的變化。其受外源性周期和內(nèi)源性周期的影響，只有光周期使動植物的晝夜節(jié)律與外界環(huán)境的晝夜變化同步起來。光周期現(xiàn)象：植物的開花結(jié)果、落葉和休眠，動物的繁殖、冬眠、遷徙和換毛等，是對日照長短的規(guī)律性變化的反應(yīng)，稱光周期現(xiàn)象。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對光周期性（日周期和年周期）的適應(yīng)

植物的光周期現(xiàn)象：長日照植物：日照超過某一數(shù)值時開花。小麥。短日照植物：日照小于某一數(shù)值時開花。玉米。中日照植物：晝夜長度竭盡相等時開花。甘蔗。日中性植物：開花不受日照長度影響。黃瓜、番茄。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對光周期性的適應(yīng)

長日照植物如唐菖蒲，若要使其提前開花，可在幼苗長至2片葉時，每天延長7h光照，并保持12～18℃的室溫，一個月后即可開放。短日照植物菊花，當(dāng)生長達10片葉以上，若縮短每天光照時數(shù)（如保持每天8h光照，16h黑暗），室溫保持20℃左右，一個月左右即可開花。如果要讓菊花延遲于春節(jié)開放，則可延長每天光照時數(shù)，如每天14h以上光照，即可使其不現(xiàn)蕾。而甘蔗若在夜間給以短暫的光照，就能抑制開花，提高產(chǎn)量。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)

動物的光周期現(xiàn)象：繁殖的光周期現(xiàn)象：繁殖與日照長短的關(guān)系長日照動物：在白晝逐漸延長的春季繁殖開始短日照動物：在白晝逐漸縮短的秋季繁殖開始昆蟲滯育的光周期現(xiàn)象換毛與換羽的光周期現(xiàn)象動物遷徙的光周期現(xiàn)象鳥類的生殖和遷飛2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對光周期性的適應(yīng)光周期決定三刺魚體內(nèi)激素的變化，激素的變化又影響著它們對水體含鹽量的選擇。而這就是三刺魚春季進入淡水而秋季返回海洋的原因。2能量環(huán)境——光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)昆蟲滯育的光周期現(xiàn)象梨小食心蟲在光照時間為每日13-14小時進入滯育。這種休眠狀態(tài)為耐受秋天和冬天的嚴(yán)寒作好了準(zhǔn)備。123456789101112遷徙遷徙越冬地渡夏地脫毛退化生殖殖繁器官成熟肥育肥育備準(zhǔn)鳥類節(jié)律

地球上溫度的分布——地表溫度的變化規(guī)律空間變化緯度：緯度升高，溫度下降。一般緯度升高1度，溫度下降0.5度。緯度升高，年較差增大。海拔高度：一般海拔升高100米，溫度下降0.5-0.6℃。山脈走向、地形：東西走向山脈能阻擋冷暖氣流。封閉山谷與盆地，白天受熱強烈，夜晚冷空氣下沉。2能量環(huán)境2.2生物對溫度的適應(yīng)

地球上溫度的分布——地表溫度的變化規(guī)律時間變化年變化：一年內(nèi)最熱月與最冷月的平均溫度之差，稱年較差。年較差受緯度、海陸位置（經(jīng)度）、地形等影響。晝夜變化：一天中最高氣溫（13-14時）與最低氣溫（日出前）之差，稱日較差。日較差也受緯度、經(jīng)度和海拔高度的影響。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)

地球上溫度的分布——土壤溫度的變化規(guī)律土壤表層的溫度變化較(氣溫)強烈，隨突然加深，溫度變幅減少。1m以下無晝夜變化，30m以下無季節(jié)變化。隨土壤深度增加，土壤最高溫與最低溫出現(xiàn)的時間落后于氣溫(成正比)。土表最高溫13時，10cm深度出現(xiàn)在16-17時。土壤溫度的年變化在不同地區(qū)差異很大，中緯度地區(qū)年變幅較大。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)土壤與空氣溫度變化比較2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)地表：1865℃120cm高度：1538℃土下30cm處：無變化

地球上溫度的分布——水體溫度的變化規(guī)律水體溫度的變化幅度較氣溫小。海洋水溫晝夜變化不超過4℃，隨深度增加變化幅度減小。水體溫度的成層現(xiàn)象。水體溫度的成層分布，各季節(jié)有明顯不同。中緯度和高緯度地區(qū)水溫成層現(xiàn)象最明顯。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)溫帶深水湖水溫垂直變化2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)

常溫動物與變溫動物。外溫動物與內(nèi)溫動物。

2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)溫度與動物類型在一定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)(熱中性區(qū))，內(nèi)溫動物消耗的能量是在基礎(chǔ)代謝率的水平上。當(dāng)環(huán)境溫度離這個區(qū)越來越遠時，內(nèi)溫動物維持恒定的體溫消耗的能量越來越多。

溫度影響酶促反應(yīng)；溫度直接影響生物的發(fā)育和生長速率。高溫對生物的傷害：蛋白質(zhì)(酶)變性、有機體脫水低溫對生物的傷害：凍害（低于-1℃

）、冷害（0℃

以上）不同物種對低溫的耐受性不同生物的抗寒鍛煉2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物對溫度的反應(yīng)不同物種對高溫的耐受性水生植物：30～40℃旱生植物：50～60℃獸類：42℃鳥類：46～48℃爬行類：45℃2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物發(fā)育和生長速度發(fā)育閾溫度(生物學(xué)零度)總積溫(有效積溫)：K=N(T-C)發(fā)育歷期和發(fā)育速率2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)溫度與生物發(fā)育的關(guān)系——有效積溫法則有效積溫法則：生物在生長發(fā)育過程中必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且各個階段所需的總熱量是一個常數(shù)。因此可用公式：N?T＝K表示，考慮到生物開始發(fā)育的溫度，又可寫成：

N(T－C)＝K,T＝C＋K／N，其中: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，C是發(fā)育起點溫度，又稱生物學(xué)零度，K是總積溫。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)有效積溫法則的意義預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)；預(yù)測生物地理分布的北界；預(yù)測害蟲來年的發(fā)生程歷；制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物；應(yīng)用積溫預(yù)報農(nóng)時。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)部分農(nóng)作物所需的(10C)有效積溫小麥：1000-1600馬鈴薯：1000-1600番茄：1500-2100玉米：2000-4000水稻：1800-2500棉花：2000-4000柑桔：4000-50002能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)馴化和氣候馴化生物體經(jīng)過鍛煉后，使自身變化去適應(yīng)于環(huán)境變化，以爭取生存的生態(tài)適應(yīng)。這個過程是由實驗誘導(dǎo)的，稱為馴化，如果在自然界中產(chǎn)生的則稱為氣候馴化。樺樹苗：-20～

-15C死亡-35C柳條：冬季-15C存活，夏季-5C死亡金魚：在20C水中，致死溫度34C～2.5C；在升溫飼養(yǎng)在30C水中后，致死溫度變?yōu)?8C～9C。春化：某些植物需要經(jīng)過一定的低溫階段才能成花，這種現(xiàn)象叫作春化現(xiàn)象，也叫感溫性。這個低溫周期叫作春化階段。不同植物所要求的低溫值和處理時間不同。根據(jù)花卉對低溫的要求不同，將其分為三類：

（１）冬性植物這類花卉要求低溫０-10度，30-70天內(nèi)完成春化作用。如兩年生花卉月見草、毛地黃等，虞美人等多年生早春開花種類，如芍藥等。（２）春性植物這類植物要求５-12度，5-15天的低溫才能成花,一年生花卉、秋季開花的多年生草花屬此類。（３）半冬性植物這類植物介于上述兩類之間，對低溫不太敏感，３-15度，15-20天完成春化階段。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物對極端溫度的適應(yīng)——生物對低溫環(huán)境的適應(yīng)形態(tài)方面：芽鱗、蠟粉、密毛、墊狀、匍匐等生理方面：增大細胞液濃度，降低含水量;動物增加脂肪、體內(nèi)產(chǎn)熱量。行為方面：休眠、遷移。貝格曼規(guī)律（Bergmann’srule)：來自寒冷氣候的內(nèi)溫動物，往往比來自溫暖氣候的內(nèi)溫動物個體更大，相對體表面積變小，單位體重的散熱減少。阿倫規(guī)律(Allen’srule)：寒冷地區(qū)的內(nèi)溫動物身體的突出部分，如四肢、尾巴和外耳有變小的趨勢。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)A北極狐(Alopexlagopus)B赤狐(Vulpesvulpes)C大耳狐(Fennecuszerda)三種不同狐貍的頭部及耳朵比較2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物對極端溫度的適應(yīng)——生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)形態(tài)方面：鱗片、被毛、厚皮、葉或皮反射光線、葉排列減少光照等生理方面：增大細胞液濃度，降低含水量。旺盛的蒸騰;動物適當(dāng)放寬恒溫性。行為方面：休眠、晝伏夜出。生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物對周期性變溫的適應(yīng)物候：植物適應(yīng)一年中溫度等的周期性變化，形成與此相適應(yīng)的發(fā)育節(jié)律。溫周期現(xiàn)象：植物生長發(fā)育與溫度晝夜變化同步的現(xiàn)象。晝夜變溫對種子萌發(fā)、植物生長都是有利的。溫度三基點:

最低溫度,最高溫度,最適溫度分布曲線。年均溫度、最高溫度和最低溫度都是影響生物分布的重要因子。如橡膠、椰子、銀杏、蘋果等分布范圍；熱帶雨林、落葉闊葉林等群落分布；菜粉蝶分布(不能忍受26度以上高溫)。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)生物對周期性變溫的適應(yīng)為什么我國西部一些地方(如新疆山麓綠洲地區(qū))出產(chǎn)的農(nóng)作物(如小麥、棉花、玉米、番茄等)，其產(chǎn)量非常高，品質(zhì)特別好？出產(chǎn)的水果(如瓜類、葡萄、大棗等)味極甜？(從光照、溫度與作物生理、生長、發(fā)育之間關(guān)系出發(fā)考慮)白天溫度高，光合作用強度大；夜間溫度低，呼吸作用弱，物質(zhì)消耗少，有利于植物有機物質(zhì)的積累。此外，充足的光照有利于作物果實中的有機酸分解成糖分，花青素增多，果皮著色鮮艷。2能量環(huán)境——生物對溫度的適應(yīng)物種分布與環(huán)境溫度極端溫度是限制溫度分布的首要因素高溫：白樺、云杉不能在華北平原生長；蘋果、梨、桃不能在熱帶開花結(jié)果；黃山松分布在1000-1200米以上；菜粉蝶不能忍受26℃以上的氣溫。低溫：橡膠分布區(qū)低于北緯24°40ˊ（云南盈江），海拔960米以下；劍麻是北緯26°，海拔900米以下；椰子是24°30ˊ（廈門），海拔640米以下（海南）；東亞飛蝗的北界為等溫線13.6℃。有效積溫足夠完成一個生活周期的地方才能分布昆蟲大發(fā)生時常暫時地超越其分布北界；溫度對恒溫動物分布限制小可通過其食物等生態(tài)因子而影響其分布。風(fēng)對生物生長及形態(tài)的影響2能量環(huán)境2.3風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林在高山和海岸邊，我們常常會見到這樣的一些樹木——它們的枝葉只生長在樹干的一側(cè)，遠看就像一面綠色的旗子插在地上，這就是旗形樹。風(fēng)對生物生長及形態(tài)的影響2能量環(huán)境2.3風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林沙雞榛雞風(fēng)是傳播運輸工具2能量環(huán)境——風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林風(fēng)的破壞作用2能量環(huán)境——風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林1934年5月12日，在美國與加拿大的西部發(fā)生了震驚世界的特大沙塵暴。這次沙塵暴影響面積之大，達到東西長2400公里，南北寬400公里，幾乎橫掃美國2/3的領(lǐng)土，從西海岸到東北海岸，刮起了約3億噸表土，其直接后果使美國冬小麥嚴(yán)重減產(chǎn)，比過去10年減少51億公斤。防風(fēng)林2能量環(huán)境——風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林緊密林帶疏透林帶通風(fēng)林帶火是一個重要的生態(tài)因子?；鹩袃煞N主要類型：林冠火、地面火。１、火對生物的作用火的有益作用：加速生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)，減少與耐火樹種競爭的物種火的有害作用：破壞自然界的生態(tài)平衡，引起水土流失，使大量肥料喪失，尤其是氮２、防火管理開展生物防火，建立生物防火林帶2能量環(huán)境2.4火作為生態(tài)因子對于生物的影響及管理1生物與環(huán)境2能量環(huán)境3物質(zhì)環(huán)境第一部分有機體與環(huán)境光的生態(tài)作用及生物對光的適應(yīng)生物對溫度的適應(yīng)風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林火作為生態(tài)因子對于生物的影響及管理環(huán)境與生態(tài)因子生物與環(huán)境的相互作用生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理水、大氣、土壤等構(gòu)成有機體生活的空間或棲息地，同時又為生物體的組成需要提供了常量元素和微量元素。這些生態(tài)因子組成了地球上的物質(zhì)環(huán)境。3物質(zhì)環(huán)境生物與水的關(guān)系大氣組成及其生態(tài)作用土壤理化性質(zhì)及對生物影響水的特性（1）水分子具有極性，使水成為最好的溶劑，有利于營養(yǎng)物質(zhì)運輸。（2）水具有高熱容量，使水生生物免受溫度的劇烈變化帶來的危害。（3）水具有特殊的密度變化，4℃時密度最大，減少了水體的凍結(jié)，保護了水生生物的生存。（4）水具有液態(tài)、氣態(tài)及固態(tài)3相變化，變化過程中能量的消耗和釋放過程，對生物系統(tǒng)能量利用起重要作用。3物質(zhì)環(huán)境3.1地球上水的存在形式及分布3物質(zhì)環(huán)境——地球上水的存在形式及分布

陸地上水的分布

（1）降雨量變化緯度：緯度增加，降水量減少經(jīng)度：由東向西減少海拔：海拔增加降水量增加地形：迎風(fēng)坡多，背風(fēng)坡少季節(jié)：夏季多，冬季少（2）大氣濕度相對濕度受到環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)：溫度增加，相對濕度降低；溫度降低，相對濕度增加。相對濕度隨地理位置而異：熱帶雨林帶80~100%，荒漠地帶低于20%。3物質(zhì)環(huán)境——地球上水的存在形式及分布陸地上水的分布（３）我國降雨量的地域分布3物質(zhì)環(huán)境水對動植物生長發(fā)育的影響水對動植物數(shù)量和分布的影響

3.2生物對水分的適應(yīng)生物體的水分獲得與損失途徑水分的喪失途徑植物－－蒸發(fā)（蒸騰作用、擴散作用）失水，分泌失水。動物－－蒸發(fā)失水，排泄、分泌失水。水分獲得途徑植物－－根部吸收，葉面吸收。動物－－食物，體表吸收，代謝水。3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)(自M.C.Molles,Jr,1999)生物體的水分獲得與損失途徑3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)

植物與水的關(guān)系陸生植物分為3種生態(tài)類型（形態(tài)、生理適應(yīng)）旱生植物中生植物濕生植物

3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)

植物與水的關(guān)系水生植物分為3種生態(tài)類型（形態(tài)、生理適應(yīng)）沉水植物、浮水植物、挺水植物有發(fā)達的通氣組織;增加漂浮能力機械組織不發(fā)達或退化;葉片薄而長,以增加光合和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的面積。3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)植物與水的關(guān)系水生植物分為3種生態(tài)類型沉水植物、浮水植物、挺水植物3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)水生植物在生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

動物與水的關(guān)系（1）水生動物的滲透壓調(diào)節(jié)低鹽環(huán)境和淡水環(huán)境中的動物：淡水動物對環(huán)境是高滲性(淡水的滲透濃度為2-3mmol/l，而動物體液或血液滲透濃度高)，導(dǎo)致水不斷滲入動物體內(nèi)，過剩的水不斷排出體外，保持水分平衡補充丟失的鹽分方法：食物鰓主動吸收鹽類海洋動物：等滲性：體液或血液滲透濃度與海水滲透濃度基本相等的動物，如海膽低滲性：血液和體液遠低與海水的動物，如鯡魚等3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)海洋動物鯊魚和無脊椎動物：等滲硬骨魚：低滲淡水動物硬骨魚：高滲河口動物洄游魚類：變滲透壓3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)等滲(isosmoticorganism)：體內(nèi)和體外的滲透壓相等，水和鹽以大致相等的速度在體內(nèi)外之間擴散。僅排泄失水，通過食物、飲水、代謝水獲得水，泌鹽器官排出多余的鹽分。水生動物的水平衡調(diào)節(jié)機制(自M.C.Molles,Jr,1999)3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)高滲：體內(nèi)的滲透壓高于體外，水由環(huán)境中向體內(nèi)擴散，體內(nèi)的鹽分向外擴散。通過排泄作用排出多余的水，鹽分通過食物和組織攝入。低滲：體內(nèi)滲透壓低于體外，水分向外擴散，鹽分進入體內(nèi)。通過食物、代謝水和飲水獲得水，多種多樣的泌鹽組織排出多余的鹽分。水生動物的水平衡調(diào)節(jié)機制(自Ricklefs,2001)3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)大馬哈魚這樣在淡水中出生，然后到海洋中長大，成年后再溯河洄游重返故鄉(xiāng)生殖后代的魚稱為溯河洄游魚類。鰻鱺是海里出生，秋天，從江河漫游入海，到達產(chǎn)卵場，孵化后的鰻苗，又能成群結(jié)隊地競相逆流而上，游回江河內(nèi)發(fā)育生長。這是一種洄游現(xiàn)象。3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)洄游魚類的水平衡調(diào)節(jié)機制滲透調(diào)節(jié)特征：具有淡水硬骨魚和海水硬骨魚的調(diào)節(jié)特征，依靠腎調(diào)節(jié)水，在淡水中排尿量大，在海水中排尿量少，在海水中又大量吞水，以補充水。鹽代謝依靠鰓調(diào)節(jié)：在海水中鰓排出鹽，在淡水中攝取鹽。

動物與水的關(guān)系（2）水生生物對水密度的適應(yīng)克服下沉：鰾，相當(dāng)于植物的充氣器官增加脂肪增加浮力減少運動阻力克服深海壓力：具有適應(yīng)的身體結(jié)構(gòu)。肋骨無胸骨附著，有的甚至無肋骨，缺少中央腱的肌膈膜斜置于胸腔內(nèi)．3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)水生環(huán)境與生物呼吸水中氧氣兩大來源：大氣中的氧擴散到水中。水中植物光合作用時釋放出氧。

溶解氧是水生生物最重要的限制因素之一水中氧含量的梯度:

遞減水面-----------------水底光合作用大氣溶解氧底層生物呼吸3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)陸生動物對水環(huán)境的適應(yīng)3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)適應(yīng)昆蟲具有幾丁質(zhì)的體壁，控制氣孔防止水分的過量蒸發(fā)；兩棲類動物體表分泌粘液以保持濕潤；哺乳動物有皮質(zhì)腺和毛，防止體內(nèi)水分過多蒸發(fā)。行為的適應(yīng)沙漠動物晝伏夜出：沙漠地區(qū)夏季晝夜地表溫度相差很大，因此地面和地下的相對濕度和蒸發(fā)力相差很大遷徙：在水分和食物不足時，遷移到別處。生理適應(yīng)儲水的胃；儲藏豐富的脂肪，在消耗過程中產(chǎn)生大量的水分；體表和體內(nèi)特殊物質(zhì)阻礙體表水的蒸發(fā)，不易脫水。陸生動物對水環(huán)境的適應(yīng)3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)陸生動物對水環(huán)境的適應(yīng)——動物與濕度3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)動物通過遷徙尋找適宜的濕度，通過夏眠和滯育躲過干旱的季節(jié)。按昆蟲對濕度的敏感度，可將其分為：喜濕的昆蟲喜干的昆蟲圖A：喜濕的昆蟲圖B：喜干的昆蟲70%40%80%蝗蟲為例陸生動物對水環(huán)境的適應(yīng)——動物與雪被3物質(zhì)環(huán)境——生物對水分的適應(yīng)雪被：高緯度地區(qū)冬季雪常形成穩(wěn)定的積雪蓋。雪被優(yōu)缺點：雪下生活的嚙齒類動物越冬存活率升高，對越冬植物有保護作用，在干旱地區(qū)，雪被成了天然的蓄水庫，雪被的形成妨礙了動物行走，雪被覆蓋了食物，動物獲食困難。在干燥空氣中，O2占大氣總量的20.95%，N2占78.9%，CO2占0.032%。這個比例在任何海拔高度的大氣中基本相似。但在地下洞穴或通氣不良的環(huán)境中，空氣中的O2和CO2含量與大氣不相同。由于海拔增高大氣壓降低，因此氧分壓也隨海拔增高而降低，這給哺乳動物的生存帶來威脅。在大氣組成成分中，對生物關(guān)系最為密切的是O2與CO2。3物質(zhì)環(huán)境3.2大氣組成及其生態(tài)作用（1）氧的作用與生物的適應(yīng)氧與動物能量代謝空氣中的氧比水中容易獲得，所以陸地動物能得到足夠多的氧，保證了陸生動物有高的代謝率，能進化成恒溫動物。由于水中溶解氧少，氧成為水生動物存活的限制因子，一些魚類耗O2量依賴于水中溶氧量而改變。由于陸地上氧濃度高，從海平面直到海拔6000m，動物代謝率沒有表現(xiàn)出隨氧濃度而改變。但氧濃度對代謝的影響可通過極低分壓時表現(xiàn)出來。3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用圖.在低氧濃度下，金魚的氧耗隨水中氧濃度成線性改變3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用內(nèi)溫動物對高海拔低氧的適應(yīng)動物或人從低海拔進入高海拔后，最明顯的適應(yīng)性反應(yīng)表現(xiàn)在呼吸與血液組成方面。首先是由于低氧刺激，動物產(chǎn)生過度通氣（呼吸深度的增加）。高海拔土著動物、人，或是馴化到高海拔上（3100—5500m）的人、大白鼠、豚鼠，其骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加（肌紅蛋白的攜氧能力遠大于血紅蛋白），為低氧狀態(tài)下的組織提供更多氧。人與其他哺乳動物從平原進入高海拔后，血液中的紅血球數(shù)量、血紅蛋白濃度及血球比積將升高。

3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用圖顯示，人由海拔850m進入4540m高度后，這三項指標(biāo)逐漸升高，數(shù)周后達到最大值，并維持在此高水平上。當(dāng)從高海拔回到平原后，這些指標(biāo)逐漸下降，恢復(fù)原水平。

血紅蛋白紅細胞血球比積3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用植物與氧植物與動物一樣呼吸消耗氧，但植物是大氣中氧的主要生產(chǎn)者。植物光合作用中，每呼吸44gCO2，能產(chǎn)生32gO2。白天，植物光合作用釋放的氧氣比呼吸作用所消耗的氧氣大20倍。據(jù)估算，每公頃森林每日吸收1噸CO2，呼出0.73噸氧；每公頃生長良好的草坪每日可吸收0.2噸CO2，釋放0.15噸O2。如果成年人每人每天消耗0.75kg氧，釋放0.9kgCO2，則城市每人需要10m2森林或50m2草坪才能滿足呼吸需要。因此植樹造林是至關(guān)重要的，不僅是美化環(huán)境，更主要的是給人類的生存提供了凈化的空氣環(huán)境。3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用（2）CO2的生態(tài)作用溫室效應(yīng)CO2與植物植物在光能作用下，同化CO2與水，制造出有機物。在高產(chǎn)植物中，生物產(chǎn)量的90—95%是取自空氣中的CO2，僅有5—10%是來自土壤。因此，CO2對植物生長發(fā)育具有重要作用。各種植物利用CO2的效率不同，C3植物（水稻、小麥等）對CO2的利用效率低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）?？諝庵蠧O2濃度雖為0.032%，但仍是高產(chǎn)作物的限制因素。這是因為CO2進入葉綠體內(nèi)的速度慢,效率低。在強光照下，作物生長盛期，CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2濃度能直接增加作物產(chǎn)量。3物質(zhì)環(huán)境——大氣組成及其生態(tài)作用（2）CO2的生態(tài)作用3物質(zhì)環(huán)境3.3土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響H2OO2CO2Soil3物質(zhì)環(huán)境—土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響土壤的生態(tài)意義：1土壤位于陸地生態(tài)系統(tǒng)的底部，具有營養(yǎng)物傳遞系統(tǒng)，再循環(huán)系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基底或基礎(chǔ)。在土壤中進行的兩個最重要的生態(tài)過程是分解和固氮過程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動物提供了棲息地。土壤是植物萌芽、支撐和腐爛的地方，又是水和營養(yǎng)物儲存場所；是動物和微生物藏身處，排污處；是污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要基地。因此土壤無論對植物或動物都是重要的生態(tài)因子，是人類重要的自然資源。土壤的物理性質(zhì)及其對生物的影響（1）土壤的質(zhì)地和結(jié)構(gòu)三相：土壤固、液、氣三相容積比，反映土壤水、氣關(guān)系質(zhì)地：三種質(zhì)地的肥水氣特點砂土：透氣強，保水差，保肥差壤土：通氣透水保肥，適宜種植粘土：透氣差，保水強，保肥強結(jié)構(gòu)：微團粒結(jié)構(gòu)（D<0.25mm）團粒結(jié)構(gòu)(0.25mm<D<10mm)，保水、透氣3物質(zhì)環(huán)境—土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響（2）土壤水分土壤水分(soilmoisture)能直接被植物根吸收利用。土壤水分有利于礦物質(zhì)養(yǎng)分的分解、溶解和轉(zhuǎn)化，有利于土壤中有機物的分解與合成，增加了土壤養(yǎng)分，有利于植物吸收。土壤水分過少時，植物受干旱威脅。土壤水分過多，引起有機質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機酸，對植物有毒害作用，并因根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐爛。土壤水分影響了土壤動物的生存與分布。各種土壤動物對濕度有一定的要求。土壤中水分過多時，可使土壤動物因缺氧而悶死。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響（3）土壤空氣土壤空氣來自大氣。但土壤空氣中的O2

含量和CO2含量與大氣有很大的差異，土壤中O2濃度一般為10—12%，CO2一般在0.1%左右，這些濃度隨季節(jié)、晝夜和深度而變化。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴散和交換的方式不斷進入地面空氣層，供植物葉利用，另一部分直接為根系吸收。土壤獸類如鼢鼠、鼴形鼠對土壤中的低氧和高CO2濃度產(chǎn)生了很好的適應(yīng)性。土壤通氣程度影響土壤微生物的種類、數(shù)量和活動情況，進而影響植物的營養(yǎng)狀況。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響（4）土壤溫度土壤溫度的變化:周期性的季節(jié)變化：夏季土壤溫度隨深度而下降，冬季隨深度而增加。日變化：白天土壤溫度隨深度下降，夜間隨深度增加。土壤溫度對動物的生長和活動的影響:

隨著土壤溫度的垂直變化，土壤動物會進行垂直的遷移。土壤溫度對植物生長的影響:

土壤溫度影響植物種子萌發(fā)、根系的呼吸和生長、影響微生物的活動、礦質(zhì)元素的溶解度等3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響土壤的化學(xué)性質(zhì)及其對生物的影響(１)土壤酸堿度:用pH值表示。分5級：pH<5為強酸性,pH5.0-6.5為酸性,pH6.5-7.5為中性,pH7.5-8.5為堿性,pH>8.5為強堿性。土壤酸堿性對生物的影響：土壤pH影響礦質(zhì)鹽分的溶解度，土壤pH通過影響微生物活動。土壤酸度影響動物區(qū)系及其分布。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響圖土壤pH對礦物養(yǎng)分的有效性影響。以帶寬度表示

（2）土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì)是土壤肥力的一個重要標(biāo)志。土壤有機質(zhì)可分成腐殖質(zhì)(humus)和非腐殖質(zhì)。非腐殖質(zhì)是死亡動植物組織和部分分解的組織。腐殖物質(zhì)是土壤微生物分解有機質(zhì)時，重新合成的具有相對穩(wěn)定性的多聚體化合物。腐殖質(zhì)是植物營養(yǎng)的重要碳源和氮源。還是異養(yǎng)微生物的重要養(yǎng)料和能源，能活化土壤微生物。土壤有機質(zhì)對土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成、保水、供水、通氣、穩(wěn)溫也有重要作用，從而影響植物生長。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響（3）土壤礦質(zhì)元素植物生命活動需要9種大量元素:碳、氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫7種微量元素:鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬和氯。除碳、氫、氧以外，植物所需的全部元素均來自土壤礦物質(zhì)和有機質(zhì)的礦物分解。不同植物需要各種礦質(zhì)元素的量不同，若濃度比例不合適將限制植物生長發(fā)育。土壤的無機元素對動物的生長和動物的數(shù)量也有影響。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響土壤的生物特性土壤中的生物種類繁多。土壤動物的總重量，比地球上人的重量大得多。土壤動物、微生物的影響：種子、果實傳播，有機物分解，固氮、病害等等。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響植物對土壤的適應(yīng)（1）根據(jù)植物對突然酸度的反應(yīng)，分為3種類型：酸性土植物：pH<6.5

中性土植物：pH6.5~7.5

堿性土植物：pH>7.5

（2）根據(jù)植物對土壤中鈣質(zhì)的關(guān)系，分為：鈣質(zhì)土植物、嫌鈣植物（3）鹽堿土植物和沙生植物形態(tài)和生理上的適應(yīng)性3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響鹽堿土對植物的危害引起植物的生理干旱傷害植物組織引起細胞中毒影響植物的正常營養(yǎng)在高濃度鹽類作用下氣孔不能關(guān)閉3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響鹽堿土植物對環(huán)境的適應(yīng)鹽堿土對植物生長的危害表現(xiàn)在傷害了植物組織，特別是根系；由于過多鹽積累引起植物代謝混亂；能引起植物生理干旱。形態(tài)適應(yīng)：矮小、干硬、葉子不發(fā)達、孔下陷，表皮具厚外皮，常具灰白色絨毛。細胞間隙小，柵欄組織發(fā)達。有的具有肉質(zhì)性葉，有特殊儲水細胞。生理適應(yīng)：根據(jù)鹽土植物對過量鹽類的適應(yīng)特點，可分為聚鹽性植物、泌鹽性植物和不透鹽性植物。聚鹽性植物的原生質(zhì)抗鹽性特別強，能忍受高濃度的NaCl溶液。其細胞液濃度特別高，根部細胞的滲透壓一般為40個大氣壓，甚至可高達70—100個大氣壓，所以能夠吸收高濃度土壤溶液中的水分，例如鹽角草、海蓮子等。泌鹽植物能把根吸入的多余鹽，通過莖、葉表面密布的鹽腺排出來，再經(jīng)風(fēng)吹和雨露淋洗掉，屬于這類植物的有檉柳、紅砂、濱海的各種紅樹植物等。不透鹽性植物的根細胞對鹽類的透過性非常小，它們幾乎不吸收或很少吸收土壤中的鹽類。這類植物細胞的滲透壓也很高，是由體內(nèi)大量的可溶性有機物，如有機酸、糖類、氨基酸等產(chǎn)生的。高滲透壓也提高了根從鹽堿土中吸水能力，所以它們被看成是抗鹽植物，蒿屬、鹽地紫苑、鹽地風(fēng)毛菊、堿地風(fēng)毛菊等都屬這一類。3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響鹽角草細葉鹽爪爪3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響鹽節(jié)木鹽穗木3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響檉柳芨芨草無性繁殖能力很強，分蘗生長應(yīng)用：造紙3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響沙生植物對環(huán)境的適應(yīng)沙生環(huán)境高溫、干旱、強風(fēng)、土壤貧瘠植物的適應(yīng)地面植株小、根系發(fā)達頁邊極端縮小或退化貯水細胞或脂類物質(zhì)細胞具有高滲透壓休眠3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響梭梭3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響3物質(zhì)環(huán)境——土壤理化性質(zhì)及其對生物的影響檸條Havearest！基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)

天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)第二部分種群生態(tài)學(xué)種群及其基本特征生物種及其變異與進化生活史對策種內(nèi)與種間關(guān)系

4

5

6

74.種群及其基本特征種群動態(tài)2集合種群動態(tài)4種群的概念31種群調(diào)節(jié)334.種群及其基本特征種群（Population）：是在同一時期內(nèi)占有一定空間的同種生物個體的集合（總和）。以往曾有人譯為繁群、族群(臺)，個體群(日)等，也有人翻譯為人口(目前在人口學(xué)中仍稱之)、蟲口、魚口、鳥口等，不一而足4.1種群的概念種群可以由單體生物或構(gòu)件生物組成。單體生物(unitaryorganism)：個體由一個受精卵直接發(fā)育而成，形態(tài)、發(fā)育可預(yù)測構(gòu)件生物(modularorganism)：受精卵先發(fā)育成構(gòu)件，再發(fā)育成更多的構(gòu)件，形態(tài)、發(fā)育不可預(yù)測4.種群及其基本特征自然種群有3個基本特征：（1）空間特征，即種群具有一定的分布區(qū)域；（2）數(shù)量特征，即種群密度是變動的；（3）遺傳特征，種群具有的基因組成及其變動。4.1種群的概念4.種群及其基本特征種群生態(tài)學(xué)研究種群的數(shù)量、分布以及種群與其棲息環(huán)境中的非生物因素和其他生物種群（捕食者與獵物、寄生物與宿主）之間的相互作用。種群是物種在自然界中存在的基本單位從某種意義上說，種群是生態(tài)學(xué)各研究層次中極重要的一個層次(對于動物生態(tài)學(xué)來說尤是如此)。4.1種群的概念種群在地球上生命有機界組建水平中的位置4.種群及其基本特征種群動態(tài)2集合種群動態(tài)4種群的概念31種群調(diào)節(jié)334.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群動態(tài)研究種群數(shù)量在時間上和空間上的變動規(guī)律。有多少？哪里多，哪里少？怎樣變動？為什么變？數(shù)量和密度分布數(shù)量變動和擴散遷移種群調(diào)節(jié)種群的密度和分布（1）種群的大小和密度種群大小(size)是一定區(qū)域種群的個體數(shù)量、生物量或能量。種群密度(density)是單位面積、單位體積或單位生境中個體的數(shù)目。4.2種群動態(tài)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)（2）種群的數(shù)量統(tǒng)計(Census)總數(shù)量調(diào)查法：計數(shù)某地段中某種生物個體的全部存活者的數(shù)量，然后將總個體數(shù)除以該地段的面積，即為該種群的絕對密度。樣方法：根據(jù)種群在某地段的分布情況，選擇一定數(shù)量的樣方，計數(shù)樣方中的個體數(shù)量，求出樣方中種群的密度，據(jù)樣方中的種群密度估計該地段的種群密度。種群的密度和分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)（2）種群的數(shù)量統(tǒng)計(Census)標(biāo)志重捕法:

在調(diào)查樣地上，隨機捕獲一部分個體進行標(biāo)記后釋放，經(jīng)過一定期限后重捕。根據(jù)重部取樣中標(biāo)記比例與樣地總數(shù)中標(biāo)記比例相等的假設(shè)，來估計樣地中被調(diào)查動物的總數(shù)，即：

N總數(shù),M標(biāo)記個體數(shù),n重捕個體數(shù),m重捕中標(biāo)記數(shù)糞堆計數(shù)法：如，在野外調(diào)查中，經(jīng)兩天后新增加的某種鹿的糞堆平均數(shù)為200堆/公頃。根據(jù)觀察，每只鹿每天平均排糞率為5堆，這樣就可估計鹿的數(shù)量：

200（堆）/[5（堆）/2（天）]=20（只）種群的密度和分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)（3）種群的空間結(jié)構(gòu)3種類型：隨機型(random)、均勻型(uniform)、成群型(clumped)種群的密度和分布

種群內(nèi)的個體之間保持一定的均勻距離。在自然情況下，最為罕見。（人工栽培時常見，沙漠中植物為競爭水分）均勻分布（規(guī)則分布）4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群的密度和分布種群內(nèi)的每個個體的出現(xiàn)都有同等機會，或者說，個體分布和機率相符合。在自然界中不很常見，只有在主導(dǎo)因子呈隨機分布時，才可能出現(xiàn)。當(dāng)一批植物(種子繁殖)首次入侵裸地上，常形成隨機分布，但要求裸地的環(huán)境較為均一。隨機分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群的密度和分布成群分布種群內(nèi)個體分布不均，形成了許多密集的團塊。在自然情況下最為常見。原因是：（1）生境不均勻；（2）種群的繁殖特性和種子的傳布方式；（3）動物的社會行為種群的密度和分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)（3）種群的空間結(jié)構(gòu)測定方法：方差/均數(shù)比率法（S2/m）S2/m=0，均勻分布S2/m=1，隨機分布S2/m>1，成群分布m=∑fx/N,S2=〖∑(fx2)-[(∑fx)2/N]〗/N-1x為樣方中個體數(shù)，f為出現(xiàn)頻率，N為樣本總數(shù)種群的密度和分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群密度，它是種群的最基本特征初級種群參數(shù)，包括出生率和死亡率，遷移次級種群參數(shù)，包括性比，年齡結(jié)構(gòu)和種群增長率等種群統(tǒng)計學(xué)Population(N)遷出遷入死亡出生種群統(tǒng)計學(xué)就是種群的出生、死亡、遷移、性比、年齡結(jié)構(gòu)等的統(tǒng)計學(xué)研究。4.種群及其基本特征——種群動態(tài)年齡結(jié)構(gòu)和性比年齡結(jié)構(gòu)：指不同年齡組的個體在種群中所占的比例或配置情況。種群統(tǒng)計學(xué)西安市人口年齡結(jié)構(gòu)分布圖(資料截止于1998年)男性女性4.種群及其基本特征——種群動態(tài)木棉樹（Populus

deltoidessubsp.）種群的年齡分布(自M.C.Molles,Jr,1999)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)年齡結(jié)構(gòu)和性比年齡錐體的三種基本類型增長型種群：幼體個體比例高，老年個體比例少；穩(wěn)定型種群：老、中、幼年個體比例大致相當(dāng)；下降型種群：幼年個體比例少，老年個體比例高。性比：種群中雌雄個體所占的比例。種群統(tǒng)計學(xué)生育后期生育期生育前期增長型穩(wěn)定型下降型年齡結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：

A.判斷動物瀕危狀況的一個重要標(biāo)志。

B.經(jīng)濟魚類的捕撈標(biāo)志----捕撈種群年齡的低齡化和小型化現(xiàn)象。

C.研究人口的有用工具。降低人口增長率的措施（政策）：

a.晚育，假如20歲生育，100年生育5代；25歲生育，100年生育4代，少生一代，對于我國來說就意味著少生2億多人。

b.少生。但長期執(zhí)行“臨界生育水平”（人口增長為零）以下的出生率標(biāo)準(zhǔn)，又會使年齡結(jié)構(gòu)出現(xiàn)衰退型，使社會人口老齡化?？夏醽?、美國和澳大利亞的人口年齡分布4.種群及其基本特征——種群動態(tài)生命表和存活曲線生命表(lifetable)：是記錄種群各年齡級的個體數(shù)目、生存率和死亡率等信息的一覽表。動態(tài)生命表：根據(jù)對同年出生的所有個體進行存活數(shù)目動態(tài)監(jiān)測的資料而編制的生命表，也叫同生群生命表。靜態(tài)生命表：根據(jù)某一特定時間對種群作一年齡結(jié)構(gòu)調(diào)查資料而編制的生命表。種群統(tǒng)計學(xué)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)始存活率lx1.0000.4370.2390.1410.1090.0770.0460.0140.0140142.062.034.020.015.511.06.52.02.0080.028.014.04.54.54.54.502.0-0.5630.4520.4120.2250.2900.4090.69201-102482717.7513.258.754.25210224122744729.25167.253101.581.972.182.351.891.451.121.500.50-始存活率lx1.0000.4370.2390.1410.1090.0770.0460.0140.0140142.062.034.020.015.511.06.52.02.0080.028.014.04.54.54.54.502.0-0.5630.4520.4120.2250.2900.4090.69201-102482717.7513.258.754.25210224122744729.25167.253101.581.972.182.351.891.451.121.500.50-編制生命表的意義回答種群今后要出生的一代，在現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境(及社會、經(jīng)濟)條件下，預(yù)期能活多大年齡；同時回答某個個體現(xiàn)在是多少歲，預(yù)期還能活多少歲或能夠活到多少歲為考察種群再生產(chǎn)、預(yù)測未來種群數(shù)量變動、組成，制定種群發(fā)展規(guī)劃等提供可靠數(shù)據(jù)綜合反映不同區(qū)域、不同環(huán)境和不同時代的生態(tài)(及社會、經(jīng)濟)條件對種群壽命的影響4.種群及其基本特征——種群動態(tài)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)生命表和存活曲線存活曲線：是一條反映種群各齡級個體存活狀態(tài)的曲線。直觀地表達了同生群的存活過程。X軸，年齡，可以是各年齡期占總存活年限的百分?jǐn)?shù)。Y軸，lgnx或lglx，各年齡存活數(shù)或存活率的對數(shù)形式。種群統(tǒng)計學(xué)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)Ⅰ型:曲線凸形，表示幼體存活率高，老年個體死亡率高。Ⅱ型:曲線對角線形，表示在整個生活期中，有一個穩(wěn)定的死亡率。Ⅲ型:曲線凹形，表示幼體死亡率很高。存活曲線分為三種基本類型：種群增長率和內(nèi)稟增長率種群的實際增長率成為自然增長率，同r表示。自然增長率（r）=出生率（b）-死亡率（d）在實驗室不受限制的條件下種群的增長率為內(nèi)稟增長率，用rm表示。是種群的最大瞬時增長率。世代凈增殖率R0，由生命表中存活率lx與生殖率mx相乘，并累加起來,即:R0=∑lx

mx。R0可通過生命表資料計算；T表示世代時間，是指種群中子代從母體出生到子代再產(chǎn)子的平均時間，可用生命表資料估計。即：T=（∑xlx

mx)/(∑lx

mx)種群統(tǒng)計學(xué)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)人口、計劃生育的途徑：降低R0值；增大T值4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群增長模型與密度無關(guān)的增長模型：不受資源限制，不受自身密度影響①種群離散增長模型:世代不重疊;沒有年齡結(jié)構(gòu)。如一年生植物及昆蟲②種群連續(xù)增長模型：世代重疊;具有年齡結(jié)構(gòu)。如人和多種獸類與密度有關(guān)的增長模型：有一個環(huán)境容納量K，當(dāng)Nt=K時，種群為零增長，每增加一個個體就產(chǎn)生1/K的抑制影響。與密度無關(guān)的增長模型①種群離散增長模型條件：世代不重疊;沒有年齡結(jié)構(gòu);沒有遷入和遷出模型：N為種群大小，t為世代，周限增長率特點：>1，種群上升；

=1，種群穩(wěn)定；

0<<1，種群下降；

=0，沒有繁殖，種群在下一代滅亡。種群增長模型4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群幾何增長模型Nt

=N0λt時間t處的種群個體數(shù)初始時的種群個體數(shù)量幾何增長率(周限增長率)lgNt=lgN0+tlgλNt＋1=Ntλ時間t+1處的種群個體數(shù)N1=

N0

λ1

N2=

N0λ2N3=

N0

λ3Nn

=N0

λt幾何增長模型及草夾竹桃假設(shè)的增長曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)>1種群上升=1種群穩(wěn)定0<<1種群下降=0沒有繁殖<0種群滅亡4.種群及其基本特征——種群動態(tài)4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群增長模型與密度無關(guān)的增長模型：不受資源限制，不受自身密度影響①種群離散增長模型:世代不重疊;沒有年齡結(jié)構(gòu)。如一年生植物及昆蟲②種群連續(xù)增長模型：世代重疊;具有年齡結(jié)構(gòu)。如人和多種獸類與密度有關(guān)的增長模型：有一個環(huán)境容納量K，當(dāng)Nt=K時，種群為零增長，每增加一個個體就產(chǎn)生1/K的抑制影響。與密度無關(guān)的增長模型②種群連續(xù)增長模型條件：世代重疊;具有年齡結(jié)構(gòu)模型：dN/dt=（b-d)N=rN,積分形式為Nt=N0ertb瞬時出生率，d瞬時死亡率r瞬時增長率圖形:“J”型增長曲線種群的數(shù)量加倍時間：

Nt=2N0因此：ert=2，ln2=rt,t=0.69315/r4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群增長模型r>0種群上升r=0種群穩(wěn)定r<0種群下降4.種群及其基本特征——種群動態(tài)蘇格蘭松和領(lǐng)鴿種群的指數(shù)增長曲線(自M.C.Molles,Jr,1999)世界人口的增長曲線4.種群及其基本特征——種群動態(tài)種群增長模型與密度無關(guān)的增長模型：不受資源限制，不受自身密度影響①種群離散增長模型:世代不重疊;沒有年齡結(jié)構(gòu)