生物與環(huán)境的生態(tài)關(guān)系

生物與環(huán)境的生態(tài)關(guān)系第1頁/共63頁2環(huán)境的功能：（1）提供資源功能（2）消納廢物功能（3）生命支持系統(tǒng)功能（4）文化功能第2頁/共63頁3環(huán)境的基本特征：（1）環(huán)境的整體性（2）環(huán)境資源的有限性（3）環(huán)境的變動(dòng)性和穩(wěn)定性（4）環(huán)境的地域差異性第3頁/共63頁4生態(tài)環(huán)境：相對(duì)于人類為主體的自然環(huán)境（生態(tài)環(huán)境——自然環(huán)境）（生態(tài)環(huán)境——自然生態(tài)系統(tǒng)）

環(huán)圍著人群的空間中可以影響到人類生活、生產(chǎn)的一切自然形成的物質(zhì)和能量的總稱。第4頁/共63頁二生態(tài)因子：環(huán)境因子：組成環(huán)境整體的各種物理、化學(xué)、生物因子。生態(tài)因子：環(huán)境因子中對(duì)生物的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的因子。生境（棲息地）：具體的生物個(gè)體或群體生活區(qū)域所有生態(tài)因子的綜合。第5頁/共63頁生態(tài)因子性質(zhì)

（1）氣候因子——光、熱、水、氣等（2）土壤因子——土壤結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)以及土壤生物等（3）地形因子——陸地、海洋、海拔高度、山脈的走向與坡度等（4）生物因子——?jiǎng)游?、植物和微生物之間的相互作用（5）人為因子——由于人類活動(dòng)對(duì)自然的破壞及對(duì)環(huán)境的污染作用第6頁/共63頁第二節(jié)生物與環(huán)境相互作用的規(guī)律一生態(tài)因子對(duì)生物的作用規(guī)律（1）最小因子定律

1限制因子定律“水桶原理”第7頁/共63頁E.P.Odum（1973）建議對(duì)Liebig定律做2點(diǎn)補(bǔ)充：

A.這一定律只適用于嚴(yán)格的穩(wěn)定狀態(tài)，即在物質(zhì)和能量的流入和流出處于平衡的情況下才適用。

B.要考慮生態(tài)因子之間的相互作用（如生態(tài)因子的補(bǔ)償作用等）。利比希（Liebig）：

“植物的生長取決于那些處于最少量狀態(tài)的營養(yǎng)元素”第8頁/共63頁（2）限制因子：當(dāng)接近或超過某種生物的耐受性限度而阻止其生存、生長、繁殖的生態(tài)因子。限制因子定律：

1）“最小因子定律”的發(fā)展

2）生態(tài)因子處于最低、最適、最大狀態(tài)時(shí)的生理現(xiàn)象第9頁/共63頁2耐性定律與生態(tài)幅（1）耐性定律：

Shelford耐受性定律(Lawoftolerance)

任何一個(gè)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(dá)到某種生物的耐受限度時(shí)會(huì)使該種生物衰退或不能生存。第10頁/共63頁在Shelford以后，許多學(xué)者對(duì)耐受性定律作了發(fā)展，概括如下：

A.一種生物對(duì)各種生態(tài)因子的耐性范圍不同；不同生物對(duì)同一生態(tài)因子的耐性范圍也不同；

B.同種生物在不同發(fā)育階段對(duì)多種生態(tài)因子的耐性范圍不同，通常在生殖生長期對(duì)生態(tài)條件的要求最嚴(yán)格，耐性范圍最窄；

C.由于生態(tài)因子的相互作用，當(dāng)某個(gè)生態(tài)因子不是處在最適狀態(tài)時(shí)，則生物對(duì)其它一些生態(tài)因子的耐性范圍將會(huì)縮??；

D.對(duì)主要生態(tài)因子耐性范圍廣的生物種，其分布也廣；

F.同一生物種內(nèi)的不同品種，長期生活在不同生態(tài)環(huán)境下，對(duì)多個(gè)生態(tài)因子會(huì)形成有差異的耐性范圍，即產(chǎn)生生態(tài)型的分化。第11頁/共63頁（2）生態(tài)幅

每一種生物對(duì)每一種生態(tài)因子都有一個(gè)耐受范圍，即有一個(gè)生態(tài)上的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)（或稱耐受性的上限和下限）之間的范圍，稱為生態(tài)幅。

當(dāng)生物對(duì)環(huán)境中某一個(gè)生態(tài)因子的適應(yīng)范圍較寬，而對(duì)另一個(gè)因子的適應(yīng)范圍較窄時(shí)，生態(tài)幅往往受到后一個(gè)生態(tài)因子的限制。生物在不同發(fā)育期對(duì)生態(tài)因子的耐受限度不同，物種的生態(tài)幅往往取決于它臨界期的耐受限度。第12頁/共63頁3生態(tài)因子作用的基本特點(diǎn)：（1）綜合作用（2）主導(dǎo)因子作用（3）不可代替性和可補(bǔ)償性作用（4）直接作用和間接作用（5）階段性作用第13頁/共63頁二生物與環(huán)境相互作用的基本形式1生態(tài)作用：2生態(tài)適應(yīng)：3生態(tài)反作用：環(huán)境對(duì)生物的影響。生物處于特定環(huán)境條件（特別是極端環(huán)境）下發(fā)生的結(jié)構(gòu)、過程和功能的改變，這種改變有利于生物在新的環(huán)境下生存和發(fā)展。分短期適應(yīng)和長期適應(yīng)兩類。生物對(duì)環(huán)境的影響和改變第14頁/共63頁三人類與環(huán)境的辨正關(guān)系1人類是環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類與環(huán)境是統(tǒng)一的、密不可分的。2人類能動(dòng)地利用和改造環(huán)境，被改造的環(huán)境又反作用于人類，影響人類的生存和發(fā)展。3在人類與環(huán)境構(gòu)成的“人類—環(huán)境”系統(tǒng)中，人是矛盾的主要方面。第15頁/共63頁第三節(jié)光因子與生物的生態(tài)關(guān)系一光的性質(zhì)光的波長范圍：150～4000nm可見光的波長：380～760nm

（光合作用）波長越長，增熱效應(yīng)越大。葉綠素吸收最強(qiáng)的可見光譜：紅光（620～760nm）、藍(lán)光（435-490nm）吸收最少的——綠光第16頁/共63頁二環(huán)境中光的變化1光質(zhì)的時(shí)空變化

2日照時(shí)間的時(shí)空變化3光照強(qiáng)度的時(shí)空變化（1）緯度↑，長波光↑；海拔↑，短波光↑。（2）夏－短波光較多，冬－長波光較多。（3）早晚－長波光，中午—短波光第17頁/共63頁三光照強(qiáng)度的生態(tài)作用及生物適應(yīng)光補(bǔ)償點(diǎn)：植物累積干物質(zhì)的最小光強(qiáng)

當(dāng)植物光合作用所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)恰好抵償呼吸作用所消耗的有機(jī)物質(zhì)時(shí)的光照強(qiáng)度。第18頁/共63頁光飽和點(diǎn)：隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也提高，但當(dāng)光強(qiáng)增加到一定程度后，光合作用增加的幅度逐漸減緩，達(dá)到某一光強(qiáng)時(shí)，光合作用強(qiáng)度不再增強(qiáng)，此時(shí)的光照強(qiáng)度成為光飽和點(diǎn)。黃化現(xiàn)象：弱光下植物色素不能形成，細(xì)胞縱向伸長，碳水化合物含量低，植株為黃色軟弱狀。

（韭黃）第19頁/共63頁植物對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)類型：（1）陽性植物：在強(qiáng)光下才能生長發(fā)育良好，而在隱蔽和弱光下生長發(fā)育不良的植物。

（馬尾松）（2）陰性植物：需要在較弱的光照條件下，不能忍耐強(qiáng)光照條件的植物。

（苔蘚類、人參）（3）耐陰植物：適宜在全光照下生長。

（葉菜類、部分豆科植物）第20頁/共63頁四光照時(shí)間與光周期現(xiàn)象光周期現(xiàn)象：由于分布在地球各地的動(dòng)植物長期生活在各自光周期環(huán)境中，在自然選擇和進(jìn)化中形成了各類生物所特有的對(duì)日照長度變化的反應(yīng)方式。第21頁/共63頁根據(jù)植物開花對(duì)日照長度的反應(yīng)，將植物分成4類：

（1）長日照植物：日照超過某一數(shù)值或黑夜小于某一數(shù)值時(shí)才能開花的植物。這類植物起源和分布在溫帶和寒溫帶地區(qū)。

（2）短日照植物：日照小于某一數(shù)值或黑夜大于某一數(shù)值時(shí)才能開花的植物。多起源和分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。

（3）日中性植物：開花不受日照長度影響的植物，如黃瓜、番茄和番薯等。

（4）中日照植物：晝夜長度接近相等時(shí)才開花的植物，光照超過或低于這一時(shí)數(shù)，對(duì)其開花都有影響。僅少數(shù)熱帶植物屬于這一類型。（甘蔗）

1植物的光周期現(xiàn)象：第22頁/共63頁2動(dòng)物的光周期現(xiàn)象：鳥類的遷徙哺乳動(dòng)物的換毛與換羽繁殖第23頁/共63頁五光質(zhì)的生態(tài)作用生理有效輻射：能被葉綠素、類胡蘿卜素吸收的光輻射（紅橙光、藍(lán)紫光）。生理無效輻射：很少具有光合效能的輻射（綠光）。

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)建設(shè)的誘導(dǎo)是不同的。第24頁/共63頁第四節(jié)溫度與生物的生態(tài)關(guān)系一溫度的時(shí)空變化1溫度的空間變化規(guī)律2溫度的時(shí)間變化規(guī)律第25頁/共63頁二溫度對(duì)生物的影響1生物與“三基點(diǎn)”溫度“三基點(diǎn)”溫度：最適溫度、最低溫度、最高溫度第26頁/共63頁2氣溫與生物分布

生物分布于其最適溫度附近地區(qū)。由于多數(shù)生物的最適溫度為20℃～30℃，因而溫暖地區(qū)分布的生物種類多，低溫地區(qū)的則少。

影響生物分布的溫度因子不僅指平均氣溫，而且極端高溫或低溫也成為生物分布的限制因子。

高溫限度規(guī)定了生物分布的南界和山體的下界（蘋果）；低溫限度則規(guī)定了生物分布的北界和上體的上界（橡膠）。第27頁/共63頁三極端溫度與生物1低溫傷害及適應(yīng)0℃以上低溫對(duì)喜溫生物的傷害，低溫造成生物生理活動(dòng)（光合、呼吸、吸收、蒸騰等）機(jī)能的降低和生理平衡狀態(tài)的破壞。冰點(diǎn)以下低溫對(duì)生物的傷害，造成生物體內(nèi)結(jié)冰，細(xì)胞原生質(zhì)膜破裂和酶蛋白失活與變性。低溫傷害冷害凍害第28頁/共63頁生物對(duì)低溫的適應(yīng)

貝格曼規(guī)律：來自寒冷氣候的內(nèi)溫動(dòng)物，往往比來自溫暖氣候的內(nèi)溫動(dòng)物的個(gè)體大，導(dǎo)致其相對(duì)體表面積變小，使單位體重上的相對(duì)散熱量減少，有利于抗寒。

阿倫定律：在寒冷地區(qū)的哺乳動(dòng)物，四肢、尾、耳朵以及鼻子有明顯地趨于縮短現(xiàn)象，以減少熱量散發(fā)。

在低溫下生活的植物，通常減少細(xì)胞中的水分，增加糖類、脂肪和色素等物質(zhì)以降低植物的冰點(diǎn)，使細(xì)胞液冰點(diǎn)常在-1℃~-5℃，增加抗寒防凍能力。第29頁/共63頁2生物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)生物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)在形態(tài)、生理和行為三個(gè)方面。

植物方面：有些植物生有密絨毛和鱗片，能過濾一部分陽光；有些植物呈白色、銀白色，葉片革質(zhì)發(fā)亮，能反射一大部分陽光，使植物體免受熱傷害；有些植物葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片折疊，減少光的吸收面積；有些植物的樹干和根莖生有很厚的木栓層，具有絕熱和保護(hù)作用。動(dòng)物方面：適當(dāng)放松恒溫性，使體溫有較大的變幅，這樣在高溫炎熱時(shí)身體能暫時(shí)吸收和貯存大量的熱并使體溫升高，然后在環(huán)境條件改善時(shí)或躲到陰涼處時(shí)再把體內(nèi)的熱量釋放出去，體溫隨之下降。第30頁/共63頁四積溫對(duì)生物生長發(fā)育的影響發(fā)育閾溫度(生物學(xué)零度)：

生物的發(fā)育生長是在一定的溫度范圍上才開始，低于這個(gè)溫度，生物不發(fā)育。

熱帶地區(qū)植物的生物學(xué)零度在10℃左右。積溫：

生物在整個(gè)生長發(fā)育期或某一發(fā)育階段，高于一定溫度以上的溫度總和。分為有效積溫和活動(dòng)積溫。

第31頁/共63頁有效積溫的計(jì)算方法：

K=N（T—T0）式中：

K——生物完成某階段的發(fā)育所需的有效積溫，是常數(shù)（用“日度”表示）

N——發(fā)育歷期，即完成某階段的發(fā)育所需的天數(shù)。

T——發(fā)育時(shí)期的環(huán)境平均溫度。

T0——該生物的發(fā)育閾溫度?；顒?dòng)積溫：

大于某一臨界溫度值的日平均氣溫的總和，如日平均氣溫≥0℃的活動(dòng)積溫和日平均氣溫≥10℃的活動(dòng)積溫。有效積溫：

扣除生物學(xué)下限溫度（有時(shí)同時(shí)扣除生物學(xué)上限溫度），對(duì)作物生長發(fā)育有效的那部分溫度的總和。第32頁/共63頁五節(jié)律性變溫對(duì)生物的影響及適應(yīng)1溫周期現(xiàn)象：

植物對(duì)溫度有節(jié)奏的晝夜變化的反應(yīng)。2春化作用：

由低溫誘導(dǎo)的開花。3物候：

生物長期適應(yīng)于一年四季的溫度變化而形成的生長發(fā)育節(jié)律。4休眠：

生物為抵御不利環(huán)境條件而處于一種暫時(shí)不活動(dòng)狀態(tài)。第33頁/共63頁第五節(jié)水與生物的生態(tài)關(guān)系一陸地上水的分布1降雨量及其變化規(guī)律（1）緯度（2）海陸位置（3）地形（4）季節(jié)第34頁/共63頁2大氣濕度：反映大氣中氣態(tài)水的含量相對(duì)濕度（RH）：?jiǎn)挝蝗莘e空氣中的實(shí)際水汽含量（e）與同一溫度下的飽和水汽含量（E）之比。

RH=e/E×100％飽和差：（E－e）指某溫度下的飽和水汽量與實(shí)際水汽量之差。第35頁/共63頁3我國降水量的地域分布基本規(guī)律：從東南往西北降水逐漸減少華南：1500～2000mm長江流域：1000～1500mm秦嶺、海河：750mm黃河中上游：250～500mm大興安嶺—燕山—秦嶺北坡：500mm內(nèi)蒙古西部—新疆南部：100mm第36頁/共63頁二水的生態(tài)作用（1）水是生物代謝過程中的重要原料；（2）水分能保持植物的固有姿態(tài)；（3）水的熱容量很大，使水體溫度不像大氣溫度那樣變化劇烈，也較少受氣溫波動(dòng)的影響，為生物創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的溫度環(huán)境。（4）土壤含水量對(duì)植物的生長也有最高、最適和最低3個(gè)基點(diǎn)。第37頁/共63頁三植物對(duì)水分的生態(tài)適應(yīng)1植物對(duì)水因子的適應(yīng)根據(jù)環(huán)境中水分的多少和植物對(duì)水分的需求量和依賴程度，可把植物劃分為水生植物和陸生植物。沉水植物浮水植物挺水植物水生植物濕生植物中生植物旱生植物陸生植物第38頁/共63頁2動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)動(dòng)物按棲息地劃分為水生和陸生兩大類。水生動(dòng)物的媒質(zhì)是水，而陸生動(dòng)物的媒質(zhì)是大氣，因此，它們的主要適應(yīng)特征有所不同。（1）水生動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)水生動(dòng)物體表通常具有滲透性，存在滲透壓調(diào)節(jié)和水平平衡的能力。滲透壓調(diào)節(jié)可以限制體表對(duì)鹽類和水的通透性，通過逆濃度梯度主動(dòng)地吸收或排出鹽類和水分，改變所排處的尿和糞便的濃度和體積。第39頁/共63頁（2）陸生動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)陸生植物的適應(yīng)特征表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

A形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)：昆蟲具有特殊的體壁，爬行動(dòng)物具有很厚的角質(zhì)層；鳥類具有羽毛和尾脂腺；哺乳動(dòng)物具有皮脂腺和毛，這些都能防止體內(nèi)水分過分蒸發(fā)，以保持體內(nèi)水分平衡。

B行為的適應(yīng)：如沙漠動(dòng)物，白天躲在洞穴內(nèi)，晚上活動(dòng)。干旱會(huì)引起爆發(fā)性遷徙。

C生理適應(yīng)：“沙漠之舟”駱駝，不僅具有儲(chǔ)水的胃，駝峰中還儲(chǔ)存豐富的脂肪，在消耗過程中產(chǎn)生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白質(zhì)，不易脫水。第40頁/共63頁第六節(jié)土壤與生物的生態(tài)關(guān)系一土壤的物理性質(zhì)與生物1土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)土壤顆粒直徑粗砂：2.0～0.2mm細(xì)砂：0.2～0.02mm粉砂：0.02～0.002mm粘粒：<0.002mm土壤質(zhì)地：各種土壤顆粒組合的百分比

分3大類：砂土、壤土、粘土第41頁/共63頁土壤結(jié)構(gòu)：土壤顆粒排列狀況。分團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)、核狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)等團(tuán)粒結(jié)構(gòu)：腐殖質(zhì)把礦質(zhì)土粒相互粘合成0.25～10mm的小團(tuán)塊，具有泡水不散的水穩(wěn)定性特點(diǎn)，是土壤中最好的結(jié)構(gòu)，能協(xié)調(diào)土壤中水和空氣的矛盾。第42頁/共63頁2土壤水分土壤含水量的“3基點(diǎn)”3土壤空氣

土壤空氣中的O2體積分?jǐn)?shù)一般為10％～12％；CO2一般在0.1％左右。土壤通氣程度影響土壤微生物的種類、數(shù)量和活動(dòng)情況，進(jìn)而影響植物的營養(yǎng)狀況。第43頁/共63頁4土壤溫度（1）直接影響種子萌發(fā)和扎根出苗。（2）影響根系的生長、呼吸和吸收性能。（3）影響礦物質(zhì)鹽類的溶解速度、土壤氣體交換、水分蒸發(fā)、土壤微生物活動(dòng)以及有機(jī)質(zhì)的分解，而間接影響植物的生長。第44頁/共63頁二土壤的化學(xué)性質(zhì)與生物1土壤酸度及對(duì)生物的影響酸性強(qiáng)度（活性酸度）：pH酸度數(shù)量（潛在酸度）：交換性酸量與土壤固相處于平衡的土壤溶液中的H+濃度

酸的總量和緩沖性能，代表土壤所含的交換性H+、Al3+總量。

土壤酸度影響礦質(zhì)鹽分的溶解度，從而影響植物養(yǎng)分的有效性。土壤酸度通過影響微生物活動(dòng)而影響?zhàn)B分的有效性和植物的生長。第45頁/共63頁2土壤的有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）的概念土壤腐殖質(zhì)Soilhumus微生物體動(dòng)植物殘?bào)w腐殖質(zhì)類物質(zhì)Humicsubstances非腐殖質(zhì)類物質(zhì)Nonhuumicsubstances與已知的有機(jī)化合物具有相同結(jié)構(gòu)的單一物質(zhì)Fulvicacid富里酸Humicacid胡敏酸Humin胡敏素土壤有機(jī)質(zhì)Soilorganicmatter5~15%85~95%60~70%第46頁/共63頁土壤中腐殖質(zhì)的組成及化學(xué)性質(zhì)：

第47頁/共63頁胡敏酸結(jié)構(gòu)式富里酸結(jié)構(gòu)式第48頁/共63頁3土壤礦質(zhì)元素

除C、H、O外，植物所需的元素均來自土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的分解。土壤礦質(zhì)元素：無效態(tài)、有效態(tài)不同植物需要的礦質(zhì)元素量不同，比例不適將限制植物生長發(fā)育。第49頁/共63頁三土壤的生物特性土壤微生物：

細(xì)菌、放線菌、真菌土壤動(dòng)物：

線蟲、環(huán)蟲、軟體動(dòng)物（蚯蚓）、節(jié)肢動(dòng)物

土壤中動(dòng)物、植物和微生物活動(dòng)所產(chǎn)生的一種生物化學(xué)和生物物理學(xué)特性。第50頁/共63頁四植物對(duì)土壤的適應(yīng)

長期生活在不同土壤上的植物，對(duì)該種土壤產(chǎn)生了一定的適應(yīng)特征，形成了不同的植物生態(tài)類型。根據(jù)植物對(duì)土壤酸度的反應(yīng)，可劃分為3類：

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）根據(jù)植物對(duì)土壤中礦質(zhì)鹽類（如鈣鹽）的反應(yīng)，劃分為：

鈣質(zhì)土植物和嫌鈣土植物

沙生植物：生活在風(fēng)沙基質(zhì)中的植物鹽堿土植物：生活在鹽堿土中的植物第51頁/共63頁鹽堿土：鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土的統(tǒng)稱?？扇苄喳}（NaCl，Na2SO4）>1％pH中性內(nèi)陸鹽土、濱海鹽土土壤結(jié)構(gòu)未被破壞Na2CO3，NaHCO3，K2CO3pH8.5土壤上層結(jié)構(gòu)被破壞鹽土植物聚鹽性植物：泌鹽性植物：不透鹽性植物：原生質(zhì)抗鹽性強(qiáng)，能忍受6％或更高的NaCl根吸收的多余鹽分，通過莖、葉表面密布的鹽腺排出體外。根細(xì)胞對(duì)鹽類的透過性非常小，幾乎不吸收或很少吸收土壤中的鹽類。第52頁/共63頁第七節(jié)大氣與生物的生態(tài)關(guān)系大氣：地球表面到高空1100km或1400km范圍內(nèi)的空氣層。干凈空氣的主要成分：氮?dú)猓?8.09％氧氣：20.95％

CO2：0.033％第53頁/共63頁一二氧化碳的生態(tài)作用

光合作用的主要原料，植物有機(jī)體的主要成分。影響植物初級(jí)生產(chǎn)力。第54頁/共63頁二氧氣的生態(tài)作用（1）氧氣是所有生物生命活動(dòng)所必需的。（2）只有通過氧化，生物才能獲得生命所需的能量。（3）氧氣是植物