个体生态学生物与环境

辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020第二章生物与环境第一节环境的概念及其类型第二节生态因子作用分析第三节生态因子的生态作用及生物适应辽宁大学生命科学系3February2020第一节环境的概念及其类型一、环境的概念1、环境（Environment）:某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体生存的一切事物的总和。环境总是针对某一特定主体或中心而言，是一个相对的概念。在生物学中，环境指生物的栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。在环境科学中，人类是主体，环境指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。辽宁大学生命科学系3February2020环境的内容环境这个概念是具体的，又是相对的，在谈到环境时，总要包含特定的主体。其它鲤鱼非生物因素虾,水蚤,水草,鱼等异种生物一条鲤鱼鲤鱼种群池塘群落研究主体环境有大小之分辽宁大学生命科学系3February2020（1）按主体：人——人类环境：环境科学生物——生物环境：生态科学（生物体以外）（2）按性质：自然环境、半自然环境、人工环境（3）按范围：宇宙环境：大气层以外的宇宙空间。地球环境：大气圈中对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈2、环境类型辽宁大学生命科学系3February2020•区域环境：占有某一特定地域空间的自然环境–如：森林、草原、草甸、荒漠、冰川、海洋、湖泊、河流、山地、盆地、平原等•微环境:区域环境中，由于某一个或几个圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境，如群落的镶嵌。•内环境：生物体内组织或细胞间的环境。辽宁大学生命科学系3February20203、环境因子(Environmentfactors):是生物体外部的所有环境要素。一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存在。环境生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量的交换。辽宁大学生命科学系3February20204、环境因子分类（1）R.F.Daubenmire19473大类：气候、土壤、生物7小类：土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物因子（2）Dajoz,1972按生物有机体对环境的反应和适应性分：第一性周期因子、次生性周期因子及非周期因子。（3）Gill1975第一层：植物生长所必需（光、水分）第二层：不以植被是否存在而发生（风暴）第三层：存在与发生受植被所影响，又反作用于植被（放牧、火烧等）辽宁大学生命科学系3February20205.生态因子•生态因子：指环境中对生物生长、发育、生殖、行为及分布有直接或间接影响的环境要素。•生态因子分类：非生物因子和生物因子两大类。非生物因子包括温度、湿度、风、日照等理化因素；生物因子包括同种和异种的生物个体。前者形成种内关系，后者形成种间关系，如捕食、竞争、寄生、互利共生等。辽宁大学生命科学系3February2020•环境因子（environmentalfactor）：生物体外部的全部环境要素。•生态因子（ecologicalfactor）：指对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或者间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。6、环境因子与生态因子的联系同义词？即有联系又有区别？辽宁大学生命科学系3February2020第二节生态因子作用分析一、生态因子的概念生态因子（ecologicalfactors）是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境因素。生存条件：生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件。生境（habitat）：指具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境，包括生物本身对环境的影响。所有生态因子构成生物的生态环境（ecologicalenvironment)辽宁大学生命科学系3February2020二、生态因子作用的一般特征1、综合作用2、主导因子作用3、不可替代性和可补偿性4、生态因子作用的阶段性5、直接和间接作用6（三）、限制性作用辽宁大学生命科学系3February20201、综合作用自然不存在孤立的生态因子，也不存在单一因子构成的生态环境。生态因子间总是互相促进、相互制约，任何单一因子的变化必将引起其它因子的变化，如光强——土壤温度、空气湿度、水分平衡等——植物生长。2、主导因子作用生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因子。主导因子是随时间、空间变化而变化的。如光合作用——光照，春化作用——温度辽宁大学生命科学系3February20203、生态因子的直接作用和间接作用间接因子通过直接因子体现，如地形因子属间接因子，但可影响光、温、水分布。西坡干热缺水东坡湿润多雨其起伏程度、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起到直接的作用辽宁大学生命科学系3February2020水温上升，水中的溶氧量随之下降辽宁大学生命科学系3February20204、生态因子作用的阶段性生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。海洋淡水辽宁大学生命科学系3February2020•软体动物•植物的光和作用5、不可替代性和补偿作用生活因子都很重要，不可或缺，具不可替代性。同时，在一定条件下，多个生态因子的综合作用过程中，由于某一因子量的不足，可由其它因子的增加或增强而得到补偿，仍可获得相同的生态效应。即为可补偿性。一定范围内的补偿！！辽宁大学生命科学系3February2020•定义：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种和少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，这些关键性的因子就是限制因子。–限制因子概念的意义•为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；•有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。三、生态因子的限制性作用辽宁大学生命科学系3February2020•1、“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)–植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子（JustusvonLiebig,1840,德国）。–Mitsherlich发现，当限制因子增加时，开始增产效果很大，继续下去，效果渐减。–两个补充条件（Odum,1983）：–1）只适用于稳定状态–2）要考虑生态因子之间的相互作用三、生态因子的限制性作用辽宁大学生命科学系3February2020“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)(V.E.Shelford,1913，美国)“生物的存在和繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝。”2、耐受性定律三、生态因子的限制性作用辽宁大学生命科学系3February2020耐受性定律是最低因子定律的进一步发展，表现在（1）考虑了生态因子的上限；（2）不仅估计了生态因子量的变化，还估计了生物本身的耐受性问题。辽宁大学生命科学系3February2020•自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围狭窄------E.J.Fry（1917）1）在不利因素影响下，提高了对基础代谢率的生理调节所付出的代价2）生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或者下限水平辽宁大学生命科学系3February2020生物对各生态因子与耐受性之间的相互关系•生物的耐性限度是可以改变的–代价：减弱对其他环境因子的适应能力•对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：生物对温度的耐性限度与湿度密切相关。辽宁大学生命科学系3February2020限制因子在我们实际科研中的应用？辽宁大学生命科学系3February20204、生态幅生态幅（ecologicalamplitute）生态幅是指物种对生态环境适应范围的大小。这主要决定于各个种的遗传特性。它常与耐受限度一致，耐受限度越宽，生态幅也越大。然而，二者又是不同的，耐受限度一般是对某一生态因子而言，是从生物本身出发，主要指该种生物的生物学特性；生态幅既指某一生态因子，又指环境条件的综合，是从生态适应角度来谈的。辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020辽宁大学生命科学系3February2020分类生态学中，根据生物的耐受范围和生态因子的不同，将生物分为：广温性（eurytherm）狭温性（stenotherm）广水性（euryhydric）狭水性（stenohydric）广盐性（euryhaline）狭盐性（stenohaline）广食性（euryphagic）狭食性（stenophagic）广光性（euryphotic）狭光性（stenophotic）广栖性（euryoecious）狭栖性（stenooecious）辽宁大学生命科学系3February2020生态幅的特点•（1）生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异，对某一个生态因子耐受范围很宽，对另一个因子可能很窄。•如中华鳖对温度（2-37℃）、酸碱度（4-11）耐受范围很宽，对盐度（5‰）耐受范围很窄。辽宁大学生命科学系3February2020•（2）不同发育时期生物对生态因子的耐受范围是不同的。在动物的繁殖期、卵、胚胎期和幼体、种子的萌发期一般耐受限度比较低。–如蓝蟹可生活在盐度为0-34‰的淡水和海水中，但其卵和幼蟹要求水体盐度在23‰以上。–母鸡的体温40.6℃，可生活在很宽的温度范围中，无论是冰天雪地还是炎炎夏日，但其胚胎在18.3℃就不发育，一般要保持在20-37.5℃范围内，雏鸡也要求较高的温度。辽宁大学生命科学系3February2020•（3）对于同一生态因子不同生物的耐受性是不同的。–如鲑鱼对温度的耐受范围是0-12℃，最适温度为4℃–而豹蛙对温度的耐受范围是0-30℃，最适温度为22℃•（4）当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围随之缩小。反之，主要生态因子处在最适量时，对一些生态因子的耐受性提高。如食物不足时或湿度过高过低时，陆生动物对温度的耐受范围都会缩小。辽宁大学生命科学系3February20205、内稳态•内稳态(homeostasis):生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。•内稳态通过生理过程或行为的调整而实现的辽宁大学生命科学系3February2020维持体内环境稳定是生物扩大耐性限度的一种重要机制，但内稳态机制不能完全摆脱环境的限制，它只能扩大自己的生态幅度与适应范围，成为一个广适种。内稳态根据生物体内状态对外界环境变化的反应内稳态生物：内稳态机制的作用大小，酶系统非内稳态生物：酶系统辽宁大学生命科学系3February2020耐受限度的驯化除内稳态机制可调整生物的耐性限度外，人工驯化方法也可改变生物的耐性范围驯化过程是生物体内酶系统的改变过程辽宁大学生命科学系3February2020142230温度耗氧率5℃驯化25℃驯化不同温度驯化的豹蛙在不同温度下的耗氧率5153641℃金鱼的耐受温度24℃驯化37.5℃驯化辽宁大学生命科学系3February20206、指示生物生物与环境相互作用、协同进化的过程中，每个种都留下了深刻的环境烙印。常用生物作为指示者，反映环境的某些特征。生物的指示作用普遍存在，但指示生物决不能滥用，每个种的指示作用都是相对的，仅在一定的时空范围内起作用，而在另一时空条件下将失去指示意义。辽宁大学生命科学系3February2020