个体生态学生物与环境

辽宁大学环境学院26November2019第二章生物与环境第一节生物种的概念第二节环境的概念及其类型第三节生态因子作用分析第四节生态因子的生态作用及生物适应辽宁大学环境学院26November2019第一节生物种的概念17世纪，J.Ray形态相似的个体之集合1753年，C.Linna同种个体可自由交配，能产生可育的后代，而不同种之间的杂交则不育，创立了种的双命名法1963年，E.Mayr“能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合”物种是客观存在的实体，不同物种之间存在明显的形态上的不连续性记不同形式的生殖隔离辽宁大学环境学院26November2019生物种物种是由内在因素（生殖、生理、生态和行为）联系起来的个体的集合，是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。辽宁大学环境学院26November2019生物种种的分化是生物对环境异质性的适应结果种的性状可以分为两类：基因型与表型基因型是种的遗传本质，即生物性状表现所必须具备的内在因素。表型是种与环境结合后实际表现出的可见性状。一个物种的性状随环境条件而改变的程度称作该种的可塑性，——表型的变异属非遗传变异物种通过“突变”与基因的重组实现的变异——基因型的改变，可遗传变异辽宁大学环境学院26November2019第二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。辽宁大学环境学院26November2019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辽宁大学环境学院26November20192、环境因子(Environmentfactors):包括生物有机体以外所有的环境要素。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。辽宁大学环境学院26November2019（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、社会环境（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、生物圈区域环境：占有某一特定地域空间的自然环境微环境: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。3、环境类型辽宁大学环境学院26November20194、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）辽宁大学环境学院26November2019第三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。是环境因子的一部分。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)辽宁大学环境学院26November2019二、生态因子作用的一般特征1、综合作用2、主导因子作用3、生活因子的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、限制性作用辽宁大学环境学院26November20191、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、气温等——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——光强，春化作用——温度辽宁大学环境学院26November20193、生活因子的不可替代性和可补偿性生活因子同等重要，不可或缺，具不可替代性或同等重要性。同时，在一定条件下，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。4、生态因子作用的阶段性不同年龄阶段或发育阶段有不同需求，不同阶段同样生态因子或期组合的生态作用不同。5、直接性与间接性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。辽宁大学环境学院26November2019•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）。–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环境学院26November2019“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。”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。2、耐受性定律三、生态因子的限制性作用辽宁大学环境学院26November20193、限制因子(limitingfactors)在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称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环境学院26November2019生物对各生态因子耐受性之间的相互关系•生物的耐性限度是可以改变的•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辽宁大学环境学院26November2019高种群数量数量很低种群消失种群消失数量很低数量最高不能耐受区生理受抑制生理受抑制不能耐受区最适区环境梯度低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980）辽宁大学环境学院26November20194、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。辽宁大学环境学院26November2019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）辽宁大学环境学院26November20195、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•大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制中心；效应器。辽宁大学环境学院26November2019负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器（下丘脑）控制中心（下丘脑）效应器（肾脏）血液太浓饮水血液渗透性上升口渴反应血液太稀失水反应血液渗透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)辽宁大学环境学院26November2019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，酶系统非内稳态生物：酶系统辽宁大学环境学院26November2019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环境学院26November20196、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。辽宁大学环境学院26November2019第四节生态因子的生态作用及生物适应光因子的生态作用及生物适应温度因子的生态作用及生物适应水因子的生态作用及生物适应土壤因子的生态作用及生物适应辽宁大学环境学院26November2019一、光因子的生态作用及生物适应1、光强的生态作用与生物适应2、光质的生态作用与生物适应3、生物对光周期的适应辽宁大学环境学院26November20191、光强的生态作用与生物适应光强对生物的生长发育和形态建成有重要作用植物—光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。陆生生物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。动物—光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。辽宁大学环境学院26November2019光合作用率光合作用率光强度光强度净生产力光合作用呼吸作用ABABACP光补偿点CPCPabspsp光饱和点B光补偿点(compensationpoint)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点。光饱和点(saturatepoint)：当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。植物的光补偿点示意图(仿Emberlin,1983)辽宁大学环境学院26November2019•海洋植物—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:–海水表层植物色素吸收蓝、红光；–深水植物光合色素有效地利用绿光。•高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。•动物—不同动物发展不同的色觉。2、光质的生态作用与生物适应辽宁大学环境学院26November20193、生物对光周期的适应•光周期现象(photoperiodism)：Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。•植物光周期现象—对繁殖(开花)的影响：长日照植物(long-dayplants)：如小麦、油菜短日照植物(short-dayplants