环境生态学第二章 生物与环境

环境问题的产生及发展生态学发展简史与发展趋势环境生态学的内容及发展趋势环境的保护和可持续发展可持续发展定义及含义提问:环境生态学与生态学的区别?第一章内容回顾第二章生物与环境(6学时)•环境及分类•生物与环境关系的基本原理•生物与主要生态因子的相互关系•生态因子作用的一般规律重点：主要环境因子的生态作用和规律难点：生态学的基本理论2019/8/132008年6月5日联合国环境规划署确定世界环境日的主题为“转变传统观念，推行低碳经济”（Kickthehabit！Towardsalowcarboneconomy）。2008年世界环境日中国主题为“绿色奥运与环境友好型社会”，标识为地球和奥运五环。第一节环境及环境因子一、环境环境定义环境因子环境可分为自然环境和人工环境两大类。（一）自然环境概述1.大气圈概述大气的垂直分层，图2-2大气的生态作用:氧对生物的作用二氧化碳对生物的作用风对生物的作用2.水圈水是植物所需营养物质的载体，水中溶解了各种化学物质、溶盐、矿质营养和有机营养物质等，为植物生长提供丰富的营养物质。3.岩石圈4.土壤圈土壤的地域分布5.生物圈概述(二)环境范围根据范围大小划分五大类：生物圈、区域环境、生境、小环境、内环境。1.生物圈2.区域环境3.生境4.小环境和内环境(三)人工环境(四）污染的环境污染环境特征：（1）有毒污染物通过环境介质进入机体产生急性或慢性、短期或长期的毒性影响，且影响面大而范围广；（2）污染物一般以浓度低、持续时间长，并以多种毒物同时存在、联合作用于人体；（3）污染物形态发生转化，使污染物的原有性状和浓度发生变化；（4）生态系统遭到扰乱，稳定性降低。二、自然环境基本特征1．纬度地带性(热量差异)陆地自然带气候类型典型植被典型动物典型土壤热带雨林带热带雨林气候热带雨林猩猩，河马砖红壤热带季雨林带热带季风气候热带季雨林象，孔雀砖红壤性红壤热带草原带热带草原气候热带草原长颈鹿，羚羊燥红土热带荒漠带热带消漠气候热带荒漠袋鼠，沙漠狐荒漠土亚热带常绿硬叶林带地中海气候亚热带常绿硬叶林阿尔卑斯山羊褐土亚热带常绿阔叶林带亚热带季风气候亚热带常绿阔叶林猕猴，灵猫红壤亚热带常绿阔叶林带温带季风和海洋性气候温带草原松鼠，黑熊棕壤，褐土温带草原带温带大陆气候温带草原黄羊、旱獭黑钙土温带荒漠带温带荒漠双峰驼，子午沙鼠荒漠土亚寒带针叶林带亚寒带针叶林气候亚寒带针叶林驼鹿，紫貂灰化土苔原带苔原气候苔原驯鹿，北极狐冰沼土冰原带冰原气候冰雪裸地北极熊，海貂未发育2．垂直地带性3．经度地带性(水分差异）东南沿海西北内陆2019/8/13第二节地球上的生物一、生命的产生与进化（一）生物的起源恩格斯《自然辩证法》MillerSL实验化学进化阶段生物学进化（二）生物种17世纪,Ray《植物史》定义；MayrE(1963)—能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合。生物以个体形式存在；个体的集群-种群。种的性状分类：基因型和表型什么是可塑性？（三）生物的协同进化1.生物的进化2.生物的协同进化（1）昆虫与植物间的协同进化；（2）大型草食动物与植物的协同进化；（3）互惠共生物种间的协同进化；（4）协同适应系统。二、生物多样性（一）概念生物多样性的意义？四个水平：遗传多样性；物种多样性；生态系统多样性；景观多样性。（二）影响生物多样性的因素1.物种生物量2.物种的属性3.生物地化循环4.系统的稳定性三、地球自我调节理论（一）Gaia假说的形成与发展英国，LovelockJE1979，《Gaia:对地球上生命的新认识》（二）Gaia假说的主要论点第三节生物对环境的适应一、适应概述自然选择（naturalselection）自然选择有哪几种类型？稳定性选择（steadyselection）单向性选择（directionalselection）分裂性选择（disruptiveselection）2019/8/13适应性改变自己形成一定特性和性状适应改变的环境保留有利于生物生存和繁殖的各种特征充分利用稳定条件下的资源巩固自身的竞争能力2019/8/13趋同适应（convergentadaptation）2019/8/13趋异适应（divergenceadaptation）适应对生物种族的发展有什么意义？1.个体数量的增加；2.扩大分布区；3.物种的分化。二、形态构造的适应2019/8/132019/8/132019/8/13三、行为适应1．运动：直线运动和调转运动。草履虫的趋避运动刺激因素2.繁殖表现：行为、挥发性物质、颜色等。如极乐鸟、园丁鸟。2019/8/133．迁移和迁徙4.防御和抗敌2019/8/131．生物钟（biologicalclock）概念太阳花、向日葵等；蝶类、蛾类；光合作用、生长激素。四、生理适应2019/8/132．休眠（dormancy）休眠时的生理表现：新陈代谢、取食、活动、心跳、呼吸，体温；夏眠（夏蛰）：如海参、非洲肺鱼与美洲的肺鱼、沙蜥、黄鼠。冬眠（冬蛰）：如蛙、蛇、蝙蝠等。植物和微生物的休眠。狭食性动物：特点环境条件广食性动物：特点环境条件五、营养的适应2019/8/13第四节环境因子的生态作用一、环境因子分类1.美国生态学家DaubenmireRF(1947)的分类：3大类和7个项目；2.Gill（1975）将非生物因素划分为三个层次。3.环境因子所起作用的主体，可分为：气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子。（一）光照强度的生态作用与生物的适应1.光照强度对生物的生长发育和形态建成的作用；2.光照强度与水生生物；3.植物对光照强度的适应。二、光因子的生态作用2019/8/13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)光饱和点(saturatepoint)植物的光补偿点示意图(Emberlin,1983)2019/8/13（二）光因子的生态作用光的生态作用有四个重要方面：即生物的能量来源；植物进行光合作用；生物的昼夜周期、季节周期的信号；光污染的危害。（三）生物对光周期的适应1.植物的光周期光周期现象美国学者加纳(Garner)与阿拉德(A11ard)(1920)的烟草实验长日照短日照长日照植物短日照植物2.动物的光周期a.日周期b.月周期c.季节周期三、温度因子的生态作用及生物的适应（一）温度对生物生长发育的影响1.温度与生物生长生物生长的“三基点”一般来说，生长在低纬度的生物高温阈值偏高，而生长在高纬度的生物低温阈值偏低。2.温度与生物发育变温对生物的作用低温对植物开花结果的刺激作用—春化作用（vernalization）如小麦，苦麻菜法国学者雷米尔（Reaumur，l735）提出有效积温法则：K＝N(t一t0)K—该生物所需的有效积温，它是个常数；t一当地该时期的平均温度，℃；t0—该生物生长活动所需最低临界温度(生物零度)，℃；N—天数，d。1.低温对生物的影响及生物的适应a.低温对生物的影响临界温度低温对生物的伤害：冷害和冻害b.生物对低温的适应贝格曼(Bergman)规律阿伦(A11en)规律（二）极端温度对生物的影响a.高温对生物的影响植物—光合作用、呼吸作用动物—酶活性、蛋白质2.高温对生物的影响及生物的适应b.生物对高温环境的适应表现在形态、生理和行为3个方面2019/8/13（三）热污染和热岛效应热污染（thermalpollution）城市热岛效应四、水的生态作用（一）水因子的生态作用1.水是生物生存的重要条件2.水对动植物生长发育的影响3.水对动植物数量和分布的影响（二）生物对水因子的适应1.植物对水因子的适应1）水生植物包括沉水、浮水和挺水植物三种类型。2）陆生植物包括湿生、中生和早生植物三种类型。附生兰灯心草猴面包树瓶子树2019/8/132.动物对水因子的适应1）水与水生动物2）水与陆生动物陆生动物的水分适应包括：形态结构的适应、行为适应生理适应2019/8/13五、土壤因子的生态作用及生物的适应1.土壤理化性质与植物2.生物对土壤条件的适应酸性土植物(pH值6.5)中性土植物(pH值为6.5—7.5)碱性土植物(pH值7.5)铁芒萁柽柳2019/8/13第五节生态因子作用的一般规律一、生态因子的概念生态因子（ecologicalfactors）环境因子生态环境（ecologicalenvironment）生境（habitat）2019/8/13二、生态因子作用的一般特征1.综合作用2019/8/132.主导因子作用主导因子概念光合作用——光强——主导因子；温度和CO2——次要因子；春化作用——温度——主导因子；湿度和通气——次要因子。3.直接作用和间接作用4.生态因子的阶段性作用光照长短春化阶段光周期阶段大马哈鱼、鳗鲡5.生态因子的不可替代性和补偿作用不可替代性主导因子（水分、温度）可补偿性光强度不足提高光强增加二氧化碳浓度2019/8/13三、生态因子的限制性作用1.限制因子概念温度、氧气、水分判断：任何一种因子，只要接近或超过生物的耐受范围，它就会成为这种生物的限制因子。2019/8/132.Liebig最小因子定律（liebig’slawofminium)定律的基本内容李比希定律补充条件：2019/8/133.Shelford耐性定律(Shelford’slawoftolerance)（1）基本概念耐性定律生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)2019/8/13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高低耐受性下限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（据Smith,1980）2019/8/132）耐性限度的驯化2019/8/13四、生态因子的其他作用方式1.拮抗作用概念实例：2019/8/132.协同、增强和叠加作用（1）协同作用（2）增强作用（3）叠加作用2019/8/133.净化作用物理净化、化学净化、生物净化1hm2草地每天可以吸收360kg二氧化碳，放出270kg氧气，满足360人对氧气的需要。每公顷的榆树林每年能滞留粉尘11t，云杉和松林的滞留量为榆树林的3倍左右，1hm2的栎林每年吸尘量达68t。2019/8/13复习思考题1.大气的生态作用是什么？2.简述热岛效应。3.生态因子作用的一般特征？4.简述耐受性定律。