02个体生态学―1生物与环境

§1环境与生态因子§2生物与环境关系的基本原理§3生物与主要生态因子的相互关系掌握个体生态学的基本概念和原理；了解环境的特点和规律，如复杂性和多样性（多生态因子组成）；理解主要环境因子对生物的影响和生物对环境因子的适应方式。本章内容§1环境与生态因子1、环境2、生态因子3、自然环境的基本特征1环境（Environment）概念概念：环境：某一特定生物体或生物群体周围一切因素的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。环境因子：环境由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。特点：在生态学中，环境是相对于生物这一主体的，与环境科学中的环境（以人为主体）不同。由于生态学以生物的不同层次为对象进行研究，不同层次的对象对应的环境不同。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小气候2生态因子（EcologicalFactor）一、概念：生态因子(EcologicalFactor)：环境要素中对生物起作用的因子。生存条件(ExistenseCondition)：生态因子中生物生存不能缺少的环境要素（食物、热能、氧气等对于动物;光、CO2和水对于植物）。生态环境(Ecotope)：一定区域所有生态因子的总和。生境(Habitat)：特定生物体或群体的栖息地的生态环境（无机环境）。二、生态因子的分类A、依生物种类(有无生命特征)分生物因子(bioticfactors)：同种或异种生物是所研究生物的环境因子，它们可能影响所研究生物的生命活动。如在研究虎时，其它成为其食物的动物对虎的生命活动有重要作用。非生物因子(abioticfactors)：环境中的各种物质或物质的属性都可能成为影响所研究生物的环境因子。如温度、湿度、风、气、土壤中的各种物质和营养元素，所在环境的纬度、高度等。B、依性质分气候因子(climaticfactors)：如温度、湿度、光照、风、气压和雷电等土壤因子(edaphicfactors)：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤生物等地形因子(topographicfactors)：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与坡度等生物因子(bioticfactors)：包括动、植物和微生物间的各种相互作用人为因子(anthropogenicfactors)：人类活动对自然的破坏及对环境污染作用C、依生态因子的稳定性及其作用特点稳定因子：终年恒定的因子，主要决定生物的分布，如地心引力、地磁等变动因子：周期性或非周期性变化的因子周期性变动因子：一年四季变化和潮汐涨落，如季节性气候变化、昼夜变化和光照，主要影响生物的数量非周期性变动因子：如风、降雨、捕食、寄生等，主要影响生物的数量D、对生物种群数量(生物密度)变动的作用密度制约因子(density-dependentfactor)：生态因子中，对生物作用的强度随生物的密度而变化的因子。如食物、天敌等生物因子。——调节种群数量—正密度因子：密度增加，生物的密度进一步增长；—负密度因子：密度增加，生物的密度反馈性降低。一般生物因子常为密度制约因子非密度制约因子(density-independentfactor)：因子中，对生物作用的强度与生物密度变化无关的因子。如温度、降水等非生物因子。气候因子一般是非密度制约性环境因子。三、生态因子的作用特征综合作用：环境中的生态因子总是与其他因子相互联系、相互影响、相互制约的。如气候的作用主导因子作用：生态因子对生物的作用是非等价的，某一因子改变会引起其他生态因子的改变，使生物的生长发育发生变化。如植物春花阶段低温，渔业高密度养殖增养主导因子：其改变会引起其他生态因子改变，使生物的生长发育发生变化的因子阶段性作用：在不同发育阶段，生物需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。如小麦需水/肥临界期不可替代性和补偿性作用：生态因子的缺少，不能由另外因子来替代；但在一定条件下，某一因子数量的不足，可依靠相近生态因子的加强得到补偿。如软体动物壳生长中钙缺锶补直接作用和间接作用：生态因子对生物的行为、生长、繁殖和分布的作用可以是直接的，也可以是间接的，有时还要经过几个中间因子直接因子：直接对生物发生影响的生态因子间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子如湿地植物缺水，盐分含量高（寒冷），离子梯度、水势四、生态因子的空间分布纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。太阳辐射量差异：太阳辐射－－热量带－－水分差异－－植被分带－－土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带植被地带性分布垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃/100m;湿润空气,-0.6℃/100m)。经度地带性：地球内在因素，如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。植被的空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999)§2生物与环境关系的基本原理2.1生物对非生物因子的耐受限度一、利比希最小因子定律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，农化家）。基本内容：低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。应用时注意，两个补充条件（Odum,1983）a.严格的稳定状态；如果在不稳定条件下情况如何？b.各因子的相互影响（生态因子间的补偿作用）；生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。c.是否可以将此规律扩大应用范围是有争论的。`二、限制因子定律和限制因子限制因子：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限制因子定律（LawofLimitingFactors）：当环境因子在沿梯度变化时接近或达到生物的耐受极限而阻碍生物的生命活动时就成为限制因子。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。1.环境温度在达到一定程度时植物种子才能萌发;如果温度适宜，水份可能成为限制种子萌发的限制因子2.陆地淡水水域和海洋成为水生动物分布的天然屏障;含盐量/动物渗透压调节能力与此有关3.O2是厌氧、喜氧微生物生存的限制因子4.食物匮乏导致生物种群数量下降实例：与分布关系,对昆虫的作用等。限制因子——对生物分布的限制蝗虫大发生原因——对昆虫的作用马世俊曾研究中国历史上蝗灾发生与气候因子的关系得出结论干旱温度在干旱高温两因子与蝗灾发生表现正相关如何确定限制因子？由于众多的生态因子的重要性（作用）不同，限制因子作用可能最强大，因此，在生态学研究中，环境分析要集中在可能是限制因子的生态因素上。进行野外观察和分析，找出可能起限制作用的因子；分析这些因子如何对生物起作用；设计室内实验，确定某一因子与生物的定量关系。一般地，实验测定的耐受范围要比野外实际范围宽一点（野外可能还受其它因子的影响）。三、希尔福德的耐受性定律Shelford‘slawoftolerance：（美国生态学家Shelford，1913）任何一个生态因子在数量或质量上的不足或过多(当其接近或达到某种生物的耐受限度)时会使该种生物衰退或不能生存。耐受性定律的发展：■生物在任何环境因子随梯度变化时都有各自的最适梯度范围、亚适应范围，和不适应范围，并有耐受的高、低两个梯度极限，在此限度之外，生物不能生存。生物对环境因子的耐受曲线Shelford耐受性定律同种生物对不同生态因子的耐受范围不同：年龄、季节、栖息地相同生物对同一环境因子的耐受性受其他因素的影响生物生活史的不同时期（个体发育的不同阶段）对生态因子的耐受限度不同不同生物对同一生态因子的耐受性不同对很多生态因子耐受范围都很宽的生物，其分布区一般很广某一生态因子处于非最适状态下时，生物对其他生态因子的耐受限度也下降生物耐受性的复杂性：生物耐受性表现特点生物的实际耐受范围（自然界）几乎都比潜在的范围（生理耐受）狭窄（图2-1）。这可能是因为：在不利条件影响下，提高了对基础代谢生理调节的代价；生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或下限水平活动性耐受范围潜在活动范围生物对生态因子的耐受曲线生物耐受范围一般都有其低限、高限和最适点。但对于某一生态因子，自然界生物常不在最适范围内的地方生活，而在不很适宜的地方生活，这可能因为其它生态因子起决定作用。另外，因种间竞争，常使生物分布范围偏离最适点。概念：每一物种对环境因子适应范围的大小，即每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围上的最低点和最高点，两者之间的范围，就是该物种对该环境因子的生态幅(ecologicalamplitude,-valence)或生态价(ecologicalvalence)。生态位(niche)：－－有机体在环境中占据的地位栖息地(habitat)：－－有机体所处的物理环境超体积生态位(hypovolume)：生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超体积生态位。基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位(realizedniche)：物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；实际占有的生态位空间称实际生态位。2.2生态幅或生态价特点：不同生物对相同生态因子的耐受有广狭之分，即广生态因子和狹生态因子的适应；生态幅往往受到适应范围较狭窄的生态因子的限制；物种的生态幅往往取决于它临界期的耐受限度；生物的生态幅对其分布具有重要影响。生态幅度的宽狭比较广温性(eurythermal)狭温性(stenothermal)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(euryecious)狭栖性(stenoecious)广土性(euryedapic)狭土性(stenoedapic)你能够举出例子吗？试试看!（作业）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：生物对温度的耐受——广温性生物与狭温性生物的生态幅比较最低最高最适点最适点最适点最高最低驯化(acclimation/acclimatization)：人工的定向诱导而改变生物的耐受限度，使适宜生存范围的上下限发生移动，形成有一个新的最适度，去适应环境的变化。层次：生理变化，遗传变化？(生物在实验／自然条件下，诱发的生理补偿变化)实验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization)：有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称气候驯化。前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。驯化可能：生物系特性差异，诱导条件差异生物学意义：适应环境变化能力（植物的引种栽培）2.3生物对生态因子耐受限度的调整142230温度耗氧率5℃驯化35℃驯化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？休眠：冬眠、夏眠、冬睡等指生物以降低新陈代谢率使身体处于不活动状态度过不良条件的生理状态。表现：新陈代谢降低，呼吸降低，心搏降低等节律性变化或补偿：昼夜节律、季节性节律。内稳态（homeostasis）生物通过内在的调节机制控制体内环境(体温、糖、氧浓度、体液