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高级生态学中国矿业大学(北京)环境科学与工程系贾建丽2011.05个体生态学(Autecology)(生物与环境)个体对环境的反应提纲生物种的概念环境概念及其类型生态因子作用分析生态因子的生态作用及生物的适应生物种的概念生物一般以个体形式存在,自然界的生物个体几乎是无穷的。物种概念形态相似的的个体之集合-17世纪,Ray,《植物史》1753年,C.Linna,《植物种志》能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合-1963,E.Mayr生物种的概念种的性状基因型: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:为与环境结合后实际表现出的可见性状。物种是由内在因素(生殖、遗传、生理、生态、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。物种是生物存在的基本形式环境概念及其类型环境: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或生物群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,是相对的概念环境因子:生物体外部的全部环境要素环境概念及其类型以环境主体分:人类环境--环境科学分类方法生物环境--生态学和生物科学分类方法以环境性质分:自然环境半自然环境(人类破坏后的自然环境)社会环境环境概念及其类型按环境范围的大小分宇宙环境地球环境区域环境微环境内环境大气层外的宇宙空间对流层、水圈、土壤圈、岩石圈、生物圈占有某一特定地域空间的自然环境生物体内组织或细胞间的环境由于一个(几个)圈层细微变化产生的环境差异形成的小环境生物体环境概念及其类型生态学重视生物的微环境与生境即使在同一地区、同一季节和同一天气类型,由于微环境与生境的差异,使生物实际上相当于生活在完全不同的气候条件:雪上气温与雪下土壤层气温的差别,植物根系与叶片接触环境的差别环境的全球化对生命系统的影响环境概念及其类型生物能够对周围的气候条件起修改作用森林、草原等对区域气候的影响穴居动物在建立微环境方面的作用环境概念及其类型环境因子分类R.F.Daubenmire(1947):以环境因子特点为标准气候类、土壤类、生物类土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子Dajoz(1972):生物有机体对环境的反应和适应性第一性周期因子、次生性周期因子及非周期性因子Gill(1975):三层次植物生长必需的环境因子:温度、光、水分;不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子:风暴、火山爆发、洪涝等;存在与发生受植被影响,反过来又直接或间接影响植被的环境因子:放牧、火烧。生态因子的概念生态因子(Ecologicalfactors):环境中对生物的生长、发育、生殖、行为及分布有着直接或间接影响的环境要素。生物因子:生物种内和种间的相互关系非生物因子:光、温度、湿度、降水、土壤、大气等生态环境(Ecologicalenvironment)所有的生态因子生态因子的概念生态环境:所有生态因子生境:具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境。生态因子是环境因子的一部分生态因子是环境因子中对生物起作用的因子环境因子则是生物体外部的全部环境要素生态因子的概念生态因子的概念生态因子气候因子:温度、湿度、光、降水等土壤因子:土壤结构、成分、理化和生物性质地形因子:地面起伏、坡度及坡向等生物因子:捕食、寄生、竞争、互惠等人为因子:人对自然界的改变对生物带来的影响生态因子的概念生态因子稳定因子:地心引力、地磁、太阳辐射常数主要决定生物的分布变动因子:周期变动因子:光、湿度、潮汐影响生物分布非周期变动因子:风、降水、捕食影响生物数量生态因子作用的特点综合性:每个生态因子都是在与其他生态因子的相互影响、相互制约中起作用的非等价性(主导因子作用):主导因子的决定性作用,主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化光合作用时,光强是主导因子,温度和CO2是次要因子;春化作用时,温度为主导因子,湿度和通气条件是次要因子。生态因子作用的特点直接作用的间接作用:区分生态因子的直接作用和间接作用对认识生物的生长、发育、繁殖及分布都很重要。直接因子:直接影响生物分布的生态因子,如光照、温度等,有时受间接因子的影响;间接因子-地形:对生物的作用不是直接的,但能影响光照、温度等直接因子的分布,从而间接对生物产生作用。例:四川二郎山东坡与西坡的植被分布生态因子作用的特点阶段性:主要由生态环境的规律性变化所引起光照长短在植物春化阶段不起作用,在光周期阶段则十分重要鱼类的洄游:大马哈鱼、中华鲟不可替代性和互补性生态因子作用虽不尽相同,但都各具有重要性,尤其是主导因子,如果缺少会影响生物的正常生长发育,甚至造成其生病或死亡—生态因子的不可替代性;局部可补偿性:某因子在量上的不足可由其他因子来补偿以获得相似的生态效应,如植物光合作用时若光照不足可增加CO2的量来补足、软体动物在锶多的地方可用锶补偿钙的不足;生态因子的补偿只能在一定范围内进行,不能相互替代。Liebig最小因子定律:植物生长取决于处于最小量的食物量。例:土壤中的N可维持250kg产量、K可维持350kg、P可维持500kg,则实际产量只有250kg,如多施1倍的N此时K为最小食物量则产量停留在350kg。米氏产量递减定律:当限制因子增加时,开始增产效果很大,继续下去,效果渐减。生物与环境关系基本原理谢氏耐性定律:生物的存在与繁殖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,超过了该生物的耐性限度,则该物种不能生存,甚至灭绝。限制因子(limitingfactor)任何接近或超过耐性上限或下限的因子(一个或几个)生物与环境关系基本原理不同生物物种对各种生态因子的耐受范围不同,同一生物对不同生态因子的耐受范围也可能有差异,同一生物不同发育期的耐受范围亦不同生物与环境关系基本原理限制因子(limitingfactor):生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用,其中限制生物生存和繁殖的关键因子称为限制因子定义:当生态因子(一个或相关的几个)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、扩散或分布时,即为限制因子特点:耐受范围窄、易变化。氧是水生生物的限制因子;一般氧不会成为陆生生物的限制因子。生物与环境关系基本原理生物的耐性限度会因发育时期、季节、环境条件的不同而改变自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围窄不利因素影响提高对基础代谢率的生理调节付出的代价生态环境中的辅助因子降低了代谢强度上限或下限水平生物的耐性限度可以发生改变--生物的调整适应能力高山雪莲、温泉中的生物等适应性是以减弱对其他环境因子的适应能力为代价的生态因子间存在明显的相互关联生物与环境关系基本原理两因子作用对生物适合度的影响(Pianka,1978)适合度80859095100相对湿度(%)适合度2025303540温度(℃)30℃32.5℃35℃85%90%95%生物与环境关系基本原理两因子作用对生物适合度的影响(Pianka,1978)温度(℃)80859095100相对湿度(%)40353025生物与环境关系基本原理限制因子的研究对生态学具有重要意义在实际工作中集中关注可能起限制作用的因子;限制因子的确定要通过观察、分析、实验相结合的途径:通过野外观察和分析找出起显著作用的因子,分析其对生物的作用途径,随后设计室内实验确定其与生物的定量关系。生物与环境关系基本原理生态幅熊猫仅见于秦巴山区,大象只生长在热带丛林,野兔、麻雀则分布很广;红松主要生长在北温带湿润区山地,望天树主要见于西双版纳热带雨林,而芦苇则到处可见;高山冻原上的衣藻只能在0℃上下繁衍,温泉中的一些嗜温细菌和蓝绿藻只能在高温下生存,而一般的陆生维管植物可以在很宽的温度范围内生长。生态幅(ecologicalvalence):每一个种对环境因子适应范围的大小主要取决于各个种的遗传特性生物耐受最高点(上限)与最低点(下限)包含的范围生物与环境关系基本原理冷窄温广温暖窄温最适最适最适最低最高最低最高生态因子活动性(生长)窄温性与广温性生物的生态幅生物与环境关系基本原理稳态(homeostasis):生命系统的重要特征生命系统通过内在的调节机制,各组成成分和谐共处,从而使相对的平衡条件得以保持内稳态-生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制,以减少生物对外界条件的依赖性,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调整而实现沙漠蜥蜴向日葵内稳态是生物扩大耐性限度的一种重要机制生物与环境关系基本原理非内稳态生物(homeostaticorganisms):其耐性限度仅取决于体内酶系统在什么生态因子范围内起作用;内稳态生物(non-homeostaticorganisms):其耐性限度除取决于体内酶系统外,还有赖于内稳态机制发挥作用的大小。生物与环境关系基本原理体内环境体外环境非内稳态生物内稳态生物环境变化对内稳态与非内稳态生物体内环境的影响生物与环境关系基本原理驯化除内稳态机制外的人为改变生物耐性范围的方法南方果树的北移、野生植物的栽培化、降解微生物的驯化培养等。生物与环境关系基本原理指示生物(indicatororganism):生物指示器生物在与环境相互作用、协同进化的过程中留下的环境烙印,可以生物作为指示都是为反映环境的某些特征。枣芽发,点棉花杏花开,快种麦钟虫和轮虫出现时表明水质较好;海洲香薷在海洲为铜矿的指示生物;湖南念同的野韭指示金矿;有芨芨草成片生长的地方都有浅层地下水分布。生物与环境关系基本原理指示作用的相对性海洲香薷在辽宁、河北等地为路边杂草,无指示意义;铜矿的指示植物在海洲为香薷,在四川西部则为头状蓼,在辽宁则为丝石竹。生物与环境关系基本原理指示生物海洲香薷丝石竹生物与环境关系基本原理生物对环境的适应适应:生物对其环境压力的调整过程基因型适应:可遗传,发生在进化过程中,桦尺蠖的工业黑化表型适应:发生在生物个体身上适应种类进化适应生理适应感觉适应学习适应生物与环境关系基本原理生态因子的生态作用及生物的适应光温度水土壤光因子的生态作用及生物的适应光的性质范围很广的电磁波:150-4000nm红外、紫外、可见光因子的生态作用及生物的适应光强-生物的生长发育与形态建成影响植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加促进组织和器官的分化、制约器官的生长发育速度、保持各器官组织发育正常比例黄化现象(eitiolationphenomenon)是植物对黑暗环境的特殊适应,是光与形态建成关系极端的典型例子光对植物的形态建成的影响受光敏色素等因子的调节光因子的生态作用及生物的适应光强-生物的生长发育与形态建成影响动物的生长发育速度蛙卵、鲑鱼卵在有光的情况下孵化快,发育也快贻贝和生活在海洋深处的浮游生物在黑暗情况下生长较快蚜虫在连续有光和连续无光的条件下多为无翅个体,而在光暗交替条件下则多产生有翅个体光因子的生态作用及生物的适应光强-对水生植物的影响光的穿透性是植物在海洋中分布的限制因子光补偿点:透光带下部植物光合作用量与呼吸消耗平衡之处特别清澈的海水和湖水可达几百米浮游植物密度大或含有大量泥沙颗粒的水体为水下1米左右受污染河流中光补偿点则可能只有水面下几厘米光饱和点:在一定范围内,光合作用的效率与光强成正比,但是到达一定强度,若继续增加光强,光合作用的效率不再增加或增加很少,这点称为光饱和点光因子的生态作用及生物的适应光强-植物对光照强度的适应类型阳地植物:适应于强光照地区生活的植物,光补偿点位置较高,光合作用速率和代谢速率较高蒲公英、杨、柳、槐、榆、松等阴地植物:适应于弱光照地区生活的植物,光补偿点位置较低,光合作用速率和代谢速率较低铁杉、红豆杉、山酢浆草、三七、半夏等光因子的生态作用及生物的适应光质-生态作用与生物的适应不同光质对植物的光合作用,色素形成、向光性、形态建成的诱
本文标题:高级生态学-个体生态学
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