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2 个体生态学-生物与环境1


辽宁大学生命科学系

生 态 学
2013年7月15日

15 July 2013

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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

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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。

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环境的内容 环境这个概念是具体的,又是相对的,在 其它 一条鲤鱼 鲤鱼 谈到环境时,总要包含特定的主体。 研
究 主 体
池塘群落 鲤鱼种群 虾, 水蚤, 水草,鱼等 异种生物 非生物 因 素

环境有大小之分

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2、环境类型

(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

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? 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。

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环境

3、环境因子(Environment factors): 是生物体
外部的所有环境要素。
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。 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。 15 July 2013 辽宁大学生命科学系

4、环境因子分类
(1)R. F. Daubenmire 1947
3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)Gill 1975
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)
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5. 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。

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6、环境因子与生态因子的联系

? 环境因子(environmental factor):生物体
外部的全部环境要素。

? 生态因子(ecological factor):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。

同义词?

即有联系 又有区别?

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第二节
一、生态因子的概念

生态因子作用分析

生态因子(ecological factors)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。
所有生态因子构成生物的生态环境(ecological environment) 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。

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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

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1、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 15 July 2013 辽宁大学生命科学系

3、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

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水温上升,水中的溶氧量随之下降
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4、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

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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。

? 软体动物 ? 植物的光和作用

一定范围内的 补偿!!

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三、生态因子的限制性作用

? 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。

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三、生态因子的限制性作用

? 1、“最小因子定律”(Liebig’s law of minimum) – 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(Justus von Liebig,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

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三、生态因子的限制性作用
2、耐受性定律

“耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (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。”

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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。 15 July 2013 辽宁大学生命科学系

? 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
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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。

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限制因子在我们 实际科研中的应 用?

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4、生态幅
生态幅(ecological amplitute)

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。

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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)
广盐性(euryhaline) 广食性(euryphagic) 广光性(euryphotic) 广栖性(euryoecious) 15 July 2013

狭水性(stenohydric)
狭盐性(stenohaline) 狭食性(stenophagic) 狭光性(stenophotic) 狭栖性(stenooecious) 辽宁大学生命科学系

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。

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? (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。
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? (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。

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5、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

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内稳态
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。 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

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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

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耗 氧 率

5℃驯化

37.5℃驯化 24℃驯化

25℃驯化

14

22 温度

30

5

15

36 41℃

不同温度驯化的 豹蛙在不同温度下的耗氧率

金鱼的耐受温度

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6、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。

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? 使用指示生物的注意点:
– 在浅水、探矿与土地资源评价中,植物群落与生态种 族的指示作用往往比单一物种更可靠。 – 用于环境污染监测时,要选择对干扰反应敏感、生态 幅狭窄并且易于获得或易于栽培的一些物种 – 预报农时或反应自然现象时,一定要注意指示生物的 区域性 – 任何对象的指示生物,其本身应是健康的或生活力高 的,并应该注意同一地区生物之间的相互作用。 15 July 2013 辽宁大学生命科学系


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