《環(huán)境生態(tài)學(xué)導(dǎo)論（第二版）》課件第二章 生物與環(huán)境

1、第二章 生物與環(huán)境內(nèi) 容第一節(jié) 地球上的生物一、生命的起源與進化二、生物多樣性三、地球自我調(diào)節(jié)理論Gaia hypothesis第二節(jié) 環(huán)境的概念及其類型一、環(huán)境的概念二、環(huán)境的類型三、環(huán)境因子的分類第三節(jié) 生物與環(huán)境因子的相互作用一、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)三、水因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)五、其他環(huán)境因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)六、環(huán)境因子作用的一般規(guī)律第一節(jié) 第一節(jié) 地球上的生物一、生命的起源與進化二、生物多樣性三、地球自我調(diào)節(jié)理論Gaia hypothesis一、生命的起源與進化地球水蒸氣N2H2SH2NH3CH4紫外

2、線46億年前的大氣成分為原始生命的產(chǎn)生提供了條件復(fù)雜的化合物生命活性的大分子(蛋白質(zhì)和能夠自我復(fù)制的核酸分子)光合自養(yǎng)生物綠色植物等（一） 生命的起源（二） 生物種的概念1.生物種的概念物種是客觀存在的，是由內(nèi)在諸多因素（特征、遺傳、生理、生態(tài)、行為）共同決定的個體的集合，是自然界中的一個基本進化單位和功能單位?；蛐停悍N的遺傳本質(zhì)，生物性狀表現(xiàn)必須具備的內(nèi)在因素。表型：與環(huán)境結(jié)合后實際表現(xiàn)出的可見性狀。 2.種的性狀分類在生物界的漫長歷程中，種的分化是生物對環(huán)境異質(zhì)性的適應(yīng)結(jié)果。（三） 生物的協(xié)同進化生物的進化由遺傳變異和自然選擇共同作用，形成了生物與環(huán)境間的協(xié)同發(fā)展。1.生物的進化 生命是

3、適應(yīng)環(huán)境的一種特殊的物質(zhì)運動，并由于遺傳變異和自然選擇的作用而向著更高級、更適應(yīng)環(huán)境的方向進化。生命的存在是一個不斷適應(yīng)環(huán)境的過程，同時，生命也在這個過程中不斷地改變著環(huán)境，這就是生物與環(huán)境間的協(xié)同發(fā)展。（三） 生物的協(xié)同進化生物間的協(xié)同進化，主要是由于生物個體的進化過程是在其環(huán)境的選擇壓力下進行的。因此，一個物種的進化必然會改變作用于其他生物的選擇壓力，引起其他生物也發(fā)生變化，這些變化反過來又會引起相關(guān)物種的進一步變化。這種兩個相互作用的物種在進化過程中發(fā)展的相互適應(yīng)的共同進化過程即為協(xié)同進化（coevolution）。在很多情況下，兩個或更多物種的單獨進化常常互相影響，形成一個相互作用的協(xié)

4、同適應(yīng)系統(tǒng)（coadapted system）。2.生物的協(xié)同進化（三） 生物的協(xié)同進化（1）昆蟲與植物之間的協(xié)同進化（2）大型食草動物與植物的協(xié)同進化（3）互惠共生物種間的協(xié)同進化（4）協(xié)同適應(yīng)系統(tǒng)生物協(xié)同進化的四種情況：互惠共生的物種間，常以盡量減少損害對方的方式而實現(xiàn)互利共生和協(xié)同進化。二、生物多樣性生物多樣性概念生物多樣性就是“生物類群層次結(jié)構(gòu)和功能的多樣性”。生物多樣性一般包括四個層次：遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性景觀多樣性不同層次基因水平分子細(xì)胞個體物種水平生物區(qū)系特點物種的瀕危狀況滅絕速率變動及機制保護物種和持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)水平生境的多樣性生物群落的多樣性生態(tài)過程的多樣性多

5、樣化和變異性景觀空間結(jié)構(gòu)功能機制時間動態(tài)三、地球自我調(diào)節(jié)理論Gaia 假說（一）Gaia 假說的形成和發(fā)展Lovelock J E在1969 年關(guān)于生命起源的國際會議上，第一次提出了Gaia 假說。1979 年，第一部著作Gaia：對地球上生命的新認(rèn)識1988年，第二部著作地球是由生物、海洋、大氣和土壤組成的一個復(fù)合系統(tǒng)，生物圈不僅改變了地球環(huán)境，而且也直接控制著這個復(fù)合系統(tǒng)，以維持地球的活動或使之更有活力。這一假說還認(rèn)為，這個復(fù)合系統(tǒng)是自我調(diào)節(jié)的，生物區(qū)系不僅產(chǎn)生了具有一定成分、酸堿度、氧化還原作用的大氣以及與其他星球極不相同的溫度，而且還保持著生物自我調(diào)節(jié)生理特征穩(wěn)定性的一些條件。目前，G

6、aia 假說雖然仍處于爭論之中，對它的討論將產(chǎn)生豐碩的成果。（二）Gaia 假說的主要論點1.地球上所有生物都起著調(diào)控作用1.00.00646090氣壓/105Pa13- 53240340459表面溫度/1.7ml/L0.0%0.0%0.0%CH40.946%1.6%0.1%70ml/LAr20.946%0.1%0.0%痕量O278.084%2.7%1.9%3.5%N20.03%95.0%98.0%96.5%CO2現(xiàn)在的地球火星沒有生命的地球金星地球和火星、金星上大氣主要成分、濃度等因素的對比金星地球火星（二）Gaia 假說的主要論點2.地球生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性Gaia 系統(tǒng)不是無生命的、機械的

7、和被動的系統(tǒng)，其內(nèi)部生物的各個部分相互有序、相互協(xié)調(diào)，才保證了整個地球系統(tǒng)的穩(wěn)定性。盡管地球受到頻繁的干擾和破壞，但能表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。3.地球本身是進化系統(tǒng)生物保證了整個地球系統(tǒng)的穩(wěn)定性。生物體影響其生存環(huán)境，而環(huán)境又反過來影響達(dá)爾文的生物進化過程，兩者是共同進化的。4.地球系統(tǒng)是有機整體整個地球是生物區(qū)系和大氣、土壤以及海洋所組成的一個綜合有機整體。生物與環(huán)境之間相互作用，不可分割。生物區(qū)系的發(fā)展、進化會影響到整個地球的物理和化學(xué)進化進程，從而影響到大氣、海洋和土壤。（二）Gaia 假說的主要論點5.地球生理學(xué)是地球進化的方式地球的氣候可能由浮游植物云層氣候反饋系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。DMS：二甲

8、基硫CCN：云凝結(jié)核NSS SO42：非海鹽硫酸鹽通過不斷增加大氣中DMS 的數(shù)量（正反饋作用）和云層對太陽輻射能反射作用的上升（負(fù)反饋作用）而形成了一個調(diào)節(jié)氣候的封閉性環(huán)。三、地球自我調(diào)節(jié)理論Gaia 假說Gaia 假說的主要觀點和貢獻(xiàn)是： Gaia 假說強調(diào)，生命是全球尺度的現(xiàn)象。地球生態(tài)系統(tǒng)沒有孤立的生命。生活的生物有機體必須調(diào)節(jié)其生存的星球。否則，物理和化學(xué)進化的力量將會使得它們變得不適于生物的生存。 Gaia 假說認(rèn)為，不能將物種的進化與它們的環(huán)境分離開來，這兩個過程緊緊地耦合成一個不可分割的過程，調(diào)節(jié)成功與否依賴于生物的進化和物質(zhì)環(huán)境進化的不斷耦合。這在一定意義上發(fā)展了達(dá)爾文進化論

9、的觀點。 對于地球物理學(xué)而言，如何將Gaia 假說的有關(guān)觀點付諸于實際研究，該假說為其提供了用數(shù)學(xué)觀點考察地球的新思路。第二節(jié) 第二節(jié) 環(huán)境的概念及其類型一、環(huán)境的概念二、環(huán)境的類型三、環(huán)境因子的分類一、環(huán)境的概念環(huán)境是一個相對的概念，它是指某一特定生物個體或生物群體以外的空間，以及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的一切要素的總和。在環(huán)境科學(xué)中，一般以人類為主體，環(huán)境是指圍繞著人群的空間以及其中可以直接或間接影響人類生活和發(fā)展的各種因素的總體。通常人們所說的環(huán)境是指地球環(huán)境，也有人稱為地理環(huán)境。大氣圈水圈巖石圈生物圈環(huán)境對流層大氣圈巖石圈水 圈生物圈二、環(huán)境的類型按環(huán)境的主體分，目前有兩種

10、體系：以人為主體，其他的生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)都被視為環(huán)境要素。這類環(huán)境稱為人類環(huán)境。在環(huán)境科學(xué)中，多數(shù)學(xué)者都采用這種分類方法。以生物為主體，生物體以外的所有自然條件稱為環(huán)境，這是一般生態(tài)學(xué)書刊上采用的分類方法。按環(huán)境的性質(zhì)可分成：自然環(huán)境：未經(jīng)破壞的天然環(huán)境半自然環(huán)境：人類作用于自然界后發(fā)生變化了的環(huán)境社會環(huán)境：如聚落環(huán)境，生產(chǎn)環(huán)境、交通環(huán)境及文化環(huán)境等按環(huán)境的范圍大小，可分為：宇宙環(huán)境：大氣層以外的宇宙空間地球環(huán)境：大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈區(qū)域環(huán)境：區(qū)域環(huán)境是指占有某一特定地域空間的自然環(huán)境微環(huán)境：區(qū)域環(huán)境中由于某一個（或幾個）圈層的細(xì)微變化而產(chǎn)生的環(huán)境差異所形成的小環(huán)境內(nèi)環(huán)境：內(nèi)環(huán)境是

11、指生物體內(nèi)組織或細(xì)胞間的環(huán)境三、環(huán)境因子的分類生物因素食物種內(nèi)種間基本上是變動因素密度制約因素反應(yīng)因素生物因素其他因素氣候以外的自然因素水域環(huán)境土壤環(huán)境變動因素（非周期性變動）相對濕度水變動因素（有周期性變動）氣候因素光溫度穩(wěn)定因素非密度制約因素非反應(yīng)因素非生物因素綜合性（1953）Smith（1935） Nicholson（1933） Allee（1949）第三節(jié) 第三節(jié) 生物與環(huán)境因子的相互作用一、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)三、水因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)五、其他環(huán)境因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)六、環(huán)境因子作用的一般規(guī)律一

12、、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)光是地球上所有生物得以生存和繁衍的最主要的能量源泉，地球上生物生活所必需的全部能量，幾乎都直接或間接地源于太陽光能。綠色植物的光合系統(tǒng)是太陽能以化學(xué)能的形式進入生態(tài)系統(tǒng)的唯一通路，也是食物鏈的起點。光本身又是一個十分復(fù)雜的環(huán)境因子，太陽光輻射強度、光質(zhì)及光的周期性變化等都對生物的生長發(fā)育和地理分布產(chǎn)生深刻的影響，而生物本身對光因子的變化也有著極其多樣的響應(yīng)。（一）光強的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)1.光強對生物生長發(fā)育和形態(tài)建成的作用光照強度對植物細(xì)胞的增長和分化、體積的增長和重量的增加關(guān)系密切；光還能促進組織和器官的分化，制約著器官的生長發(fā)育速度，使植物各器官和組織保持

13、發(fā)育上的正常比例。蛙卵、鮭魚卵在有光情況下孵化快，發(fā)育也快；貽貝和生活在海洋深處的浮游生物則在黑暗情況下長得較快。黑暗環(huán)境光照環(huán)境黃化現(xiàn)象（etiolation phenomenon）是光與形態(tài)建成的各種關(guān)系中最極端的典型例子，黃化是植物對黑暗環(huán)境的特殊適應(yīng)。（一）光強的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)2.光照強度與水生植物光的穿透性限制著植物在海洋和湖泊中的分布：在海洋表層的透光帶上部，植物的光合作用量大于呼吸量在補償點處，植物的光合作用量與呼吸消耗平衡沉降到補償點以下又不能很快回到表層時死亡（一）光強的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)3.植物對光照強度的適應(yīng)類型一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強成正比，但到達(dá)一定強

14、度光合效率不會再增加，若繼續(xù)增加光強，光合效率下降，這點謂之飽和點。陽地植物(A)和陰地植物(B)光補償點位置示意圖（Emberlin, 1983）CP：光補償點光飽和點蒲公英柳樹楊樹人參陽地植物陰地植物三七鐵杉（二）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)空間變化光質(zhì)即光的波長組成狀況是隨空間發(fā)生變化的，其一般規(guī)律是隨緯度增加短波光減少，隨海拔升高短波光增加。時間變化一年之中，冬季長波光增多，夏季短波光增多；一天之中，中午短波光最多，早晚長波光較多。波長不同波長的光對生物有不同的作用，植物葉片對日光的吸收、反射和透射的程度直接與波長有關(guān)。（二）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)光合作用的光譜范圍只是可見光區(qū)。不同

15、的光質(zhì)對植物的光合作用，色素形成，向光性，形態(tài)建成的誘導(dǎo)等的影響是不同的。生理有效輻射紅、橙光被葉綠素吸收藍(lán)紫光被葉綠素和類胡蘿卜素吸收生理無效輻射綠光則很少被吸收利用可見光對動物生殖，體色變化，遷徙，毛羽更換，生長及發(fā)育等都有影響可見光動物可見光植物（二）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)不可見光對生物的影響也是多方面的。例如：紫外光有致死作用，特別是細(xì)菌，病毒及微生物。紫外光是昆蟲新陳代謝所必需的，與維生素的產(chǎn)生關(guān)系密切。不可見光生物（三）生物對光周期的適應(yīng)光照長度超度1214h 叫長日照光照長度不足 810h 叫短日照1.植物的光周期長日照植物：經(jīng)過一定日照才開花，如牛蒡、紫菀、鳳仙花和除蟲菊等

16、。短日照植物：日照時間短于一定值時開花，如蒼耳、菊類、水稻、玉米、大豆等。中間性植物：只要其他條件合適，什么日照條件下都開花，如黃瓜、番茄、蒲公英等。長日照植物短日照植物中間性植物鳳仙花紫菀蒼耳玉米大豆西紅柿黃瓜（三）生物對光周期的適應(yīng)2.動物的光周期鳥類的遷移和生殖時間是由日照長度決定的。魚類的生殖和遷移受光周期影響，特別是光照充足的表層水魚類。昆蟲的代謝和發(fā)育受光周期的影響。哺乳動物的生殖和換毛受光周期的影響。日照長短和變化是許多動物進行遷移、生殖、換毛等生命活動最可靠的信號系統(tǒng)。熱帶荒漠二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)太陽輻射使地表受熱，產(chǎn)生氣溫、水溫和土壤溫度的變化。溫度因子和光因子

17、一樣呈周期性變化，稱為節(jié)律性變溫。節(jié)律性變溫和極端溫度都對生物的生長發(fā)育有著十分重要的生態(tài)學(xué)意義。北極熱帶草原（一） 溫度因子的生態(tài)作用1.溫度與生物生長生物的三基點：參與生物生命活動中生理生化過程中的酶的活性有最低溫度、最適溫度、最高溫度，相應(yīng)的則是生物生長的“三基點”。在一定范圍內(nèi)，生物的生長速率與溫度成正比多年生木本植物莖的橫斷面上的年輪動物的鱗片、耳石等使蛋白質(zhì)凝固，酶系統(tǒng)失活；高溫低溫將引起細(xì)胞膜滲透性改變、脫水、蛋白質(zhì)沉淀等不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)變化。（一） 溫度因子的生態(tài)作用2.溫度與生物發(fā)育生物完成生命周期，通過繁衍后代種族得到延續(xù)，不僅要生長期還要完成個體的發(fā)育階段。最明顯的是某些植

18、物一定要經(jīng)過一個低溫“春化”階段，才能開花結(jié)果。生物在生長發(fā)育過程中，需從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且某一特定生物類別各發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常數(shù)。有效積溫法則K = N（t - t0）式中，K生物所需的有效積溫 N天數(shù)，d t當(dāng)?shù)卦摃r期的平均溫度， t0生物生長活動所需最低臨界溫度(生物學(xué)零度)，（一） 溫度因子的生態(tài)作用生物的生長和發(fā)育常有一個溫度下限值，低于這個溫度值，生物就停止生長和發(fā)育，只有高于這個溫度值時，生物才開始生長發(fā)育。在生態(tài)學(xué)中，將這個溫度下限稱為生物學(xué)零度或發(fā)育起點溫度。生物學(xué)零度左圖為地中海果蠅發(fā)育歷程、發(fā)育速度與溫度的關(guān)系。它表示在發(fā)育的溫度

19、內(nèi)，果蠅的發(fā)育速率隨環(huán)境溫度增高呈線性加快，而發(fā)育所需的日期隨溫度升高呈雙曲線減少。（一） 溫度因子的生態(tài)作用有效積溫及雙曲線關(guān)系在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著很重要的意義。農(nóng)作物全年的種植安排，必須根據(jù)每一作物所需的總有效積溫，否則，將是盲目的。一種可能：土地不能得到充分利用另一種可能：作物尚未成熟而低溫已經(jīng)降臨，甚至導(dǎo)致顆粒無收在植物保護、防治病蟲害中，當(dāng)?shù)氐钠骄鶞囟纫约澳澈οx的有效總積溫是進行預(yù)測預(yù)報的重要依據(jù)。（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)1.低溫環(huán)境對生物的影響和生物對低溫環(huán)境的適應(yīng)在形態(tài)方面：北極和高山植物的芽和葉片常受到油脂類物質(zhì)的保護，芽具鱗片，植物體表面生有蠟粉和密毛，植物矮小并

20、常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等，這種形態(tài)有利于保持溫度，減輕嚴(yán)寒的影響。生活在高緯度地區(qū)的恒溫動物，其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類個體大，因為個體大的動物，其單位體重散熱量相對減少。貝格曼（Bergman）規(guī)律（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)1.低溫環(huán)境對生物的影響和生物對低溫環(huán)境的適應(yīng)在形態(tài)方面：阿倫（Allen）規(guī)律恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢，是減少散熱的一種形態(tài)適應(yīng)，稱為阿倫規(guī)律。北極狐的外耳明顯短于溫帶的赤狐，赤狐的外耳又明顯短于熱帶的大耳狐。（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)1.低溫環(huán)境對生物的影響和生物對低溫環(huán)境的適應(yīng)在生理

21、方面：生活在低溫環(huán)境中的植物常通過減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中的糖類、脂肪或色素等物質(zhì)來降低植物的冰點，增加抗寒能力。在寒冷季葉片變紅，能吸收更多的紅外線。例如鹿蹄草就是通過在葉細(xì)胞中大量貯存五碳糖、黏液等物質(zhì)來降低冰點的，這可使其結(jié)冰溫度從 下降到零下 。動物則靠增加體內(nèi)產(chǎn)熱量來增強御寒能力和保持恒定的體溫。寒帶動物由于有隔熱性能良好的毛皮，往往能使其在少增加甚至不增加代謝產(chǎn)熱的情況下就能保持恒定的體溫。植物動物（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)2.生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)在形態(tài)、生理和行為三個方面。 有些植物生有密絨毛和鱗片，能過濾一部分陽光； 有些可以反射紅外線

22、； 還有些植物主要減低細(xì)胞含水量。動物對高溫環(huán)境的一個重要適應(yīng)是適當(dāng)放松恒溫性，在高溫時吸收熱量等到環(huán)境適當(dāng)或到陰涼處釋放熱量。沙漠中的嚙齒動物對高溫環(huán)境常常采取行為上的適應(yīng)對策，即夏眠、穴居或晝伏夜出。植物對高溫的適應(yīng)動物對高溫的適應(yīng)（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)3.溫度與生物的地理分布溫度，包括節(jié)律性變溫和絕對溫度制約著生物的生長發(fā)育，而每個地區(qū)又都生長繁衍著適應(yīng)該地區(qū)氣候特點，特別是極端溫度的生物。極端溫度（最高溫度、最低溫度）是限制生物分布的最重要條件。溫度對動物的分布，有時可起到直接的限制作用。昆蟲的發(fā)育就北半球而言，動物分布的北界受低溫限制，南界受高溫限制。如喜熱的珊瑚和

23、管水母只分布在熱帶水域一般來說，暖和的地區(qū)生物種類多，寒冷地區(qū)生物的種類較少。例如，我國兩棲類動物，廣西有57 種，福建有41 種，浙江有40 種，江蘇有21 種，山東、河北各有9 種，內(nèi)蒙古只有8 種。（二） 極端溫度對生物的影響及生物的適應(yīng)4.變溫對生物的影響通常，變溫處理將有助于種子有效的萌發(fā)，特別是藥用植物以及芹菜、煙草等。變溫能提高種子萌發(fā)率，這是由于降溫后可增加氧在細(xì)胞中的溶解度，從而改善了萌發(fā)中的通氣條件。變溫通過改變植物的生理現(xiàn)象如呼吸、蒸騰等，可以造成糖分在體內(nèi)的大量聚集，如新疆的哈密瓜特別甜，就是這個原因造成的。三、水因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)（一）水因子的生態(tài)作用1.水是

24、生物生存的重要條件水是生物體的重要組成部分。植物體一般含水量達(dá)6080，而動物體含水量比植物更高。水母含水量高達(dá)95；軟體動物8092；魚類達(dá)8085；鳥類和獸類為7075。水是很好的溶劑,許多化學(xué)元素都是在水溶液的狀態(tài)下被生物吸收和運轉(zhuǎn)。水是生物新陳代謝的直接參與者，是光合作用的原料。水是生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)。（一）水因子的生態(tài)作用2.水對動植物生長發(fā)育的影響水分對植物生長“三基點”：最高、最適和最低低于最低點，植物萎蔫、生長停止高于最高點，根系缺氧、窒息、爛根處于最適點，是植物最優(yōu)的生長條件對于動物，水分不足可以引起滯育或休眠由于空氣濕度降低或食物中水分減少許多動物的周期性繁殖與降水季節(jié)相一致（

25、一）水因子的生態(tài)作用3.水對動植物數(shù)量和分布的影響地球上的降水是不均勻的，這主要由地理緯度、海陸位置、海拔高度的不同所致。我國從東南至西北，可以分為三個等雨量區(qū)，因而植被類型也可分為三個區(qū)，即濕潤森林區(qū)、干旱草原區(qū)及荒漠區(qū)。在小區(qū)域范圍內(nèi)：同一山體的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡，也會因降水的差異而各自生長著不同的植物，隨即分布著不同區(qū)系的動物。水分與動植物的種類和數(shù)量存在著密切的關(guān)系。水分狀況決定著植被的類型，以及動植物的種類、數(shù)量和分布。+45N: 118-128 E-45 N: 108-118 ENECTNSTEC針葉林南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林亞熱帶常綠闊葉林溫帶落葉闊葉林針闊葉混交林草甸草原典型草原荒漠

26、草原 中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)對全球變化響應(yīng)與適應(yīng)的樣帶研究Experimental design3 sites; 36 plots (33 m)（二） 生物對環(huán)境水因子的適應(yīng)1.植物對水因子的適應(yīng)根據(jù)植物對水分的需求量和依賴程度，可把植物分為水生植物和陸生植物。水生植物根據(jù)其生長環(huán)境中水的深淺不同，又可劃分為沉水植物、浮水植物和挺水植物三類。沉水植物：整株植物沉沒在水下，為典型的水生植物。根退化或消失，表皮細(xì)胞可直接吸收水中氣體、營養(yǎng)物和水分，葉綠體大而多，適應(yīng)弱光環(huán)境，無性繁殖比有性繁殖發(fā)達(dá)。如貍藻、金魚藻和黑藻等。浮水植物：葉片漂浮水面，氣孔多分布在葉的表面，無性繁殖速度快，生產(chǎn)力高。如鳳眼

27、蓮、浮萍、睡蓮等。挺水植物：植物體大部分挺出水面，如蘆葦、香蒲屬等。水生植物（二） 生物對環(huán)境水因子的適應(yīng)1.植物對水因子的適應(yīng)指生長在陸地上的植物，包括濕生、中生和旱生三種類型。濕生植物：指在潮濕環(huán)境中生長，不能忍受較長時間的水分不足，是抗干旱能力最弱的陸生植物。根據(jù)其環(huán)境特點，還可以再分為陰性濕生植物和陽性濕生植物兩個亞類。中生植物：指生長在水濕條件適中的生境中的植物。該類植物具有一套完整的保持水分平衡的結(jié)構(gòu)和功能。其根系和輸導(dǎo)組織均比濕生植物發(fā)達(dá)。旱生植物：生長在干旱環(huán)境中，能耐受較長時間的干旱環(huán)境，且能維護水分平衡和正常的生長發(fā)育，多分布在干熱草原和荒漠區(qū)。陸生植物（二） 生物對環(huán)境水

28、因子的適應(yīng)(1)陸生植物對水因子的適應(yīng)陸生植物可通過形態(tài)、生理適應(yīng)來維持根系吸收水和葉蒸騰水間的平衡。水分充足時，氣孔便張保證氣體交換缺水干旱時，氣孔便關(guān)閉以減少水分散失在低溫地區(qū)和低溫季節(jié)，植物的吸水量和蒸騰量小，生長緩慢，在高溫地區(qū)和高溫季節(jié)，植物的吸水量、蒸騰量和生產(chǎn)量都大(2)水生植物對環(huán)境的適應(yīng)水生植物可通過發(fā)達(dá)的通氣組織、退化的機械組織以及帶狀、線狀的葉片來適應(yīng)水環(huán)境。（二） 生物對環(huán)境水因子的適應(yīng)2.動物對水因子的適應(yīng)不同類群的水生動物有著各自不同的適應(yīng)能力和調(diào)節(jié)機制。滲透壓調(diào)節(jié)可以通過限制體表對鹽類和水的通透性，改變所排出的尿和糞便的濃度與體積，逆濃度梯度地主動吸收或主動排出鹽

29、類和水等的方法里實現(xiàn)。淡水動物體液的濃度對環(huán)境是高滲性的海洋生活的大多數(shù)生物，體內(nèi)的鹽量和海水是等滲或低滲性洄游魚類從淡水轉(zhuǎn)移到海水時，在48小時內(nèi)，一般都能通過滲透壓調(diào)節(jié)使體重和體液濃度恢復(fù)正常；由海水進入淡水時，通過提高排尿量來維持體內(nèi)的水平衡。(1)水生動物的滲透壓調(diào)節(jié)（二） 生物對環(huán)境水因子的適應(yīng)2.動物對水因子的適應(yīng)陸生動物通過特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)、躲避及遷徙行為、生理調(diào)節(jié)等方式來適應(yīng)干旱環(huán)境。形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)昆蟲具有幾丁質(zhì)的體壁行為的適應(yīng)沙漠地區(qū)夏季晝夜地表溫度相差很大，昆蟲、爬行類、嚙齒類等白天躲在洞內(nèi)，夜里出來活動。生理適應(yīng)如荒漠生活的鳥類和獸類往往具有能重吸收水分的腎。爬行動物和鳥

30、類以尿酸的形式向外排泄含氮廢物，甚至有的以結(jié)晶狀態(tài)排出。(2)陸生動物對環(huán)境濕度的適應(yīng)四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)（一） 土壤因子的生態(tài)作用土壤是巖石圈表面能夠生長動物、植物的疏松表層，是陸生生物生活的基質(zhì)，它提供生物生活所必需的礦物質(zhì)元素和水分。生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量交換的重要場所；生態(tài)系統(tǒng)中生物部分和無機環(huán)境部分相互作用的產(chǎn)物；土壤是一個重要的環(huán)境因子。土壤不僅能為陸生生物提供生活所必需的基質(zhì)、礦物質(zhì)元素和水分，它自身也是一個有生命的子系統(tǒng)。（一） 土壤因子的生態(tài)作用土壤中的各種組分以及它們之間的關(guān)系，影響著土壤的性質(zhì)和肥力，從而影響生物的生長。土壤肥力土壤及時地滿足生物對水、肥、氣、

31、熱要求的能力，稱為土壤肥力。肥沃的土壤是生物正常生長發(fā)育的基礎(chǔ)。有機質(zhì)類物質(zhì)礦物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)必需的生命元素植物生長水分、養(yǎng)料、溫度和空氣水分、養(yǎng)料、溫度和空氣土壤（一） 土壤因子的生態(tài)作用土壤的生物作用：根際微生物與植物關(guān)系生物固氮和共生從植物根系得到自身需要的糖類物質(zhì)，供給植物所需的氮素真菌可以和植物形成菌根型共生，利于植物對營養(yǎng)元素的吸收土壤土壤微生物土壤動植物分解和轉(zhuǎn)化有機物質(zhì)促進元素的循環(huán)影響、改變土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)（二） 植物對土壤因子的適應(yīng)根據(jù)植物對土壤酸度的反應(yīng)可劃分為：酸性土植物生態(tài)類型中性土植物生態(tài)類型堿性土植物生態(tài)類型根據(jù)植物對土壤中礦質(zhì)鹽類（如鈣鹽）的反應(yīng)可劃分為：鈣

32、質(zhì)土植物嫌鈣植物根據(jù)植物對土壤含鹽量的反應(yīng)可劃分為：鹽土植物堿土植物植物對于長期生活的土壤會產(chǎn)生一定的適應(yīng)特性。因此，形成了各種以土壤為主導(dǎo)因素的植物生態(tài)類型。（二） 植物對土壤因子的適應(yīng)1.鹽土對植物的影響(1)引起植物的生理干旱提高了土壤溶液的滲透壓(2)傷害植物組織尤其在干旱季節(jié)，鹽類積聚(3)引起細(xì)胞中毒使原生質(zhì)受害，蛋白質(zhì)的合成受到嚴(yán)重阻礙(4)影響植物的正常營養(yǎng)元素的競爭；氣孔不能關(guān)閉2.堿土對植物的影響（1）土壤的強堿性能毒害植物根系（2）土壤物理性質(zhì)惡化，土壤結(jié)構(gòu)受破壞，質(zhì)地變劣，透水性差（二） 植物對土壤因子的適應(yīng)3.植物對鹽堿土的適應(yīng)生長在內(nèi)陸的為旱生鹽土植物，如鹽角草等。

33、生長在海濱的鹽土植物為濕生鹽土植物，如鹽蓬等。在形態(tài)上：植物體干而硬；葉子不發(fā)達(dá)，蒸騰表面縮小，氣孔下陷；表皮具有厚的外壁，常具灰白色絨毛。細(xì)胞間隙縮小，柵欄組織發(fā)達(dá)，有貯水細(xì)胞。在生理上：(1)聚鹽性植物：通過積累鹽分，提高細(xì)胞內(nèi)的滲透壓來維持水平衡。(2)泌鹽性植物：通過莖、葉表面的鹽腺來排除體內(nèi)的過多鹽分。(3)透鹽性植物：通過體內(nèi)高濃度的可溶性有機物而提高滲透壓的。能在含鹽量很高的鹽土或堿土里生長的植物，都具有一系列適應(yīng)鹽、堿生境的形態(tài)和生理特性，這類植物被稱為鹽土植物和堿土植物。五、其他環(huán)境因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)(一)火因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)1.火的生態(tài)作用小面積火，維護了原

34、有的生態(tài)環(huán)境，利于植被的恢復(fù)。低強度，時間短，對生態(tài)系統(tǒng)破壞程度小，可維持原有水平。計劃用火，在人為控制下，安全可靠而且效果顯著。2.生物對火因子的適應(yīng)火對植物的作用受火的強度，植物的年齡，莖稈粗細(xì)，植物體內(nèi)易燃性物質(zhì)（揮發(fā)油、油脂、纖維素）的含量，植物生長的環(huán)境及植物的品種等多種因素所影響。草本植物火燒后返青快、長得更茂盛，灌木在火燒后比喬木更易生長。會影響野生動物的分布及數(shù)量?；鸫龠M了自然界的物質(zhì)再循環(huán)，刺激了植物的生長。這種作用比通過細(xì)菌等微生物的分解要快得多。(二)雪對生物的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)溫帶地區(qū)和高緯度地區(qū)或高山上的冬季降雪常形成穩(wěn)定的積雪覆蓋層，稱為雪被。雪被的導(dǎo)熱率低，所以

35、在寒冷的季節(jié)里，它能夠保護土壤，使其不至于結(jié)冰或凍結(jié)，從而使深雪下的動植物免受凍害。雪被改變了動物的活動及食物條件，所以在長期的進化過程中，動物在行為等方面產(chǎn)生了一系列對雪被的適應(yīng)對策。在雪環(huán)境中生活的動物有著各種各樣的適應(yīng)性。它們的毛色大多是白色或淺色的。(三)風(fēng)對生物的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)風(fēng)是空氣流動的表現(xiàn)。它的形成取決于溫度及其引起的氣壓變化。地球表面風(fēng)的分布規(guī)律，決定于地面太陽熱能分布不均而引起的氣壓分布不均，加之地球自西向東的轉(zhuǎn)動，使地球表面存在有規(guī)律的風(fēng)帶和氣壓帶。風(fēng)對動物的影響主要表現(xiàn)在地理分布上。大氣中的浮游生物，大多數(shù)都是些被氣流控制在不同高度的小節(jié)肢動物。風(fēng)是動物進行物種傳

36、播的重要因素，許多動物都是借助風(fēng)而進行遷徙的。(三)風(fēng)對生物的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)許多禾本科作物和森林樹種的傳粉是靠風(fēng)作媒介的，這類植物稱為“風(fēng)媒植物”。借助風(fēng)力傳播的果實和種子的形態(tài)特征蒲公英的果實（頂端具有冠毛）馬利筋的種子（頂端有種毛）鐵線蓮的果實（花柱殘留呈羽狀）/酸漿的果實（外包花萼所成的氣囊）六、環(huán)境因子作用的一般規(guī)律(一)環(huán)境因子與生態(tài)因子生態(tài)因子指對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環(huán)境要素，如溫度、濕度、食物、氧氣、二氧化碳和其他相關(guān)生物等。生存條件生態(tài)因子中生物生存所不可缺少的環(huán)境條件又稱為生存條件。生態(tài)環(huán)境生物群落及非生物自然因素組成的各種生態(tài)系統(tǒng)所構(gòu)成的

37、整體即為生態(tài)環(huán)境，主要由自然因素形成，并間接地、潛在地、長遠(yuǎn)地對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生影響。生境一個生物體或生物體組成的群落所棲居的地方稱為生境，包括周圍環(huán)境中一切生物的和非生物的因素或條件。(二)環(huán)境因子作用的一般特征1.環(huán)境因子的綜合作用環(huán)境因子彼此聯(lián)系、互相促進、互相制約，任何一個單因子的變化，將引起其他因子不同程度的變化及其反作用。環(huán)境因子對生物的作用具有綜合性、非等價性、階段性、不可替代性和互補性等基本特征。(二)環(huán)境因子作用的一般特征2.主導(dǎo)因子及特點在諸多環(huán)境因子中往往會有一個或兩個因子，在一定條件下，對生物起決定性作用，被稱為主導(dǎo)因子。主導(dǎo)因子發(fā)生變化時會引起其他因子發(fā)生變化或使

38、生物的生長發(fā)育發(fā)生明顯變化。植物光合作用光照（主導(dǎo)因子），溫度和CO2（次要因子）植物春化階段低溫（主導(dǎo)因子），濕度和通氣條件（次要因子）(二)環(huán)境因子作用的一般特征3.直接作用和間接作用環(huán)境中的地形因子，其起伏、坡向、坡度、海拔高度及經(jīng)緯度等對生物的作用不是直接的，而是通過影響光照、溫度、降水、食物等對生物生長、分布等起作用。對生物因子而言，寄生、共生關(guān)系是直接作用。植物群落結(jié)構(gòu)變化對大型捕食者種群動態(tài)的影響多是間接作用。(二)環(huán)境因子作用的一般特征4.環(huán)境因子作用的階段性生物生長發(fā)育的不同階段對環(huán)境因子的需求是不同的。因此，環(huán)境因子對生物的作用具有階段性特點，這種階段性既與環(huán)境的規(guī)律性變化密切相關(guān)，也是生物進化適應(yīng)的結(jié)果。對于這些洄游性的魚類而言，生命的不同階段對環(huán)境的需求不同，環(huán)境因子作用的階段性，則是生物長期進化的結(jié)果。(二)環(huán)境因子作用的一般特征5.環(huán)境因子的不可代替性和補償作用環(huán)境因子具有不可代替性。缺少主導(dǎo)因子會影響生物的正常生長發(fā)育，甚至使生物發(fā)生疾病或死亡。許多條件下，在多個生態(tài)因子的綜合作用過程中，某一因子在量上的不足，可以由其他因子來補償，并且同樣可以獲