環(huán)境生態(tài)修復(fù)第2章

環(huán)境生態(tài)修復(fù)

2023/1/312第二章生物與環(huán)境§2.1環(huán)境與生態(tài)因子§2.2生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理§2.3生物與主要生態(tài)因子的相互關(guān)系2023/1/313§2.1環(huán)境因子與生態(tài)因子一、環(huán)境因子和生態(tài)因子環(huán)境----指某一特定生物體或生物群體以外的空間及直接、間接影響該生物體或生物群體生存的一切事物總和。環(huán)境因子----構(gòu)成環(huán)境的各種因素，稱為環(huán)境要素或環(huán)境因子，環(huán)境因子則是指生物體外部的全部要素。生態(tài)因子(ecologicalfactors)：環(huán)境中對生物生長、發(fā)育、生殖、行為和分布有著直接或間接影響的環(huán)境要素，是環(huán)境中對生物起作用的因子。2023/1/314二、生態(tài)因子的分類通常分為非生物因子和生物因子兩大類生物因子（bioticfactors）：有機(jī)體（同種和異種）非生物因子（abioticfactors）：溫度、光、濕度、pH、氧氣等有學(xué)者分為五類:氣候因子(climaticfactors)、土壤因子(edaphicfactors)

、地形因子(topographicfactors)

、生物因子、人為因子(anthropogenicfactors)

Begon等將非生物因子分為條件和資源兩類條件：溫度、濕度、pH等資源：營養(yǎng)物質(zhì)、水、輻射能等2023/1/315三、生態(tài)因子的空間分布緯度地帶性：從赤道到兩極，地球表面各為過渡狀分帶；太陽輻射量差異----太陽輻射→熱量帶→水分差異→土壤分帶→植被分帶；自然地理帶：赤道、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶；垂直地帶性：太陽輻射和水熱狀況隨著地形高度的不同而不同，氣候和生物自山麓至山頂呈垂直地帶分異的規(guī)律性變化(空氣：-1℃/100m;濕潤空氣,-0.6℃/100m)。經(jīng)度地帶性：地球內(nèi)在因素如大地構(gòu)造形成地貌和海洋分異引起經(jīng)度地帶性分異。如北美大陸和歐亞大陸。2023/1/316植被的空間格局(據(jù)M.C.Molles,Jr,1999)2023/1/317§2.2生物與環(huán)境關(guān)系的基本原理生態(tài)因子作用的特點(diǎn)生物對非生物因子的耐受限度生物對生態(tài)因子耐受限度的調(diào)整生態(tài)位2023/1/3181、生態(tài)因子作用的特點(diǎn)綜合性:如氣候的作用；非等價性（主導(dǎo)因子作用）:雉孵卵的溫度控制；漁業(yè)高密度養(yǎng)殖增氧；直接性和間接性：食物，降水；限定性（因子作用的階段性）：生態(tài)因子的不可替代性和互補(bǔ)性：水體內(nèi)的鈣和鍶。2023/1/3192、生物對非生物因子的耐受限度“最小因子定律”(Liebig’slawofminimum)----生物的生長取決于處于最低量的營養(yǎng)元素，這些處于最低量的營養(yǎng)元素稱最小因子（JustusvonLiebig,1840,德國）。“耐受性定律”(Shelford’slawoftolerance)----每種生物對一種生態(tài)因子都有一個耐受范圍：一個生態(tài)學(xué)上的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，這兩點(diǎn)間的范圍為生態(tài)幅(ecologicalamplitude)或生態(tài)價(ecologicalvalence)。(V.E.Shelford,1913，美國)限制因子(limitingfactors)----在眾多生態(tài)因子中，任何接近或超過某種生物的耐受性極限而阻止其生存、生長、繁殖或擴(kuò)散的因子稱限制因子。2023/1/3110種群數(shù)量數(shù)量很低種群消失種群消失數(shù)量很低數(shù)量最高不能耐受區(qū)生理受抑制生理受抑制不能耐受區(qū)最適區(qū)

環(huán)境梯度高低耐受性下限耐受性上限生物種的耐受性限度圖解（據(jù)Smith,1980）2023/1/31113、生物對生態(tài)因子耐受限度的調(diào)整1）馴化：生物在實(shí)驗(yàn)／自然條件下，誘發(fā)的生理補(bǔ)償變化。分為實(shí)驗(yàn)馴化(acclimation)與氣候馴化(acclimatization)：（1）氣候馴化---有機(jī)體對自然環(huán)境條件變化產(chǎn)生的生理調(diào)節(jié)反應(yīng)。馴化的應(yīng)用：植物的引種栽培。（2）實(shí)驗(yàn)馴化----有機(jī)體對實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件變化產(chǎn)生的生理調(diào)節(jié)反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)馴化是對環(huán)境條件改變的一種生理上而非遺傳上的可逆反應(yīng)?；钚晕勰嗟鸟Z化。前者需要較長的時間，后者需要較短的時間。2023/1/31122）內(nèi)穩(wěn)態(tài)內(nèi)穩(wěn)態(tài)(homeostasis):生物系統(tǒng)通過內(nèi)在的調(diào)節(jié)機(jī)制使內(nèi)環(huán)境保持相對穩(wěn)定。內(nèi)穩(wěn)態(tài)通過形態(tài)、行為和生理適應(yīng)實(shí)現(xiàn)。依靠三個基本組成成份：接受器；控制中心；效應(yīng)器。2023/1/3113負(fù)反饋過程（維持哺乳動物血液滲透性）接受器（下丘腦）控制中心（下丘腦）效應(yīng)器（腎臟）血液太濃飲水血液滲透性上升口渴反應(yīng)血液太稀失水反應(yīng)血液滲透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)2023/1/31143）適應(yīng)適應(yīng)(adapatation)

：生物對環(huán)境壓力的調(diào)整，分基因型適應(yīng)和表型適應(yīng)兩類，后者又包括可逆適應(yīng)和不可逆適應(yīng)。適應(yīng)方式：形態(tài)適應(yīng)：保護(hù)、保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)；行為適應(yīng)：運(yùn)動、繁殖、遷移和遷徙、防御和抗敵；生理適應(yīng)：生物鐘、休眠、生理生化變化；營養(yǎng)適應(yīng)：食性的泛化與特化；適應(yīng)組合(adaptivesuites):

生物對非生物環(huán)境條件表現(xiàn)出協(xié)同的適應(yīng)特性，如駱駝和仙人掌對炎熱干旱環(huán)境的適應(yīng)。趨同適應(yīng)和趨異適應(yīng)。2023/1/3115動物的保護(hù)色、警戒色與擬態(tài)A

樹皮紡織娘(Barkkatydid)B

梟蝶(Owlbutterfly)C枯葉蝶

(Leaflike

insect(Anaea))D

捕食花螳螂

(Predatoryflowermantis)E

蛙魚(Frogfish)ABDEC樺尺蠖2023/1/31172023/1/31172023/1/31184、生態(tài)位生態(tài)位(niche)與棲息地(habitat)生態(tài)位：有機(jī)體在環(huán)境中占據(jù)的地位:空間、資源；棲息地：有機(jī)體所處的物理環(huán)境。基礎(chǔ)生態(tài)位(fundamentalniche)和實(shí)際生態(tài)位(realizedniche)物種理論上占據(jù)的生態(tài)位空間稱基礎(chǔ)生態(tài)位；實(shí)際占有的生態(tài)位空間稱實(shí)際生態(tài)位。超體積生態(tài)位(hypovolume)生態(tài)位的每一個環(huán)境變量稱一維，生態(tài)位空間的環(huán)境變量可以是多個，超過3個維度的生態(tài)位空間稱超體積生態(tài)位。2023/1/31192023/1/3120§2.3生物與主要生態(tài)因子的相互

關(guān)系生物與光的關(guān)系生物與溫度的關(guān)系生物與水的關(guān)系生物與土壤的關(guān)系2023/1/3121生物與光的關(guān)系太陽輻射及其變化規(guī)律光質(zhì)變化對生物的影響光強(qiáng)度變化對生物的影響光周期現(xiàn)象光對生物影響生物對光適應(yīng)2023/1/3122太陽輻射能(仿A.Mackenzieet.al,1999)紫外線可見光紅外線400630100025004000

波長(nm)能量強(qiáng)度一、生物與光的關(guān)系2023/1/31231、光質(zhì)變化對生物的影響海洋植物—光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性:海水表層植物色素吸收藍(lán)、紅光；深水植物光合色素有效地利用綠光。高山植物—對紫外光作用的適應(yīng)，發(fā)展了特殊的蓮座狀葉叢。動物—不同動物發(fā)展不同的色覺。2023/1/31252023/1/31262、光強(qiáng)度變化對生物的影響植物—光合作用率在光補(bǔ)償點(diǎn)附近與光強(qiáng)度成正比，但達(dá)光飽和點(diǎn)后,不隨光強(qiáng)增加。凈生產(chǎn)力A光合作用B呼吸作用CP光補(bǔ)償點(diǎn)SP光飽和點(diǎn)光合作用率光強(qiáng)度BACPasp光合作用率光強(qiáng)度ACPbB植物的光補(bǔ)償點(diǎn)示意圖(Emberlin,1983)2023/1/3127陸生生物—對不同光照強(qiáng)度的適應(yīng)產(chǎn)生陽性植物和陰性植物和耐陰性植物。水生生物—水生植物在水中的分布與光照強(qiáng)度有關(guān)。動物—光照強(qiáng)度影響動物的行為，晝行性動物在白天強(qiáng)光下活動，夜行性動物在夜晚或弱光下活動。2023/1/31283、生物的光周期現(xiàn)象光周期現(xiàn)象(photoperiodism)----植物對自然界晝夜長短規(guī)律性變化的反應(yīng)，明暗的交替與長短對開花結(jié)實(shí)有影響。植物光周期現(xiàn)象—對繁殖(開花)的影響：長日照植物(long-dayplants)、短日照植物(short-dayplants)：動物光周期現(xiàn)象—對鳥類等遷徙影響、對繁殖的影響：長日照動物(long-dayanimals)：在溫帶和高緯度地區(qū)許多鳥獸在春夏之際白晝逐漸延長的季節(jié)繁殖后代的照動物；如雪貂、野兔、刺猬；短日照動物(short-dayanimals)：在白晝逐步縮短秋冬開始性腺發(fā)育、進(jìn)行繁殖動物，綿羊、山羊和鹿等。2023/1/3129二、生物與溫度的關(guān)系溫度對生物的作用(溫度的生態(tài)學(xué)意義)極端溫度對生物的影響生物對極端溫度的適應(yīng)2023/1/31301、溫度對生物的作用溫度與生物生長：

1）生命活動的酶都有其三基點(diǎn)溫度；

2）外溫的季節(jié)性變化引起植物和變溫動物生長加速和減弱的交替，形成年輪；

3）外溫影響動物的生長規(guī)模。溫度與生物發(fā)育：最普遍的規(guī)律是有效積溫。溫度與生物的繁殖和遺傳性：植物春化

，動物繁殖的早遲。溫度與生物分布：物種的分布范圍與溫度區(qū)相關(guān)。2023/1/3131有效積溫法則及其意義有效積溫法則：植物在生長發(fā)育過程中必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育過程，而且各個發(fā)育階段所需的總熱量是一個常數(shù)，稱總積溫或有效積溫，（總積溫）＝N(T－C)

N--發(fā)育歷期、T--發(fā)育期間的平均溫度，C是發(fā)育起點(diǎn)溫度，又稱生物學(xué)零度。有效積溫法則的意義預(yù)測生物地理分布的北界；預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)；預(yù)測害蟲來年的發(fā)生程歷；制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物；應(yīng)用積溫預(yù)報農(nóng)時。2023/1/31322、極端溫度對生物的影響低溫對生物的影響：當(dāng)溫度低于臨界(下限)溫度

，生物便會因低溫而寒害和凍害。凍害原因：冰結(jié)晶使原生質(zhì)破裂損壞胞內(nèi)和胞間的微細(xì)結(jié)構(gòu)；溶劑水結(jié)冰，電解質(zhì)濃度改變，引起細(xì)胞滲透壓變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性；脫水使蛋白質(zhì)沉淀；代謝失調(diào)。高溫對生物的影響：當(dāng)溫度超過臨界（上限）溫度，對生物產(chǎn)生有害作用，如蛋白質(zhì)變性、酶失活、破壞水份平衡、氧供應(yīng)不足、神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。2023/1/31333、生物對極端溫度的適應(yīng)生物對低溫的適應(yīng)：

保暖、抗凍－－形態(tài)、生理、行為的適應(yīng)生物對高溫的適應(yīng)：

抗輻射、保水、散熱－－形態(tài)、生理、行為的適應(yīng)

2023/1/31342023/1/31351）生物對低溫的適應(yīng)形態(tài)適應(yīng)---植物：芽具鱗片、體具蠟粉、植株矮小；動物：增加隔熱層，體形增大，外露部分減小。阿倫規(guī)律(Allen’srule):寒冷地區(qū)的內(nèi)溫動物較溫暖地區(qū)內(nèi)溫動物外露部分趨于縮小，是減少散熱的適應(yīng)。貝格曼規(guī)律(Bergman’srule):在寒冷氣候中的內(nèi)溫動物身體比在溫暖氣候中同類個體更大，是減少散熱的適應(yīng)。約旦規(guī)律(Jordan’srule):魚類的脊椎骨數(shù)目在低溫水域比在溫暖水域的多。2023/1/3136生理上的適應(yīng)----1）植物：減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中有機(jī)質(zhì)的濃度以降低冰點(diǎn)，增加紅外線和可見光的吸收帶（高山和極地植物）；

2）動物：超冷和耐受凍結(jié)，當(dāng)環(huán)境溫度偏離熱中性區(qū)增加體內(nèi)產(chǎn)熱，維持體溫恒定，局部異溫等。行為上的適應(yīng)----遷移和冬眠／休眠等。2023/1/31372）生物對高溫的適應(yīng)形態(tài)上的適應(yīng)----植物：密毛、鱗片濾光；體色反光；葉緣向上或暫時折疊，減少輻射傷害；干和莖具厚的木栓層，絕熱。動物：體形變小，外露部分增大；腿長將體抬離地面；背部具厚的脂肪隔熱層。生理上的適應(yīng)----植物：降低細(xì)胞含水量，增加糖或鹽濃度，減緩代謝率；蒸騰作用旺盛，降低體溫；反射紅外光。動物：放寬恒溫范圍；貯存熱量，減少內(nèi)外溫差。行為上的適應(yīng)----植物：關(guān)閉氣孔。動物：休眠，穴居，晝伏夜出等。2023/1/3138三、生物與水的關(guān)系

1、生物體的水分獲得與損失途徑水分的喪失途徑植物－－蒸發(fā)（蒸騰作用、擴(kuò)散作用）失水，分泌失水。動物－－蒸發(fā)失水，排泄、分泌失水。水分獲得途徑植物－－根部吸收，葉面吸收。動物－－食物，體表吸收，代謝水。2023/1/3139三、生物與水的關(guān)系

2023/1/31412、生物對水因子的適應(yīng)水生植物對水環(huán)境的適應(yīng)陸生植物水平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制陸生動物水平衡的調(diào)節(jié)機(jī)制2023/1/3142水生植物對水因子的適應(yīng)適應(yīng)方式有發(fā)達(dá)的通氣組織;機(jī)械組織不發(fā)達(dá)或退化;葉片薄而長,以增加光合和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的面積。生態(tài)類型沉水植物浮水植物挺水植物2023/1/3143陸生植物對水因子的適應(yīng)陸生植物的水平衡調(diào)節(jié)機(jī)制形態(tài)適應(yīng)：發(fā)達(dá)的根系；葉面?。粏巫尤~植物中一些具扇狀的運(yùn)動細(xì)胞，可使葉面卷曲；具發(fā)達(dá)的貯水組織；生理適應(yīng)：水分運(yùn)輸?shù)膭恿?、原生質(zhì)的滲透濃度高。陸生植物的生態(tài)類