個體生態(tài)學生物與環(huán)境章節(jié)版

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2.1生態(tài)因子

2.1.1環(huán)境（environments）概念：某一特定生物體或生物群體周圍一切因素的總和，包括空間及直接或間接影響該生物體或生物群體生存的各種因素。內涵：環(huán)境的本質就是生物生存和發(fā)展的資源或影響這種資源的因素尺度效應：大環(huán)境與小環(huán)境第1頁/共58頁2

大環(huán)境與小環(huán)境大環(huán)境（macroenvironment）：地區(qū)環(huán)境、地球環(huán)境、宇宙環(huán)境；如西雙版納的環(huán)境，昆明黑龍?zhí)董h(huán)境等小環(huán)境（microenvironment）：直接影響生物生命活動的近鄰環(huán)境。如洞穴環(huán)境，樹蔭下環(huán)境等環(huán)境中的氣候（climate）大氣候（macroclimate）：大環(huán)境(地區(qū)以上范圍)的氣候條件小氣候（microclimate）：小環(huán)境的氣候條件第2頁/共58頁3

大環(huán)境（全球大氣環(huán)流和洋流）第3頁/共58頁4

小氣候（小環(huán)境）第4頁/共58頁5

-生態(tài)因子及相關名詞生態(tài)因子的分類生態(tài)因子作用特征2.1.2生態(tài)因子第5頁/共58頁6

生態(tài)因子：環(huán)境要素中對生物起作用的因子。生存條件：生態(tài)因子中生物生存不能缺少的生態(tài)因子的總稱。生態(tài)環(huán)境：一定區(qū)域所有生態(tài)因子的總和。生境（habitat）：特定生物個體或群體的棲息地的生態(tài)環(huán)境。（1）相關概念

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描述自然環(huán)境的手段：氣候圖解氣候圖解第7頁/共58頁8

（2）生態(tài)因子的分類

根據(jù)性質劃分為：氣候因子：如溫度、水分、光照、風、氣壓和雷電等土壤因子：如土壤結構、土壤成分的理化性質及土壤生物等地形因子：如陸地、海洋、海拔高度、山脈的走向與坡度等生物因子：包括動物、植物和微生物之間的各種相互作用人為因子：人類活動對自然的破壞及對環(huán)境的污染第8頁/共58頁地形因子對氣候的影響

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（2）生態(tài)因子的分類有無生命特征：生物因子和非生物因子對生物種群數(shù)量變動的作用密度制約因子：食物、天敵等生物因子非密度制約因子：溫度、降水等氣候因子穩(wěn)定性及其作用特點穩(wěn)定因子：終年恒定的因子，決定生物的分布，如地心引力、地磁等變動因子：周期性變動因子：一年四季變化和潮汐漲落非周期性變動因子：如風、降雨、捕食等第10頁/共58頁11

密度制約因子和非密度制約因子密度制約因子環(huán)境因子中，對生物作用的強度隨生物的密度而變化的因子類型有正負兩類，在密度增加的狀態(tài)下，正者作用導致生物的密度進一步增長；負者導致密度的反饋性降低，有調節(jié)種群密度的作用。一般生物因子常為密度制約因子。非密度制約因子

環(huán)境因子中，對生物作用的強度與生物密度變化無關的因子。第11頁/共58頁12

種群死亡率變化種群密度梯度密度制約非密度制約逆密度制約導致種群死亡率變化的環(huán)境因子作用于種群的強度，隨種群密度梯度變化而改變密度制約因子與非密度制約性因子比較第12頁/共58頁13

種群出生率變化種群密度梯度密度制約非密度制約逆密度制約導致種群出生率變化的環(huán)境因子作用于種群的強度隨種群密度梯度變化而改變；具有調節(jié)種群密度作用密度制約因子與非密度制約性因子比較第13頁/共58頁14

（3）生態(tài)因子的作用特征綜合作用：生態(tài)因子間相互聯(lián)系、相互影響、相互制約主導因子作用：生態(tài)因子的非等價作用的階段性：生物發(fā)育的不同階段，需要不同不可替代性和補償性：生態(tài)因子間不可替代，但在一定程度上可以補償直接作用和間接作用：直接因子：直接對生物發(fā)生影響的生態(tài)因子間接因子：通過影響直接因子而對生物發(fā)生影響生態(tài)因子第14頁/共58頁生態(tài)因子的空間分布特征緯度地帶性：從赤道到兩極，整個地球表面具有過渡狀的分帶性規(guī)律。太陽輻射量差異太陽輻射－－熱量帶－－水分差異－－植被分帶－－土壤分帶自然地理帶：赤道、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶植被地帶性分布垂直地帶性：因太陽輻射和水熱狀況隨著地形高度的不同而不同，生物和氣候自山麓至山頂呈垂直地帶分異的規(guī)律性變化(干燥空氣,-1℃/100m;濕潤空氣,-0.6℃/100m)。經(jīng)度地帶性：地球內在因素如大地構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。第15頁/共58頁16

2.2生物與環(huán)境的相互作用2.2.1環(huán)境對生物的作用環(huán)境對生物的決定作用環(huán)境對生物的塑造作用2.2.2生物對環(huán)境的反作用生物對環(huán)境的適應生物對環(huán)境因子的改變

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2.2.1環(huán)境對生物的作用對生物存活的影響對生物生長、發(fā)育的影響對生殖、繁衍的影響對生物的數(shù)量和分布的影響對生物的種內、種間關系的影響

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2.2.2生物對環(huán)境的反作用（1）生物對環(huán)境的適應方式形態(tài)的適應生理的適應行為的適應

各種適應都有相應的遺傳基礎第18頁/共58頁19

生物對生物環(huán)境的響應與適應物種間的相互作用

＋得利；—表示受損；0無明顯影響物種間的協(xié)同進化一個物種在進化上的變化同時改變了與該物種相關的其它物種所承受的選擇壓力，導致相關物種的改變，反過來又對該物種的變化施以影響的過程。二個或更多的相互作用的物種，其各自的進化是相互影響的，從而形成了一個相互作用的進化系統(tǒng)，這一機制稱為協(xié)同進化。相互作用類型互利共生偏利作用捕食/牧食/寄生種間競爭偏害作用中性作用A＋＋＋——０B＋０——００第19頁/共58頁20

胡椒蛾黑化胡椒蛾個體案例1.胡椒蛾黑化現(xiàn)象第20頁/共58頁21

1008060300200100Wintersmoke,ug/m3Percentfrequencyofmelanicpepperedmoths196019701980煙塵實測值煙塵變化趨勢黑化蛾變化趨勢隨著污染減輕，黑化蛾在群體中的頻率逐漸下降第21頁/共58頁22

夜間降低代謝率有花蜜供給，沒有休眠，要消耗大量能量案例2.食物與代謝第22頁/共58頁23

（2）生物對環(huán)境因子的改變森林吸收太陽輻射、降低風速、保持水分、防治土壤凍結土壤微生物和土壤動物改變土壤的結構和性質過度放牧導致草場退化人類活動導致全球環(huán)境變化……第23頁/共58頁24

2.3最小因子、限制因子與耐受限度2.3.1利比希最小因子定律2.3.2限制因子2.3.3耐受限度和生態(tài)幅（1）耐受性定律（2）生態(tài)幅（3）耐受限度的調整第24頁/共58頁25

2.3.1利比希最小因子定律

(Liebig’slawofminimum)基本內容低于某種生物需要的最小量的任何特定因子，是決定該種生物生存和分布的根本因素。應用中應注意的問題定律成立條件：生物的內環(huán)境和外環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)注意：生態(tài)因子間的替代作用第25頁/共58頁26

2.3.2限制因子和限制因子定律限制因子(limitingfactor)限制因子是對生物的生存、生長、繁殖或擴散等起限制作用的因子當生態(tài)因子接近或超過生物的耐受性極限而影響其生存、生長、繁殖或擴散時，這個因子成為該生物限制因子限制因子定律(Lawoflimitingfactor)

生態(tài)因子處于低于生物正常生長所需的最小量和高于生物正常生長所需的最大量時，都對生物具有限制性影響B(tài)lackman，1905，基于利比希最小因子定律該定律的應用價值第26頁/共58頁27

南北較高緯度地區(qū)的低溫是影響非洲蜂進一步向高緯度范圍擴散的限制因子。案例：低溫對非洲蜂分布的限制第27頁/共58頁28

2.3.3耐受限度與生態(tài)幅（1）Shelford耐受性定律(Lawoftolerance)任何一個生態(tài)因子在數(shù)量或質量上的不足或過多時會使該種生物衰退或不能生存Shelford，1913第28頁/共58頁29

（2）Shelford耐受性定律的發(fā)展

生物對不同生態(tài)因子的耐受范圍不同，不同年齡、季節(jié)、棲息地等同種生物對生態(tài)因子的耐受性不同對很多生態(tài)因子耐受范圍都很寬的生物，其分布區(qū)一般很廣個體發(fā)育的不同階段，對生態(tài)因子的耐受限度不同不同的生物種，對同一生態(tài)因子的耐受性不同某一生態(tài)因子處于非最適狀態(tài)下時，生物對其他生態(tài)因子的耐受限度也下降

第29頁/共58頁30

最適范圍亞適范圍

亞適范圍

不適范圍

不適范圍

不能生存

因子梯度

漸增

生命活動或數(shù)量

生物對環(huán)境因子的耐受曲線耐受曲線（1）第30頁/共58頁31

最適范圍

不適范圍

不能生存

因子梯度

漸增

生命活動強度或數(shù)量

生物對環(huán)境因子耐受曲線的實際表現(xiàn)亞適范圍

亞適范圍

不適范圍

耐受曲線（2）第31頁/共58頁種群數(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（仿Smith,1980）第32頁/共58頁33

（3）生態(tài)幅(ecologicalamplitude）概念每一種生物對每一種生態(tài)因子都有一個耐受范圍，即有一個生態(tài)上的最低點和最高點。在最低點和最高點(或稱耐受性的上限和下限)之間的范圍類型劃分廣溫性(eurythermal狹溫性(stenothermal)廣水性(euryhydric) 狹水性(stenohydric)廣鹽性(euryhaline) 狹鹽性(stenohaline)廣食性(euryphagic) 狹食性(stenophagic)廣光性(euryphotic) 狹光性(stenophotic)…………

第33頁/共58頁生物對各生態(tài)因子耐受性之間的相互關系對生物產(chǎn)生影響的各種生態(tài)因子之間存在明顯的相互影響：如溫濕的關系；濕度和溶氧的關系；溫度和鹽的協(xié)同作用生物因子和非生物因子之間也是相互影響的：物種之間的競爭產(chǎn)生的生態(tài)位分離第34頁/共58頁當生物對環(huán)境中某一生態(tài)因子的適應范圍較寬，而對另一種因子的適應范圍較窄時，生態(tài)幅往往受到后一個生態(tài)因子的限制。生物在不同發(fā)育時期對生態(tài)因子的耐受限度不同，物種的生態(tài)幅往往取決于它臨界期的耐受限度。通常生物繁殖期的生態(tài)幅成為其物種的生態(tài)幅。第35頁/共58頁在生態(tài)幅中有一最適區(qū)，在這個區(qū)內生物生理狀態(tài)最佳，繁殖率最高，數(shù)量最多。應當指出的是，自然界中的動物和植物很少能夠生活在對它們來說是最適宜的地方，常常由于其他生物的競爭而把它們從最適宜的生境中排擠出去，結果只能生活在它們占有更大競爭優(yōu)勢的地方。例如，很多沙漠植物在潮濕的氣候條件下能夠生長得更茂盛，但是它們卻只分布在沙漠中，因為只有在那里它們才占有最大的競爭優(yōu)勢。

第36頁/共58頁生物對生態(tài)因子耐受限度的調整馴化內穩(wěn)態(tài)適應第37頁/共58頁第38頁/共58頁39

耐受限度的調整馴化自然馴化和人工馴化生理變化和遺傳變化馴化可能：生物特性差異，誘導條件差異生物學意義：適應環(huán)境變化能力內穩(wěn)態(tài)生物通過控制體內環(huán)境(體溫、糖、氧濃度、體液等)，使其保持相對穩(wěn)定性擴大了生物的生態(tài)幅與適應范圍，但并不能完全擺脫環(huán)境的限制第39頁/共58頁40

案例：不同溫度下馴化導致耗氧量的差異20016012080400102030溫度℃耗氧量（ml·g-1·h-1

）5℃馴化25℃馴化第40頁/共58頁不同的植物有不同的馴化能力

圖中的A是生活于美國西部的內地荒漠的一種灌木，在冬夏均保持光合作用活力。

B是生活于加里福尼亞沿海涼爽地區(qū)（那里的氣溫很少超過20℃）的一種灌木。

C是生活于炎熱環(huán)境種的一種灌木。它們對于熱環(huán)境的馴化過程有如右圖的反應曲線。請你思考該圖反映了什么？第41頁/共58頁內穩(wěn)態(tài)內穩(wěn)態(tài)(homeostasis):生物系統(tǒng)通過內在的調節(jié)機制使內環(huán)境保持相對穩(wěn)定。如體溫、酸堿度、滲透壓、生理節(jié)律和其他周期性補償變化.調節(jié)的目的是使體內生理生化反應達到平衡，而抵抗惡劣環(huán)境。內穩(wěn)態(tài)通過形態(tài)、行為和生理適應實現(xiàn)。大多數(shù)內穩(wěn)態(tài)機制依賴于負反饋過程。依靠三個基本組成成份：接受器；控制中心；效應器。第42頁/共58頁負反饋過程（維持哺乳動物血液滲透性）接受器（下丘腦）控制中心（下丘腦）效應器（腎臟）血液太濃飲水血液滲透性上升口渴反應血液太稀失水反應血液滲透性下降失水(仿A.Mackenzieet.Al.,1999)第43頁/共58頁

生物為保持內穩(wěn)態(tài)發(fā)展了很多復雜的形態(tài)和生理適應，但是最簡單最普通的方法是借助于行為的適應，例如借助于行為回避不利的環(huán)境條件。在外界條件的一定范圍內，動物和植物都能利用各種行為機制使體內保持恒定性。雖然高等植物一般都不能移動位置，但許多植物的葉子和花瓣有晝夜的運動和變化。例如豆葉的晝挺夜垂的變化或睡眠運動、向日葵花序隨太陽的方向而徐徐轉動等。動物也常利用各種行為使自己保持一個穩(wěn)定的體溫。

在清晨溫度比較低時，沙漠蜥常使身體的側面迎向太陽，并把身體緊貼在溫暖的巖石上，這樣就能盡快地使體溫上升到最適于活動的水平。隨著白天溫度逐漸升高，沙漠蜥會改變身體的姿勢，抬起頭對著太陽使身體迎熱面最小，同時趾尖著地把身體抬高使空氣能在身體周圍流動散熱。

第44頁/共58頁適應適應(adapatation)：生物對環(huán)境壓力的調整過程。分基因型適應和表型適應兩類，后者又包括可逆適應和不可逆適應。如樺尺蠖在污染地區(qū)的色型變化。適應方式（形態(tài)、生理、行為的適應）：形態(tài)適應：保護、保護色、警戒色與擬態(tài)行為適應：運動、繁殖、遷移和遷徙、防御和抗敵生理適應：生物鐘、休眠、生理生化變化營養(yǎng)適應：食性的泛化與特化適應組合(adaptivesuites):生物對非生物環(huán)境條件表現(xiàn)出一整套協(xié)同的適應特性，稱適應組合。如駱駝和仙人掌對炎熱干旱環(huán)境的適應。趨同適應和趨異適應脅迫適應第45頁/共58頁動物的保護色、警戒色與擬態(tài)A

樹皮紡織娘(Barkkatydid)B

梟蝶(Owlbutterfly)C枯葉蝶

(Leaflikeinsect(Anaea))D

捕食花螳螂

(Predatoryflowermantis)E

蛙魚(Frogfish)ABDEC第46頁/共58頁(自M.C.Molles,Jr,1999)仙仁掌和駱駝對高溫干旱環(huán)境的適應第47頁/共58頁趨同適應和趨異適應

生活型生態(tài)型第48頁/共58頁第49頁/共58頁生活型和趨同適應趨同(convergence)適應：生活關系很遠甚至完全不同的兩個類群，長期生活于相似的環(huán)境中，表現(xiàn)相似的外部特征，據(jù)喲一相同或相近的生態(tài)位。由這種方式形成的生物適應類型稱生活型。

如植物中的仙人掌科和大戟科植物；動物中海獸的鰭和魚鰭；蝙蝠的前肢和鳥的翅膀。

生活型：生物對生活條件長期適應而在外貌上反映出來的植物或動物的生態(tài)類型。同一生活型的種類，不僅形態(tài)相似，適應特點也相似。第50頁/共58頁第51頁/共58頁輻射適應（趨異適應）和生態(tài)型

輻射(radiation)適應：同一生物長期生活在不同條件下，可能適應各自的環(huán)境而出現(xiàn)不同的形態(tài)結構和生理特性。由這種方式形成的生物適應類型稱生態(tài)型。

生態(tài)型與分類學中亞種的聯(lián)系與區(qū)別：亞種是分類學上的概念，是在長期的歷史進化進程中的，具有不同的地理分布，由形態(tài)學上的明顯差異；生態(tài)型則是生態(tài)學上的概念，是適應生態(tài)環(huán)境的結果，在形態(tài)上可能有區(qū)別，也可能沒有。一