第讲-生物与环境.ppt

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1、第一节第一节概述概述l地球上的生物地球上的生物l环境与生态因子环境与生态因子3/11/20231盐城工学院环境工程系 环境生态学一、地球上的生物一、地球上的生物l生命的起源生命的起源恩格斯恩格斯自然辨证法自然辨证法：“生命生命是蛋白质的存在方式，这个存在方是蛋白质的存在方式，这个存在方式的基本因素在于它和周围外部自式的基本因素在于它和周围外部自然界的不断新陈代谢然界的不断新陈代谢”生命起源一直是悬而未决的热点问题生命起源一直是悬而未决的热点问题生命起源于化学进化过程生命起源于化学进化过程v米勒实验（米勒实验（Miller S LMiller S L，19531953）氢、氨、甲烷氢、氨、甲烷

2、氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、天氡氨氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、天氡氨酸和谷氨酸等酸和谷氨酸等1111种氨基酸）种氨基酸）3/11/20232盐城工学院环境工程系 环境生态学一、地球上的生物一、地球上的生物l古今环境的形成古今环境的形成大气：大气：vH H2 2、HeHe、甲烷（少量）、甲烷（少量）氨气、水、甲烷氨气、水、甲烷 氮气、氮气、二氧化碳二氧化碳 氮气、氧气、二氧化碳氮气、氧气、二氧化碳水圈水圈vClCl NaNa、CaCa2+2+、K K、MgMg2 2、ClCl、COCO3 32 2、SOSO4 42 2生物生物v化学进化阶段（化学进化阶段（46463535亿年前）亿年前）无机物无机物 氨

3、基酸氨基酸 蛋白质、核酸（生命活性大分子）蛋白质、核酸（生命活性大分子）v生物学进化阶段（生物学进化阶段（3535亿年前亿年前)细胞细胞 光合自养生物（光合自养生物（3030亿年前）亿年前）3/11/20233盐城工学院环境工程系 环境生态学二、环境与生态因子二、环境与生态因子l环境环境l生态因子生态因子l自然环境的基本特征自然环境的基本特征3/11/20234盐城工学院环境工程系 环境生态学概念l环境环境(environment)和和环境因子环境因子(environmentalfactors)：环境环境是指某一特是指某一特定生物体或生物群体以外的空间定生物体或生物群体以外的空间,以及直接、以

4、及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称称环境因子环境因子。l中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素总体，包括大气、水、海洋、过人工改造的自然因素总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。

5、等。3/11/20235盐城工学院环境工程系 环境生态学概念概念l条件条件(conditions)和资源和资源(resources)：环境因环境因子可分为条件和资源二类，不可消耗的称条件，子可分为条件和资源二类，不可消耗的称条件，可被消耗的称资源。可被消耗的称资源。l生态因子生态因子(ecologicalfactors)：环境中对生：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素。或间接影响的环境要素。生态因子生态因子是环境因子是环境因子中对生物起作用的因子，而中对生物起作用的因子，而环境因子环境因子则是指生则是指生物体外部的全部

6、要素。物体外部的全部要素。3/11/20236盐城工学院环境工程系 环境生态学生态因子的类型生态因子的类型l生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子生物因子（biOticfactors）：有机体（同种和异种）：有机体（同种和异种）非生物因子非生物因子（abioticfactors）：温度、光、湿度、：温度、光、湿度、pH、氧气等、氧气等lBegon等将非生物因子分为条件和资源两类等将非生物因子分为条件和资源两类条件条件：温度、湿度、温度、湿度、pH等等资源资源：营养物质、水、辐射能等营养物质、水、辐射能等l有的学者将生态因子分为五类有的学者将

7、生态因子分为五类气候因子气候因子(climaticfactors)、土壤因子、土壤因子(edaphicfactors)、地形因子、地形因子(topographicfactors)、生物因、生物因子、人为因子子、人为因子(anthropogenicfactors)3/11/20237盐城工学院环境工程系 环境生态学生态因子的类型生态因子的类型lSimith等将生态因子分成密度制约因子和非密度等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子制约因子密度制约因子密度制约因子(densityindependentfactors)：食物、：食物、天敌等生物因子天敌等生物因子非密度制约因子非密度制约因子(de

8、nsitydependentfactors)：温度、温度、降水、气候等因子降水、气候等因子l（蒙恰斯基）（蒙恰斯基）将生态因子将生态因子分为稳定分为稳定因子和变动因子因子和变动因子稳定因子稳定因子(steadyfactors)：地心引力、地磁等长年恒：地心引力、地磁等长年恒定的因子定的因子变动因子变动因子(variablefactors)：周期性变动：春夏秋冬、：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食3/11/20238盐城工学院环境工程系 环境生态学生态因子的空间分布特征生态因子的空间分布特征l纬度地带性纬度地带性：从赤道到两极，整

9、个地球表面具有过渡状的：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。分带性规律。太阳辐射量差异太阳辐射量差异太阳辐射热量带太阳辐射热量带水分差异水分差异植被分带土壤分带植被分带土壤分带自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带寒温带、亚寒带、寒带植被地带性分布植被地带性分布l垂直地带性垂直地带性：因：因太阳辐射太阳辐射和和水热状况水热状况随着地形高度的不同随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化性变化(干燥空气干燥空气,-1/100m;

10、湿润空气湿润空气,-0.6/100m)。l经度地带性经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。3/11/20239盐城工学院环境工程系 环境生态学植被的空间格局植被的空间格局(自自M.C.Molles,Jr,1999)3/11/202310盐城工学院环境工程系 环境生态学第二节第二节 生态因子作用的一般规律生态因子作用的一般规律l生态因子作用的特点生态因子作用的特点l生物对非生物因子的耐受限度生物对非生物因子的耐受限度l生物对生态因子耐受限度的调整生物对生态因

11、子耐受限度的调整l生态位生态位3/11/202311盐城工学院环境工程系 环境生态学一、生态因子作用的特点一、生态因子作用的特点l综合性综合性:如气候的作用如气候的作用l非等价性（主导因子作用）非等价性（主导因子作用）:渔业高密度养殖增氧渔业高密度养殖增氧l直接性和间接性：四川二郎山东坡为常绿阔叶林，西直接性和间接性：四川二郎山东坡为常绿阔叶林，西坡为干旱灌草丛。坡为干旱灌草丛。l限定性（因子作用的阶段性）：大马哈鱼限定性（因子作用的阶段性）：大马哈鱼l生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶某些二年生作物或冬性一年生植物需要经过一定时间的低温诱

12、导才能开花的现象叫春化作用3/11/202312盐城工学院环境工程系 环境生态学二、生物对非生物因子的耐受限度二、生物对非生物因子的耐受限度l“最小因子定律最小因子定律”(Liebigslawofminimum)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养元素称最小因子（最小因子（JustusvonLiebig,1840,德国）德国）。两个补充条件（两个补充条件（Odum,1983）：）：1）严格的稳定状态；）严格的稳定状态；2）因子）因子补偿作补偿作用用(factorcompensation)：生物在一定程

13、度和范围内，能够减少温：生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。度、光、水等生态因子的限制作用。l“耐受性定律耐受性定律”(Shelfordslawoftolerance)(V.E.Shelford,1913，美国，美国)每种生物对一种生态因子都有一个每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围耐受范围，即一个生态学上的即一个生态学上的最低最低点点和一个生态学上的和一个生态学上的最高点最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为在最高点和最低点之间的范围就称为生生态幅态幅(ecologicalamplitude)或或生态价生态价(ecologicalvalence)。l限制因子

14、限制因子(limitingfactors)在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散的因子称生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子限制因子限制因子概念的意义限制因子概念的意义v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；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；v有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。3/11/202313盐城工学院环境工程系 环境生态学种种群群数数量量数量很低数量很低种群消失种群消失种群消失种群消失

15、数量很低数量很低数量最高数量最高不能耐受区不能耐受区 生理受抑制生理受抑制生理受抑制生理受抑制 不能耐受区不能耐受区最适区最适区环境环境梯度梯度高高低低耐受性下限耐受性下限耐受性上限耐受性上限生物种的耐受性限度图解（仿生物种的耐受性限度图解（仿生物种的耐受性限度图解（仿生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980Smith,1980）3/11/202314盐城工学院环境工程系 环境生态学生物对生态因子耐受限度的调整生物对生态因子耐受限度的调整l驯化驯化l内稳态内稳态l适应适应3/11/202315盐城工学院环境工程系 环境生态学驯化驯化l实验驯化实验驯化(acclimation)与气候驯化与

16、气候驯化(acclimatization)：驯化驯化(acclimation/acclimatization)：生物在实验自然：生物在实验自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。者需要较长的时间。有机体对实验环境条件变化产生的生有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应称理调节反应称实验驯化实验驯化；有机体对自然环境条件变化产生；有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应称的生理调节反应称气候驯化气候驯化，实验驯化是对环境条件改变，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆反应。的一种生理上而非遗传上的

17、可逆反应。l驯化的应用：植物的引种栽培驯化的应用：植物的引种栽培3/11/202316盐城工学院环境工程系 环境生态学内稳态内稳态l内稳态内稳态(homeostasis):生物系统通过内在的调节机制生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条使内环境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。件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。l内稳态通过行为和生理适应实现。内稳态通过行为和生理适应实现。l大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份：接受器；控制

18、中心；效应器。成成份：接受器；控制中心；效应器。3/11/202317盐城工学院环境工程系 环境生态学负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）负反馈过程（维持哺乳动物血液渗透性）接受器接受器（下丘脑）（下丘脑）控制中心控制中心（下丘脑）（下丘脑）效应器效应器（肾脏）（肾脏）血液血液太浓太浓饮水饮水血液渗透性上升血液渗透性上升口渴反应口渴反应血液血液太稀太稀失水反应失水反应血液渗透性下降血液渗透性下降失水失水(仿仿A.Mackenzie et.Al.,1999)A.Mackenzie et.Al.,1999)3/11/20231

19、8盐城工学院环境工程系 环境生态学适应适应l适应适应(adapatation)：生物对环境压力的调整过程。分基因型生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。适应和表型适应两类，后者又包括可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。如桦尺蠖在污染地区的色型变化。l适应方式（形态、生理适应方式（形态、生理、行为的适应）、行为的适应）：形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化生理适应：生物钟、休

20、眠、生理生化变化营养适应：食性的泛化与特化营养适应：食性的泛化与特化l适应组合适应组合(adaptivesuites):生物对非生物环境条件表现出一生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热整套协同的适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。干旱环境的适应。l趋同适应和趋异适应趋同适应和趋异适应3/11/202319盐城工学院环境工程系 环境生态学动物的保护色、警戒色与拟态动物的保护色、警戒色与拟态A树皮纺织娘树皮纺织娘(Barkkatydid)B枭蝶枭蝶(Owlbutterfly)C枯叶蝶枯叶蝶(Leaflikeinsect(Anaea)

21、D捕食花螳螂捕食花螳螂(Predatoryflowermantis)E蛙鱼蛙鱼(Frogfish)ABDEC3/11/202320盐城工学院环境工程系 环境生态学三、生态位三、生态位l生态位生态位(niche)与栖息地与栖息地(habitat)生态位有机体在环境中占据的地位；生态位有机体在环境中占据的地位；栖息地有机体所处的物理环境。栖息地有机体所处的物理环境。l超体积生态位超体积生态位(hypovolume)生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过境变量可以是多个，超过3个维度的生态位空间称超个维度的生态位空间称超体积生态

22、位。体积生态位。l基础生态位基础生态位(fundamentalniche)和实际生态位和实际生态位(realizedniche)物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；实际占有的生态位空间称实际生态位。实际占有的生态位空间称实际生态位。3/11/202321盐城工学院环境工程系 环境生态学l生态位生态位(niche)是物种在生物群落或生是物种在生物群落或生态系统中的地位和作用。态系统中的地位和作用。l多维生态位空间多维生态位空间(multidimensioanlnichespace)：影响有机体的环境变：影响有机体的环境变量作为一系列维，多维变量便是量作

23、为一系列维，多维变量便是n-维维空间，称多维生态位空间，或空间，称多维生态位空间，或n-维超维超体积体积(n-diensionalhypervolume)生生态位。态位。l基础生态位基础生态位(fundamentalniche)：生物群落中，某一物种所栖息的理论生物群落中，某一物种所栖息的理论上的最大空间，称为基础生态位。上的最大空间，称为基础生态位。l实际生态位实际生态位(realizedniche)：生物群：生物群落中物种实际占有的生态位空间称实落中物种实际占有的生态位空间称实际生态位。际生态位。生态位生态位温度温度温度温度温度温度猎猎物物大大小小猎猎物物大大小小取食取食高度高度3/11/

24、202322盐城工学院环境工程系 环境生态学两物种的资源利用曲线两物种的资源利用曲线资源利用资源利用食物大小食物大小被被食食数数量量物物食物大小食物大小食物大小食物大小ABCababba3/11/202323盐城工学院环境工程系 环境生态学生态位分化生态位分化l竞争排斥竞争排斥(competitiveexclusion)原理原理:高斯（高斯（Gause）认）认为共存只能出现在物种生态位分化的稳定、均匀环境中，为共存只能出现在物种生态位分化的稳定、均匀环境中，因为，如果两物种具有同样的需要，一物种就会处于主导因为，如果两物种具有同样的需要，一物种就会处于主导地位而排除另一物种。地位而排除另一物种

25、。l生态位重叠生态位重叠(nicheoverlap):两物种生态位空间的相互重叠两物种生态位空间的相互重叠部分，称生态位重叠。部分，称生态位重叠。l生态位漂移生态位漂移(nicheshift):资源竞争而导致两物种的生态位资源竞争而导致两物种的生态位发生变化称生态位漂移。发生变化称生态位漂移。l性状替代性状替代(characterdisplacement):竞争产生的生态位收竞争产生的生态位收缩导致物种形态性状的变化，叫性状替代。缩导致物种形态性状的变化，叫性状替代。l生态位分离生态位分离(nicheseparation):种间竞争结果使两物种的生种间竞争结果使两物种的生态位发生分化，从而使生

26、态位分开。态位发生分化，从而使生态位分开。l竞争释放竞争释放（competionrelease）:在缺乏竞争者时，物种在缺乏竞争者时，物种会扩张其实际生态位，这种现象称竞争释放。会扩张其实际生态位，这种现象称竞争释放。3/11/202324盐城工学院环境工程系 环境生态学第三节生物对环境的适应第三节生物对环境的适应l生物与光的关系生物与光的关系l生物与温度的关系生物与温度的关系l生物与水的关系生物与水的关系l生物与土壤的关系生物与土壤的关系3/11/202325盐城工学院环境工程系 环境生态学一、生物与光的关系一、生物与光的关系l太阳辐射及其变化规律太阳辐射及其变化规律l光质变化对生物的影响光

27、质变化对生物的影响l光强度变化对生物的影响光强度变化对生物的影响l光周期现象（生物对光的适应）光周期现象（生物对光的适应）3/11/202326盐城工学院环境工程系 环境生态学l地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）l地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的时间长（季节周期）时间长（季节周期）l低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的能量更少能量更少2327夏至夏至NSWENWES2327冬至冬至太阳辐射的变化规律太阳辐射

28、的变化规律(自自自自A.Mackenzie et.A.Mackenzie et.Al.,1999)Al.,1999)3/11/202327盐城工学院环境工程系 环境生态学太阳辐射能太阳辐射能(仿仿仿仿A.Mackenzie et.al,1999)A.Mackenzie et.al,1999)l光的性质：波长光的性质：波长1504000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380700nm之间。之间。紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线4006301

29、00025004000波长波长(nm)能能量量强强度度3/11/202328盐城工学院环境工程系 环境生态学光质变化对生物的影响光质变化对生物的影响l海洋植物海洋植物光合作用色素对光谱变化具有明显的光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性适应性:海水表层植物色素吸收蓝、红光；海水表层植物色素吸收蓝、红光；深水植物光合色素有效地利用绿光。深水植物光合色素有效地利用绿光。l高山植物高山植物对紫外光作用的适应，发展了特殊的对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。莲座状叶丛。l动物动物不同动物发展不同的色觉。不同动物发展不同的色觉。3/11/202329盐城工学院环境工程系 环境生态学光强度变化对生

30、物的影响光强度变化对生物的影响l植物植物光合作用率在光合作用率在光补偿点光补偿点附近与光强度成正比，附近与光强度成正比，但达但达光饱和点光饱和点后后,不随光强增加。不随光强增加。l水生生物水生生物水生植物在水中的分布与光照强度有关。水生植物在水中的分布与光照强度有关。l陆生生物陆生生物对不同光照强度的适应产生对不同光照强度的适应产生阳性植物阳性植物和和阴阴性植物性植物和和耐阴性植物耐阴性植物。阳性植物阳性植物(cheliophytes)、阴性植物阴性植物(sciophytes)和和耐阴性植耐阴性植物物(shadeplant)：阳性植物阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够对光要求比较迫切，只有在

31、足够光照条件下才能进行正常生长；光照条件下才能进行正常生长；阴性植物阴性植物对光的需要远较阳对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低；温和干旱能力较低；耐阴性植物耐阴性植物对光照具有较广泛的适应能对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两类植物之间力，对光的需要介于前两类植物之间。l动物动物光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。强光下活动，夜行性动物在夜晚或弱光下活动。3/11/202330盐城工学院环境工程系

32、环境生态学光光合合作作用用率率光光合合作作用用率率光光强度强度光光强度强度净生产力净生产力光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用ABABACP光补偿点光补偿点CPCPabspsp光饱和点光饱和点B光补偿点光补偿点(compensationpoint)光饱和点光饱和点(saturatepoint)：光合作用光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；光补偿点；当光照强度达到一当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱光饱和点。和点。植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图

33、植物的光补偿点示意图植物的光补偿点示意图(仿仿仿仿Emberlin,1983)Emberlin,1983)3/11/202331盐城工学院环境工程系 环境生态学生物的光周期现象生物的光周期现象l光周期现象光周期现象(photoperiodism)：Garner等人等人(1920)发现明相暗相的发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。这种植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应，称光周期现象。长短规律性变化的反应，称光周期现象。l植物光周期现象植物光周期现象对繁殖对繁殖(开花开花)的影响：区分为的影响：区分为长日照植物长日照植

34、物和和短日照短日照植物植物。长日照植物长日照植物(long-dayplants)和和短日照植物短日照植物(short-dayplants)：日照超过一定数值才开花的植物称日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物长日照植物；日照短于一定数；日照短于一定数值才开花的植物称值才开花的植物称短日照植物，短日照植物，一般需要较长的黑暗才能开花一般需要较长的黑暗才能开花。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。前者如小麦、油菜，后者如苍耳、水稻。l动物光周期现象动物光周期现象对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为对鸟类等迁徙影响；对繁殖的影响：区分为长日照长日照动物动物和和短日照动物短日照动物。长日照动物长日

35、照动物(long-dayanimals)和和短日照动物短日照动物(short-dayanimals)：在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代，称长的季节繁殖后代，称长日照动物；长日照动物；与些相反，一些动物只有在与些相反，一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖，称短日照短日照动物。前者如雪貂、野兔、刺猬；后者如绵羊、山羊和鹿等。动物。前者如雪貂、野兔、刺猬；后者如绵羊、山羊和鹿等。3/11/202332盐城工学院环境工程系 环境生态学二、生物与温度的关系

36、二、生物与温度的关系l温度对生物的作用温度对生物的作用(温度的生态学意义温度的生态学意义)l极端温度对生物的影响极端温度对生物的影响l生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应v温度对生物的重要性在于生物的生理活动、生化反温度对生物的重要性在于生物的生理活动、生化反应都必须在一定的温度条件下才能进行。应都必须在一定的温度条件下才能进行。v节律性变温和非节律性变温对生物的影响不同节律性变温和非节律性变温对生物的影响不同3/11/202333盐城工学院环境工程系 环境生态学温度对生物的作用温度对生物的作用l温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参与温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之一，参

37、与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三三基点温度基点温度；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，；不同生物的三基点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起生物生长的速率与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮年轮；外；外温影响动物的生长规模。温影响动物的生长规模。l温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是温度与生物发育：温度与生物发育最普遍的规律是有效有效积温积温。l温度与生物的繁殖和遗传性：植物温度与生物的繁殖和遗传性：

38、植物春化春化，动物繁殖的早，动物繁殖的早迟。迟。l温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关。3/11/202334盐城工学院环境工程系 环境生态学有效积温法则及其意义有效积温法则及其意义l有效积温法则有效积温法则植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，育阶段的发育过程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温，因此可用公式：称总积温或有效积温，因此可用公式：NTK表示，考虑到生物表示，考虑到

39、生物开始发育的温度，又可写成：开始发育的温度，又可写成：N(TC)K,TCKN，其中，其中，N为发育历期，即生长发育所需时间，为发育历期，即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，为发育期间的平均温度，C是发育起点温度，又称生物学零度，是发育起点温度，又称生物学零度，K是总积温（常数）是总积温（常数）。l有效积温法则的意义有效积温法则的意义预测生物发生的世代数；预测生物发生的世代数；预测生物地理分布的北界；预测生物地理分布的北界；预测害虫来年的发生程历；预测害虫来年的发生程历；制定农业气候区划，合理安排作物；制定农业气候区划，合理安排作物；应用积温预报农时；应用积温预报农时；预测害虫来年发生

40、程度。预测害虫来年发生程度。3/11/202335盐城工学院环境工程系 环境生态学极端温度对生物的影响极端温度对生物的影响l低温对生物的影响：当温度低于低温对生物的影响：当温度低于临界临界(下限下限)温度温度，生物便生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：会因低温而寒害和冻害。冻害原因：冰结晶使原冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电生质破裂损坏胞内和胞间的微细结构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；解质浓度改变，引起细胞渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。脱水使蛋白质沉淀；代谢失调。l高温对生物的影响：当温度超过高温对生物的

41、影响：当温度超过临界（上限）温度临界（上限）温度，对，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份生物产生有害作用，如蛋白质变性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。3/11/202336盐城工学院环境工程系 环境生态学生物对极端温度的适应生物对极端温度的适应l生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理生物对低温的适应：保暖、抗冻形态、生理、行为、行为的适应的适应l生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热形态、生、生理理、行为的适应、行为的适应3/11/202337盐城工学院环境工程系 环境生态学生物对低温的适

42、应生物对低温的适应l形态上的适应形态上的适应植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小；动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露部分减动物：增加隔热层，体形增大（贝格曼规律），外露部分减小（阿伦规律）。小（阿伦规律）。阿伦规律阿伦规律(Allensrule):寒冷地区的恒温动物较温暖地区寒冷地区的恒温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。贝格曼规律贝格曼规律(Bergmansrule):生活在寒冷气候中

43、的恒温生活在寒冷气候中的恒温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。约旦规律约旦规律(Jordansrule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。比在温暖水域的多。l生理上的适应生理上的适应植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高机质的浓度以降低冰点，增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）；动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离山和极地植物）；动

44、物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局部异温等。l行为上的适应行为上的适应迁移和冬眠休眠等。迁移和冬眠休眠等。3/11/202338盐城工学院环境工程系 环境生态学生物对高温的适应生物对高温的适应l形态上的适应形态上的适应植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具厚的木栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将栓层，绝热。动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层。体抬离

45、地面；背部具厚的脂肪隔热层。l生理上的适应生理上的适应植物：降低细胞含水量，增加糖或盐植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。l行为上的适应行为上的适应植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。昼伏夜出等。3/11/202339盐城工学院环境工程系 环境生态学(自自M.C.Molles,Jr,1999)仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应3/1

46、1/202340盐城工学院环境工程系 环境生态学三、生物与水的关系三、生物与水的关系l水的生物学意义水的生物学意义l生物体的水分获得与损失途径生物体的水分获得与损失途径l生物对水因子的适应生物对水因子的适应3/11/202341盐城工学院环境工程系 环境生态学水的生物学意义水的生物学意义l水是生物体不可缺少的组成成份；水是生物体不可缺少的组成成份；l水是生物体所有代谢活动的介质；水是生物体所有代谢活动的介质；l水为生物创造稳定的温度环境；水为生物创造稳定的温度环境；l生物起源于水环境。生物起源于水环境。3/11/202342盐城工学院环境工程系 环境生态学生物体的水分获得与损失途径生物体的水分

47、获得与损失途径l水分的丧失途径水分的丧失途径植物植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。分泌失水。动物动物蒸发失水，排泄、分泌失水。蒸发失水，排泄、分泌失水。l水分获得途径水分获得途径植物植物根部吸收，叶面吸收。根部吸收，叶面吸收。动物动物食物，体表吸收，代谢水。食物，体表吸收，代谢水。3/11/202343盐城工学院环境工程系 环境生态学生物的水分获得与损失途径(自M.C.Molles,Jr,1999)3/11/202344盐城工学院环境工程系 环境生态学生物对水因子的适应生物对水因子的适应l水生植物对水环境的适应水生植物对水环境的适应l陆生植物水平衡的

48、调节机制陆生植物水平衡的调节机制l水生动物水平衡的调节机制水生动物水平衡的调节机制l陆生动物水平衡的调节机制陆生动物水平衡的调节机制3/11/202345盐城工学院环境工程系 环境生态学水生植物对水因子的适应水生植物对水因子的适应l适应方式适应方式有发达的通气组织有发达的通气组织;机械组织不发达或退化机械组织不发达或退化;叶片薄而长叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。以增加光合和吸收营养物质的面积。l生态类型生态类型沉水植物沉水植物浮水植物浮水植物挺水植物挺水植物3/11/202346盐城工学院环境工程系 环境生态学陆生植物对水因子的适应陆生植物对水因子的适应l陆生植物的水平衡调节机制

49、陆生植物的水平衡调节机制形态适应：形态适应：v发达的根系；发达的根系；v叶面小；叶面小；v单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲；v具发达的贮水组织；具发达的贮水组织；生理适应：生理适应：v水分运输的动力水分运输的动力v原生质的渗透浓度高。原生质的渗透浓度高。l陆生植物的生态类型陆生植物的生态类型湿生植物湿生植物中生植物中生植物旱生植物旱生植物3/11/202347盐城工学院环境工程系 环境生态学旱生植物旱生植物旱生植物生长在干旱的环境中，能长期耐干旱生植物生长在干旱的环境中，能长期耐干旱环境，且能水分平衡和正常的生长发育。旱环境，且能水

50、分平衡和正常的生长发育。原因原因v形态上：发达的根系和较小的植物叶面，有的还形态上：发达的根系和较小的植物叶面，有的还有发达的贮水组织。有发达的贮水组织。v生理上：原生质渗透压特别高，一般植物渗透压生理上：原生质渗透压特别高，一般植物渗透压只有只有23Pa，而旱生植物，而旱生植物4060Pa，有利于从，有利于从土壤中吸收更多的水分。土壤中吸收更多的水分。3/11/202348盐城工学院环境工程系 环境生态学l陆生植物的水势梯度陆生植物的水势梯度空气中的水势较低空气中的水势较低植物体的水势中度植物体的水势中度土壤中的水势较高土壤中的水势较高(自M.C.Molles,Jr,1999)陆生植物水分运