2第2章-生物与环境

一定程度上可以补偿
直接作用和间接作用：
– 直接因子：直接对生物发生影响的生态因子 – 间接因子：通过影响直接因子而对生物发生影响生态因子 16
2.2 生物与环境的相互作用
2.2.1 环境对生物的作用
– 环境对生物的决定作用 – 环境对生物的塑造作用
2.2.2 生物对环境的反作用
– 生物对环境的适应 – 生物对环境因子的改变
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本章结束
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应用中应注意的问题
– 定律成立条件：生物的内环境和外环境处于稳定 状态 – 注意：生态因子间的替代作用
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2.3.2 限制因子和限制因子定律
限制因子 (limiting factor)
– 限制因子是对生物的生存、生长、繁殖或扩 散等起限制作用的因子 – 当生态因子接近或超过生物的耐受性极限而 影响其生存、生长、繁殖或扩散时，这个因 子成为该生物限制因子
候条件
– 小气候（Microclimate）：小环境的气候条件
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大环境（全球大气环流和洋流）
极地东风
中纬西风
北信风 赤道低压带
副热带高压带
副极地低压带
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极地高压带
小 气 候 小 环 境
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图片：小气候（小环境）
一根腐木上的 小环境分布格局
（Schimitschek, 1931）
小气候（小环境）
蜂鸟巢小气候黎明 前时的温度， 巢上方的树枝减少 了孵卵雌鸟的热量 损失（Calder,1973）
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大环境与小环境
大环境（Macroenvironment）：地区环境、地球环
境、宇宙环境；如西双版纳的环境，昆明黑龙潭环境等
小环境（Microenvironment）：直接影响生物生命
活动的近邻环境。如洞穴环境，树荫下环境等
环境中的气候（Climate）
– 大气候（Macroclimate）：大环境(地区以上范围)的气
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思考题
1. 如何根据工作的需要对生态因子进行分类？ 2. 生态因子作用有什么特点？ 3. 生物与环境的关系包括哪些方面？ 3. 如何分析生态因子作用的规律？ 4. 内稳态生物和非内稳态生物在适应环境的方 式、能力上有何差异？内稳态生物是如何保 持其稳态机制的？
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建议读物
1、孙儒泳, 李庆芬, 牛翠娟, 娄安如. 2002. 基础生态学. 高等教学出版社, 6-61 2 、孙儒泳, 李博, 诸葛阳, 尚玉昌编. 1992. 普通生态学. 高等教育出版社, 11-51 3、李博主编. 1999. 生态学. 高等教育出版社, 10-42 4、Walter Larcher (翟志席，郭玉等译)，1997. 植物生 理生态学. 中国农业大学出版社. 5. 段昌群主编，环境生物学。科学出版社，2004
作用
– 人为因子：人类活动对自然的破坏及对环境的污染 11
（2）生态因子的分类
有无生命特征：生物因子和非生物因子 对生物种群数量变动的作用
– 密度制约因子：食物、天敌等生物因子 – 非密度制约因子：温度、降水等气候因子
稳定性及其作用特点
– 稳定因子：终年恒定的因子，决定生物的 分布格局，如地心引力、地磁等 – 变动因子：
普通生态学
段昌群 云南大学生命科学学院
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第二章
生物与环境
2.1 环境，生态因子 2.2 生物与环境的相互作用 2.3 最小因子、限制因子与耐受限度
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2.1 生态因子
2.1.1 环境（environments） –概念：某一特定生物体或生物群体周围一 切因素的总和，包括空间及直接或间接影 响该生物体或生物群体生存的各种因素。 –内涵：环境的本质就是生物生存和发展的 资源或影响这种资源的因素 –尺度效应：大环境与小环境
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生态幅度的宽狭比较
生 命 活 动 或 数 量
广生态幅度 狭生态幅度
环境因子变化梯度34
案例：不同生态幅生物的耐受曲线
生 命 活 动 或 数 量
广温性生物 狭温喜冷生物 狭温喜热生物
温度变化梯度 低→高
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耐受限度的调整
驯化(Acclimation)
– – – – 自然驯化和人工驯化 生理变化和遗传变化 驯化可能：生物特性差异，诱导条件差异 生物学意义：适应环境变化能力
亚 适 范 围 范 围 适 不
生物对环境因子耐受曲线的实际表现
（3） 生态幅 (ecological amplitude）
概念
– 每一种生物对每一种生态因子都有一个耐受范围，即有一个生 态上的最低点和最高点。在最低点和最高点(或称耐受性的上 限和下限)之间的范围
类型划分
– 广温性(eurythermal – 广水性(euryhydric) – 广盐性(euryhaline) – 广食性(euryphagic) – 广光性(euryphotic) – …… …… 狭温性(stenothermal) 狭水性(stenohydric) 狭盐性(stenohaline) 狭食性(stenophagic) 狭光性(stenophotic)
2.3.1 利比希最小因子定律 2.3.2 限制因子 2.3.3 耐受限度和生态幅
（1）耐受性定律 （2）生态幅 （3）耐受限度的调整
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2.3.1 利比希最小因子定律 (Liebig’s law of minimum)
基本内容
– 低于某种生物需要的最小量的任何特定因子，是 决定该种生物生存和分布的根本因素。
的生态环境。
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描述自然环境的手段：气候图 解
气 候 图 解
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（2）生态因子的分类
根据性质划分为：
– 气候因子：如温度、水分、光照、风、气压和雷电等 – 土壤因子：如土壤结构、土壤成分的理化性质及土壤
生物等
– 地形因子：如陆地、海洋、海拔高度、山脉的走向与
坡相互
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耐受曲线（1）
生 命 活 动 或 数 量 不 适 范 围 因子梯度 围 范 适 亚 不能生存
最 适 范 围
范 围 范 围
渐增 31
亚 适 不 适
生物对环境因子的耐受曲线
耐受曲线（2）
生 命 活 动 强 度 或 数 量 范 围 因子梯度
渐增 32
不能生存 最 适 亚 适 不 适 围 范 围 范
生物对生物环境的响应与适应
物种间的相互作用
相互作用类 型 A B 互利共 生 ＋ ＋ 偏利作 用 ＋ ０ 捕食/牧食/寄 生 ＋ — 种间竞 争 — — 偏害作 用 — ０ 中性作 用 ０ ０
＋ 得利； — 表示受损；0 无明显影响
物种间的协同进化（Coevolution)
– 一个物种在进化上的变化同时改变了与该物种 相关的其它物种所承受的选择压力，导致相关 物种的改变，反过来又对该物种的变化施以影 响的过程。 – 二个或更多的相互作用的物种，其各自的进化 是相互影响的，从而形成了一个相互作用的进 化系统，这一机制称为协同进化。 20
内稳态(Homeostasis)
– 生物通过控制体内环境(体温、糖、氧浓度、 体液等)，使其保持相对稳定性 – 扩大了生物的生态幅与适应范围，但并不能 完全摆脱环境的限制
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案例：不同温度下驯化导致耗氧量的差异
耗氧量 （mlg-1h-1 ）
200
160
5 ℃驯化
120 80
40
25 ℃驯化
10 20 30
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2.1.2 生态因子
生态因子及相关名词
– 生态因子的分类 – 生态因子作用特征
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（1） 相 关 概 念
生态因子：环境要素中对生物起作用的因子。 生存条件：生态因子中生物生存不能缺少的生态因
子的总称。
生态环境：一定区域所有生态因子的总和。 生境（Habitat）：特定生物个体或群体的栖息地
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2.2.1 环境对生物的作用
对生物存活的影响 对生物生长、发育的影响（形态结构） 对生殖、繁衍的影响 对生物的数量和分布的影响 对生物的种内、种间关系的影响
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2.2.2 生物对环境的反作用
（1） 生物对环境的适应方式 形态的适应 生理的适应 行为的适应
各种适应都有相应的遗传基础
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非密度制约因子
环境因子中，对生物作用的强度与生物密度变化 无 关的因子。
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密度制约因子与非密度制约性因子比较
种 群 死 亡 率 变 化 非密度制约
逆密
约 度制 密
度制
约
导致种群死亡率变化的环境因子作用于种群 的强度，随种群密度梯度变化而改变 种群密度梯度
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密度制约因子与非密度制约性因子比较
黑化胡椒蛾个体
胡椒蛾
案例1. 胡椒 蛾黑化现象
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Percent frequency of melanic peppered moths
100
80
200
60
100
1960
1970
1980
22 随着污染减轻，黑化蛾在群体中的频率逐渐下降
Winter smoke, ug/m3
烟尘实测值 烟尘变化趋势 黑化蛾变化趋势
300
案例2. 食物与代谢
有花蜜供给，没有休眠，要消耗大量能量
夜间降低代谢率
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（2）生物对环境因子的改变
森林吸收太阳辐射、降低风速、保持水分、 防治土壤冻结 土壤微生物和土壤动物改变土壤的结构和性 质 过度放牧导致草场退化 人类活动导致全球环境变化 ……
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2.3 最小因子、限制因子与耐受限度
限制因子定律 (Law of limiting factor)
– 生态因子处于低于生物正常生长所需的最小 量和高于生物正常生长所需的最大量时，都 对生物具有限制性影响 – Blackman，1905，基于利比希最小因子定律