第二章生物与环境

第二章生物与环境
第一节概述
一．环境概述
1、环境：是指某一特定生物体和生物群周围一切生物的总和，包括空间及直接或直接影响该生物群体或生物群生活的各种要素。

在环境迷信范围，环境的含义是指以人类社会为主体的外部世界的总体。

依照这一定义，环境包括了曾经为人类所看法的，直接或直接影响人类生活和开展的物理世界的一切事物。

20世纪七十年代以来，人类对环境的看法发作了一次飞跃，人类末尾看法到地球的生命支持系统中的各个组分和各种反响进程之间的相互关系。

2、环境分类
生物环境：宇宙环境、全球环境、地域环境。

大环境是指地域环境〔具有不同气候和植被特点的天文区域〕、地球环境〔包括各圈的全球环境〕和宇宙环境。

如三北防护林、厄尔尼诺和拉尼娜、太阳黑子等。

小环境是指对生物有着直接影响的邻接环境。

如生物集体外表的大气环境、土壤环境和植物穴内的小气候等。

二．生态因子
环境的各种组成要素称为环境因子，其中一些可对生物发生一定影响的特称为生态因子。

1、生态学——研讨生物与其环境之间相互关系的迷信。

2、生态要素——环境中对生物的生命活动起直接影响作用的要素。

生态要素可分为：
1〕非生物要素：气候、土壤、地形。

2〕生物要素：植物、植物、人类活动。

留意：地形和海拔高度对生物的影响是经过影响气候、土壤、植物、植物和人类活动而起作用的，故属于直接要素，有人以为不属于生态要素之列。

3．生活条件：生态因子中生物生活所不可缺少的环境条件，又称为生物的生活条件。

4．生境：详细的生物集体和群体生活地段上的生态因子综合称为生境，其中包括生物自身对环境的影响。

5、生态环境：为了强调生态意义，经常把环境中全部生态因子综合组成的那一局部，称为生态环境。

6、主导因子：生态因子中对生物的生活环境起决议性作用的因子。

7、限制因子：当某个生态因子的变化范围超出生物所能耐受的临界限，并因此影响生物的生长发育和繁衍至惹起死亡，此时这样的生态要素叫做限制因子。

8、生态幅：物种顺应于生境范围的大小。

生态幅即对某终身态因子，又指环境条件的综合。

三、生态因子的空间散布
1、纬度地带性：从赤道到两极，整个地球外表具有过渡状的分带性规律。

太阳辐射量差异太阳辐射－热量带－水分差异－植被分带－土壤分带
自然天文带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚热带、热带
植被地带性散布
2、垂直地带性：因太阳辐射和水热状况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性变化。

3、经度地带性：地球内在要素如大地结构构成地貌和陆地分异惹起经度地带性分
异。

四、生态因子作用的普通特征〔普通规律〕
1.综协作用：
2.主导因子作用：
3.直接作用和直接作用：
4.阶段性作用：
5.不可替代性和补偿作用：
五、环境的限制造用
1、限制因子：①限制生物生活和繁衍的关键性因子。

②在众多生态因子中，任何接
近或超越某种生物的耐受性极限，而且阻止其生长、繁衍或分散甚至生活的要素。

2、最小要素定律〔Libig最小因子法那么〕：即植物生长好坏依赖那些表现为最低量的化学元素，这一规律被称为最低量定律。

3、耐性定律：
耐性：也即生物种在其生活范围内，对任终身态因子的需求总有其下限与下限，两者之间的距离就是该种对该因子的耐性限制。

①指生物可以忍受外界极端条件的才干；
②指单个无机体或种群可以生活的某终身态因子的范围。

六、生物对环境的顺应
1、生物顺应
指生物的形状结构、生理机能、集体发育和行为方式等在生活竞争中构成适宜环境条件的一定性状的现象。

2、表现：行为顺应〔冬眠、迁移〕、形状顺应〔维护色、警戒色〕、生理顺应。

3、趋向：有趋同顺应和趋异顺应二大类。

趋同顺应：指亲缘关系相当疏远不同种类的生物由于生活在相反或相似的环境中，遭到生态因子的临时作用，发生相反或相似的顺应方式。

趋异顺应：指同一种生物由于不同环境的影响，在形状、生理和行为等方面发生不同的生态顺应。

维护色：维护色是指植物顺应栖息环境而具有的与环境颜色相似的体色。

维护色强调的是植物的体色与植物栖息地环境的背景颜色相协调分歧。

其生态顺应意义是：既有利于规避敌害，也有利于捕食。

警戒色：警戒色是指某些有恶臭或毒刺的植物所具有的艳丽颜色和斑纹。

警戒色强调的是植物的体色与环境颜色不分歧，易于从环境颜色中分辨出来。

其生态顺应意义是：颜色艳丽，容易识别，可以对敌害起到预先示警的作用，有利于植物的自我维护。

拟态：拟态是指某些生物在退化进程中构成的外表外形或色泽斑，与其他生物或非生物异常相似的形状。

耐度限制的调理经过以下主要方式：
驯化培育；
休眠——〝逃避〞限制；
生理节律变化和其他周期性补偿变化，调理的目的是对恶劣环境的克制。

七、生物的指示性
指示生物：经过生物的物候现象反映气候条件。

生物在与环境相互作用、协同退化的进程中，每个种都留下了深入的环境烙印。

因此，常用生物作为指示者，反映环境的某些特征
生物的指示作用是普遍存在的，但指示生物决不能滥用，由于每个种的指示作用都是相对的，仅在一定的时空范围内起作用，而在另一时空条件下将失掉指表示义。

生物的指示性是指依据生物种或其群体、或生物的某些特征来确定天文环境中其它成分的现象。

普通以为，生态幅比拟狭窄的生物比生态幅广阔的指表示义大；生物群落的指示性要比一个集体或一个种的指示性牢靠。

第二节生态因子对生物的作用
一．光对生物的生态作用
1、光质的作用：
1〕光的性质：太阳辐射波长150－4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380－760nm之间的光为可见光。

２〕光质的生态作用及生物的顺应：
红、橙光能对叶绿素有促进，绿光不被植物吸收称〝生理有效辐射〞。

红光有利于糖的分解，蓝光有利于蛋白质的分解。

光对植物生殖、体色变化、迁移、毛羽改换、生长发育有影响。

紫外光与植物维生素D发生关系亲密，过强有致死作用，波长360nm即末尾有杀菌作用。

紫外线能抑制植物茎的生长和促使花青素的构成，使得植物茎杆短矮，花朵艳丽多彩。

2、光强的作用：生长发育、形状构建作用。

光照强度：
1〕光强生态作用
〔1〕光强与植物光协作用
在一定的生态条件下，光照强度制约着光协作用及无机物产量。

在黑暗中光协作用中止，呼吸作用依然停止，消耗着贮存的无机物，表现为植物向外界释放CO2。

在较微弱的光照下，植物光协作用便已末尾，并从外界吸收CO2。

当光强到达某一水平时，光协作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2彼此平衡，此光阴照强度称为光补偿点。

超越补偿点后，光协作用强度简直与光强度成比例地增长，无机物分解量超出呼吸消耗量的数额就是净光协作用。

净光协作用增长到一定水平趋于动摇，即使提高光照强度也不再起促进作用，此时的光照强度称为光饱和点。

〔2〕影响植物的生长发育。

如鸡蛋、蛙卵和鲑鱼卵在有光条件下孵化发育快。

2〕生物对光强的生态顺应
〔1〕植物对光强的生态顺应
植物对光强的顺应类群：依据植物对光强的顺应，可以划分出阳生植物、阴生植物与中生植物三种生态类群。

植物对光强的顺应机制：阴生植物的光补偿点较低，阳生植物高，假设临时低于此值将形成饥饿而生长不良，或受荫局部枝叶枯落。

高粱和玉米等C4植物的光饱和点比小麦等其他阳生C3植物要高得多，它们对强光照的应用率很高。

植物耐阴性：阴生植物对生境的顺应除呼吸作用较弱外，还反映在较充沛应用光能上。

阳生植物呼吸比拟旺盛，需求较强光照才干补偿消耗。

阴生植物叶面积与叶重比值较高，叶片较大较薄，叶细胞陈列疏松，气孔经常开放，这些有利于在弱光下停止光协作用。

阳生植物那么常具小而厚的叶片，具有顺应剧烈辐射及其带来的高温、干旱等条件的才干。

一些被子植物临时生活于十分隐蔽的生境中，光协作用强度不高，无机产物充足，简直完全不开花结实，而借助根状茎等地下器官停止营养繁衍。

另一类顺应隐蔽森林环境的方式，是落叶林下的一些类短生植物，其生活史的特征实质上是避荫性顺应。

当早春乔木未长出新叶时，林下光照充足，气温已上升，紫堇、绵枣儿、顶冰花这类多年生植物应用该机遇，迅速生长发育，待数周后，当新树叶长满时这些植物已开花结实转入休眠形状。

这种类型称为类短生植物。

光强与水生植物散布：水体中向下光线削弱很快，水越深处光协作用越弱。

当光协作用削弱到与呼吸消耗量平衡时的水深称为补偿深度，这是水中光合植物垂直散布的下限。

补偿深度随水的透明度而变化。

〔2〕植物对光强的生态顺应
光强影响植物的生活方式。

如弱光下的夜行性植物〔猫头鹰〕和强光下的昼行性植物〔大少数鸟类〕。

3〕极端光现象：
a黄化现象:在黑暗条件下，植物表现为：茎细、节长、软弱〔机械组织不兴旺〕、叶片小而卷曲、根系发育不良、全株发黄，这种现象称为黄化现象。

如豆芽、韭黄。

b光死亡现象：指强日照下形成某些生物死亡的现象，如蚯蚓的光死亡。

3、光周期现象—生物对光的生态反响与顺应。

1〕定义：生物对昼夜光暗循环格式的反响所表现出的现象称之为光周期现象。

生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。

2〕植物的光周期生态类型：
长日照植物：是指在14小时以上的较长光照条件下，促进开花的植物，光照短于12小时不能开花，光照越长，开花越早。

如冬小麦、大麦、菠菜、萝卜、甜菜、甘蓝等。

短日照植物：是指在短日照条件下〔8小时或至少10小时〕开花的植物，在一定范围内日照越短，开花越早。

如水稻、棉花、玉米、大豆、烟草和向日葵等。

中日照植物：指只要当昼夜长短比例近于相等时才干开花的植物。

如甘蔗的某些种类只要在接近于12小时的日照下才干开花。

中间型植物是指开花对日照长短无严厉要求的植物。

四季均可开花，如蕃茄、黄瓜、四季豆等。

长日照：植物必需在日照超越一定数值才干开花；短日照：日照时间短于一定数
值才开花。

3〕植物的光周期生态类型：植物节律
昼夜节律24小时循环一次；夜行性植物：蟑螂、黄鼬
夜行性植物：蟑螂、黄鼬；昼行性植物：鸟类、灵长类
全昼夜性植物：田鼠、紫貂；晨昏性植物：蝙蝠。

时节节律：
二、温度与生物
1、生物生命活动与温度条件
生物的各种生理进程都限于某一温度范围内才干正常停止，它们的三个基本点：最低、最适和最高温度。

依据生态因子作用三基点定律，植物生长在0-35度间可以生长，过高或过低，植物将受损，甚至死亡。

1〕温度与生物水分代谢。

2〕温度与植物光协作用。

3〕温度与植物的呼吸作用。

2、温度对生物生长的生态作用
植物发育进程中的各个阶段，特别是对开花的影响。

如春化进程〔植物需求的高温处置使植物开花的进程〕。

当年育苗时应该留意高温对开花的诱导。

3、生物的需热量
1〕积温与有效积温。

植物的生长发育和空间散布需求一定的温度保证，其值多用活动积温〔简称积温〕表示。

目前用积温表示植物需热量的作法已被普遍采用。

另一种看法是，植物末尾发育的温度并非物理学零度，而各有自己的生物学零度〔称为生物学下限温度〕，而低于此值为有效温度。

所以计算积温应当累加下限温度以上的温度值，该值被称为有效积温。

K = N ( T – T0)
式中K代表该生物所需求的有效积温，是个常数；T外地生物生长时期的平均温度；T0 该
生物生长所需求的最低临界温度〔生物零度〕；N是生长天数。

通常临界温度是5或10度。

2〕生物需热的生态类群。

依据需热量划分温度生态类群早在十九世纪法国植物天文学家德康多已提出方案，如高温植物〔热带温热气候〕、旱生植物〔暖和枯燥气候〕、中温植物〔适中暖和气候〕、微温植物
〔适中冰冷气候〕、高温植物〔极地与平地冰冷气候〕等。

每一类型还可分出广温性与窄温性。

植物：〔1〕不同生物对温度的顺应范围不同据此可将生物分为：
广温性植物——顺应较大温度变化的植物
喜冷狭温性植物——顺应温度低且变化幅度小的植物
喜热狭温性植物——顺应温度高且变化幅度小的植物
〔2〕在一定温度内，随温度上升，生物的生长发育和繁衍才干增强。

植物普通生活在0-45℃范围内，植物普通生活在-2-50℃范围内，在这个范围内，随温度上升，生物的生长、发育和繁衍才干增强，反之那么降低。

〔3〕温度变化与植物热能代谢
当温度发作变化时，植物是经过自身的热能代谢机制来顺应的。

依据植物热能代谢特点，可将植物分为：
变温植物〔冷血植物〕——体温随环境温度的变化而变化，通常与环境温度相差无几。

如鱼类、两栖类、匍匐类和昆虫等
恒温植物〔温血植物〕——体温相对恒定，普通不受环境温度变化影响的植物。

2、生物对极端温度的顺应。

1）对高温的顺应：
植物：生活在平地或极地的植物，芽和叶片常有鳞片或油脂类物质维护；体表有蜡粉和密毛；
植株矮小、匍匐状、垫状。

在南方地域的植物，一年生植物以种子越冬，使植株免受夏季严寒的损伤；多年生植物多见块根、块茎等；草本植物以落叶顺应。

植物：贝格曼规律Bergman规律：高纬度地域的恒温植物身体往往比生活在低纬度地
域同类集体大，由于它们单位体重的散热量比集体小的植物相对少些。

阿伦Allen规律：恒温植物身体突出的局部〔如四肢、尾巴和耳朵等〕在高温环境中有
变小的趋向。

2）对高温的顺应：
植物：常体呈银、白色；叶有密绒毛或鳞片、革质发亮、叶呈窄条形或针形；树干和根茎有厚的木栓层。

植物：
3〕高温胁迫与植物顺应
〔1〕高温胁迫
冻害：发作于零下高温。

这时细胞间隙与细胞壁上自在水结冰，因其蒸汽压低于左近过冷溶液，水自细胞质逸出，使后者萎缩而脱水受益，或许冰晶压榨细胞质形成机械损害。

冷害：来源于热带的植物遇到零度以上的高温也会受益。

这称为冷害。

水稻秧苗遇到春季南下冷空气，在0℃以上便受益。

〔2〕植物对高温的顺应
形状结构顺应：有些植物经过改动生长形状规避寒害，例如平地上匍伏空中的乔灌木和分枝密集的垫状〔枕状〕植物。

热带平地一些大型植物具莲座叶，如东非肯尼亚半边莲〔Lobelia keniensis〕，白昼叶丛开放，晚间那么闭合包围生长锥。

生理顺应：越冬植物的抗寒才干有个逐渐提高的进程。

温带春季气温降低，细胞液中添加糖、盐、无机酸、蛋白质等浓度，因此冰点下降，约束水添加，可以过冷而不凝结，有助于抗御辐射霜的危害。

4〕高温胁迫与植物顺应
〔1〕高温危害：首先是破坏代谢的协调，使呼吸作用猛烈并继续较久，形成植物的〝饥饿〞。

〔2〕植物对高温的顺应：植物避热方式主要在于增加剧烈辐射形成的增温，如叶面或表皮毛反射光线，叶片侧朝阳光等，或经过蒸腾消耗热能降温。

3、温度节律与植物物候节律
1〕温周期现象：指有规律的时节变化和昼日变化，温度交替的反响或变化。

温周期与植物生长发育：在适宜的温度范围内，昼夜温度周期性变化清楚影响植物种子萌生、生长、发育、形状构成以及干物质积聚等。

植物对昼夜温差的反响称为日温周期。

年温周期与植物生长发育：
2〕物候变化及物候节律：
〔1〕物候学Phenology：是研讨气候和动、植物生活周期现象之间关系的学科。

植物的生出息程中，遭到气候变化的影响，表现动身芽、展叶、开花、结实或休
眠等不同的阶段，这些阶段叫物候期。

（2）物候节律：由美国人Hopkins提出，经过20多年的研讨得出结论：在其它
要素相反的状况下，北美温带内每向北移动纬度1度、向东移动经度5度、或海
拔向上降低400英尺，植物的阶段发育在春天和初夏时，将区分延期4天；在秋
天那么相反，即物候提早4天。

三．水对生物的生态作用
1、.水对生物的重要性
①水是植物停止光协作用的重要原料
②植物吸收营养的主要渠道
③参与生物体内一切生物化学反响
生物的正常生活，需求不时地从外界取得物质和能量，在体内经过复杂生物化学反响，最后排出体外，一切这些进程，都是在水的参与下停止的。

所以，水是生物生活不可缺少的物质，生物体内都含有少量的水分。

如植物体普通含水60-80%，鱼类含水约80-85%，蝌蚪含水高达93%。

④水分构成生物体的主要物质
2、水的生态作用
〔1〕陆生植物对水因子顺应的生态类型。

依据陆生植物依其对水分需求，可将陆生植物划分为以下几种类型：
①湿生植物——生长在过度湿润环境中的植物。

②中生植物——生长在中等湿度环境中的植物。

③ 旱生植物——生长在气候枯燥、炎热环境中的植物。

旱生植物能借助生理上和形状上的一些特性在干旱条件下坚持植物体内适宜的含水量。

旱生植物顺应干旱的途径：从土壤中吸收更多的水分或防止体内水分损失如：Ⅰ.根系很深且比拟兴旺：如骆驼刺的主根长达18米以上，可以直接应用地下水，被称为〝潜水植物〞。

Ⅱ.叶面积增加或消逝：如仙人掌叶子退步成针状。

Ⅲ.茎叶肉质化：如仙人掌具有兴旺的贮水薄壁组织。

Ⅳ.叶面具有角质或腊质维护层。

可以在体内坚持少量水分，茎杆发作肉质化。

旱生植物的类型很多，划分方法和规范尚未一致，罕见的类型如下：
肉质旱生物：该类植物在体内薄壁组织里贮存少量水分〔肉质化〕、减低蒸腾失水数量来顺应严重干旱。

硬叶旱生植物：该类植物具有典型的旱生结构，但未肉质化。

其机械组织兴旺或角质层较厚，在失水较多的状况下可以防止叶片伸展发作分裂。

硬叶植物的根系庞大，叶脉较密，以扩展水源，增强吸水才干，改善供水条件作为顺应干旱的另一重要途径。

软叶旱生植物：该类旱生植物叶片有水平不等的旱生结构，但较柔软。

土壤水分较多的时节里，它比其他旱生植物蒸腾要更剧烈，甚至超越中生植物。

微叶型和无叶型强旱生植物：荒漠地域比拟普遍。

前者叶片剧烈增加，叶面积通常不到1cm2。

后者叶子退步，由绿色茎执行光协作用功用。

例如荒漠中的沙拐枣，一年生枝条的外面覆以闪亮的厚角质层，叶子呈极短线状并很快零落，一局部枝条上着生花，共同执行光合功用，果实成熟后一齐零落，另一局部枝条那么当年木化越冬。

〔2〕水生植物的生态对水的顺应生态类型
沉水植物：维管束和维护组织不兴旺，整个植物体都可以吸收水分，体内细胞间隙很多，庞大的空腔构成连接的系统并充溢空气〔即通气组织〕，既可供应生命活动需求，又能调理浮力。

有些种类的叶片小而薄，或碎裂为丝带状。

浮水植物：叶子〔如睡莲、芡〕或植物体〔如浮萍〕漂浮水面，上部直接接触空气，接受日光，所以条件较好。

气孔通常只生于叶上表皮，后者覆有角质层〔或蜡层〕，水下局部器官与沉水植物结构相似。

挺水植物：下半部浸没水中，上部枝叶仍挺立水上，如芦苇、慈菇等。

〔3〕海水植物
〔4〕植物对水分的顺应生态类型
按栖息地也可以分水生和陆生两类。

在干旱环境条件下，植物出现了许多顺应干旱环境的特征：
①迁徒，例如非洲热带草原上的大型草原植物。

如长颈鹿、斑马等在雨季来暂时往往发作大规模迁徒。

来不及迁徒者被渴死。

②坚持体内水分，例如被称之为〝沙漠之舟〞的骆驼，它血液中含有一种特别的蛋白质，可以坚持血液水分，同时它的肾脏还能使尿液稀释，增加水分丧失。

所以骆驼对脱水的忍受性很高，即使17天不喝水，身体脱水达体重的27%，仍能正常行走。

称它为〝沙漠之舟〞是当之无愧的。

③夏眠，例多么多沙漠植物在干旱时节潜伏上去，不吃不喝。

四．空气和风对生物的生态作用
1、空气组分对生物的影响
①O
2
与生物活动
空气中的O2是动植物呼吸作用的不可缺少的物质，没有O
2
动植物就不能生活。

在缺氧的状况下，生活在水中的植物常具有特殊的顺应特征。

如：
A.众多的呼吸根——所谓呼吸根是指植物根系在土壤外部不能失掉充足的氧气，就将根系伸出地表，从空气中或水体中取得O2的根。

B.兴旺的通气组织：如热带、亚热带海岸的红树林，它的根系不只伸出地表停止呼吸，而且它的根具有兴旺的通气组织，在根系内可以贮存许多空气。

②CO
2
与植物生长
CO
2是初等绿色植物停止光协作用主要原料，在光照射度水平一定的状况下,CO
2
浓度越高、光协作用越强，分解的无机质就越多，作物消费力就高。

但大气CO
2
浓度比拟低，仅有0.03%，往往不能满足光协作用的需求，目前光能应用率只要1-2%，假设提
高CO
2浓度，一定会添加粮食产量。

有人称〝CO
2
施肥〞中增施无机体即可起到这个作用。

③有害气体成分对生物的影响
随着现代工业的开展，排放到大气中的有害物质越来越多，如硫化物、氟化
物、氯化物、氮氧化物等，使大气发作污染。

当这些物质到达一定浓度时，就会对某些
生物发生毒害，甚至死亡。

例如，紫花苜蓿对SO
2
反响敏感，很容易受益致使死亡；再如氟化氢对杏、李、松树的凶猛很大，产量下降。

某些植物对大气某些有害成分具有指示作用。

在环境监测中意义很大。

有害气体对植物的影响水平是因植物种类的不同而有区别。

有些植物具有抵抗
有害气体的作用或才干。

如刺槐、侧柏等对SO
2
的反响十分愚钝，氟化氢对玫瑰、棉花、蕃茄的危害较小。

2.风对生物的影响
风对生物的影响，有有利的一面，也有不利的一面。