基础生态学(第2章 有机体与环境 一)

土壤温度的变化
a) 土壤表层的温度变化远较气温剧烈,随着深度增加,温 土壤表层的温度变化远较气温剧烈,随着深度增加, 度变幅减少.通常, 深度以下 深度以下, 度变幅减少.通常,1m深度以下,土壤温度无昼夜变 以下, 化;30m以下,土壤温度无季节变化. 以下 土壤温度无季节变化.
空 气 ) (cm
生态因子的分类
按性质分:气候,土壤,生物, 按性质分:气候,土壤,生物,人为 按有无生命分: 按有无生命分:生物因子与非生物因子 按对动物种群数量变动的作用分: 按对动物种群数量变动的作用分: 密度制约因子(density dependent factor) ) 非密度制约因子(density independent factor ) 按稳定性及其作用特点分: 按稳定性及其作用特点分:稳定因子和变动因子
转引自孙儒泳, 耐受限度随环境温度的改变(转引自孙儒泳,1992) )
第二节 温度及其生态作用
一,地球上环境温度的分布及其变化
(一)决定地球上温度分布 的主要因素 入射的太阳辐射 地球表面的水陆分布
(二)环境温度的变化幅 1. 水环境:变化幅一般只有 水环境:变化幅一般只有40-45℃ ℃ 2. 大陆上的气温:变化幅可达到 大陆上的气温:变化幅可达到130-150℃ ℃ (三)环境温度随时间的变化 1. 昼夜变化 2. 季节变化
三, 生态因子的作用特点
综合作用 主导因子作用 阶段性作用 不可替代性和补偿性作用 直接作用和间接作用
四,生物对非生物因子的耐受限度
1. 利比希最小因子定律 1840年德国农业化学家 Liebig(利比希)提出: 年德国农业化学家J. 年德国农业化学家 (利比希)提出: 植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元 素;即低于某种生物需要的最小量的任何特定因 是决定该种生物生存和分布的根本因素—利比 子,是决定该种生物生存和分布的根本因素 利比 希最小因子定律( 希最小因子定律(Liebig's law of minimum). ).
生态幅( 生态幅(ecological amplitude) )
每种生物对每个生态因子都有一个耐受范围, 每种生物对每个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. 一个生态上的最低点和最高点.在最低点和最高点 或称耐受性的下限和上限)之间的范围, (或称耐受性的下限和上限)之间的范围,称为生 态幅或生态价( 态幅或生态价(ecological valence). ).
E. P. Odum对利比希最小因子定律的补充 对利比希最小因子定律的补充
该定律只有在严格的稳定条件下才能应用. 该定律只有在严格的稳定条件下才能应用.如果 一个生态系统中, 一个生态系统中,物质和能量的输入和输出不是 处于平衡状态时,就不能应用. 处于平衡状态时,就不能应用. 各因子之间有补偿作用. 各因子之间有补偿作用.当一个特定因子处于最 少量状态时, 少量状态时,其他处于高浓度或过量状态的物 会补偿这一特定因子的不足. 质,会补偿这一特定因子的不足.
有机体与环境( 第二章 有机体与环境(一)
生物依赖于环境: 生物依赖于环境:从环境中获得能量和进 行物质循环,需适应于环境才能生存; 行物质循环,需适应于环境才能生存; 生物又影响环境:改变环境的条件, 生物又影响环境:改变环境的条件,使其 更加适宜于生物的生存. 更加适宜于生物的生存.
第一节 有机体与环境相互作用的 基本原理
一,环境(environment) 环境( ) 指生物有机体周围一切的总和, 指生物有机体周围一切的总和,包括空间以及其中直 接或间接影响该有机体生活和发展的各种因素. 接或间接影响该有机体生活和发展的各种因素.
环境是一个相对的概念, 环境是一个相对的概念,必须有一个特定的 主体或中心;因此,环境依主体的不同, 主体或中心;因此,环境依主体的不同,其 所包含的范围和要素也不同. 所包含的范围和要素也不同.
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(1)按环境的主体分类: )按环境的主体分类: 以人为主体的人类环境, 以人为主体的人类环境,其他的生命物 质和非生命物质均被视为环境要素; 质和非生命物质均被视为环境要素; 另一种是以生物为主体的生物环境,生 另一种是以生物为主体的生物环境, 物体以外的所有自然条件都称为环境要素. 物体以外的所有自然条件都称为环境要素.
2. 季节变化
海洋水温的季节变化特点为:( ) 海洋水温的季节变化特点为:(1)赤道和两极地带的海 :( 水温的年较差不超过5 ;(2) 洋,水温的年较差不超过 ℃ ;( )温带海洋水温的年 较差为10-15 ℃ ,有时可达 ℃ ;( )随深度的增加, 有时可达23 ;(3)随深度的增加, 较差为 年较差减少,最高,最低温的出现时间也逐渐后延; 年较差减少,最高,最低温的出现时间也逐渐后延;通常 140米深度以下无水温的季节变化. 米深度以下无水温的季节变化. 米深度以下无水温的季节变化 大陆气温季节变化幅度较大, 大陆气温季节变化幅度较大,一年内最热月与最冷月平 均温度的差值称为温度年较差,年较差受纬度, 均温度的差值称为温度年较差,年较差受纬度,海陆位置 及地形等多因素影响. 及地形等多因素影响.
生态幅中有个最适区, 生态幅中有个最适区, 该区内生物生理状态最 佳.生态幅是由生物的 遗传特性决定的. 遗传特性决定的.
生态学中常用"广"(eury-)和"狭"(steno-)表示 生态学中常用" ) ) 生态幅的宽度,它们与不同因子的组合, 生态幅的宽度,它们与不同因子的组合,表示生物对某 一生态因子的适应范围. 一生态因子的适应范围.如: 广温性( ),狭温性 广温性(eruythermal),狭温性(stenothermal) ),狭温性( ) 广水性(euryhydric),狭水性(stenohydric) ),狭水性 广水性( ),狭水性( ) 广食性(euryphagic),狭食性(stenophagic) 广食性( ),狭食性( ) ),狭食性 广盐性( ),狭盐性 广盐性(euryhaline),狭盐性(stenohaline) ),狭盐性( )
五,生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 对生物产生影响的各种生态因子之间存在相互影响, 对生物产生影响的各种生态因子之间存在相互影响, 如许多陆地生物对温度的耐受性与它们对湿度的耐受 性密切相关. 性密切相关. 生理分布区和生理最适分布区 生态分布区和生态最适分布区
六,生物对生态因子耐受限度的调整 生物对环境生态因子的耐受范围并非固定不变, 生物对环境生态因子的耐受范围并非固定不变, 可通过驯化和休眠改变生物的耐受范围, 可通过驯化和休眠改变生物的耐受范围,适应环 境的变化. 境的变化.
土 壤 (cm )
温 ( ) 度 ℃
b) 随土壤深度增加,土壤最高温和最低温出现的时间 随土壤深度增加, 后延,其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比. 后延,其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比. 通常,土壤深度每增加10m,最高和最低温度出现 通常,土壤深度每增加 , 的时间将迟延20- 的时间将迟延 -30d. . c) 土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层,长周 土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层, 期变化出现在较深的位置. 期变化出现在较深的位置. d) 土壤温度的年变化在不同地区差异很大.中纬度地 土壤温度的年变化在不同地区差异很大. 土壤的年变幅较大;热带地区, 区,土壤的年变幅较大;热带地区,土壤变化受雨 量控制;高纬度与高海拔地区, 量控制;高纬度与高海拔地区,土壤的年变化与积 雪有关. 雪有关.
广温性生物与狭温性生物的生态幅比较
(引自孙儒泳,1992) 引自孙儒泳, )
狭温性生物的耐受性下限, 狭温性生物的耐受性下限,上限与最适温度相 距很近,对广温性生物影响很小的温度变化, 距很近,对广温性生物影响很小的温度变化, 对狭温性生物可能成为临界. 对狭温性生物可能成为临界.
当生物对环境中某一生态因子的适应范围较 而对另一因子的适应范围较窄时, 宽,而对另一因子的适应范围较窄时,生态幅 常受到后一种生态因子的限制. 常受到后一种生态因子的限制. 生物在不同发育期对生态因子的耐受限度不 生态幅往往取决于它临界期的耐受限度. 同,生态幅往往取决于它临界期的耐受限度. 生物的生态幅对其分布有重要影响, 生物的生态幅对其分布有重要影响,每种生 物的分布区, 物的分布区,由它的生态幅和环境相互作用所 决定的. 决定的.
自然环境 半自然环境 社会环境
(3)按环境的范围大小分类: )按环境的范围大小分类:
宇宙环境(星际环境) 宇宙环境(星际环境) 地球环境 区域环境 微环境 内环境
二, 生态因子及其分类
组成环境的因素称为环境因子,或称生态因子 组成环境的因素称为环境因子,或称生态因子 环境因子 (ecological factor). ). 生态因子中,有机体生活和发育所不可缺少的外界 生态因子中, 环境因素,有时被称为生物的生存条件 生存条件. 环境因素,有时被称为生物的生存条件. 所有的生态因子构成生物的生态环境,特定生物体 所有的生态因子构成生物的生态环境, 生态环境 或群体的栖息地的生态环境称为生境 生境( 或群体的栖息地的生态环境称为生境(habitat). ).
2. 限制因子
任何生态因子, 任何生态因子,当接近或超过某种生物的耐受性 极限而阻止其生存,生长,繁殖或扩散时, 极限而阻止其生存,生长,繁殖或扩散时,这个 因子就称为限制因子 限制因子( 因子就称为限制因子(limiting factor). ). 因子处于最小量时,可以成为生物的限制因子; 因子处于最小量时,可以成为生物的限制因子; 但因子过量时,同样也会成为限制因子, 但因子过量时,同样也会成为限制因子,即生态 因子的最大状态也具有限制性影响,这就是限制 因子的最大状态也具有限制性影响,这就是限制 因子定律( 因子定律(Law of limiting factor ).
耐受性定律的发展
a) 同种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异, 同种生物对不同生态因子的耐受范围存在差异, 且耐受性还会因年龄,季节,栖息地等的不同而 且耐受性还会因年龄,季节, 有差异. 有差异. b) 生物在整个个体发育过程中,对生态因子的耐受 生物在整个个体发育过程中, 限度不同. 限度不同. c) 不同生物对同一生态因子的耐受性不同. 不同生物对同一生态因子的耐受性不同. d) 生物对某一生态因子处于非最适状态时,对其他 生物对某一生态因子处于非最适状态时, 生态因子的耐受限度也会下降. 生态因子的耐受限度也会下降.
1. 昼夜变化
海洋水温的昼夜变化小,一般不超过 ℃ 海洋水温的昼夜变化小,一般不超过4℃,随着深度的增 变化幅度减少; 米的深度以下, 加,变化幅度减少;在15米的深度以下,海水温度无昼夜 米的深度以下 变化. 变化. 大陆上的气温昼夜变化幅度较大,一般为 左右; 大陆上的气温昼夜变化幅度较大,一般为17 ℃左右;昼夜 间最高气温与最低气温的差值称为温度日较差, 间最高气温与最低气温的差值称为温度日较差,日较差随 纬度增高而减小,随海拔升高而增大, 纬度增高而减小,随海拔升高而增大,并受地形及地面性 质等因素的影响. 质等因素的影响.
大环境( ):地区环境 大环境(macroenvironment):地区环境,地球环境 ):地区环境, 和宇宙环境; 和宇宙环境;大气候 小环境( ):对生物有直接影响的 小环境(microenvironment):对生物有直接影响的 ): 邻接环境; 邻接环境;小气候
(2)按环境的性质分类: )按环境的性质分类:
3. 耐受性定律
耐受性定律( 耐受性定律(law of tolerance):任何一个生态 )
因子在数量上或质量上的不足或过多, 因子在数量上或质量上的不足或过多,即当其接近或 达到某种生物的耐受限度时都会使该种生物衰退或不 能生存. 能生存. 耐受性定律不仅估计了环境因子量的变化, 耐受性定律不仅估计了环境因子量的变化,还 估计了生物本身的耐受限度; 估计了生物本身的耐受限度;同时该定律也允 许生态因子间的相互作用. 许生态因子间的相互作用.