02+水环境--术语 水域生态学课件
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暴露于特定条件下，个体的生理速率或行使 某一功能的能力发生改变
• 适应环境(长期驯化Acclimatization) ：
对于环境条件变化，有机体产生相应的生理 或形态的改变
• 泛化种(Generalist)：对食物、生境等
适应范围宽的种
• 特化种(Specialist)：只利用某一严格
生境或资源的种
水的特性——F.光学特性
• 水表面反射5~10%
• 吸收: 最先吸收红外、紫外和长波光——红 色光，短波光吸收相对较弱——绿色光
• 散射: 短波光强烈——洁净水的颜色；当含 悬浮物增加时，长波光散射增加——浑浊
Iz＝I0＋e－εz
ε垂直消光系数，可从实测计算而来
ε=[1/z2.303(lgI0 -lgIz)]
– 生态型(Ecotype) ：Subspecies or race adapted to a particular set of environmental conditions
桔生淮南则为橘，生于淮北则为枳
Victoria湖的丽鱼科鱼类 ,Mwanza Gulf的东非人称 为 furu，意为漫游者 (wanderer)
▪ 一组关系密切的种类，来自于同一祖先(ancestor); ▪ 在相对短的时期内，进化出多样的形态、色彩、行
为模式；
▪ 令科学家高兴的是，新种的出现、变化和消失，就 实实在在地发生在他们的眼前；
▪ 丽鱼科鱼类的适应辐射（趋异）——从少数祖先产 生出很多种类，是最令人惊叹的事件之一，而且作 为活的有机体，其进化的各个不同阶段都可被观察 到。我国云南也存在：洱海四种土著鲤
1.00 0.89 0.80 0.72 0.65
水的特性——C. 热力学特性
• 高比热(high specific heat)——利于有
机体维持稳定的体温；使海洋和大水体 保持相对稳定的水温。
• 高蒸发热 (或潜热latent heat)——蒸发
的冷却效应
• 冰比水轻——避免环境极端化
水的性质——热力学特性
– 非生物因子(Abiotic factors)：非生物成分， 影响特定有机体的物理环境和化学环境。非生 物环境因子包括土壤、水、空气、光、营养盐 等等。
环境(生态)因子作用的基本特点
• 综合性 • 非等价性：directing, controlling, limiting
–主导因子(dominant factor)：对生命系统起关 键作用的因子
• 特化(Specialization)：形态或功能上
的适应，使得个体能特别好地适应于某一 有限的生境、资源或环境条件范围；这是 受限制条件下的进化过程
• 生态耐受性(Ecological tolerance):
一个种类所能生存的条件范围
• 调节者(Regulators)：不论处于何种
温度、pH 或溶解物下，都能维持体内环 境稳定的生物
• 氢键(hydrogen bonds)
– 内聚力(cohesive) – 附着力(adhesive) – 表面张力(Surface
tension) – 高比热(high specific
heat)
水的特性—A.密度
温度 密 度 30℃ 0.99565 20℃ 0.99821 10℃ 0.99970
性质 定义
值
比热 将1 g 水温度升高 1℃ 所需的热能
融化热 把1 g 0℃ 的冰融化成 0℃的水所需要的热能
蒸发热 蒸发1 g水所需要的热能
热导性 在1℃ cm-1 梯度下穿过 1 cm2 横截面的热通量 (J cm-1s-1C-1)
1 cal 或 4.2 J
80 cal 或 335 J
0℃， 597 cal 或 2498 J 100℃, 536 cal 或 2243 J 0℃冰 0.022 0℃ 0.0055 20℃ 0.0060 40℃ 0.0063
❖现代观点：任何过程都不可能只有一个限制因 子，可能有多种营养物同时限制生长，而混合 营养物可能联合促进生长。
❖谢尔福德耐性定律(Shelford’s Law of Tolerance)：物种的分布受
有机体耐受范围最窄的环境因子所控制。 亦即，有机体生活于限制它们存活的物 质或条件的最大值和最小值范围之内。
水的特性——D.表面张力和毛细管现象
表面张力(surface tension) 水分子间的氢键 水的表面张力
体比水重，依靠腿上的疏水性微绒毛分散重量
水上飘的蜥蜴
毛细管作用(Capillary action)
(a) 毛细管中，附着力
(adhesive forces )把水 分子吸向管壁，其他分子 受内聚力(cohesive forces)影响而被吸上去；
– 水草：挺水、漂浮、浮叶、沉水
趋异适应
• 适应辐射(Adaptive radiation)：从
同一祖先分化出不同形态，以适应显著不同 的生活方式的进化(Evolution)。从一个祖 系而来的大量遗传分化(Divergence)使得 很多新种得以出现，每一新种适应于利用新 的资源或新的（或刚空出的）生境。
4℃ 0.99997 0℃ 0.99984 0℃冰 0.917
水的密度特点导致水温的分层(stratification)现象
水的特性—B.粘滞性
水的粘滞度随水温升高而下降
Temperature (℃) 0 5 10 15
20 25 30 35 49
Viscosity( cP) 1.79 1.52 1.31 1.14
水圈循环示意图
水的自然循环——降水→地下水或地表河流→海洋。任何静 止的水体，从树叶上的水滴到整个大洋的表面，都在不停蒸发。 蒸发向大气补充水汽。即使是在积贮了千万年的冰川和冰帽、 深海以及地下的水，都通过降雨或降雪的补充，而与地表水和 大气中水汽联系在一起
局部地区的水循环，示主要途径
A simplified depiction of the global water cycle. Flows are approximate, in cubic kilometers per year. Downward arrows signify precipitation, upward arrows evapotranspiration (ET). The upper horizontal arrow represents the transfer of moisture from sea to land; the lower arrow represents runoff from land to sea. (Reproduced from Postel et al. 1996, after Gleick 1993.)
The adaptive radiation of cichlid fish in Lake Malawi, East Africa, into a vast number of niches.(from Lowe-Mcconnell 1987)
• (短期)驯化（Acclimation）：较长时间
存活 生长 繁殖 有 机 体 表 现
环境条件
物种在环境条件方面表现的一般模式图
• 另外两个因子使得耐受限的确定变得复杂 化：其一，物种能在生理上驯化适应某些 环境因子；其二，对一个环境因子的耐受 限取决于其它环境因子的水平，例如，pH 变化会影响很多鱼类对温度的耐受性。
• 动物和植物都进化出了很多逃避机制，如 迁徙 (Migration)(e.g., birds & insects etc.)、冬眠(hibernation) (e.g. squirrel, snake)、蛰伏(dormancy) (plant)、滞 育(diapause) (insects)。
• 生境/栖息地(Habitat)：动物或植物
日常生活的地方，通常以优势植物类群或 特定物理特征进行描述，如溪流生境、森 林生境
• 微生境(microhabitat): 栖息地中的
一个特定部分，是一个个体在任何特定时 间的活动过程中所遇到的部分
• 适应(Adaptation) ：有机体所具有的
有助于生存或繁殖的任何可遗传特征，可 以是行为、形态或生理的特征。适应是自 然选择的结果
Chapter 1 Aquatic Environment 水环境
1.1 生态学术语(Ecological terms)
• 环境(Environment)：某一特定生物体或 生物群体周围一切事物的总和。
– 生物因子(Biotic factors)：对特定有机体产 生影响的生物成分，即该有机体与其他有机体 的相互关系。
百度文库
• 趋同适应(Convergence)：在相同条件
下，不同种类的有机体产生彼此相似的特征 的过程--是对特定的选择性条件产生相似的 适应性反应。
e.g. 全球分布的红树植物，具有典型的革 质或肉质叶、支撑根、胎生(viviparity)。
– 生活型(Growth form): Morphological categories of plants, such as trees, shrubs, and vines.
5. 良好溶剂(Solvent)：离子和极性分子
6. 表面张力(Surface Tension) ：大 7. 太阳辐射的吸收和散射(Absorption & Scattering of Solar Radiation) 8. pH中性
水的物理化学特性
• 极性分子a polar molecule
→是离子和极性溶质的良好 溶剂
物具有流线型身体, 其它的具有缓降装置). ➢ 光照可能不足
水生生物取得与水环境中性 (neutral)密度的途径
• 减少 (真骨鱼类bony fish) 或除去 (鲨 鱼等) 硬骨骼部分
• 充气的鳔 (植物也有类似现象!) • 积累脂质等代谢产物 • 含较高的水分
一些水生生物的运动方式
2.2 水循环 The Hydrological Cycle
• 顺应者(Conformers)：内环境随外部
条件变化的生物
• 最适(Optimum): 有机体最适合的窄小
的环境条件范围
1.2 生态学定律
❖利比希最小因子定律(Liebig’s Law of the Minimum)：任何生物学过程都
受对其需求而言相对最少的因子所限制。 亦即，个体或种群的生长受其必需营养物 中量最少的一种的限制。
(b) 较粗的管子中，少量水
分子被吸向管壁，附着力 不足以克服容器表面下水 分子的内聚力，水面仅升 高稍许。
水的特性——E.溶解性
❖由于其极性，水是强溶剂 ❖几乎所有物质或多或少都可以溶于水 ❖几乎所有的水都含有一些溶解物质：
➢雨水含有溶解气体和微量矿物质 ➢湖水和河水含有0.1-0.2‰溶解矿物质 ➢海洋含有34‰溶解矿物质
– 限制因子(limiting factor)：任何接近或超过生 命系统的耐受限而阻止其生存、生长、繁殖或 扩散的因素
• 可补偿性和不可替代性--阶段性 • 直接性和间接性
• 条件(Conditions)：引起有机体对之作出反应
的可变环境因子为条件，如温度、酸度、盐度等。 条件是不可消耗的 (not depletable)
2. 水的性质和水循环 Water Properties & Hydrological Cycle
2.1 水的性质(Properties of Water)
❖水的特殊性质
1. 密度(Density )：水温4℃时最大，唯一固化(成冰) 时，体积变大，比重变小的物质
2. 粘滞性(Viscosity)：大 3.比热(Specific Heat)：大 4. 热传导性：好(除水银外)
• 资源(Resources)： 有机体利用或消耗
(deplete ) 的任何东西属于资源，如：花蜜是蜜 蜂的资源，光是所有植物的资源，水是所有生物 的资源…
• 环境变化(Environmental variation)：大
多数有机体都面临着在不同时间尺度上外部环境 的连续变化，有些环境因子每秒或每分钟都在改 变，如光照强度；另一些因子则有日变化、季节 变化甚至更长时间内的变化（如冰川周期）
水生生活的利弊 (Pros and Cons of aquatic life)
❖ 优越性(Advantages): ➢ 稳定的温度环境
➢ 支持自身总量的能量消耗少乃至无（浮力)
➢ 水的流动性方便生物移动 ❖ 不利方面(Disadvantages): ➢ 氧气含量低 (溶解度低, 扩散受限制) ➢ 水的粘滞性阻碍(retards)生物的运动(某些生
生命系统与非生物环境关系的基本形式
• 生态作用(ecological action)：环境对生 命系统的影响
• 生态适应(ecological adaptation)：生 命系统改变自身的结构与过程，以便与 其生存环境相协调的过程
• 生态反作用(ecological reaction)：生命 系统反过来对环境的影响和改变
• 适应环境(长期驯化Acclimatization) ：
对于环境条件变化，有机体产生相应的生理 或形态的改变
• 泛化种(Generalist)：对食物、生境等
适应范围宽的种
• 特化种(Specialist)：只利用某一严格
生境或资源的种
水的特性——F.光学特性
• 水表面反射5~10%
• 吸收: 最先吸收红外、紫外和长波光——红 色光，短波光吸收相对较弱——绿色光
• 散射: 短波光强烈——洁净水的颜色；当含 悬浮物增加时，长波光散射增加——浑浊
Iz＝I0＋e－εz
ε垂直消光系数，可从实测计算而来
ε=[1/z2.303(lgI0 -lgIz)]
– 生态型(Ecotype) ：Subspecies or race adapted to a particular set of environmental conditions
桔生淮南则为橘，生于淮北则为枳
Victoria湖的丽鱼科鱼类 ,Mwanza Gulf的东非人称 为 furu，意为漫游者 (wanderer)
▪ 一组关系密切的种类，来自于同一祖先(ancestor); ▪ 在相对短的时期内，进化出多样的形态、色彩、行
为模式；
▪ 令科学家高兴的是，新种的出现、变化和消失，就 实实在在地发生在他们的眼前；
▪ 丽鱼科鱼类的适应辐射（趋异）——从少数祖先产 生出很多种类，是最令人惊叹的事件之一，而且作 为活的有机体，其进化的各个不同阶段都可被观察 到。我国云南也存在：洱海四种土著鲤
1.00 0.89 0.80 0.72 0.65
水的特性——C. 热力学特性
• 高比热(high specific heat)——利于有
机体维持稳定的体温；使海洋和大水体 保持相对稳定的水温。
• 高蒸发热 (或潜热latent heat)——蒸发
的冷却效应
• 冰比水轻——避免环境极端化
水的性质——热力学特性
– 非生物因子(Abiotic factors)：非生物成分， 影响特定有机体的物理环境和化学环境。非生 物环境因子包括土壤、水、空气、光、营养盐 等等。
环境(生态)因子作用的基本特点
• 综合性 • 非等价性：directing, controlling, limiting
–主导因子(dominant factor)：对生命系统起关 键作用的因子
• 特化(Specialization)：形态或功能上
的适应，使得个体能特别好地适应于某一 有限的生境、资源或环境条件范围；这是 受限制条件下的进化过程
• 生态耐受性(Ecological tolerance):
一个种类所能生存的条件范围
• 调节者(Regulators)：不论处于何种
温度、pH 或溶解物下，都能维持体内环 境稳定的生物
• 氢键(hydrogen bonds)
– 内聚力(cohesive) – 附着力(adhesive) – 表面张力(Surface
tension) – 高比热(high specific
heat)
水的特性—A.密度
温度 密 度 30℃ 0.99565 20℃ 0.99821 10℃ 0.99970
性质 定义
值
比热 将1 g 水温度升高 1℃ 所需的热能
融化热 把1 g 0℃ 的冰融化成 0℃的水所需要的热能
蒸发热 蒸发1 g水所需要的热能
热导性 在1℃ cm-1 梯度下穿过 1 cm2 横截面的热通量 (J cm-1s-1C-1)
1 cal 或 4.2 J
80 cal 或 335 J
0℃， 597 cal 或 2498 J 100℃, 536 cal 或 2243 J 0℃冰 0.022 0℃ 0.0055 20℃ 0.0060 40℃ 0.0063
❖现代观点：任何过程都不可能只有一个限制因 子，可能有多种营养物同时限制生长，而混合 营养物可能联合促进生长。
❖谢尔福德耐性定律(Shelford’s Law of Tolerance)：物种的分布受
有机体耐受范围最窄的环境因子所控制。 亦即，有机体生活于限制它们存活的物 质或条件的最大值和最小值范围之内。
水的特性——D.表面张力和毛细管现象
表面张力(surface tension) 水分子间的氢键 水的表面张力
体比水重，依靠腿上的疏水性微绒毛分散重量
水上飘的蜥蜴
毛细管作用(Capillary action)
(a) 毛细管中，附着力
(adhesive forces )把水 分子吸向管壁，其他分子 受内聚力(cohesive forces)影响而被吸上去；
– 水草：挺水、漂浮、浮叶、沉水
趋异适应
• 适应辐射(Adaptive radiation)：从
同一祖先分化出不同形态，以适应显著不同 的生活方式的进化(Evolution)。从一个祖 系而来的大量遗传分化(Divergence)使得 很多新种得以出现，每一新种适应于利用新 的资源或新的（或刚空出的）生境。
4℃ 0.99997 0℃ 0.99984 0℃冰 0.917
水的密度特点导致水温的分层(stratification)现象
水的特性—B.粘滞性
水的粘滞度随水温升高而下降
Temperature (℃) 0 5 10 15
20 25 30 35 49
Viscosity( cP) 1.79 1.52 1.31 1.14
水圈循环示意图
水的自然循环——降水→地下水或地表河流→海洋。任何静 止的水体，从树叶上的水滴到整个大洋的表面，都在不停蒸发。 蒸发向大气补充水汽。即使是在积贮了千万年的冰川和冰帽、 深海以及地下的水，都通过降雨或降雪的补充，而与地表水和 大气中水汽联系在一起
局部地区的水循环，示主要途径
A simplified depiction of the global water cycle. Flows are approximate, in cubic kilometers per year. Downward arrows signify precipitation, upward arrows evapotranspiration (ET). The upper horizontal arrow represents the transfer of moisture from sea to land; the lower arrow represents runoff from land to sea. (Reproduced from Postel et al. 1996, after Gleick 1993.)
The adaptive radiation of cichlid fish in Lake Malawi, East Africa, into a vast number of niches.(from Lowe-Mcconnell 1987)
• (短期)驯化（Acclimation）：较长时间
存活 生长 繁殖 有 机 体 表 现
环境条件
物种在环境条件方面表现的一般模式图
• 另外两个因子使得耐受限的确定变得复杂 化：其一，物种能在生理上驯化适应某些 环境因子；其二，对一个环境因子的耐受 限取决于其它环境因子的水平，例如，pH 变化会影响很多鱼类对温度的耐受性。
• 动物和植物都进化出了很多逃避机制，如 迁徙 (Migration)(e.g., birds & insects etc.)、冬眠(hibernation) (e.g. squirrel, snake)、蛰伏(dormancy) (plant)、滞 育(diapause) (insects)。
• 生境/栖息地(Habitat)：动物或植物
日常生活的地方，通常以优势植物类群或 特定物理特征进行描述，如溪流生境、森 林生境
• 微生境(microhabitat): 栖息地中的
一个特定部分，是一个个体在任何特定时 间的活动过程中所遇到的部分
• 适应(Adaptation) ：有机体所具有的
有助于生存或繁殖的任何可遗传特征，可 以是行为、形态或生理的特征。适应是自 然选择的结果
Chapter 1 Aquatic Environment 水环境
1.1 生态学术语(Ecological terms)
• 环境(Environment)：某一特定生物体或 生物群体周围一切事物的总和。
– 生物因子(Biotic factors)：对特定有机体产 生影响的生物成分，即该有机体与其他有机体 的相互关系。
百度文库
• 趋同适应(Convergence)：在相同条件
下，不同种类的有机体产生彼此相似的特征 的过程--是对特定的选择性条件产生相似的 适应性反应。
e.g. 全球分布的红树植物，具有典型的革 质或肉质叶、支撑根、胎生(viviparity)。
– 生活型(Growth form): Morphological categories of plants, such as trees, shrubs, and vines.
5. 良好溶剂(Solvent)：离子和极性分子
6. 表面张力(Surface Tension) ：大 7. 太阳辐射的吸收和散射(Absorption & Scattering of Solar Radiation) 8. pH中性
水的物理化学特性
• 极性分子a polar molecule
→是离子和极性溶质的良好 溶剂
物具有流线型身体, 其它的具有缓降装置). ➢ 光照可能不足
水生生物取得与水环境中性 (neutral)密度的途径
• 减少 (真骨鱼类bony fish) 或除去 (鲨 鱼等) 硬骨骼部分
• 充气的鳔 (植物也有类似现象!) • 积累脂质等代谢产物 • 含较高的水分
一些水生生物的运动方式
2.2 水循环 The Hydrological Cycle
• 顺应者(Conformers)：内环境随外部
条件变化的生物
• 最适(Optimum): 有机体最适合的窄小
的环境条件范围
1.2 生态学定律
❖利比希最小因子定律(Liebig’s Law of the Minimum)：任何生物学过程都
受对其需求而言相对最少的因子所限制。 亦即，个体或种群的生长受其必需营养物 中量最少的一种的限制。
(b) 较粗的管子中，少量水
分子被吸向管壁，附着力 不足以克服容器表面下水 分子的内聚力，水面仅升 高稍许。
水的特性——E.溶解性
❖由于其极性，水是强溶剂 ❖几乎所有物质或多或少都可以溶于水 ❖几乎所有的水都含有一些溶解物质：
➢雨水含有溶解气体和微量矿物质 ➢湖水和河水含有0.1-0.2‰溶解矿物质 ➢海洋含有34‰溶解矿物质
– 限制因子(limiting factor)：任何接近或超过生 命系统的耐受限而阻止其生存、生长、繁殖或 扩散的因素
• 可补偿性和不可替代性--阶段性 • 直接性和间接性
• 条件(Conditions)：引起有机体对之作出反应
的可变环境因子为条件，如温度、酸度、盐度等。 条件是不可消耗的 (not depletable)
2. 水的性质和水循环 Water Properties & Hydrological Cycle
2.1 水的性质(Properties of Water)
❖水的特殊性质
1. 密度(Density )：水温4℃时最大，唯一固化(成冰) 时，体积变大，比重变小的物质
2. 粘滞性(Viscosity)：大 3.比热(Specific Heat)：大 4. 热传导性：好(除水银外)
• 资源(Resources)： 有机体利用或消耗
(deplete ) 的任何东西属于资源，如：花蜜是蜜 蜂的资源，光是所有植物的资源，水是所有生物 的资源…
• 环境变化(Environmental variation)：大
多数有机体都面临着在不同时间尺度上外部环境 的连续变化，有些环境因子每秒或每分钟都在改 变，如光照强度；另一些因子则有日变化、季节 变化甚至更长时间内的变化（如冰川周期）
水生生活的利弊 (Pros and Cons of aquatic life)
❖ 优越性(Advantages): ➢ 稳定的温度环境
➢ 支持自身总量的能量消耗少乃至无（浮力)
➢ 水的流动性方便生物移动 ❖ 不利方面(Disadvantages): ➢ 氧气含量低 (溶解度低, 扩散受限制) ➢ 水的粘滞性阻碍(retards)生物的运动(某些生
生命系统与非生物环境关系的基本形式
• 生态作用(ecological action)：环境对生 命系统的影响
• 生态适应(ecological adaptation)：生 命系统改变自身的结构与过程，以便与 其生存环境相协调的过程
• 生态反作用(ecological reaction)：生命 系统反过来对环境的影响和改变