环境生态学_2生物与环境

三、地球自我调节理论——Gaia 假说
Gaia 假说的主要观点和贡献是：
① Gaia 假说强调，生命是全球尺度的现象。地球生态系统没有孤 立的生命。生活的生物有机体必须调节其生存的星球。否则，物 理和化学进化的力量将会使得它们变得不适于生物的生存。 ② Gaia 假说认为，不能将物种的进化与它们的环境分离开来，这 两个过程紧紧地耦合成一个不可分割的过程，调节成功与否依赖 于生物的进化和物质环境进化的不断耦合。这在一定意义上发展 了达尔文进化论的观点。
遗传 多样性
基因水平
分子 细胞 个体
物种 多样性
物种水平
不同层次
生态系统 多样性
景观 多样性
多样化和变异性
景观空间结构 功能机制 时间动态
生态系统水平
生物区系特点 生境的多样性 物种的濒危状况 生物群落的多样性 灭绝速率变动及机制 生态过程的多样性 保护物种和持续利用
二、生物多样性
（三） 影响生物多样性的因素
5.纬度、栖息地异质性和生产力
从区域范围考虑，物种数量随自然条件的适宜性、栖息地异质性、 与散布中心的隔离程度和初级生产力的变化而变化
6.生物地化循环
生物多样性水平与土壤营养物之间存在密切关系
7.系统稳定性
在一定程度上，生物多样性越高、越复杂，生态系统就会越稳定
不同的观点认为，稳定性应该有一个阈值，超过该数值后，多样 性非但不能增加系统的稳定性，甚至可能产生破坏性作用。
三、地球自我调节理论——Gaia 假说
（一）Gaia 假说的形成和发展
Lovelock J E在1969 年关于生命起源的国际会议上，第一次提出 了Gaia 假说。 1979 年，第一部著作《Gaia：对地球上生命的新认识》 1988年，第二部著作

地球环境
微环境
宇宙环境
（三）生物对环境的适应
1.趋异适应与生态型
• 同种生物适应不同的环境产生了不同 的适应叫趋异适应 • 趋异适应产生的同种生物的不同基因 型类群叫生态型
气候生态型（籼稻与粳稻） 土壤生态型（水稻与陆稻） 生物生态型（红花碗豆与白花碗豆）
C G Cao
2.趋同适应与生活型
3.生态位(niche)
生物完成其正常生活周期所表现的对特
定生态因子的综合适应位置．
空间生态位
生态位 营养生态位
多维生态位
湿度
湿度
pH
温度
温度
温度
基础生态位与实际生态位
一个物种所划定的多维体就可以看作生态位的抽 象描绘，他称之为基本生态位(基础生态位)。但在自 然界中，因为各物种相互竞争，每一物种只能占据基 本生态位的一部分，他称这部分为实际生态位。 实 际生态位小于基本生态位。
（二） 环境
1.环境的概念
广义的环境（Environment）是指某 一主体周围一切事物的总和。
在生态学中，环境是指生物的栖息 地,以及直接或间接影响生物生存和发展的 各种因素 。生物是环境的主体，主体不同， 环境不同。
2.环境的类型
(1)按环境的主体分类：
以人为主体的人类环境，其它生命 物质和非生命物质均被视为构成人类环境 的要素；
生态位宽度，又称生态位广度、生态位大小。Levins公式：
1
B i =
R
Pij2
=
Yi 2
R
N
2 ijj 1j 1Bi为物种i的生态位宽度，Pij =Nij/Yi是第i个物种利用资源 状态j的个体占总数的比例。
生态位宽度的计算公式

– 两个补充条件（Odum,1983）： – 1）只适用于稳定状态 – 2）要考虑生态因子之间的相互作用
（2）谢尔福德耐性定律
• “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (V.E.Shelford,1913，美国)
– “生物的存在和繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存 在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过 了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭 绝。”
三、生态因子的作用规律
（一）、综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约，综合起来对
生物体起作用。 例如：温度与气压、湿度等因子共同作用 同样的高温度下，高气压和低湿度时对生物体损伤小；低气压和高湿度对生物体
损伤大。
三、生态因子的作用规律
（三）、直接因子和间接因子 直接因子：能直接影响生物的生理过程或参与生物的新陈代谢的因子。 间接因子 ：通过影响直接因子而间接作用于生物的因子。 例如：海拔高度及温度、光照等因子对人体的作用
（五）、不可替代性和补偿作用
A 不可替代性：生态因子对生物体的作用是不可替代的，又称同等 重要定律。
例如：人体缺维生素A、人体缺维生素D
一定范围内的 补偿！！
B 补偿作用（可调剂性）：多个生态因子综合作用时，由于某因子 在量上的不足，可由其他因子来补偿，以获得相似的生态效应。
例：光照不足，可多施有机肥使土壤中CO2浓度提高可补偿光照不 足。
耐性的可变性
• 同种生物长期生活在不同生态环境下，对多种生态因子会形成有差异的耐性范围， 用进废退；
例如：高山雪莲，耐高寒，对其他的条件适应性差。 • 生物的耐性范围还可通过人为驯化改变； 例如：生将金鱼长期饲养在不同温度条件下（18℃和32℃ ），他们对温度的耐性

土壤的碱化过程
土壤的碱化过程是指土壤胶体中吸附有相当 数量的交换性钠。一般交换性钠占交换性阳离子 总量20％以上的土壤称为碱土。碱土含 Na2CO3 较多（也有含NaHCO3或K2CO3较多的），碱土 是强碱性的，其pH一般在8.5以上，碱土上层的 结构被破坏，下层常为坚实的柱状结构，通透性 和耕作性能极差。
2．碱土对植物的影响
（1）土壤的强碱性能毒害植物根系 （2）土壤物理性质恶化，土壤结构受破坏，
质地变劣，透水性差
3．植物对盐碱土的适应
盐碱土植物是植物对盐碱生境适应的最好表现。 盐土植物分为：
旱生盐土植物、湿生盐土植物
根据对过量盐类的适应特点分为：
聚盐性植物、泌盐性植物、透盐性植物
第四节
生态因子作用的一般规律
（2）陆生动物对环境湿度的适应
影响陆生动物水平衡更多的是环境中的 湿度，动物在形态结构上、行为上、生理上 都有不同程度的适应。
如两栖类体表分泌黏液以保持湿润，昆 虫、爬行类、啮齿类等白天躲在洞内夜里出 来活动，荒漠鸟兽具有可重新吸收水分功能 的肾脏。
四、土壤因子的生态作用及生物的 适应
（一）土壤因子的生态作用
蒲公英
杨树
柳树
阳地植物 阴地植物
三七
铁杉
人参
（二）光质的生态作用与生物的适应
光质变化规律
空间变化 随纬度增加而减少，随海拔升高 而增加；
时间变化 冬季长波光增多，夏季短波光增 多；中午短波光最多，早晚长波 光较多。
生物的适应
植物
不同的光质对植物的光合作用，色素 形成，向光性，形态建成的诱导等的 影响是不同的。例如光合作用的光谱 范围只是可见光区。
低温 将引起细胞膜渗透性改变、脱水、蛋 白质沉淀等不可逆转的化学变化。

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光周期及生物的适应
地球的自传和公转引起光周期变化。日照在夏至最 长，冬至最短，在春分和秋分昼夜相等。在低纬度 地区，只有短日照，故只有短日照植物分布；在高 纬度地区，只有长日照时期适合植物生长发育，故 只有长日照植物分布；在中纬度地区，则有适合植 物生长发育的长日照和短日照时期。在同一纬度上， 长日照植物多在春末夏初开花，短日照植物多在秋 季开花。在北半球，同一种短日照植物，越往南则 开花越早，越往北则开花越晚。
注：①只适用于稳定状态，即能量和物质的 出入处于平稳状况；②要考虑到生态因子间 的相互作用。
4
限制因子法则
限制因子：生态因子中对生物的生存和繁殖 起限制作用的关键因子。 1905年Blackman提出限制因子法则：生态因 子的最大状态对生物也具有限制性影响。 限制因子的价值在于使生态学家掌握了一把 研究生物与环境复杂关系的钥匙。
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2.2.5保护色、警戒色、拟态
• 保护色：是动物通过伪装使得自己身体体色和斑 点与背景环境接近而隐蔽起来，使得不易被敌害 发现的体色。特点：与外界环境的优势色彩保持 一致。
• 警戒色：是指某些有恶臭或毒刺的动物所具有的 鲜艳的色彩和斑纹，以提醒捕食者不要捕食自己。 特点：色彩醒目，易识别，与保护色的隐蔽性相 反，动物有特殊的“本事”，能够对敌害起预先 示警的作用以保护自身。
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动物
鸟类的光周期现象最明显，决定其迁徙和生殖时间。据此， 人们夜晚给母鸡照光可增加产蛋量。对哺乳动物的换毛和 生殖也有影响，因而分为长日照兽（随春天日照长度的增 加而开始生殖，如雪貂、野兔、刺猬等）和短日照兽（随 秋天短日照的到来而进入生殖期，如绵羊、山羊、鹿等）； 也有与日照长短无关的，如珍珠鸡。 有些昆虫在正常生命周期中，能插入一个休眠期，即滞育， 这通常是由光周期决定。如梨小食心虫幼虫，这种休眠可 为耐受秋天和冬天的严寒做好准备。 鸟兽的换羽和换毛受光周期调控。 动物的迁徙受光周期调控；生活在表层水的鱼类的迁徙也 受光周期调控，它是通过影响内分泌系统而影响鱼类的迁 徙。

1昆虫与植物间的协同进化2大型草食动物与植物的协同进化3互惠共生物种间的协同进化4协同适应系统二生物多样性一生物多样性的概念p35二生物多样性的四个水平遗传多样性物种多样性生态系统多样性景观多样性当二次电子数最少为一个时可代替初始电子的作用继续不断从阴极发出电子形成不依赖外界因素的初始电子从而产生自持放电
• 海洋植物— 光合作用色素对光谱变化具有明显的 适应性:
–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。
• 高山植物— 对紫外光作用的适应，发展了特殊的 莲座状叶丛。
• 动物— 不同动物发展不同的色觉。
不同光谱成分对植物的生态作用
1、红光的生态作用 （1）光合活性大； （2）促进叶绿素的合成； （3）有利于碳水化合物的合成； （4）促进发芽； （5）增加植物体温度。
假说认为，地球表面的温度和化学组成是受地球 表面的生命总体（生物圈）所主动调节的。
一、光因子的生态作用及生态适应
1. 太阳辐射及其变化规律 2. 光强度变化对生物的影响 3. 光质变化对生物的影响 4. 光周期现象
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２）影响地表太阳辐射的因素
a.大气圈的对太阳辐射的削弱作用 b.太阳高度角对太阳辐射强度的影响 (0°~90°) c. 日照长度的变化 d. 地形因素的影响：朝向、坡度、海拔高度 e. 不同的生境中的太阳辐射：
第一节 地球上的生物
一、生命的产生与进化 （重点） (一)、生命起源的几种学说：
1.神创论 2.从自然发生说到生源论
自然发生说的代表人物：古希腊的哲学家自然 科学家亚里士多德（Aristotle, 384—前322）， 他认为生物的繁殖有三种主要方式： ①自然发生，如通常产生蚤类、蚊虫和各种虱子。 ②无性生殖，像海星、蠕虫、贝类等。 ③有性生殖。

4. 变温对生物的影响
温周期现象：由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有 规律的昼夜变化，许多生物适应了变温环境，多数生物在 变温下比恒温下生长得更好。 变温对生物的影响： 生物的生长：植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变 化的配合。 干物质积累：白天适当高温有利于光合作用，夜间适当低 温使呼吸作用减弱，光合产物消耗减少，净积累增多。
4. 生境：指在一定时间内具体的生物个体和群体生活地段上 的生态环境。也称栖息地。 5. 小环境：指接近生物个体表面的环境。 6. 内环境：指生物体内组织或细胞间的环境。
三、环境因子的分类
美国生态学家R.F.Daubenminre(1947)将环境因子分为
3大类: 气候类、 土壤类和生物类；
二、环境的类型
按环境的主体可分为：
① 以人类为主体的人类环境，在此类环境中其他的生命物质
和非生命物质都被视为人类环境要素。这是环境科学中所
指的环境； ② 以生物为主体的生物环境，即生物体以外的所有自然条件 称为环境。这是一般生态学书刊上所采用的分类方法。
按环境的性质将环境分成：
① 自然环境；
第二层，不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子 （例如，风暴、火山爆发、洪涝等）； 第三层，存在与发生受植被影响，反过来又直接或间接影响植 被的环境因子（例如，放牧、火烧等）。
第二节 生物与环境因子的相互作用
一、光因子的生态作用及生物的适应
（一）光照强度的生态作用与生物的适应 1. 光强对生物生长发育和形态建成的作用
植物：关闭气孔。 动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。
3、温度与生物的地理分布
影响生物地理分布的因素： 有效总积温，极端温度（最高、最低温度） 高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程 和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低温刺激而不 能完成发育阶段。 低温对生物分布的限制作用更为明显，对植物和变温动物 来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就 是低温。

黄化现象(etiolation phenomenon)是光 与形态建成的各种关系中最极端的例子，黄化 是植物对黑暗环境的特殊适应。
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光可以影响植物的形态
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2. 光照强度与水生植物
光的穿透性限制着植物在海洋中的分布, 只 有在海洋表层的透光带(euphotic zone)内, 植物 的光合作用量才能大于呼吸量。在透光带的下部， 植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平衡 之处, 就是所谓的补偿点。如果海洋中的浮游藻类 沉降到补偿点以下或者被洋流携带到补偿点以下 而又不能很快回升表层时，这些藻类便会死亡。 在一些特别清澈的海水和湖水中(特别是在热带海 洋), 补偿点可以深达几百米，但这是很少见的。 在浮游植物密度很大的水体或含有大量泥沙颗粒 的水体中，透光带可能只限于水面下1 m处, 而在 一些受到污染的河流中，水面下几cm处就很难有 光线透入了。
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不可代替性和补偿作用
环境中各种生态因子对生物的作用虽然 不尽相同，但都各具有重要性，尤其是作为 主导作用的因子，如果缺少便会影响生物的 正常生长发育，甚至造成其生病或死亡。所 以从总体上说生态因子是不可代替的，但是 局部是能补偿的。如在一定条件下，多个生 态因子的综合作用过程中，由于某一因子在 量上的不足，可以由其他因子来补偿，同样 可以获得相似的生态效应 。以植物进行光合 作用来说，如果光照不足，可以增加二氧化 碳的量来补足。
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第二节 生态因子作用分析
1 生态因子作用的一般特征 2 生态因子的限制性作用
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一、生态因子作用的一般特征
1
2
3
4
5
综
主导 直接
阶
不可
合
因子 作用
段
代替
作 用

一、生物对环境的综合适应 拟态
一、生物对环境的综合适应
警戒色
一、生物对环境的综合适应
叶变成刺状，减少蒸腾，肉质 茎贮存水分，适于干旱环境
一、生物对环境的综合适应
（一）生态适应方式及机制 2、行为适应。 生物各种行为通常有利于生物的生存和繁殖。 （1）最常见于动物,是动物应付环境变化的主要手段。如觅食行为、 生殖行为、社会行为、防卫行为、领域性行为、迁徙行为等都有重要 的生态意义。其中,觅食行为是动物最常见和最基本的行为。 动物的适应行为在自然选择进化过程中可积累遗传给后代。
一、生物对环境的综合适应
（二）生态适应的类型 2、趋异适应与生态型 同种生物的不同个体或群体,长期生存在不同的自然生态条件或人为培育 条件下,发生趋异适应( radiation adaptation),并经自然选择或人工选择而 分化形成的生态、形态和生理特性不同的基因型类群,称为生态型
一、生物对环境的综合适应
一、生物对环境的综合适应
（二）生态适应的类型 1、趋同适应与生活型 不同种的生物,由于长期生存在相同的自然生态条件和人为培育条件下,发 生趋同适应,并经自然选择和人工选择而形成的,具有类似形态、生理和生 态特性的物种类群称为（二）生态适应的类型 1、趋同适应与生活型 生活型着重从形态外貌上进行区分。生活型是种以上的分类单位,亲缘关 系甚远的生物种也可能属于同一生活型,亲缘关系近的生物种也可分属于 不同生活型。如生活在沙漠干旱区的仙人掌(仙人掌科)与生活在相同条件 下的霸王花(大戟科)、非洲沙漠浆草、仙人笔(菊科)等植物 有相似的外部特征，属同一生活型。
二、生物对环境的影响
生物对环境的影响是指:生物在时刻受到环境作用的同 时也对其生存环境产生多方面的影响,使环境条件不同 程度地得到改善。生物对环境的改造作用使环境变得 更有利于生物生存,但也可能对环境资源和环境质量造 成不良影响。