第二章个体生态学课件.ppt

1、2022-12-281 个体生态学个体生态学(Individual Ecology),是以生物个体为研究对象，是以生物个体为研究对象，探讨环境因子对生物个体的影响以及他们对环境所产生的反探讨环境因子对生物个体的影响以及他们对环境所产生的反应。应。This chapter is the foundation of ecology.Need a good grasp on the ecological factor:illumination,temperature,water,air and soil.Ecological effects and the biological adaptation

2、 to them.2022-12-282 第一节第一节 环境的概念及其类型环境的概念及其类型 第二节第二节 生态因子作用分析生态因子作用分析 第三节第三节 生态因子的生态作用及生物适应生态因子的生态作用及生物适应2022-12-283第一节第一节 环境的概念及其类型环境的概念及其类型一、环境的概念一、环境的概念 1、环境（、环境（Environment）:某一特定生物体或生物群体以某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体生存的一切事物的总外的空间，以及直接或间接影响该生物体生存的一切事物的总和。和。环境总是针对某一特定主体或中心而言，是一个相对的概念。环境总是针对某一特定

3、主体或中心而言，是一个相对的概念。在生物学中，环境指生物的栖息地，以及直接或间接影响生在生物学中，环境指生物的栖息地，以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素。物生存和发展的各种因素。在环境科学中，人类是主体，环境指围绕着人群的空间以及在环境科学中，人类是主体，环境指围绕着人群的空间以及其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。其中可以直接或间接影响人类生活和发展的各种因素的总体。环境这个概念是具体的，又是相对的，在谈到环境时，总要包含特定的主体。环境有大小之分环境有大小之分其它鲤鱼非生物因 素虾,水蚤,水草,鱼等异种生物一条鲤鱼鲤鱼种群池塘群落 研 究 主 体2022-12-2

4、85 2022-12-2863 3、环境因子、环境因子(Environment factors):(Environment factors):是生物体是生物体外部的所有环境要素。外部的所有环境要素。一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存在。在

5、。生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量的交换。的交换。2022-12-2872022-12-288l生态因子：指环境中对生物生长、发育、生殖、生态因子：指环境中对生物生长、发育、生殖、行为及分布有直接或间接影响的环境要素。行为及分布有直接或间接影响的环境要素。l生态因子分类：非生物因子和生物因子两大类。生态因子分类：非生物因子和生物因子两大类。非生物因子包括温度、湿度、风、日照等理化非生物因子包括温度、湿度、风、日照等理化因素；生物因子包括同种和异种的生物个体。因素；生物因子包括同种和异种的生物个体。前者形成种内关系，后者形成

6、种间关系，如捕前者形成种内关系，后者形成种间关系，如捕食、竞争、寄生、互利共生等。食、竞争、寄生、互利共生等。2022-12-289l环境因子（环境因子（environmental factor）：）：生物生物体外部的全部环境要素。体外部的全部环境要素。l生态因子（生态因子（ecological factor）：）：指对生物生指对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或者间接影响的长、发育、生殖、行为和分布有直接或者间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等。其他相关生物等。同义词？同义词？即有联系即有联系又有区别？又有

7、区别？2022-12-2810第二节第二节 生态因子作用分析生态因子作用分析一、生态因子的概念一、生态因子的概念生态因子（生态因子（ecological factors）是指环境中对生物生长、是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境因素。发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境因素。生存条件生存条件：生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件。：生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件。生境（生境（habitat）：指具体的生物个体和群体生活地段上：指具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境，包括生物本身对环境的影响。的生态环境，包括生物本身对环境的影响。所有生态因子构

8、成生物的所有生态因子构成生物的生态环境（生态环境（ecological environment)2022-12-2811二、生态因子作用的一般特征二、生态因子作用的一般特征1、综合作用、综合作用 2、主导因子作用、主导因子作用 3、不可替代性和可补偿性、不可替代性和可补偿性 4、生态因子作用的阶段性、生态因子作用的阶段性 5、直接和间接作用、直接和间接作用 6、限制性作用、限制性作用2022-12-28121 1、综合作用、综合作用 自然不存在孤立的生态因子，也不存在单一因子构成的自然不存在孤立的生态因子，也不存在单一因子构成的生态环境。生态因子间总是互相促进、相互制约，任何单一生态环境。生态

9、因子间总是互相促进、相互制约，任何单一因子的变化必将引起其它因子的变化，如光强因子的变化必将引起其它因子的变化，如光强土壤温度、土壤温度、空气湿度、水分平衡等空气湿度、水分平衡等植物生长。植物生长。2 2、主导因子作用、主导因子作用 生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或生态环境中各因子地位不同，一般情况下，其中有一个或几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因几个因子对其它因子的变化起主导作用，该因子即为主导因子。子。主导因子是随时间、空间变化而变化的。主导因子是随时间、空间变化而变化的。如光合如光合作用作用光照光照，春化作用春化作用温度温度2022-12-2813 3

10、 3、生态因子的直接作用和间接作用、生态因子的直接作用和间接作用间接因子通过直接因子体现，如地形因子属间接因子，但可影间接因子通过直接因子体现，如地形因子属间接因子，但可影响光、温、水分布。响光、温、水分布。西坡干热缺水西坡干热缺水东坡湿润多雨东坡湿润多雨其起伏程度、坡向、坡度、海拔高度及经纬度等对生物的作用不是直接的 地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起到直接的作用 2022-12-28144 4、生态因子作用的阶段性、生态因子作用的阶段性 生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。海洋海洋淡水淡水2022-12-2815l软体动物l植物的光合作用5

11、 5、不可替代性和补偿作用、不可替代性和补偿作用 生活因子都很重要，不可或缺，具不可替代性。同时，生活因子都很重要，不可或缺，具不可替代性。同时，在一定条件下，多个生态因子的综合作用过程中，由在一定条件下，多个生态因子的综合作用过程中，由于某一因子量的不足，可由其它因子的增加或增强而于某一因子量的不足，可由其它因子的增加或增强而得到补偿，仍可获得相同的生态效应。即为可补偿性。得到补偿，仍可获得相同的生态效应。即为可补偿性。一定范围内一定范围内的补偿！的补偿！2022-12-2816l定义：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种和少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因

12、子，这些关键性的因子就是限制因子。限制因子概念的意义限制因子概念的意义l 为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定了一个便利的基点；l 有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。三、生态因子的限制性作用三、生态因子的限制性作用2022-12-2817l1、“最小因子定律最小因子定律”(Liebigs law of minimum)植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营养元素称低量的营养元素称最小因子（最小因子（Just

13、us von Liebig,1840,德国）德国）。Mitsherlich发现，当限制因子增加时，开始增产效果很大，发现，当限制因子增加时，开始增产效果很大，继续下去，效果渐减。继续下去，效果渐减。两个补充条件（两个补充条件（Odum,1983）：）：1）只适用于稳定状态）只适用于稳定状态2）要考虑生态因子之间的相互作用）要考虑生态因子之间的相互作用三、生态因子的限制性作用三、生态因子的限制性作用2022-12-2818“耐受性定律耐受性定律”(Shelfords law of tolerance)(V.E.Shelford,1913，美国，美国)“生物的存在和繁殖，要依赖于某种综合环境因子的

14、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，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，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。甚至灭绝。”2、耐受性定律、耐受性定律三、生态因子的限制性作用三、生态因子的限制性作用2022-12-2819耐受性定律是最低因子定律的进一步发展，表现在耐受性定律是最低因子定律的进一步发展，表现在（1）考虑了生态因子的上限；）考虑了生态因子的上限；（2）不仅估计了生态因子量的变化，还估计了生物本身）不仅估计了生态因子量的变化，还估计了生物本身的耐受性问题。的

15、耐受性问题。2022-12-2820l自然界耐性限度的实际范围几乎都比潜在范围狭窄 -E.J.Fry（1917）1 1）在不利因素影响下，提高了对基础代谢率）在不利因素影响下，提高了对基础代谢率的生理调节所付出的代价的生理调节所付出的代价 2 2）生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的）生态环境中的辅助因子降低了代谢强度的上限或者下限水平上限或者下限水平2022-12-2821l生物的耐性限度是可以改变的生物的耐性限度是可以改变的代价：减弱对其他环境因子的适应能力代价：减弱对其他环境因子的适应能力l对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响：相互

16、影响：生物对温度的耐性限度与湿度密切相关。生物对温度的耐性限度与湿度密切相关。2022-12-28224、生态幅、生态幅 生态幅（生态幅（ecological amplituteecological amplitute）生态幅是指物种对生态环境适应范围的大小。这主要决定生态幅是指物种对生态环境适应范围的大小。这主要决定于各个种的遗传特性。于各个种的遗传特性。它常与耐受限度一致，耐受限度越宽，生态幅也越大。它常与耐受限度一致，耐受限度越宽，生态幅也越大。然而，二者又是不同的，耐受限度一般是对某一生态因子然而，二者又是不同的，耐受限度一般是对某一生态因子而言，是从生物本身出发，主要指该种生物的生物

17、学特性；而言，是从生物本身出发，主要指该种生物的生物学特性；生态幅既指某一生态因子，又指环境条件的综合，是从生生态幅既指某一生态因子，又指环境条件的综合，是从生态适应角度来谈的。态适应角度来谈的。2022-12-2823生态学中，根据生物的耐受范围和生态生态学中，根据生物的耐受范围和生态因子的不同，将生物分为：因子的不同，将生物分为：广温性（广温性（euryeurythermtherm）狭温性（狭温性（stenostenothermtherm）广水性（广水性（euryhydriceuryhydric）狭水性（狭水性（stenohydricstenohydric）广盐性（广盐性（euryhali

18、neeuryhaline）狭盐性（狭盐性（stenohalinestenohaline）广食性（广食性（euryphagiceuryphagic）狭食性（狭食性（stenophagicstenophagic）广光性（广光性（euryphoticeuryphotic）狭光性（狭光性（stenophoticstenophotic）广栖性（广栖性（euryoeciouseuryoecious）狭栖性（狭栖性（stenooeciousstenooecious）2022-12-2824l （1）生物对不同生态因子的耐受范围存在着差异，对某一个生态因子耐受范围很宽，对另一个因子可能很窄。l 如中华鳖对温度

19、（2-37）、酸碱度（4-11）耐受范围很宽;对盐度（5）耐受范围很窄。2022-12-2825l（2）不同发育时期生物对生态因子的耐受范围是不同的。在动物的繁殖期、卵、胚胎期和幼体、种子的萌发期一般耐受限度比较低。如蓝蟹可生活在盐度为0-34的淡水和海水中，但其卵和幼蟹要求水体盐度在23以上。母鸡的体温40.6，可生活在很宽的温度范围中，无论是冰天雪地还是炎炎夏日，但其胚胎在18.3就不发育，一般要保持在20-37.5范围内，雏鸡也要求较高的温度。2022-12-2826l（3 3）对于同一生态因子不同生物的耐受性是不同的。）对于同一生态因子不同生物的耐受性是不同的。如鲑鱼对温度的耐受范围是

20、如鲑鱼对温度的耐受范围是0-120-12，最适温度为，最适温度为44而豹蛙对温度的耐受范围是而豹蛙对温度的耐受范围是0-300-30，最适温度为，最适温度为2222l（4 4）当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因）当某一生态因子不是处在最适量时，生物对其它因子的耐受范围随之缩小。反之，主要生态因子处在最适量子的耐受范围随之缩小。反之，主要生态因子处在最适量时，对一些生态因子的耐受性提高。如食物不足时或湿度时，对一些生态因子的耐受性提高。如食物不足时或湿度过高过低时，陆生动物对温度的耐受范围都会缩小。过高过低时，陆生动物对温度的耐受范围都会缩小。2022-12-2827l内稳态内稳态(h

21、omeostasis):):生物控制体内环境使其保生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。l内稳态通过内稳态通过生理过程或行为的调整而实现的。生理过程或行为的调整而实现的。2022-12-2828维持体内环境稳定是生物扩大耐性限度的一种重要机制，维持体内环境稳定是生物扩大耐性限度的一种重要机制，但但内稳态机制内稳态机制不能完全摆脱环境的限制，它只能扩大自己不能完全摆脱环境的限制，它只能扩大自己的生态幅度与适应范围，成为一个的生态幅度与适应

22、范围，成为一个广适种广适种。2022-12-2829耐受限度的驯化耐受限度的驯化除内稳态机制可调整生物的耐性限度外，人工驯化方除内稳态机制可调整生物的耐性限度外，人工驯化方法也可改变生物的耐性范围法也可改变生物的耐性范围驯化过程是生物体内酶系统的改变过程驯化过程是生物体内酶系统的改变过程2022-12-2830 Any heritable trait possessed by an organism which aids survival or reproduction is an adaptation.Such traits may be physiological,morphologica

23、l or behavioral.Adaptation is the result of natural selection.第三节第三节 生态因子的生态作用及生物适应生态因子的生态作用及生物适应Adaptation2022-12-2831Environmental variationlMost organisms have to cope with a continually changing external environment over a range of timescales.Some environmental factors may change over seconds or

24、 minutes(e.g.sunlight intensity when.there is patchy cloud)whilst others may change daily or seasonally or over a much change daily or seasonally or over a much longer period(e.g.glaciation cycles).Internal regulationlBiological cells cannot function with a wildly fluctuating environment and organis

25、ms therefore take steps to limit their internal variation.2022-12-2832HomeostasislThe maintenance of a relatively constant internal environment by an organism in a variable external environment is called homeostasis,All organisms adopt a degree of homeostatic control,but,as t rule,large organisms ar

26、e more decoupled from their external environment than small ones.2022-12-2833Negative feedbacklMost biological homeostatic mechanisms act in a broadly similar way:if the current internal level of a factor(e.g.temperature or osmolarity)is too high,the mechanism will reduce it;if the level is too low

27、the mechanism will increase it.This process,by which the response is opposite to the signal,is known as negative feedback.2022-12-2834Tolerance lOrganisms can cope with variation in their external environment(though different species may differ markedly).The upper and lower extremes of species limit

28、s of tolerance.Usually,growth will not occur at these extremes but in a narrower range of conditions,and fitness will be greatest only for a yet narrower optimal range.2022-12-2835l生物与水的关系l生物与土壤的关系l生物与光的关系l生物与温度的关系l生物与大气的关系2022-12-2836(一一)生物与水的关系生物与水的关系2022-12-28372022-12-28382022-12-2839Water is ap

29、parently available in aquatic environments.However,the osmotic regulation of internal fluids can be energetically expensive,especially in saline environments.The salinity of an aquatic environment and of terrestrial habitats bordering the sea has an important influence on plant distribution and abun

30、dance.Plants which grow in high salinity,halophytes,accumulate electrolytes in their vacuoles,but the concentration in the cytoplasm and organelles is kept low.2022-12-28402022-12-2841l等渗等渗(isosmotic organism)：体内和体：体内和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。仅排泄失的速度在体内外之间扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、水，通过食物、

31、饮水、代谢水代谢水获得水，获得水，泌盐器官排出多余的盐分。泌盐器官排出多余的盐分。l高渗高渗(hyperosmotic organism)：体内的：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。通过排扩散，体内的盐分向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。和组织摄入。l低渗低渗(hypoosmotic organism)：体内渗：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食物、代谢水和进入体内。通过食物、代谢水和饮水饮水获得水，多种多样的泌盐组织排出多

32、获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。余的盐分。2022-12-2842鱼类的水平衡 Maintaining water balance is problematic in an aquatic environment,which is countered by osmoregulatory mechanisms.Freshwater fish have to continually excrete excess water because the fish is hypertonic relative to its surroundings(the concentration of so

33、lutes in body fluids is higher than the solute concentration of the water),and they produce a large volume of very dilute urine.Bony fishes living in seawater have the opposite problem,and instead function mainly as a means of removal of divalent ions such as Ca2+,Mg2+and SO42-.2022-12-28432022-12-2

34、8442022-12-28452022-12-28462022-12-28472022-12-28482022-12-28492022-12-28502022-12-28512022-12-28522022-12-28532022-12-28542022-12-28552022-12-2856l Species distribution and temperature The distribution of the major biomes over the Earth reflects the major temperature zones.However,it is more diffic

35、ult to attribute a role to temperature when considering species distribution.In certain cases the distribution limits of a species can be attributed to a lethal temperature which precludes the species existence.However,a more widespread type of relationship is one which has a correspondence between

36、the distribution limits of a species and an isotherm.An isotherm is a line on a map that joins locations having the same mean temperatures.Overall,an organisms limit to distribution is determined not by lethal temperatures,but by conditions that make it a poor competitor.2022-12-2857l Evolved respon

37、se to temperature The effects of temperature on individuals may be moderated by evolved differences.Allens rule states that endothermic animals from cold climates tend to have shorter extremities(ears and legs)compared with animals from warmer climates,thus reducing their surface area:volume ratio.T

38、his rule has widespread applicability.Bergmanns rule states that mammals tend to be larger in colder areas than warm climates,again to reduce their surface area:volume ratio.This rule does not have widespread interspecific applicability due to other important factors involved in determining body wei

39、ght,but is often true intraspecifically.2022-12-2858l1.氧和二氧化碳的生态作用氧和二氧化碳的生态作用 大气是指从地球表面到高空大气是指从地球表面到高空1100km范围内范围内的空气层。平均每升高的空气层。平均每升高300米，大气压降低米，大气压降低3.33kPa，在海拔约，在海拔约5400米的高度，气压大约降米的高度，气压大约降到半个大气压。到半个大气压。干洁空气的主要成分是氮和氧（氮占干洁空气的主要成分是氮和氧（氮占78.09，氧占，氧占20.95），大气中），大气中CO2一般仅占空气体一般仅占空气体积的积的0.033。CO2、O2对生物

40、具有十分重要的对生物具有十分重要的作用。作用。2022-12-2859二氧化碳的生态作用二氧化碳的生态作用 l变化规律变化规律 每日午前，由于光合作用植物顶层二氧化碳浓度达每日午前，由于光合作用植物顶层二氧化碳浓度达到最低值；午后随着温度升高，空气湿度降低，植到最低值；午后随着温度升高，空气湿度降低，植物光合作用逐渐减弱，呼吸作用加强，空气中二氧物光合作用逐渐减弱，呼吸作用加强，空气中二氧化碳增加；夜间继续增加。化碳增加；夜间继续增加。l温室效应温室效应l对植物的影响对植物的影响 二氧化碳是光合作用的主要原料，二氧化碳是光合作用的主要原料，CO2浓度的高浓度的高低是影响植物初级生产力的重要因素

41、。高低是影响植物初级生产力的重要因素。高CO2浓浓度有利于光合产物合成，提高作物生长量和干物度有利于光合产物合成，提高作物生长量和干物质积累。质积累。C3和和C4植物和景天科植物的代谢。植物和景天科植物的代谢。2022-12-2860氧气的生态作用氧气的生态作用 l氧的来源与分布氧的来源与分布 主要来源于植物。少部分氧来源于大气层的光解主要来源于植物。少部分氧来源于大气层的光解作用作用 陆地环境比水生环境含氧量高、大气中比土壤空陆地环境比水生环境含氧量高、大气中比土壤空气中含氧量高、低海拔比高海拔氧气分压高气中含氧量高、低海拔比高海拔氧气分压高。l 陆生动物对低氧的生态适应陆生动物对低氧的生态适应 增加呼吸频率和加快血液循环，但这样会增加氧增加呼吸频率和加快血液循环，但这样会增加氧的消耗。的消耗。增加血红蛋白和红血球的数量，提高血红蛋白对增加血红蛋白和红血球的数量，提高血红蛋白对氧的亲和力。氧的亲和力。2022-12-28611.环境（环境（Environment）和环境因子）和环境因子(environmental factors)2.生态因子生态因子(ecological factors）3.生态幅生态幅(ecological amplitude or ecological valence)4.限制因子限制因子(limiting factors）