生态学3生态系统中的生物与环境课件.ppt
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- 生态学 生态系统 中的 生物 环境 课件
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1、3 3 生态系统中的生物与环境生态系统中的生物与环境3 生态系统中的生物与环境生态系统中的生物与环境3.1 生物与环境的基本概念生物与环境的基本概念3.2 生态作用的基本规律生态作用的基本规律3.3 生态适应的基本规律生态适应的基本规律3.4 生态因子对生物的影响及生物的适应生态因子对生物的影响及生物的适应3.5 生物的生态反作用生物的生态反作用3.1 生物与环境的基本概念生物与环境的基本概念3.1.1 生物种与个体生态学生物种与个体生态学3.1.2 环境与生态因子环境与生态因子3.1.3 生物与环境的基本关系生物与环境的基本关系3.1.1 生物种与个体生态学生物种与个体生态学1)物种(物种(
2、species)是指一类生物个体的集合,其中的个体之间是指一类生物个体的集合,其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。物种是自然界中的一个基本进化单常后代个体。物种是自然界中的一个基本进化单位和功能单位。位和功能单位。2)个体生态学(个体生态学(Anecology)是以生物个体及栖息地为研究对象,研究栖息地是以生物个体及栖息地为研究对象,研究栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。态适应的形态、生理及生化机制。由于个体生态学涉及生物个体的生活
3、及生物种由于个体生态学涉及生物个体的生活及生物种的生存和进化,所以可定义个体生态学是研究生物的生存和进化,所以可定义个体生态学是研究生物个体发育个体发育(Individual development)、系统发育、系统发育(Systematic development)及其与环境关系的生态及其与环境关系的生态学分支。学分支。个体发育与系统发育个体发育与系统发育适者生存适者生存3.1.2 环境与生态因子环境与生态因子1)环境的概念)环境的概念 广义的环境(广义的环境(environment)是指某一主体周围)是指某一主体周围一切事物的总和。一切事物的总和。在生态学中,环境是指生物的栖息地。生物是环
4、境在生态学中,环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体。的主体。环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存与活动的及直接、间接影响该生物体或生物群体生存与活动的外部条件的的总和。外部条件的的总和。2)环境的类型)环境的类型(1)按环境的主体分:)按环境的主体分:以人为主体的人类环境,以人为主体的人类环境,以生物为主的生物环境。以生物为主的生物环境。(2)按环境性质分:)按环境性质分:自然环境,半自然环境,社会环境。自然环境,半自然环境,社会环境。(3)按人类对环境的影响分:)按人类对环境的影响分:原生环境(自然
5、环境),原生环境(自然环境),次生环境(半自然环境和人工环境)。次生环境(半自然环境和人工环境)。(4)按环境范围大小分:)按环境范围大小分:宇宙环境(星际环境),地球环境,宇宙环境(星际环境),地球环境,区域环境,微环境,内环境区域环境,微环境,内环境。微环境微环境内环境内环境区域环境区域环境地球环境地球环境宇宙环境宇宙环境不同等级生命体系的环境不同等级生命体系的环境3)生态因子的概念)生态因子的概念l构成环境的各要素称为环境因子。构成环境的各要素称为环境因子。l环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分环境因子中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有直接或间接影响的因子则称为生
6、态因子(布有直接或间接影响的因子则称为生态因子(Ecological factor)。)。l生态因子中生物生存不可缺少的因子成为生物的生存因生态因子中生物生存不可缺少的因子成为生物的生存因 子(或生存条件、生活条件)。子(或生存条件、生活条件)。l所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境 (Ecological environment)。)。l具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响 下的次生环境统称为生境(下的次生环境统称为生境(Habitat)。)。l环境因子、生态因子、生存因子是既有联系,又有
7、区别环境因子、生态因子、生存因子是既有联系,又有区别 的概念。的概念。4)生态因子的类型)生态因子的类型(1)气候因子气候因子(Climatic factors),如光、温、湿度、降水量和大气运,如光、温、湿度、降水量和大气运 动等因子。动等因子。(2)土壤因子土壤因子(Edaphic factors),主要指土壤物理、化学性,主要指土壤物理、化学性 质、营养质、营养 状况等,如土壤的深度、质地、拇指、容重、孔隙度、状况等,如土壤的深度、质地、拇指、容重、孔隙度、pH、盐碱度、肥力等。、盐碱度、肥力等。(3)地形因子地形因子(Topographic factors),指地表特征,如地形起伏、海
8、,指地表特征,如地形起伏、海 拔、山脉、坡度、坡向高度等地貌特征。拔、山脉、坡度、坡向高度等地貌特征。(4)生物因子生物因子(Biotic factors),指生物之间的相互关系,如种群结,指生物之间的相互关系,如种群结 构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。(5)人为因子人为因子(Anthropogenic factors),即指人类活动对生物和环境,即指人类活动对生物和环境 的影响。的影响。5)生态因子的类型)生态因子的类型美国生态学家将环境因子分为美国生态学家将环境因子分为3 3大类:大类:气候类;气候类;土壤类;土壤类;生物类。生物类。这三大类可归结为
9、这三大类可归结为7 7个并列的项目:个并列的项目:土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。土壤、水分、温度、光照、大气、火、生物。6)生态因子的类型)生态因子的类型(1)(1)第一周期性因素第一周期性因素,是指由地球自转或公转及月相变化形成的,是指由地球自转或公转及月相变化形成的 光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化。(2)(2)次生性周期因素,次生性周期因素,取决于第一周期性因素,如太阳辐射和温度取决于第一周期性因素,如太阳辐射和温度 周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。(3)(3)非周期性因素
10、,非周期性因素,指突发性或间断性出现的因素,如暴雨、山指突发性或间断性出现的因素,如暴雨、山 洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发 性灾难,生物对这类因素很难形成适应性。性灾难,生物对这类因素很难形成适应性。3.1.3 生物与环境的基本关系生物与环境的基本关系1)基本概念)基本概念 环境对生命系统的影响称为环境对生命系统的影响称为生态作用生态作用(Ecological action);生命系统改变其自身的结构与过程一边与其生存环境相协调的生命系统改变其自身的结构与过程一边与其生存环境相协调的过程称为过程称为生态适应生态适应(Eco
11、logical adaptation);而生物反过来对环境的影响和改变称为而生物反过来对环境的影响和改变称为生态反作用生态反作用(Ecological reaction)。2)生态作用)生态作用(1)(1)因子的质:因子的质:指因子的状态是否对生物有意义。指因子的状态是否对生物有意义。(2)(2)因子的量:因子的量:在因子的质对生物有意义的前提下,因子对生物在因子的质对生物有意义的前提下,因子对生物 的作用程度随其量的变化而变化。的作用程度随其量的变化而变化。(3)(3)因子的持续时间:因子的持续时间:在质和量的基础上,环境因子对生物的作在质和量的基础上,环境因子对生物的作 用必须有一定的持续
12、时间才能对生物起作用,使生物做用必须有一定的持续时间才能对生物起作用,使生物做 出响应。出响应。3)生态适应)生态适应 生物随着环境生态因子变化而改变自身形态、结构和生理生化特性,生物随着环境生态因子变化而改变自身形态、结构和生理生化特性,以便于环境相适应的过程。以便于环境相适应的过程。生态适应是在长期自然选择过程中形成的。不同种类的生物长期生生态适应是在长期自然选择过程中形成的。不同种类的生物长期生活在相同环境条件下时,会形成相同生活类型,它们的外形特征和生活在相同环境条件下时,会形成相同生活类型,它们的外形特征和生理特性具有相似性,这种适应性变化称为理特性具有相似性,这种适应性变化称为趋同
13、适应趋同适应。例如在湿热带,。例如在湿热带,许多不同科的木本植物具有柱状茎和板状根。具有缠绕茎的藤本植物许多不同科的木本植物具有柱状茎和板状根。具有缠绕茎的藤本植物也包括了在分类学上十分不同的许多植物种。高山和北极地带的垫状也包括了在分类学上十分不同的许多植物种。高山和北极地带的垫状植物包括亲缘关系很远的种类。此外,同种生物如长期生活在不同条植物包括亲缘关系很远的种类。此外,同种生物如长期生活在不同条件下,它们为了适应所在的环境,会在外形、习性和生理特性方面表件下,它们为了适应所在的环境,会在外形、习性和生理特性方面表现出明显差别,这种适应性变化被称为现出明显差别,这种适应性变化被称为趋异适应
14、趋异适应。如蓖麻在我国北方。如蓖麻在我国北方是一年生的高度草本植物,而在南方却呈树状的多年生植物。是一年生的高度草本植物,而在南方却呈树状的多年生植物。老榕树老榕树4)生态反作用与)生态反作用与Gaia假说假说 Gaia(盖亚)假说:(盖亚)假说:即地球生命体和非生命体形成了一个可互相即地球生命体和非生命体形成了一个可互相作用的复杂系统。作用的复杂系统。生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用,如植物的生长生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用,如植物的生长使岩石碎屑形成土壤;生命活动也使池塘变浅直至填平;植物的光使岩石碎屑形成土壤;生命活动也使池塘变浅直至填平;植物的光合作用使地球古大
15、气从缺氧变成富氧状态等。合作用使地球古大气从缺氧变成富氧状态等。地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化,产生偏离,生物通过改变其生长和代谢,如他的干扰而发生变化,产生偏离,生物通过改变其生长和代谢,如光合作用吸收二氧化碳释放出氧气,呼吸作用吸收氧气释放出二氧光合作用吸收二氧化碳释放出氧气,呼吸作用吸收氧气释放出二氧化碳,还有排泄废物、分解等,对偏离做出反应,缓和地球表面的化碳,还有排泄废物、分解等,对偏离做出反应,缓和地球表面的这些变化。这些变化。盖亚假说至少包含盖亚假说至少包含5 个层次的含义:个层次的含
16、义:一是认为地球一是认为地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成;上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成;二是地球上的各种生物体影响生物环境,而环境又反二是地球上的各种生物体影响生物环境,而环境又反过来影响达尔文的生物进化过程,两者共同进化;三过来影响达尔文的生物进化过程,两者共同进化;三是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接,从而是各种生物与自然界之间主要由负反馈环连接,从而保持地球生态的稳定状态;四是认为大气能保持在稳保持地球生态的稳定状态;四是认为大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈,而且在一定意义上为了生定状态不仅取决于生物圈,而且在一定意义上为了生物圈;五是认为各种生
17、物调节其物质环境,以便创造物圈;五是认为各种生物调节其物质环境,以便创造各类生物优化的生存条件。前两层被称为弱盖亚学说,各类生物优化的生存条件。前两层被称为弱盖亚学说,后三层为强盖亚学说。后三层为强盖亚学说。Gaia假说的生态学意义假说的生态学意义 自工业革命以来,热带雨林,对于调节气候、自工业革命以来,热带雨林,对于调节气候、维持空气维持空气O O2 2和和COCO2 2的平衡、保持水土的作用减少,的平衡、保持水土的作用减少,调节能力的减弱。目前大气调节能力的减弱。目前大气COCO2 2浓度的升高,一浓度的升高,一方面与大量燃烧化石燃料有关,另一方面森林面方面与大量燃烧化石燃料有关,另一方面
18、森林面积的急剧减小也是一个重要因素。积的急剧减小也是一个重要因素。3.2 生态作用的基本规律生态作用的基本规律3.2.1 限制因子定律限制因子定律3.2.2 生态因子综合作用定律生态因子综合作用定律3.2.3生态因子的时空变化规律生态因子的时空变化规律3.2.1 限制因子定律限制因子定律 李比希李比希(Von Liebig),德国化学家德国化学家,现代植物矿质营养学说的奠基现代植物矿质营养学说的奠基人。该学说作为化肥工业的理论基础,为农业生产力的发展起了巨人。该学说作为化肥工业的理论基础,为农业生产力的发展起了巨大推动作用。大推动作用。最小养分律说明作物产量受数量最少的养分控制。最小养分律说明
19、作物产量受数量最少的养分控制。3.2.2 生态因子综合作用定律生态因子综合作用定律1)生态因子的综合作用)生态因子的综合作用2)生态因子的交互作用)生态因子的交互作用3)生态因子作用的主次)生态因子作用的主次4)直接作用和间接作用)直接作用和间接作用5)生态因子的阶段性作用)生态因子的阶段性作用6)不可代替性和补偿作用)不可代替性和补偿作用1)生态因子的综合作用)生态因子的综合作用 一个地区湿润程度,不只决定于降水量一个因素,一个地区湿润程度,不只决定于降水量一个因素,而是主气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定而是主气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定于水分收入(降水)和水分支出(蒸发
20、、蒸腾、径流于水分收入(降水)和水分支出(蒸发、蒸腾、径流和渗漏等)。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿和渗漏等)。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿度、风速以及地表复盖等诸因素综合作用的结果。度、风速以及地表复盖等诸因素综合作用的结果。0.16(Ktr活动积温)(干燥度)(降水)秧苗秧苗病菌病菌温度温度水水湿度湿度养分养分EhpH光照光照颜色深浅表示因子的重要程度;直接作用间接作用2)因子的主次作用)因子的主次作用3)因子的交互作用)因子的交互作用在光照、土壤湿度和肥料同时影响下在光照、土壤湿度和肥料同时影响下 春黑麦的产量变化春黑麦的产量变化 吸收二氧化碳(mg/g鲜重.min)二氧化碳质
21、量浓度(mg/L)植物光合作用中光照强度与二氧化碳的相互补偿作用植物光合作用中光照强度与二氧化碳的相互补偿作用4)同等重要不可替代和补偿作用)同等重要不可替代和补偿作用5)因子的间接互作用)因子的间接互作用地形对气候因子重新分布的影响示意图地形对气候因子重新分布的影响示意图3)因子的阶段作用)因子的阶段作用玉米不同生长阶段对水分和温度的要求玉米不同生长阶段对水分和温度的要求发育阶段适宜土壤持水量(%)适宜温度()播种至出苗60-7028-35苗期60-7015-20拔节至抽穗78-8022-24花期8026-27灌浆至成熟7022-243.2.3生态因子的时空变化规律生态因子的时空变化规律1)
22、生态因子的纬向递变性)生态因子的纬向递变性2)生态因子的经向递变性)生态因子的经向递变性3)生态因子的垂直递变性)生态因子的垂直递变性4)生态因子非地带性变化)生态因子非地带性变化 (生态因子的地形变化)(生态因子的地形变化)1)生态因子的纬向递变性)生态因子的纬向递变性南热带中温带南温带北亚热带中亚热带南亚热带北热带中热带北温带南南北北热带雨林亚热带常绿阔叶林温带落叶林寒温带针叶林生态因子的纬向递变性与植被生态因子的纬向递变性与植被 热带雨林热带雨林亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林温带落叶林温带落叶林寒温带针叶林寒温带针叶林生态因子的纬向递变性与土壤生态因子的纬向递变性与土壤 l 自北向南的
23、突然个分部顺序大致为:自北向南的突然个分部顺序大致为:冰沼土、灰化土、生草灰冰沼土、灰化土、生草灰 化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土;化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土;l 我国东部和东南沿海由于季风气候的影响,自北向南土壤分布我国东部和东南沿海由于季风气候的影响,自北向南土壤分布 为:为:灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤和灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤和 砖红壤。砖红壤。l 动物的种群分布也存在明显地带性。动物的种群分布也存在明显地带性。中国土壤发生分类主要土壤分布图中国土壤发生分类主要土壤分布图 中国土壤系统分类主要土纲分布模式中国土壤系统分类主要土
24、纲分布模式 三大土壤区域三大土壤区域1616个土壤地区个土壤地区2)生态因子的经向递变性)生态因子的经向递变性经度(东经)80-9090-1001 00-110 110-120120-125125-130代表地区及分界线准噶尔盆地马鬃山阿拉善高原内蒙古高原东北平原长白山脉年降水量(mm)100-12050-80100-120250-350400-500600-1000区域干旱区极端干旱区干旱区干旱区半湿润区湿润区植被半荒漠、荒漠荒漠、裸露荒漠半荒漠、荒漠草原森林草原森林土壤灰棕漠土棕漠土灰棕漠土灰漠土栗钙土淡栗钙土黑钙土暗栗钙土暗棕壤生态因子的经向递变性与植被生态因子的经向递变性与植被叶落林叶
25、落林有刺林有刺林有刺有刺灌木灌木荒漠荒漠灌丛灌丛海拔海拔 纬向纬向山体气候垂直带与植被、土壤分布山体气候垂直带与植被、土壤分布3)生态因子的垂直递变性)生态因子的垂直递变性 秦岭土壤垂直分布(Soil Vertical Distribution of Qinling)高山草甸土 亚高山草甸森林土 暗棕壤暗棕壤棕壤棕壤黄棕壤黄褐土褐土南坡南坡北坡北坡棕壤剖面针阔混交林秦岭北坡(太白山:北纬34)褐土(侧柏林及耐旱性落叶阔叶林:600-1000m)棕壤(栎林:1000-1500m,松栎林:1500-2200m)暗棕壤(红桦林2200-2700m,冷杉林2700-3100m)亚高山草甸森林土(落叶松
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