北京大学环境生态学生物与环境省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第二章 生物与环境环境与生态因子生物与环境关系基本原理生物与主要生态因子相互关系第1页环境与生态因子环境概念生态因子类型自然环境基本特征第2页 环境和环境因子环境是指某一特定生物体或生物群体以外空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存一切事物总和,由许多环境要素组成,这些环境要素称环境因子。第3页生态因子(ecological factors):环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响环境要素。生态因子是环境中对生物起作用因子,而环境因子则是指生物体外部全部要素。第4页生态因子分类生态因子通常分为非生物因子和生物因子两大类生物因子(biOtic factors):有机体
2、(同种和异种)非生物因子(abiotic factors):温度、光、湿度、pH、氧气等有学者将生态因子分为五类气候因子(climatic factors)、土壤因子(edaphic factors)、地形因子(topographic factors)、生物因子、人为因子(anthropogenic factors)Begon等将非生物因子分为条件和资源两类 条件:温度、湿度、pH等资源:营养物质、水、辐射能等第5页生态因子空间分布纬度地带性:从赤道到两极,整个地球表面含有过渡状分带性规律。太阳辐射量差异 太阳辐射热量带 水分差异植被分带土壤分带自然地理带:赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒
3、温带、亚寒带、寒带植被地带性分布垂直地带性:因太阳辐射和水热情况伴随地形高度不一样而不一样,生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异规律性改变(干燥空气,-1/100m;湿润空气,-0.6/100m)。经度地带性:地球内在原因如大地结构形成地貌和海洋分异引发经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。第6页植被空间格局(据M.C.Molles,Jr,1999)第7页生物与生态因子生态因子作用特点生物对非生物因子耐受程度生物对各生态因子耐受性之间相互关系生物对生态因子耐受程度调整生态位第8页生态因子作用特点综合性:如气候作用非等价性(主导因子作用):塜雉孵卵温度控制;渔业高密度养殖增氧 直接性和间接性:食
4、物,降水限定性(因子作用阶段性):中华绒螯蟹孵化生态因子不可替换性和互补性:水体内钙和锶第9页生物对非生物因子耐受程度“最小因子定律”(Liebigs law of minimum)植物生长取决于那些处于最低量营养元素,这些处于最低量营养元素称最小因子(Justus von Liebig,1840,德国)。两个补充条件(Odum,1983):1)严格稳定状态;2)因子赔偿作用(factor compensation):生物在一定程度和范围内,能够降低温度、光、水等生态因子限制作用。“耐受性定律”(Shelfords law of tolerance)(V.E.Shelford,1913,美国)
5、每种生物对一个生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上最低点和一个生态学上最高点,在最高点和最低点之间范围就称为生态幅(ecological amplitude)或生态价(ecological valence)。限制因子(limiting factors)在众多生态因子中,任何靠近或超出某种生物耐受性极限而阻止其生存、生长、繁殖或扩散因子称限制因子限制因子概念意义为分析生物与环境相互作用复杂关系奠定了一个便利基点;有利于把握问题本质,寻找处理问题微弱步骤。第10页种种群群数数量量数量很低数量很低种群消失种群消失种群消失种群消失数量很低数量很低数量最高数量最高不能耐受区不能耐受区 生理受抑制生理
6、受抑制生理受抑制生理受抑制 不能耐受区不能耐受区最适区最适区 环境环境梯度梯度高高低低耐受性下限耐受性下限耐受性上限耐受性上限生物种耐受性程度图解(据Smith,1980)第11页生物对各生态因子耐受性之间相互关系对生物产生影响各种生态因子之间存在显著相互影响:如温湿关系;湿度和溶氧关系;温度和盐协同作用生物因子和非生物因子之间也是相互影响:物种之间竞争产生生态位分离第12页生物对生态因子耐受程度调整驯化内稳态适应第13页驯化试验驯化(acclimation)与气候驯化(acclimatization):驯化(acclimation/acclimatization):生物在试验自然条件下,诱发
7、生理赔偿改变,前者需要较短时间,后者需要较长时间。有机体对试验环境条件改变产生生理调整反应称试验驯化;有机体对自然环境条件改变产生生理调整反应称气候驯化,试验驯化是对环境条件改变一个生理上而非遗传上可逆反应。驯化应用:植物引种栽培第14页内稳态内稳态(homeostasis):生物系统经过内在调整机制使内环境保持相对稳定。内稳态经过形态、行为和生理适应实现。大多数内稳态机制依赖于负反馈过程。依靠三个基本组成成份:接收器;控制中心;效应器。第15页负反馈过程(维持哺乳动物血液渗透性)接收器接收器(下丘脑)(下丘脑)控制中心控制中心(下丘脑)(下丘脑)效应器效应器(肾脏)(肾脏)血液血液太浓太浓饮
8、水饮水血液渗透性上升血液渗透性上升口渴反应口渴反应血液血液太稀太稀失水反应失水反应血液渗透性下降血液渗透性下降失水失水(仿仿A.Mackenzie et.Al.,1999)A.Mackenzie et.Al.,1999)第16页适应适应(adapatation):生物对环境压力调整过程。分基因型适应和表型适应两类,后者又包含可逆适应和不可逆适应。如桦尺蠖在污染地域色型改变。适应方式(形态、生理、行为适应):形态适应:保护、保护色、警戒色与拟态行为适应:运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌生理适应:生物钟、休眠、生理生化改变营养适应:食性泛化与特化适应组合(adaptive suites):生物对
9、非生物环境条件表现出一整套协同适应特征,称适应组合。如骆驼和仙人掌对酷热干旱环境适应。趋同适应和趋异适应胁迫适应第17页动物保护色、警戒色与拟态A 树皮纺织娘树皮纺织娘(Bark katydid)B 枭蝶枭蝶(Owl butterfly)C 枯叶蝶枯叶蝶 (Leaflike insect(Anaea)D 捕食花螳螂捕食花螳螂 (Predatory flower mantis)E 蛙鱼蛙鱼(Frog fish)ABDEC第18页趋同适应和趋异适应生活型生态型第19页生态位生态位(niche)与栖息地(habitat)生态位有机体在环境中占据地位;栖息地有机体所处物理环境。超体积生态位(hypov
10、olume)生态位每一个环境变量称一维,生态位空间环境变量能够是多个,超出3个维度生态位空间称超体积生态位。基础生态位(fundamental niche)和实际生态位(realized niche)物种理论上占据生态位空间称基础生态位;实际占有生态位空间称实际生态位。第20页生物与主要生态因子相互关系生物与光关系生物与温度关系生物与水关系生物与土壤关系第21页生物与光关系太阳辐射及其改变规律光质改变对生物影响光强度改变对生物影响光周期现象第22页太阳辐射能(仿A.Mackenzie et.al,1999)光性质:波长1504000nm,分紫外光、可见光和红外光三类,波长在380760nm之间
11、光为可见光。绿色植物光合作用有效范围是380700nm之间。紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线 400630 1000 25004000 波长波长(nm)能能量量强强度度第23页光质改变对生物影响海洋植物 光合作用色素对光谱改变含有显著适应性: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 对紫外光作用适应,发展了特殊莲座状叶丛。动物 不一样动物发展不一样色觉。第24页光强度改变对生物影响植物光合作用率在光赔偿点 附近与光强度成正比,但达光饱和点后,不随光强增加。水生生物 水生植物在水中分布与光照强度相关。陆生生物 对不一样光照强度适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植
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