生物与环境专业知识讲座公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

一 生物与环境环境与生态因子生物与主要生态因子互相关系第1页第1页 环境和环境因子环境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。第2页第2页生态因子生态因子：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所有要素。第3页第3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（同种和异种）非生物因子（abiotic factors）：温度、光、湿度、pH、氧气等第4页第4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同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分异规律性改变。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5页第5页生物对非生物因子耐受程度“最小因子定律”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。“耐受性定律”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 或生态价。限制因子在众多生态因子中，任何靠近或超出某种生物耐受性极限而制止其生存、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互相作用复杂关系奠定了一个便利基点；有助于把握问题本质，寻找处理问题微弱环节。第6页第6页适应适应：适应：生物对环境压力调整过程。如桦尺蠖在污染地域色型改变。适应方式（形态、生理适应方式（形态、生理、行为适应）、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适应组合:生物对非生物环境条件表现出一整套协同适应特性，称适应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境适应。第7页第7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8页第8页生态位生态位与栖息地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。第9页第9页生物与主要生态因子互相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10页第10页二 生态学基础生态学硕士物与其周围环境，包括非生物硕士物与其周围环境，包括非生物环境和生物环境互相关系科学环境和生物环境互相关系科学10/10/第11页第11页1、种群定义 由一定期间内占有一定地域一群同由一定期间内占有一定地域一群同种个体构成生物系统种个体构成生物系统种群生态第12页第12页种群空间结构种群密度 一定期间内，单位面一定期间内，单位面积上或单位空间内个体个数积上或单位空间内个体个数种群分布型 随机分布随机分布 均匀分布均匀分布群聚分布群聚分布种群生态第13页第13页集团分布集团分布均匀分布均匀分布随机分布随机分布种群生态种群分布类型图第14页第14页种群年龄结构种群统计学种群生态增长型增长型稳定型稳定型衰退型衰退型老年个体数成体数幼体数第15页第15页种群存活曲线概念在各年龄阶段种群存活率曲线在各年龄阶段种群存活率曲线基本类型 型（凸型型（凸型）哺乳动物、人哺乳动物、人 型（直线型）型（直线型）鸟类鸟类 型（凹型）型（凹型）低等动物低等动物种群生态第16页第16页存存活活率率年龄年龄种群生态凸型存活曲线第17页第17页种群生态直线型存活曲线年龄年龄存存活活率率第18页第18页种群生态凹型存活曲线年龄年龄存存活活率率 第19页第19页种群生态种群增长率（出生率（出生率+迁入率）迁入率）-（死亡率（死亡率+迁出率）迁出率）10/10/第20页第20页指数式增长指数式增长“J”形形逻辑斯缔增长逻辑斯缔增长“S”形形种群生态种群增长形式环境阻力环境阻力J形曲线形曲线S形曲线形曲线种群密度种群密度K(K为环境容纳量为环境容纳量)时间时间第21页第21页生物间互相关系类型类型类型 A B 特特 点点竞争竞争-彼此互相克制彼此互相克制捕食捕食-A种杀死或吃掉种杀死或吃掉B种种中性中性O O 彼此互不影响彼此互不影响共生共生+彼此有利，分开后不能生活彼此有利，分开后不能生活合作合作+彼此有利，分开能独立生活彼此有利，分开能独立生活附生附生+O A种有益，种有益，B种无影响种无影响偏害偏害 -O 对对A有害，对有害，对 B无利也无害无利也无害寄生寄生+-对对A有利，对有利，对B有害有害种群生态种群关系第22页第22页繁殖策略繁殖策略-r选择和选择和K选择选择 在复杂自然环境条件下，每一个生物都含有其独特出生率、寿命、大小和存活率等特性，这些特性反应其生活史以及他们与栖息地环境和生物特点相关进化对策，是在长久进化过程中，生物体与环境相互作用中形成。这些相互关联生态特性是组成不同种群动态类型基础，是使生物在某环境中适应性发展到最大程度对策。第23页第23页 r-选择这类生物可称r-对策者，种群密度很不稳定，因为其生境不稳定，种群超出环境负载量不致造成进化上不良后果，它们必定尽也许利用资源，增加繁殖，充足发挥内禀增加率（r）。这类动物通常是出生率高，寿命短，个体小，经常缺乏保护后代机制。子代死亡率高，含有较强扩散能力，适应于多变栖息生境。第24页第24页 K-选择这类生物可称K-对策者，其种群密度比较稳定，经常处于环境负载量值上下。由于其生境是长期稳定，环境负载量也相称稳定，种群超出K值反而会由于资源破坏而造成K值变小，从而对后代不利。第25页第25页 从进化论观点讲，繁殖策略是生物适应于不同栖息生境，朝这两个不同方向进化“对策”。r-对策者和K-对策者是两个进化方向不同类型，K-对策者把较多能量用于逃避死亡和提升竞争能力，r-对策者把较多能量用于繁殖。第26页第26页 鳕鱼r-选择者 鲨鱼K-选择者第27页第27页种群衰退与灭绝种群衰退与灭绝种群建立和种群衰退与灭绝种群建立和种群衰退与灭绝第28页第28页1、自然环境和生物群落随机改变，都会引起种群数量改变。如：自然灾害也许毁灭一个种群中一定数量个体，甚至一个地域种群；捕食者猖獗发展、疾病蔓延、以及生物群落演替都也许使大种群变为小种群。2、人类干预是当今造成很各种群衰退主要原因。第29页第29页造成种群灭绝内在机制造成种群灭绝内在机制（一）遗传改变遗传变异性丧失 种群内个体含有不同类型基因，即等位基因是产生遗传变异性基础，遗传变异性可促使种群适应不停改变环境。种群数量与遗传变异性密切相关。遗传漂变：因机遇而逐步丧失 遗传变异性称为遗传漂变。第30页第30页（二）统计改变种群数量猛烈波动 随机统计改变对于出生率低物种（K选择）来说，其灭绝概率更大，由于这些物种从种群数量偶然减少中恢复过来需要较长时间。第31页第31页 （三）（三）灭绝旋涡（extinction vortices）：环境改变、统计改变和遗传因子共同效应使得由一个原因引起种群数量下降反过来又加剧其它原因敏感性，产生旋涡效应，加速种群走向灭绝，被比方为灭绝旋涡。第32页第32页2、生物群落群落 在一定期间内居住于一定环境中各种在一定期间内居住于一定环境中各种群构成生物系统群构成生物系统生物群落环境生态系统群落生态第33页第33页按植物生活型分为：森林森林草原草原荒漠荒漠按地理气候分为：热带群落热带群落亚热带群落亚热带群落温带群落温带群落群落生态生物群落分类第34页第34页森林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阔叶林温带落叶阔叶林泰加群落（针叶林、山地森林）泰加群落（针叶林、山地森林）主要群落类型群落生态第35页第35页群落生态草原热带草原热带草原温带草原温带草原冻原冻原荒漠主要群落类型第36页第36页群落基本特性种类特性 种组成是区分不同群落首要特性物种间相互影响 组成群落种群之间必须相互协调、平衡 群落生态第37页第37页结构特性 生物群落含有一系列结构特点，包括形生物群落含有一系列结构特点，包括形态结构、生态结构和营养结构态结构、生态结构和营养结构动态特性生物群落运动形式包括季节动态、年生物群落运动形式包括季节动态、年际动态、演替与演化际动态、演替与演化群落生态群落基本特性第38页第38页生物群落构成 广义上，包括特定环境中所有生物种群，实际应用中，视研究目的选择群落（比如微生物群落、植物群落、动物群落等），其它视作该群落环境因子。第39页第39页生物群落属性 只有在群落水平上才表现出来属性，包含：（1）群落中物种多样性；（2）控制群落特性优势种；（3）群落中不同物种相对丰盛度；（4）群落营养结构、空间结构和群落演替。第40页第40页群落划分群落划分（一）群落划分与命名1、依据群落生境类型划分群落 一个生物群落占有一定空间，其中有这一群落所要求生活环境或生存条件，或者说，在一定环境条件下只能有适应于这种条件一些生物群集居。比如，“潮间带生物群落”、“浅海生物群落”、“大洋生物群落”等。第41页第41页海胆海星文昌鱼沙蚕第42页第42页2、依据群落优势种划分群落 优势种：生物群落中各个物种在群落中所起作用不同，只有少数种或种集群，因为它们数目、大小起着控制群落特性作用，它们就是生态学上优势种。第43页第43页群落物种多样性群落物种多样性（一）群落种类构成（二）群落物种多样性（三）群落物种多样性差别原因讨论（四）物种多样性指数(diversity index or biodiversity index)（五）群落物种多样性和群落稳定性第44页第44页（一）群落种类构成 物种丰富度（species richness)：群落中物种数目。物种对群落奉献：每个物种在群落中所起作用，往往是通过能量流动和物质循环表现出来。第45页第45页1、优势种(dominant species)：优势种是含有控制群落和反应群落特性种类，其数量或生物量在群落中所占百分比最多。它们对维持群落稳定性有主要作用。2、常见种(common species)：常见种是在生态调查中出现频率也较高种类，但其数量不一定有优势。3、稀有种(rare species)：稀有种（或偶见种）在群落中出现频率低，也也许由于某种原因偶然侵入所调查群落中。第46页第46页群落物种多样性 物种多样性：反应群落中物种多寡和分布状态。包括群落中物种丰富性和异质性两个内容，群落物种多样性是群落组织独特特性。普通群落中物种越多，多样性指数越高，物种多样性还与群落中物种均匀度相关系。第47页第47页群落物种多样性和群落稳定性 普通情况下，群落物种多样性或复杂性 与群落稳定性相关。一个群落种类越多，其中各种生物关系越错综复杂，群落就越稳 定。第48页第48页群落稳定性：1、弹性或恢复力：群落或生态系统受到干扰后恢复本来状态能力。2、抗性或抵抗力：群落或生态系统受到干扰后产生改变大小，即衡量受外界干扰而保持本来状态能力。第49页第49页群落空间结构群落空间结构 1、空间结构含义：生态系统中大多数群落都有垂直分化或成层现象，不同种类出现在地面上不同高度，或在水层不同深度。2、原因：环境物理条件、种间关系、生物本身适应性相关。第50页第50页捕食作用对群落结构影响捕食作用对群落结构影响1、捕食者为广食性：捕食缓和竞争，促使群落 多样性提升。2、捕食者为选择性捕食：视捕食对象而异。（1）捕食对象为优势种：捕食使群落多样性 升高；（2）捕食对象为劣势种：捕食使群落多样性 减少。第51页第51页关键种对群落结构影响关键种对群落结构影响关键种与优势种区别：关键种：群落中有种类对决定其它大多数种类在群落中连续生存能力具相关键性作用，称为关键种。多数关键种是通过捕食过程对群落构成发生作用，因此它对维持群落构成和多样性含有决定性意义。优势种：是含有控制群落和反应群落特性种类，其数量或生物量在群落中所占百分比最多。它们对维持群落稳定性有主要作用。第52页第52页竞争对群落结构影响竞争对群落结构影响 种间竞争往往出现其在生态位很靠近种类之间，即以同一方式利用相同资源物种集团。食物限制种团：竞争资源主要是食物；基底限制种团：竞争资源是生存基底。竞争作用：竞争造成生态位分化，减少了竞 争紧张度，使群落中更多物种共存。第53页第53页空间异质性对群落结构影响空间异质性对群落结构影响 空间异质性：群落空间环境中各个部分性质不同程度。空间异质性程度越高，意味着更多小生境存在，从而能够维持群落有更多种类生存。第54页第54页干扰对群落结构影响干扰对群落结构影响1、干扰：意为安静中断或正常过程打扰或阻碍。2、干扰种类 自然界干扰、群落组员干扰、人类干扰。第55页第55页岛屿与群落结构岛屿与群落结构（一）海岛种数-面积关系 许多研究表明，海岛面积越大，生物种数 越多。通常认为这是由于面积越大，生境复杂 性程度越高，能够有更多物种生活，这种规 律称为岛屿效应。第56页第56页3、生态系统生态系统生态系统在一定空间内由生物和在一定空间内由生物和非生物成份构成一个功效整体及生物非生物成份构成一个功效整体及生物圈能流和物质循环一个功效单位圈能流和物质循环一个功效单位第57页第57页生态系统基本组分非生物成份太阳辐射能，无机物质太阳辐射能，无机物质(大气、水大气、水)，有机物质，有机物质生物成份生产者，消费者，还原者生产者，消费者，还原者 生态系统第58页第58页生态系统营养结构和空间结构生态系统营养结构和空间结构（一）生态系统营养结构 1、定义 食物链（food chain）：在自然生物群落中，任何一个动物不会只捕食其它动物而不被另外一个动物捕食，通常某种动物既捕食另一类动物，同时又被其它动物所捕食。这样在自然生物群落中形成了一个连串食物关系，这种关系在生态学中被称为食物链。第59页第59页 食物环节或营养阶层指食物链上每一个环节。食物网生态系统中许多食物链纵横交错，形成网状营养结构称为食物网。它真实地反应生态系统内各种生物有机体之间营养位置和互相关系。生态系统食物网结构对保持系统结构、功效稳定性有主要作用。第60页第60页北极地域食物网生态系统第61页第61页（二）生态系统空间结构 自然生态系统自养成份和异养成份在空间上通常是分层。上层“绿色带”称为生产层，自养代谢最旺盛；下层是光照条件差或无光照“褐色带”，异养代谢最为旺盛。海洋生态系统生产层仅位于光线能够透入水层，其下方广大水体和底部沉积物中异养代谢最为强烈。几千米深海中仍有生物生活，因此诸多海洋生物群落是存在于没有植物性成份环境中。第62页第62页生态系统能流能流特性逐层减少逐层减少单方向性单方向性能流路径生态系统第63页第63页 生态金字塔类型 数数 量量 金金 字字 塔塔生生物物量量金金字字塔塔能能 量量 金金 字字 塔塔能量金字塔生态系统能能量量能量能量流失流失第64页第64页生态系统物质循环特点可循环利用可循环利用质能守恒质能守恒类型气体型循环气体型循环沉积型循环沉积型循环生态系统水水 循循 环环第65页第65页生态系统信息传递种类物理信息物理信息化学信息化学信息营养信息营养信息 行为信息行为信息生态系统动物间信息传递捕食捕食居住居住防卫防卫性行为性行为群集群集第66页第66页防 卫生态系统 甲甲壳壳虫虫喷喷出出毒毒液液第67页第67页生态系统蝴蝶用鲜艳蝴蝶用鲜艳“眼睛眼睛”吓走敌人吓走敌人防 卫第68页第68页生态平衡及调控生态平衡（ecological balance）一个生态系统在特定期间内动态平衡状态一个生态系统在特定期间内动态平衡状态生态系统第69页第69页 生态系统基本观点 平衡是动态平衡，是指对立各方（输入和输出）在数量或质量上相等或相抵。因此生态平衡是相对平衡，是自然界在长期进化中建立在各种成份特性、运动规律及其互相关系基础上动态平衡。任何一个生态系统都含有其弹性和可塑性。其自我调整机制依赖于正反馈和负反馈机制互相联系和作用。第70页第70页生态平衡被破坏主要原因（1）自然原因所带来失调；（2）人为原因，就是人类干扰对生态系统造成影响。第71页第71页地球自我调整理论地球自我调整理论 当环境受到人为破坏或自然条件各种干扰而发生改变时，地球上生命总体就会通过改变其生长、活动和代谢来对这些改变做出相应反应，缓和地球环境这些改变。也就是说，生物总体及其环境所构成系统能够对抗不适合于生物生存环境改变，继续生存发展和进化。第72页第72页生态系统破坏生态系统第73页第73页生态平衡及调控处理生态平衡失调对策正确处理保持生态平衡与开发资源关正确处理保持生态平衡与开发资源关系系正确安排环境供需相对平衡正确安排环境供需相对平衡维持生物间制约关系维持生物间制约关系妥善处理部分与全局关系，使生态系妥善处理部分与全局关系，使生态系统处于优化状态统处于优化状态生态系统第74页第74页生态破坏造成现象第75页第75页全球环境三大热点问题全球环境三大热点问题酸雨酸雨臭氧层破坏臭氧层破坏温室效应温室效应危危害害成成因因防防治治破坏作物、森林、破坏作物、森林、草原；使湖泊酸化，草原；使湖泊酸化，鱼类死亡；加速建鱼类死亡；加速建筑物腐蚀筑物腐蚀含硫燃料大量燃含硫燃料大量燃烧产生二氧化硫烧产生二氧化硫减少二氧化硫排减少二氧化硫排放，燃料脱硫放，燃料脱硫使皮肤发生癌变使皮肤发生癌变汽车尾气、氟氯汽车尾气、氟氯烃气体大量排放烃气体大量排放停止氟氯烃生产停止氟氯烃生产和使用和使用两极冰川融化，两极冰川融化，海平面升高，气海平面升高，气候干旱，土地沙候干旱，土地沙漠化漠化CO2浓度升高，浓度升高，阻碍由地面放射阻碍由地面放射回高空红外辐射回高空红外辐射减少矿物燃料使减少矿物燃料使用，开发利用新用，开发利用新能源；大力植树能源；大力植树造林造林第76页第76页 赤赤潮潮已已成成为为一一个个世世界界性性公公害害。赤赤潮潮发发生生，破破坏坏了了海海洋洋正正常常生生态态结结构构，因因此此也也破破坏坏了了海海洋洋中中正正常常生生产产过过程程，从从而而威威胁胁海洋生物生存；海洋生物生存；另另一一方方面面，有有些些赤赤潮潮生生物物会会分分泌泌出出粘粘液液，粘粘在在鱼鱼、虾虾、贝等生物鳃上，阻碍呼吸，造成窒息死亡；贝等生物鳃上，阻碍呼吸，造成窒息死亡；再再次次是是大大量量赤赤潮潮生生物物死死亡亡后后，在在尸尸骸骸分分解解过过程程中中要要大大量量消耗海水中溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类大量死亡；消耗海水中溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类大量死亡；有有些些赤赤潮潮生生物物分分泌泌赤赤潮潮毒毒素素，当当鱼鱼、贝贝类类处处于于有有毒毒赤赤潮潮区区域域内内，摄摄食食这这些些有有毒毒生生物物，虽虽不不能能被被毒毒死死，但但生生物物毒毒素素可可在在体体内内积积累累，其其含含量量大大大大超超出出食食用用时时人人体体可可接接受受水水平平。这这些些鱼鱼虾虾、贝贝类类假假如如不不慎慎被被人人食食用用，就就引引起起人人体体中中毒毒，严严重重时时可可造成死亡。造成死亡。赤潮赤潮第77页第77页 海海水水富富营营养养化化是是形形成成赤赤潮潮物物质质基基础础。携携带带大大量量无无机机物物工工业业废废水水及及生生活活污污水水排排放放入入海海是是引引起起海海域域富富营养化主要原因。营养化主要原因。因因此此，必必须须采采用用有有效效办办法法，严严格格控控制制工工业业废废水水和和生生活活污污水水向向海海洋洋超超标标排排放放，在在工工业业集集中中和和人人口口密密集集区区域域以以及及排排放放污污水水量量大大工工矿矿公公司司，建建立立污污水水处处理理装置，严格按污水排放原则向海洋排放。装置，严格按污水排放原则向海洋排放。赤潮预防第78页第78页 被被称称为为“白白色色污污染染”，是是我我们们当当前前常常见见惯惯用用并并常常说说一一次次性性“塑塑料料餐餐具具”。当当白白色色、轻轻轻轻但但却却有有相相称称厚厚度度塑塑料料一一次次性性餐餐具具进进入入我我们们生生活活时时，我我们们着着实实为为这这以以便便又又实实用用小小东东西西叫叫过过好好它它因因不不能能重重复使用而卫生，不需要洗涤而以便，等等。复使用而卫生，不需要洗涤而以便，等等。但但不不久久，我我们们就就结结识识到到，这这类类塑塑料料餐餐具具，虽虽说说在在用用后后被被我我们们扔扔掉掉了了，但但却却永永远远成成为为这这个个地地球球上上无无机机物物垃垃圾圾。用用专专业业术术语语说说就就是是，自自然然状状态态下下不不能能分分解解。于于是是，这这给给人人类类带带来来以以便便东东西西也也给给地地球球带带来来麻麻烦烦。从从农农村村到到都都市市，从从田田野野到到山山林林，从从小小河河沟沟到到扬扬子子江江，处处处处可可见见废废弃弃一一次次性性塑塑料料餐餐具具。于于是是，人人们们开开始始呼呼吁吁治治理理这这“白白色色污污染染”，毁灭这，毁灭这“白色污染公害白色污染公害”。白色污染第79页第79页