第二章个体生态学生物与环境 环境与生态因子 生物与环境关系的基本原理 生物与主要生态因子的相互关系 1环境与生态因子 环境概念 生态因子的类型 自然环境的基本特征 环境概念 环境( environment和环境因子( environmental factors):环境是指某一特定生 物体或生物群体以外的空间以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切 事物的总和,由许多环境要素构成,这些环境要素称环境因子。 生态因子 ecological factors):环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子,而 环境因子则是指生物体外部的全部要素。 胁迫因子( Stress factors)对生物生长、发育、行为和分布有不利影响的环境因 子,如高盐度、高温和低温、干旱、缺氧、污染等因子 生态因子的类型 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 有的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( topographie 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( conditions):不可消耗的称条件,如温度、湿度、pH等。 >资源( (resources):可被消耗的称资源,如营养物质、水、辐射能等 生态因子的类型 ● Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 >密度制约因子( density independent factors):食物、天敌等生物因子 非密度制约因子( density dependent factors):温度、降水、气候等因子 MOHY aIcκH苴(蒙恰斯基)将生态因子分为稳定因子和变 动物因子
第二章 个体生态学-生物与环境 ⚫ 环境与生态因子 ⚫ 生物与环境关系的基本原理 ⚫ 生物与主要生态因子的相互关系 1 环境与生态因子 ⚫ 环境概念 ⚫ 生态因子的类型 ⚫ 自然环境的基本特征 环境概念 ⚫ 环境(environment)和环境因子(environmental factors) ：环境是指某一特定生 物体或生物群体以外的空间,以及直接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切 事物的总和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。 ⚫ 生态因子(ecological factors) ：环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分 布有着直接或间接影响的环境要素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而 环境因子则是指生物体外部的全部要素。 ⚫ 胁迫因子(Stress factors): 对生物生长、发育、行为和分布有不利影响的环境因 子，如高盐度、高温和低温、干旱、缺氧、污染等因子 生态因子的类型 ⚫ 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 ⚫ 有的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(conditions) ：不可消耗的称条件，如温度、湿度、 pH等。 ➢ 资源(resources)：可被消耗的称资源，如营养物质、水、辐射能等。 生态因子的类型 ⚫ Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密度制约因子 ➢密度制约因子(density independent factors)：食物、天敌等生物因子 ➢非密度制约因子(density dependent factors)：温度、降水、气候等因子 ⚫ Мончадский（蒙恰斯基）将生态因子 分为稳定因子和变 动物因子
>稳定因子( steady factors):地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因 子 >变动物因子 variable factors):周期性变动:春夏秋冬、潮夕涨落;非周期性 变动:风、降水、捕食 自然环境的基本特征 纬度地带性:从赤道到两极,整个地球表面具有过渡状的分带性规律 太阳辐射量差异太阳辐射一一热量带一一水分差异一一植被分带一一土 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:因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同,生物和气候自 山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,1℃M00m湿润空 气,0.6℃M00m) 经度地带性:地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分 异。如北美大陆和欧亚大陆。 2生物与环境关系的基本原理 生态因子作用的特点 生物对非生物因子的耐受限度 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 生物对生态因子耐受限度的调整 生态位 生态因子作用的特点 综合性:如气候的作用 非等价性(主导因子作用):塚雉孵卵的温度控制;渔业高密度养殖增氧 直接性和间接性:食物,降水 限定性(因子作用的阶段性):中华绒螯蟹的孵化 ·生态因子的不可替代性和互补性:水体内的钙和锶 生物对非生物因子的耐受限度 最小因子定律 Liebig’ slawof minimun) 耐受性定律(she| ord's law of tolerance) 限制因子( limiting factors
➢稳定因子(steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐射常数等长年恒定的因 子 ➢变动物因子(variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、潮夕涨落；非周期性 变动：风、降水、捕食 自然环境的基本特征 ⚫ 纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 ➢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：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自 山麓至山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃ /100m;湿润空 气,-0.6℃ /100m)。 ⚫ 经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分 异。如北美大陆和欧亚大陆。 2 生物与环境关系的基本原理 ⚫ 生态因子作用的特点 ⚫ 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 ⚫ 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 生态位 生态因子作用的特点 ⚫ 综合性: 如气候的作用 ⚫ 非等价性（主导因子作用）:塜雉孵卵的温度控制；渔业高密度养殖增氧 ⚫ 直接性和间接性：食物，降水 ⚫ 限定性（因子作用的阶段性）：中华绒螯蟹的孵化 ⚫ 生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ 最小因子定律(Liebig’s law of minimum) ⚫ 耐受性定律(Shelford’s law of tolerance） ⚫ 限制因子(limiting factors)
最小因子定律 “最小因子定律 Liebig' s lawof minimum 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素,这些处于最低量的营 养元素称最小因子( Justus von Liebig,1840德国)。 两个补充条件(odum,1983): 1)严格的稳定状态; >2)因子补偿作用 (factor compensation):生物在一定程度和范围内,能 够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。 耐受性定律 耐受性定律( Shelford's law of tolerance)(V.E. Shelford,1913,美国) ·每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上的最低点和一个生 态学上的最高点,在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude)或生态价 ecological valence)。 限制因子 限制因子( limiting factors) 在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、 繁殖或扩散的因子称限制因子 限制因子概念的意义 >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; 有助于把握问题的本质,寻找解决问题的薄弱环节。 生物种的耐受性限度图解(仿 Smith,1980) 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 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:如耐受性与温度和湿 度的关系;耐受性与湿度和溶氧的关系;耐受性与温度、湿度和盐的协同作用 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的:物种之间的竞争产生的生态位分离 生物对生态因子耐受限度的调整 新陈代谢 生长、发育和繁殖 遗传、变异与进化 感应性与运动 ●内环境稳定性 生物对生态因子耐受限度的调整 适应
最小因子定律 ⚫ “最小因子定律”(Liebig’s law of minimum) ⚫ 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，这些处于最低量的营 养元素称最小因子（Justus von Liebig,1840,德国） 。 ⚫ 两个补充条件（Odum,1983）： ➢1）严格的稳定状态； ➢2）因子补偿作用(factor compensation) ：生物在一定程度和范围内，能 够减少温度、光、水等生态因子的限制作用。 耐受性定律 ⚫ “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (V. E. Shelford, 1913，美国) ⚫ 每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生 态学上的最高点，在最高点和最低点之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence) 。 限制因子 ⚫ 限制因子(limiting factors) ⚫ 在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其生存、生长、 繁殖或扩散的因子称限制因子 ⚫ 限制因子概念的意义 ➢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； ➢有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。 生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980） 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 ⚫ 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：如耐受性与温度和湿 度的关系；耐受性与湿度和溶氧的关系；耐受性与温度、湿度和盐的协同作用 ⚫ 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 新陈代谢 ⚫ 生长、发育和繁殖 ⚫ 遗传、变异与进化 ⚫ 感应性与运动 ⚫ 内环境稳定性 生物对生态因子耐受限度的调整 ⚫ 适应
驯化 内稳态 适应 适应的概念 适应的类型 适应的方式 适应组合 环境对适应的影响-趋同适应和趋异适应 适应概念 适应 adapatation) 生物对环境压力作用的调整过程 适应的例子: 桦尺蠖( Biston betularia)在污染地区的色型变化 适应的类型 ●适应分基因型适应和表型适应两类 基因适应: ◆进化适应 表型适应: ◆可逆适应:生理适应,感觉适应 ◆不可逆适应:学习适应 适应方式 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、生理生化变化 营养适应:食性的泛化与特化 植物对水胁迫的适应 c途径 ( Melvin Calvin(卡尔文循环和c3植物 c途径( Hatch- Slack途径)和c4植物 cAM途径(景天酸代谢途径)和CAM植物
⚫ 驯化 ⚫ 内稳态 适应 ⚫ 适应的概念 ⚫ 适应的类型 ⚫ 适应的方式 ⚫ 适应组合 ⚫ 环境对适应的影响-趋同适应和趋异适应 适应概念 ⚫ 适应(adapatation) ： ➢生物对环境压力作用的调整过程。 ⚫ 适应的例子： ➢桦尺蠖（Biston betularia）在污染地区的色型变化。 适应的类型 ⚫ 适应分基因型适应和表型适应两类 ➢基因适应： ❖进化适应 ➢表型适应： ❖可逆适应：生理适应，感觉适应 ❖不可逆适应：学习适应 适应方式 ⚫ 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、生理生化变化 ⚫ 营养适应：食性的泛化与特化 植物对水胁迫的适应 ⚫C3途径(Melvin Calvin)(卡尔文循环)和C3植物 ⚫C4途径（Hatch-Slack途径）和C4植物 ⚫CAM途径（景天酸代谢途径）和CAM植物
趋同适应和趋异适应 趋同适应和生活型 亲缘关系不同的生物,长期生活在同一环境条件下,形态结构上表 现一些相似的特征 ●趋异适应和生态型 亲缘关系相近的生物,由于生活在不同的环境条件下,形态结构上 表现一定的差异。 驯化 ·驯化 acclimation/ acclimatization):生物在实验/自然条件下,诱 发的生理补偿变化,前者需要较短的时间,后者需要较长的时间 ·实验驯化 acclimation):有机体对实验环境条件变化产生的生理调 节反应,实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆 反应 ·气候驯化 acclimatization):有机体对自然环境条件变化产生的生理 调节反应。 驯化的应用:植物的引种栽培 内稳态 ·内稳态( homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定 内稳态通过形态、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:接受器;控制中 心;效应器。 生态位 ·生态位nche)与栖息地( habita) 生态位一一有机体在环境中占据的地位; 栖息地一一有机体所处的物理环境。 超体积生态位( hy covolume) 生态位的每一个环境变量称一维,生态位空间的环境变量可以是多个,超过3 个维度的生态位空间称超体积生态位。 基础生态位 undamental niche)和实际生态位 (realized niche 物种理论上占据的生态位空间称基础生态位; 实际占有的生态位空间称实际生态位
趋同适应和趋异适应 ⚫ 趋同适应和生活型 ➢亲缘关系不同的生物，长期生活在同一环境条件下，形态结构上表 现一些相似的特征。 ⚫ 趋异适应和生态型 ➢亲缘关系相近的生物，由于生活在不同的环境条件下，形态结构上 表现一定的差异。 驯化 ⚫ 驯化(acclimation/acclimatization) ：生物在实验／自然条件下，诱 发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长的时间。 ⚫ 实验驯化(acclimation) ：有机体对实验环境条件变化产生的生理调 节反应，实验驯化是对环境条件改变的一种生理上而非遗传上的可逆 反应。 ⚫ 气候驯化(acclimatization) ：有机体对自然环境条件变化产生的生理 调节反应。 ⚫ 驯化的应用：植物的引种栽培 内稳态 ⚫ 内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 ⚫ 内稳态通过形态、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：接受器；控制中 心；效应器。 生态位 ⚫ 生态位(niche)与栖息地(habitat) ➢生态位－－有机体在环境中占据的地位； ➢栖息地－－有机体所处的物理环境。 ⚫ 超体积生态位(hypovolume) ➢生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环境变量可以是多个，超过3 个维度的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) ➢物种理论上占据的生态位空间称基础生态位； ➢实际占有的生态位空间称实际生态位