第2章：个体生态2.ppt

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1、第二章 生物的环境 第一节 环境与生态因子 第二节 生物与环境关系的基本原理 第三节 生物与光的关系 第四节 生物与温度的关系 第五节 生物与水的关系 第六节 生物与土壤的关系,第三节 生物与光的关系,一、光的性质 二、光强度的变化 三、光照周期 四、光对生物的作用（一）光的性质（二）光强度的变化（三）光照周期,生物与光,对于地球上的生物来讲，太阳辐射的作用体现在光和热量（温度）两个方面，光的生物学作用表现在三个方面：光质、光照强度和光照周期。一、光的性质（一）地球上光的组成 光是由波长范围很宽的电磁波组成的。地球上的电磁波的波长范围为数米-1/10000nm。相差13个数量级。太阳辐射的波长

2、范围为150-4000nm。,第三节 生物与光的关系,光的组成,微波和无线电波（0.4mm以上，一般1m以上）：微波通讯、广播、电视等。2.红外线（0.4mm-760nm）：产生热效应。大气层外的太阳辐射中50的能量是红外线。3.可见光（760-380nm）：太阳辐射中41的能量是可见光。可见光分七色，红光（760-620nm）和蓝光（490-435nm）是光合作用的主要光谱。4.紫外线(380-4nm)：紫外线对生物有杀伤和致癌作用，大气层允许290-380nm紫外线到达地球表面。5.X射线和射线(10-4nm)：高能辐射，可伤害原生质，主要来自原子能。,上述人为分类是相对于人而言的，对于不

3、同的动物和植物，会有一定的差异，例如，一定波长的红外线是某些动物的可见光。,光质的变化,（二）光质的变化 1.空间：高纬度，短波光少；高海拔，短波光多，紫外线影响植物的生长和分布。2.时间：季节，夏天短波光多，冬天短波光少。日，中午短波光多，早晚长波光多。3.地貌：陆地，主要被植物的叶子吸收和反射。水体，水体吸收和散射作用强，大部分红外线被吸收，紫蓝光散射（水色），绿光深入水中。在海水中10米深处，可见光消减50，100米处仅剩7。,第三节 生物与光的关系,一、光的性质 二、光强度的变化 三、光照周期 四、光对生物的作用（一）光的性质（二）光强度的变化（三）光照周期,光强度的变化,二、光强度的

4、变化 太阳常数为1.94卡/厘米2/分钟(Cal/cm2/m)1.空间：高纬度，低强度；低纬度荒漠年平均光强200KCal/cm2，北极为120KCal/cm2。高海拔，高强度；海拔1000米，入射光能的70，海平面为50。坡向：南坡、平地和北坡强度越来越低。与坡度有关，不同纬度的最强光照的坡度不同。2.时间：季节，夏天高强度；冬天强度低 日，中午强度最高；早晚强度较低3.生态系统：上层，强度大；下层，强度低。,水体分层,植物和水体都分层。清澈静止的水体15米深处，50衰减。根据光照强度将水体分为：光亮带（euphotic zone）：光合作用大于等于代谢能。弱光带（dysphotic zon

5、e）：光合作用小于代谢能。无光带（aphotic zone）：无光合作用。补偿深度：光合作用=呼吸作用,第三节 生物与光的关系,一、光的性质 二、光强度的变化 三、光照周期 四、光对生物的作用（一）光的性质（二）光强度的变化（三）光照周期,光照周期,三、光照周期(Photoperiod)北半球：夏至最长，冬至最短。南半球：相反赤道：昼夜平分两极：半年白天，半年黑夜。,第三节 生物与光的关系,一、光的性质 二、光强度的变化 三、光照周期 四、光对生物的作用（一）光的性质（二）光强度的变化（三）光照周期,生物与光,四、光对生物的作用：（一）光质 1.植物：陆生植物主要吸收红光和蓝光，高山紫外抑制茎

6、的伸长；海水表层绿色植物也吸收红光和蓝光；海水深层红藻、紫菜等有效利用绿光。,生物与光质,2.动物：灵长类、鸟类、鱼类、节肢动物等都有很发达的色觉，应加强这方面的研究。不同发育阶段对光质反应不同，如红光促进鸡的繁殖，抑制啄肛，短波光（蓝光）有助于生长。鱼类对绿、蓝、红光比较敏感。,光强度,1.陆生植物 如下图，植物光合作用达到最大值时的光照强度，称为该种植物的光饱和点。光合作用和呼吸作用相等时的光照强度称为光补偿点。,（二）光强度,陆生植物,1.陆生植物（1）不同种类：阳地植物：光补偿点较高，光饱和点一般也较高，可利用强光，如杨、柳、桦等。阴地植物：光饱和点较低，光补偿点一般较低，可有效利用弱

7、光，如云杉、人参、三七等。（2）不同时期：苗期和生育后期光饱和点较低，生长旺期光饱和点较高。（3）群体比单体更有效利用光。,水生植物,2.水生植物 只能生活在水体的透光带（1-数百米）。海带等巨型藻类在大陆沿岸生活，单细胞浮游植物只能在海洋上层生活。,动物的行为,3.动物的行为 光照强度决定动物开始活动的时间。根据动物的活动时间将动物分为：昼行性动物：多数鸟类、灵长类、有蹄类等；夜行性动物：夜猴、蝙蝠、家鼠等。鳖属夜行性，光照强度（10-3000lux）越低，摄食量越大，生长越快。大麻哈鱼、鲽类等必须有一定的光照强度才能摄食。多数鸟类在光亮时活动，但光照过强时也抑制其活动。,昼夜节律,光周期与

8、植物,1.植物：光周期影响植物的生长发育和繁殖，根据其开花与光照周期的关系，将植物分为：长日照植物：日照时间超过一定数值（因种而异）才能开花。如冬小麦、油菜、萝卜。短日照植物：日照时间少于一定数值（因种而异）才能开花。如玉米、水稻、大豆、烟草、棉、麻等。中性植物：光照时间与开花无关。如黄瓜、番茄、蒲公英等。时令花卉的培育采用的技术之一就是人工限光、补光。,（三）光周期,光周期与动物,2.动物：光周期对动物的影响表现在以下几个方面：（1）决定动物的迁徙、迁移或洄游的时间；（2）影响鸟兽换羽、毛（短光照、限食、限水）；（3）影响动物的生殖时间。鸟类在长光照一个月后可繁殖；（4）影响动物的冬眠和滞育

9、（常与温度有关）。,第二章 生物的环境 第一节 环境与生态因子 第二节 生物与环境关系的基本原理 第三节 生物与光的关系 第四节 生物与温度的关系 第五节 生物与水的关系 第六节 生物与土壤的关系,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,生物与温度,一、温度分布的主要决定因素 地球上的温度取决于该地区的太阳辐射和地貌。1.空间：赤道辐射强度最大，温度最高。高纬度地区，太阳入射的角度较大，单位辐射面积较大，太阳光穿透大气层的厚度较大，单位面积辐射强度

10、小，温度低。两极地区的太阳辐射仅为赤道的40，温度最低。高海拔地区，太阳辐射较强，但由于风的作用，热散失快，所以温度较低。,第四节 生物与温度的关系,地 貌,2.地貌：陆地吸热和散热均较快，温度变化大（年、昼夜）海洋吸热和散热均较慢，温度变化小（年、昼夜）,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,温度的变化,1.地球上温度的变化幅度：水温：海洋，大洋海水-2.536，潮间带-2.045，淡水040-45 陆地：南极最低-89.6，沙漠最高60，沙漠

11、土壤表面80 2.时间变化：（1）昼夜：海洋水温昼夜变幅4；大陆气温一般约17，沙漠40，高海拔地区变化大；土壤表面变幅最大，35-100cm以下无变化。,二、温度的变化,季 节,（2）季节：海洋：赤道变化大；温带变化中等，1015；两极变化小，100，30米以下的土壤无季节性变化。,空 间,（3）空间：水平变化：纬度每增加1度，陆地年平均气温下降0.5，陆地温度同时受海洋和高山的影响；海水上层水温也随纬度增加而降低。垂直变化：气温：高海拔温度低，变化大，每上升100M气温降低0.51;低海拔温度变化小。水温：以淡水为例，夏季分层，上层热，下层冷，中层变化大；秋季环流，冬季上层0，下层4；秋季

12、风力环流。,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,温度的作用,1.极端温度：（1）低温：温度低于一定的数值，生物会因低温而受害，该值称为临界温度。低于临界温度生物受冷害；低于0受冻害（生物体内形成冰晶）(霜害)。（2）高温：生物呼吸加强，多因体液不平衡所致（缺水、代谢物积累、蛋白质凝固）。植物：光合作用下降；呼吸作用加强；水分代谢不平衡；代谢物积累；蛋白质凝固。动物：呼吸作用加强；排泄失调；蛋白质凝固，酶失活；神经麻痹。,三、温度与生物的关系,温

13、度对动物代谢的影响,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,植物的适应,（1）植物：低温适应：长期生活于低温环境中的生物通过自然选择，在形态、生理和行为上表现出很多明显的适应。形态上，叶片表面有油类物质；芽具鳞片；体表具蜡粉和密毛；矮小。生理上，水分降低，糖、脂、色素增加，以降低细胞冰点；吸收光谱增宽，能吸收红外线。,2.生物的适应,高温适应：形态上，某些植物生有密绒毛和鳞片，体呈白色，可反射部分光线；叶片垂直排列；木栓层厚。生理上，含水少，糖、盐

14、浓度高，减缓代谢率，增加原生质抗凝能力；蒸腾作用旺盛。,低温适应：形态上：皮下脂肪加厚；贝格曼定律；阿伦定律；生理上：增加产热，局部异温；行为上：休眠和迁移。变温动物冬眠如鳖、牛蛙等的生态养殖，提高温度打破冬眠使其快速生长。,（2）动物适应,贝格曼定律（Bergman law）：恒温动物在寒冷地区个体较大,阿伦定律（Allen law）：恒温动物在寒冷环境中突出部位（耳、四肢、尾）有变短的趋势。,高温适应：形态上,蜥蜴身体压扁，黑褐色，利于吸收热量,高温适应：生理上放松恒温性夏眠,蝗虫在低温下体色黑；在高温下体色浅。,高温适应：行为上昼伏夜出穴居,穴居动物,第四节 生物与温度的关系,一、温度分

15、布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,有效积温法则,（1）概念：植物和某些变温动物完成某一发育阶段所需总热量（有效积温）是一个常数。K=N*T(式中K为有效积温，N为发育时间，T为平均温度)生物都有一个发育的起点温度（最低有效温度C），所以，应对平均温度进行修饰。上式变为：K=N*(T-C)或 T=C+K/N,温度T与发育时间N呈双曲线关系，由于发育速度V=1/N,所以，T=C+KV，温度与发育速度呈线性关系。,3.有效积温法则（温度与生物发育的关系）,有效积温法则,生物的发育也有

16、一个高限温度，发育时间也有生理极限，即最短发育时间N0，K=(N-N0)(T-C)鳖的胚胎发育时间（N）与温度（T）的关系如下：109=(N-30.6)(T-22.5),有效积温为109度天，最短孵化期为30.6天，最低发育温度为22.5度。即 N=30.6+109/(T-22.5),应 用,（2）有效积温法则的应用：预测生物发生的时代数；预测生物地理分布的北界，全年有效积温大于K；预测害虫来年发生程度 推算生物的年发生历；据此制定农业气候规划，合理安排作物，预报农时。,局限性,（1）局限性：有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的，变温下昆虫发育较快。温度和发育速度的关系为S型，而非直线型。生

17、物的生长还受温度外其他因素的影响，如长日照促进小麦发育。不能用于休眠、滞育生物的时代数计算。,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,变温动物在较冷环境中寿命较长，恒温动物在最适温度寿命较长。某一特定温度下生殖力最强。一般在最适温度以下。,3.温度与动物的寿命,第四节 生物与温度的关系,一、温度分布的主要决定因素 二、温度的变化 三、温度与生物的关系 1.极端温度 2.生物的适应 3.有效积温法则 4.温度与动物寿命的关系 5.温度与生物的分布,（

18、1）极端温度是限制生物分布的首要因素 高温：破坏体内代谢过程和光合呼吸平衡，缺少有效的低温刺激，影响发育 白桦、云杉不能在华北平原生长；苹果、梨、桃不能在热带开花结果；黄山松分布在1000-1200米以上；菜粉蝶不能忍受26以上的气温。,4.温度与生物的分布,低温：橡胶分布区低于北纬2440（云南盈江），海拔960米以下；剑麻是北纬26，海拔900米以下；椰子是2430（厦门），海拔640米以下（海南）；东亚飞蝗的北界为等温线13.6。,（2）有效积温足够完成一个生活周期的地方才能分布。昆虫大发生时常暂时地超越其分布北界；温度对恒温动物分布限制大小可通过其食物等生态因子而影响其分布。,第二章

19、生物的环境 第一节 环境与生态因子 第二节 生物与环境关系的基本原理 第三节 生物与光的关系 第四节 生物与温度的关系 第五节 生物与水的关系 第六节 生物与土壤的关系,第五节 生物与水的关系,一、地球上的水-水圈 二、水生生物与水的关系 三、陆生生物与水的关系,生物与水,一、地球上的水-水圈 地球上和环绕地球大气圈中的各类型的水，统称水圈。1.水的分层：水体中温度、盐度和溶氧都是分层的。温度：表层（一般较高），温跃层（变化大），低温层（低温）；盐度：均质层（均匀），盐跃层（变化大，下降快），低盐层（低盐）；溶氧：表层（高），氧跃层（变化大），低氧层（低），深层（溶氧中等，稳定）。,第五节 生

20、物与水的关系,水体温度、盐度和溶氧的分层,水的循环,水的分布,3.降水量的分布 高纬度地区降水少；远离海洋降水越少；迎湿热风的斜坡降水较多。我国东南降水多，西北降水少。4.水的生态意义 水是生物生活和生存的必要条件，陆生生物保水是第一性的，水生生物不能离开水，还有调节渗透压的问题。,第五节 生物与水的关系,一、地球上的水-水圈二、水生生物与水的关系 三、陆生生物与水的关系,水生生物与水,1.水的粘滞性大，水生动物的运动阻力大，浮力也大 植物借其浮力而不下沉，有的具有充满气体的球形物；单细胞浮游植物含油滴。鱼类利用脂肪、减少骨骼和盐分、充气的鳔等增加浮力。以流线体型快速运动。因浮力大，水生动物体

21、型也大，如蓝鲸体长33米，体重达100吨，而陆地现存最大的动物象仅7吨，水生动物支持结构无力，所以鲸鱼一旦上岸将窒息死亡。,二、水生生物与水的关系,水与呼吸,2.水与生物的呼吸 水含氧量低、粘滞性大。植物有发达的通气系统，叶片薄、带状。与陆生动物相比，水生动物呼吸耗能大。水：含量7mlO2/L，获得1gO2，需100Kg的水完全交换。陆地：含量210mlO2/L，获得1gO2，需5g的空气进行交换。,水与体温,3.热传导快、但温度变幅小 植物、变温动物较适宜。变温动物代谢率低，生长速度快，饵料系数低，营养价值高，应重视发展水产业。,植物对水的依赖程度,一般来讲，植物每生产1 g干物质约需300

22、600 g水，称为植物的需水量，不同植物不同。水生植物：沉水植物：整株沉没于水下，金鱼藻。浮水植物：叶片漂浮于水面，浮萍。挺水植物：植物大部分挺出水面，芦苇。陆生植物：湿生植物：不能长时间耐受缺水。中生植物：湿度适中的环境。旱生植物：能耐受长时间干旱。,4.水生生物的渗透压调节 变渗生物：水生生物的渗透压随环境的变化而变化。恒渗生物：水生生物的渗透压保持相对恒定，不随环境的变化而变化。植物：淡水植物自动调节渗透压；海水植物等渗。,渗透压调节,动物：（1）海洋动物：等渗：海洋无脊椎动物，如海胆、贻贝。不需调节。高渗：海月水母、枪乌贼、龙虾等，以排泄器官排除多余的水。海洋软骨鱼，在体液中保存尿素和

23、氧化三甲胺而略呈高渗，肾脏排稀尿，直肠腺调离子。低渗：海洋硬骨鱼，大量饮水，以排泄器官和盐腺排出溶质。次生水生动物：爬行动物具盐腺（鼻、侧鼻、舌下、围眶腺），海鸟具鼻腺，海兽排高浓度的尿。,渗透压调节,（2）淡水动物：均为高渗，排泄器官排稀尿，摄取食物和通过鳃吸收钠离子以补充溶质。（3）洄游性鱼类：溯河性鲑鳟鱼类和降河性鳗鲡。体表渗透性很低，具黏液（鳗鲡）；能改变尿量，淡水中排尿量大，海水中尿量小；鳃在海水中排盐，淡水中摄盐；海水中吞饮海水。,第五节 生物与水的关系,一、地球上的水-水圈 二、水生生物与水的关系三、陆生生物与水的关系,陆生生物与水,保水是陆生生物的的首要任务。1.植物：植物失水

24、主要是蒸腾作用（运输矿物元素、营养物质）、气体交换（CO2含量低，0.03%），摄取CO2需交换的空气量大。形态上，具细毛、棘刺（散热、遮光）、蜡质表皮；生理上，气门可自动开关，气孔陷于叶中，摄O2快速（生化）、转化储存，晚上行光合作用。,三、陆生生物与水的关系,2.动物：皮肤蒸发、呼吸、排泄失水。昆虫有几丁质的外骨骼和蜡质层，气门由气门瓣控制；爬行动物：具角质鳞和皮下脂肪；鸟兽：呼吸道长；肾重吸收能力强；排尿酸和尿素；鸟类皮肤腺退化；某些鸟兽高温时可提高体温（黄鼠、羚羊和骆驼等）；鼻腔冷凝水，重吸收。,骆驼与仙人掌等 耐受高温和干旱,动物和植物水的吸收和损失,第二章 生物的环境 第一节 环境

25、与生态因子 第二节 生物与环境关系的基本原理 第三节 生物与光的关系 第四节 生物与温度的关系 第五节 生物与水的关系 第六节 生物与土壤的关系,生物与土壤,一、生物的物质环境 地球上的物质环境除了水圈以外，还有岩石圈、大气圈，以及复合性的生物圈。,第六节 生物与土壤的关系,1.岩石圈 岩石圈主要由地球的地壳层构成，是生物所需要的各种元素和化合物的源泉，也是成土母质、海洋盐类、大气和一切自由水的源泉。,地球的构成（6400Km）,地幔(2895Km)硅酸盐,地核（3475Km)铁和镍,地壳（1640Km）O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg等,土 壤,地壳表面的岩石 风化成土母质 生物作

26、用 土壤。土壤由固体、液体、气体三种状态的物质组成的，具有通气性、持水性、湿度、热容量等物理性质。土壤是陆生植物生长、动物栖息和活动的场所，完成生态系统的许多基本功能，如分解过程、固氮作用、脱氮作用、去污作用（CO转化）等。,大气圈,2.大气圈 大气圈由围绕地球的各种气体混合物所组成。大气圈的厚度可达1万公里。从海平面往上，每升高275米（900英尺），气压下降1/30;随海拔升高，气压降低的速率越来越小，50公里（30英里）以上，气压变化极小。,大气圈组成,大气圈均质层：对流层（800km为外层。氦层（3500KM）H,生物圈,3.生物圈 生物圈是指地球上存在生命的部分。它由大气圈的下层（对

27、流层）、水圈和岩石圈的上层（风化壳）组成。从地下12公里至23公里高空。现代生态学认为，生物圈是生物与环境相互作用的产物，是地球上最大的生态系统。它既包括地球上全部生物，又包括生物赖以生存的全球性环境条件的总和。,生物与土壤,1.密度：（1）有孔隙土壤：小型动物穿行，身体细长，角质表皮。（2）松软土壤：推进式挖掘，如蚯蚓。（3）硬土壤：凿掘运动，动物具爪、颚器、门齿（鼹鼠）。,二、生物与土壤的关系,2.水分：植物根系可从土壤中直接吸收水分，适当的水有利于营养物质的溶解和移动；水分的作用还包括：磷酸盐的水解，有机磷的矿化，调节土壤温度。不同动物对土壤水分的要求不同。如：节肢动物生活在水分饱和（土

28、壤的空气湿度为100%）的土壤中，常进行周期性垂直迁移。土壤中充满水时，常使动物缺氧死亡。土壤的含水量影响昆虫的发育和生殖力。如东亚飞蝗，含水量8-22%时产卵量最大，最适孵化湿度3-16%，超过30%大部分不能正常发育。土壤动物比陆生动物更易失水，因为其适应潮湿环境，保水能力较差。,土壤中的空气,3.空气：土壤中的空气含氧量低（10-12%），CO2含量高（0.1%），各种成分的含量不稳定，有季节、昼夜和深度的变化。土壤动物的内呼吸能力强。通气不良时，土壤中的空气含氧量会更低（10%以下），CO2含量高达10-15%，对动植物都有毒害作用，抑制好气微生物，减缓有机物质的分解活动；反之，通气过

29、分，分解有机物加快，腐殖质数量减少，不利于营养物质长期供应。,土壤温度,4.温度：温度影响植物种子的萌发、实生苗的生长、根系的生长和呼吸能力。土壤动物对温度的适应，主要表现在垂直迁移上。,土壤酸碱度,5.酸碱度：土壤酸碱度的划分：强酸性（PH8.5）。PH通过对土壤养分有效性的影响，PH 6-7最好。动物对土壤酸碱度有不同的嗜好（适应）。如嗜酸性的金针虫（2.7-5.2）。嗜碱性的麦红吸浆虫（7-11）、蚯蚓（8.0）。,土壤有机质,6.有机质：能改善土壤的物理结构和化学性质，有利于土壤团粒结构的形成，促进植物生长和养分的吸收。一般地，土壤有机质的含量越多，土壤动物的种类和数量也越多。,土壤无机元素,7.无机元素：植物生长发育所需的无机元素有13种，7种为常量元素（N,P,K,S,Ca,Mg,Fe），6种为微量元素（Mn,Zn,Cu,Mo,B,Cl），还有一些为某些植物所必需。土壤中的无机元素对动物的分布和数量有一定的影响。如石灰质土壤中蜗牛数量较多；鹿生活在母岩为石灰岩的土壤地区，其角坚硬、体重也大；NaCl丰富的土壤能吸引食草有蹄动物；缺钴常会使很多反刍动物变得虚弱、贫血、消瘦和食欲不振，严重缺钴甚至死亡。,其它气候因子还有雷、电、风（大气流动）、水流、火、海拔、纬度以及气候的综合作用。（根据参考书和文献自学）,