第二章生物与环境

生态学第二章生物与环境，知识内容有环境的概述及其生态因子、生态因子的作用及生物的适应、人与环境（人与自然环境、人与社会环境）。

第二章：生物与环境

• 环境的概念及其生态因子
  • 环境的概念
    • 环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体存在的一切事物总和。
    • 环境概念的要点
      • 相对性
      • 环境是指某一主体周围一切事物的总和
      • 太阳和地球是生物生存最根本的环境基础
      • 现今的地球环境是已经被生物强烈改造过的环境
    • 环境的分类
      • 大环境
        • 宇宙环境
        • 地球环境（大气圈的对流层、水圈、岩石圈和生物圈）
        • 区域环境
      • 微环境（小环境）
      • 内环境
  • 环境因子分类
    • 概念
      • 环境因子：是指生物体外部的全部环境要素
      • 生态因子：是指环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气、二氧化碳和其他相关生物等
    • 生态因子
      • 非生物因子
        • 气候因子：光、温度、水、风
        • 地形因子：海拔、坡向、坡度
        • 土壤因子：理化性质、土壤生物
      • 生物因子
        • 生物因子：生物之间的相互作用
        • 人类因子
    • 环境因子
      • 按因子特点
        • 3大类
          • 气候类、土壤类和生物类
        • 7个并列项目
          • 土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子
      • 按生物有机体对环境的反应和适应性
        • 第一性周期因子、次生性周期因子、非周期性因子
  • 生态因子作用的一般特征
    • 综合作用
    • 主导因子作用（非等价性）
    • 直接作用和间接作用：例地形因子起间接作用
    • 阶段性作用（限定性）：例光照长短在植物的春化阶段并不起作用
    • 不可替代性和补偿作用：例软体动物用利用锶来补偿钙
  • 生态因子的限制性作用
    • 限制因子：生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，但是其中必有一种和少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子，即限制因子。
      • 例：氧气是水生生物的限制因子
    • Liebig最小因子定律：植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量
    • Shelford耐性定律：一种生物能够存在与繁殖，要依赖综合环境的全部因子的存在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过了某生物的耐心限度，则使该物种不能生存，甚至灭绝
      • 生物的耐性限度是可以改变的；影响生物的各因子之间存在明显的相互关联：例生物队温度的耐性限度与湿度密切相关（中温中湿最宜）
    • 生态幅：每一个种对环境因子适应范围的大小即生态幅。
      • 温度三基点
        • 最低温度
        • 最适温度
        • 最高温度
    • 耐性限度的改变
      • 驯化（通过酶系统的调整实现）
        • 气候驯化
        • 实验驯化
      • 休眠
      • 昼夜节律、季节节律和其他周期性补偿
      • 生物的内稳态机制
    • 指示生物：反应环境的某些特征
      • 例：利用植物群落指示土壤性质与肥力状况；地衣等敏感生物指示大气污染状况
• 生态因子的作用及生物的适应
  • 光因子
    • 光强
      • 光强对生物的生长发育和形态建成有重要的作用
        • 例：黄化现象：植物叶肉细胞中的叶绿体必须在一定光强下才能形成，黄花现象是植物对黑暗环境的特殊适应。
      • 光照度与水生植物
        • 补偿点（CP、植物光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平衡）
        • 饱和点（在一定范围内，光合作用的效率与光照度成正比，但达到一定强度，也就饱和了，倘若继续增加光照度，光合效率不仅不会提高，反而可能下降，这一点便是饱和点）
      • 植物对光照度的适应类型
        • 阳地植物：适于强光照地区、补偿点位置高
        • 阴地植物：适应于弱光照地区、补偿点低（人参、三七、半夏）
    • 光质
      • 对植物的影响
        • 生理有效辐射：可见光区（380~760nm）中，红、橙光→叶绿素，蓝紫光→叶绿素和类胡萝卜素；红光有利于糖的合成，蓝光有益于蛋白质的合成。
        • 生理无效辐射：绿光
        • 高山植物茎干粗短，富含花青素、叶面缩小、毛绒发达是避免紫外线（短波光）伤害的一种保护性适应
      • 对动物的影响
        • 光促进鸟的生殖腺体机能活跃
        • 蛱蝶在光下体色变淡，黑暗环境中身体呈暗色
        • 可见光对动物深知、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长、发育等都有影响
        • 昆虫对紫外光有趋光反应，草履虫则表现为避光反应；
        • 紫外线（360nm即有杀菌作用，240~340nm则可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒停止活动）是昆虫新陈代谢所必需，与VD的产生有关
    • 生物对光周期的适应
      • 昼夜节律（24小时循环一次的现象，存在内部控制机制）
        • 觉醒亮度：鸡与许多鸟类早晨开始鸣叫时的光照度；
        • 植物的光合作用、蒸腾作用、积累与消耗均表现出规律的昼夜变化
      • 光周期现象
        • 植物的光周期
          • 长日照植物（起源于北方）：大麦、菠菜、甜菜、萝卜、牛蒡、凤仙花
          • 短日照植物（起源于南方、早春或深秋开花）：牵牛、水稻、菊类、烟草
          • 中间性植物：黄瓜、番茄、四季豆、蒲公英
        • 动物的光周期
          • 鸟类的迁徙、生殖时间（在夜晚给予人工光照提高母鸡产蛋量）
          • 短日照兽类：秋天短日照的到来而进入生殖期，秋天交配幼崽春天出生便于存活，如绵羊、山羊、鹿
          • 长日照兽类：春天日照长度的逐渐变长而开始生殖，雪貂、野兔、刺猬
  • 温度因子
    • 温度因子的生态作用
      • 温度与生物生长
        • 高温：使蛋白质凝固、酶系统失活；
        • 低温：将引起细胞膜系统渗透性改变、脱水、蛋白质沉淀以及其他不可逆转的化学变化；
        • 在一定温度范围内，生物的生长速率与温度成正比，年轮、动物的鳞石、耳石等
      • 温度与生物发育
        • 春化现象
        • 有效积温：K=N(T-T0） K——有效积温，它是一个常数；T——当地该时期的平均温度；T0——该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度）；N——天数
    • 生物对极端温度的适应
      • 生物对低温环境的适应
      • 植物
        • 形态：北极和高山植物的芽和叶片具油脂类物质、芽具鳞片；体表有蜡粉；植株矮小常呈匍匐、垫状或莲座状
        • 生理：减少细胞中水分、增加糖类、脂肪、色素等物质来降低植物的冰点
      • 动物
        • 形态：个体较大（贝格曼规律）；恒温动物身体突出部位变小变短（阿伦规律）；增加毛或羽毛的数量和质量；增加皮下脂肪的厚度
        • 生理：增加体内产热；隔热性能良好的毛皮
        • 行为:
      • 生物对高温环境的适应
        • 植物
          • 形态：植物生有密绒毛和鳞片；植物体呈白色、银白色；叶片革质发亮、叶片垂直排列；叶片折叠；树干和茎有很厚的木栓层
          • 生理：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度；依靠旺盛的蒸腾作用；具有反射红外线的能力
        • 动物
          • 形态：
          • 生理：暂时吸收和存储大量的热在环境改善时再把体内的热释放出去
          • 行为：夏眠、穴居、昼伏夜出
    • 温度对生物的地理分布（年平均温度、最冷月、最热月平均温度是影响生物分布的主要指标）
      • 日平均温度积累
      • 有效总积温
      • 极端温度
    • 变温与温周期现象
      • 变温与生物生长
        • 温周期现象：在植物中，与昼夜温度变化的关系为温周期现象
          • 表现
            • 大多数植物在变温下发芽比较好
            • 植物的生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合
        • 植物形态特点有时也与变温有关：番茄夜温高，叶子变大，颜色变浅，叶中海绵组织增加，栅栏组织减少，栅栏组织细胞间空隙变大
      • 变温与干物质积累：变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用
    • 物候学：研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学
      • 动物：活动与休眠；繁殖期与性腺静止期；定居于迁移
      • 植物：发芽、生长、开花、结实和枯黄等物候
    • 休眠：指生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效的生理机制
      • 后熟作用
  • 水因子
    • 水因子的生态作用
      • 水是生物生存的重要作用：新陈代谢的直接参与者、光合作用的原料调节体温
      • 水对动植物生长发育的影响
        • 三基点
          • 最适
          • 最低
          • 最高
        • 种子萌发需水软化种皮，增加透性，使呼吸加强，同时使种子内凝胶状态的原生质转变为溶胶状态，使生理活性增强，促使种子萌发
        • 动物水分不足导致滞育或休眠
      • 水对动植物数量和分布的影响
        • 3个等雨量区
          • 湿润森林区
          • 干旱草原区
          • 荒漠区
    • 生物对水因子的适应
      • 植物
        • 水生植物（发达的通气组织、机械组织不发达或退化、水下叶片多分裂成带状、线状，而且很薄
          • 沉水植物
          • 浮水植物
          • 挺水植物
        • 陆生植物
          • 湿生植物：在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足
            • 阴性湿生植物
            • 阳性湿生植物
          • 中生植物：生长在水分条件适中生境中的植物，具有一套完整的保持水分平衡的结构与功能
          • 旱生植物：在干旱环境中生长，出现多样的适应干旱环境的特征，多分布在干热草原和荒漠区
            • 形态特征（增加水分摄取和减少水分丢失）：具发达的根系、叶特化成刺状；叶片呈针状或鳞片状；气孔下陷；叶表面有很厚的角质层或白色绒毛，能反射光线；
            • 生理：具扇形的运动细胞，在缺水条件下可收缩是叶面卷曲，减少水分的散失；原生质渗透式特别低
      • 动物
        • 水生动物（其分布于水体含盐量和动态特点相关）：渗透压调节；减少尿液；鱼的鳃逆浓度梯度向外分泌盐类；洄游鱼类体表对水分和盐类渗透性较低，有利于在浓度不同的海水和淡水生活
        • 陆生动物（环境湿度）
          • 形态结构：昆虫的几丁质外壳；烟管螺产生膜以封闭壳口；两栖动物体表分泌黏液；爬行动物具很厚的角质层；鸟类的羽毛与尾脂腺；哺乳动物的皮脂与毛都能防止体类水分过分蒸发
          • 生理：骆驼可储水旳胃、驼峰储存丰富的脂肪，血液中具特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水
          • 行为：沙漠动物昼伏夜出；迁移
  • 土壤因子
    • 土壤因子的生态作用：陆生生物生活的基质；供生物生活所必需的矿质元素和水分
      • 它本身又是生态系统中生物部分与无机环境部分相互作用的产物
      • 土壤肥力：土壤及时地满足植物对水、肥、热、气要求的能力
    • 土壤因子对植物生长的影响
      • 盐土对植物生长发育的影响
        • ①盐土中含有过多的可溶性盐类，降低土壤渗透式，引起植物的生理干旱
        • ②盐类积聚在表土时常伤害根、茎交界处；Na2CO3和K2CO3伤害能力最大
        • ③植物体类聚集过量的盐会使原生质受到伤害，蛋白质的合成严重受阻，导致含氮的中间代谢产物积累，使细胞中毒；影响糖类代谢（Cl-）；产生质壁分离现象；重金属盐类破坏原生质的酶系
        • ④在高盐浓度下，气孔保卫细胞的淀粉形成受到妨碍，气孔不能关闭，即使在干旱期也是如此，导致植物容易枯萎
      • 碱土对植物生长的影响
        • ①土壤的强碱性能毒害植物根系
        • ②土壤物理性质恶化，土壤结构被破坏，湿时膨胀黏中，干时坚硬板结，是水分不能渗滤进去，根系不能透过，种子不易出土，出土也不能很好地生长
    • 植物对土壤因子的适应
      • 生态类型
        • 据植物对土壤酸度的反应
          • 酸性土植物
          • 中性土植物
          • 碱性土植物
        • 据植物对土壤矿质盐类（钙为例）的反应
          • 钙质土植物
          • 嫌钙植物
        • 据植物对土壤含盐量的反应
          • 盐土植物
          • 碱土植物
        • 据植物对风沙基质的关系（沙生植物）
          • 抗风蚀沙埋
          • 耐沙割
          • 抗日灼
          • 耐干旱
          • 耐贫瘠
      • 盐土植物形态：
        • 植物体干而硬，叶子不发达，气孔下陷，表皮具有很厚的外壁，常具灰白色绒毛；
        • 内部结构，细胞间隙缩小，栅栏组织发达
        • 具肉质性枝叶，叶肉中有特殊储水细胞
      • 生理
        • 聚盐性植物（真盐生植物）：吸收土壤可溶性盐类，积聚在体内而不受伤害；渗透势，特别是根部渗透势极低（盐类引起），有利于从高浓度土壤中吸收水分
        • 泌盐性植物：茎、叶上密布分泌腺（盐腺）
        • 不透盐性植物(抗盐植物）：渗透势低（体内可溶性有机物引起）
• 人与环境（人与自然环境、人与社会环境）
  • 环境与人类生存和健康的关系（包括个体的生理心理健康；人居物理环境、生物环境和代谢环境的健康；产业、城市和区域生态系统健康）
    • 对立：人的主观需求和经济活动同环境的客观属性和发展规律之间不可避免地存在矛盾
    • 统一：人类社会以环境作为载体，存在于一定的环境空间里，人类的一切活动总是同其周围的环境相互联系、相互制约和相互转化
  • 人类活动对环境的影响
    • 人口对土地资源的影响
    • 人口对森林和草原资源的影响
    • 人口对水资源的影响
    • 原则是协调人类与环境的关系，既要能满足人类不断提高物质生活和文化生活水平的需要，又要能保护环境和改善环境质量。