导图社区 第一单元个体生态学
第一章个体生态学
什么是个体生态学
什么是生物个体
具有一定生命机能,能够地理完整个生活史的基本单位。从进化的角度来说,生物个体是自然选择的原始单位
定义:在个体水平上研究生物与环境相互关系的学科
对象:生物个体及其栖息环境
研究内容: 和环境因子对生物个体的影响, 生物个体内在的形态、生理、生化和行为等方面的适应机制 生物个体与其生存环境间的相互作用关系和作用规律
环境与生态因子基本概念
环境
概念
生物的栖息地,指某一特定生物体或生物群体外 的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存 与活动的外部条件的总和(环境是相互,具体的)
类型
主体
人类环境,自然环境
环境组成
生物环境,非生物环境
范围
宇宙环境,地球环境,区域环境,微环境,内环境(大环境,小环境)
因子
环境因子(环境)
各种环境因子构成了环境
构成环境所有因素统称为环境因子
复杂性:环境因子的组成和影响非常复杂,所有生物群落 都受到环境因子复杂的交互作用影响
变异性:环境因子在不同的时间尺度上发生变化。大多数 生物必须面对持续变化的外部环境
生态因子(生境)
生境:具体指特定地段上对生物起作用的生态因子的总和
环境中对生物的生长发育繁殖行为分布有直接或间接影响的环境要素
分类
气候因子:气候参数如光照、温度、水分、空气和大气运动等
土壤因子:土壤的结构、理化性质、肥力和土壤生物等
地形因子:各种地表特征如地形起伏、坡度坡向海拔高度等地貌特征
生物因子:动物、植物、微生物因子,包括合适呢个五之间得各种相互联系
人为因子:人类活动对生物和环境得影响
生态因子的作用规律与限制法则
作用规律
综合性:各生态因子间存在相互联系、促进或制约作用,任何生态过程 都受到诸多因子的综合作用
主次性:生态因子对生物的作用是非等价的,诸多因子中,往往有一个或几个起决定性作用(主导因子:其改变会引起其它生态因子改变、使生物的生长发育发生变化的主导性因子)
不可替代性和互补性:生态因子的缺少,通常不能由另外因子来替代(也有例外);但在一定条件下,某一因子数量的不足,可依靠相近生态因子的加强得到补偿。
直间性:生态因子对生物的行为、生长、繁殖和分布的作用可以是直接的,也可以是间接的。
直接因子 直接对生物发生影响的生态因子,如光照,温度,水分
间接因子通过影响直接因子而发生影响的生态因子,如地形
阶段性:生物生长发育的不同阶段对生态因子的需求及强度要求不同
限制法则
最小因子定律
德国化学家李比希植物的生长取决于数量不足的那一种营养物质
涵义:任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需求量,是决定该生物生存或分布的根本因素(木桶定律)
相对稳定状态才能应用
考虑因子之间的相互替代作用
限制因子定律
涵义:当生态因子接近或超过某种生物的耐受限时,生物的生长发育、生殖、活动以及分布等直接受到限制、甚至死亡的因子称为限制因子。(相对非绝对,局部和暂时性)
限制因子不等于主要作用因子比如氧气对陆地生物
耐性定律
维克多·谢尔福德
生物对其生存环境的适应有一个生态学最小量和最大量的界限,生物只有处于这两个限度范围内才能生存,这个限度即为生物的耐性范围
生态幅:生物对环境的忍受范围
生物对环境的适应存在耐性限度,即任何生态因子在数量或质量上不足或过多(接近或达到耐受限度),就会使该生物衰退或不能生存。
涵义:生物必须在一定的环境条件下存活,生长和繁殖,物种所能存活的环境因子的上下限即为耐受限度
E.P.Odum补充:① 生物对不同生态因子的耐受范围不同; ② 不同生物种,对同一生态因子的耐受性不同; ③ 同种生物在不同发育阶段对多种生态因子的耐性范围不同 ·繁殖期是临界值,对生态条件要求最严格,耐性范围最窄; • 生长期的耐性范围宽于繁殖期,生存的耐受范围最宽; ④ 生态因子间存在相互作用,当某个生态因子不是最适宜状态,则生物对其他一些生态因子耐性范围将缩小; ⑤ 同一生物种内不同品种,长期生活在不同环境下,对多个生态因子会形成差异的耐性范围,即产生生态型分化。
耐受性定律是最小因子定律的进一步发展 ① 考虑了生态因子的上限; ② 涉及了生物本身的耐受性; ③ 潜在体现生态因子之间的相互作用(补偿性)
环境因子VS生态因子 前者:生物体外的全部环境要素 后者:对生物起作用的的各个因子 环境因子包括生态因子
个体,种群,群落和生态系统水平的生物之间、生物与环境之间的相互作用关系及其作用是生态系统研究的基础与核心
第一单元的生态因子的生态作用与生物适应
光
光质
太阳光是电磁波,波长在150~4000nm,分为紫外线区(<380,9%)、可 见光区(有效生理辐射760-380,45%)和红外线区(大于760,46%)
空间:纬度越高,海拔越高,短波越多
时间:短波夏季,中午多;长波反之
光质的生态作用与生物适应
不同波长光对光合作用产物成分的影响
红光 促进植物体内碳水化合物的积累
蓝光 提高蛋白质的含量
紫外光 促进果实成熟,增加果糖含糖量
绿光 吸收少 生理无效光
不同波长光对动物的影响
昆虫的可见光范围偏于短波光,看得见紫外线,对紫外线有趋光性,这种趋光性用于诱杀农业害虫
光照强度
涵义 单位面积上所接受的可见光的能量。影响因素:纬度、海拔、坡度和坡向、地貌、时间
光强的生态作用与生物适应
光强对生物生长发育和形态建成的影响
影响细胞、组织和器官的分化,个体和种群的增长
• 植物黄化现象:弱光/黑暗条件影响植物生长及形态
农业害虫——蚜虫对光的响应及形态变化
• 连续有光,多产生无翅个体; • 连续无光,基本为无翅个体; • 光暗交替,多形成有翅个体。
光照强度与光合作用速率的关系
光补偿点
呼吸作用强度=光合作用强度
光饱和点
当光照强度达到一定水平后,光合产物不再增加或增加得很少,该处的光强度即为光饱和点。
植物对光强的适应类型
a) 阳性植物:适应于强光照的植物,只有在足够光照条件下才能进 行正常生长,光补偿点高,光合和代谢(呼吸)速率高如 水稻,玉米
b) 阴性植物:对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低,代谢/呼 吸作用、蒸腾作用较弱,抗高温和干旱能力较低 如人参,红豆杉
c) 中性植物(耐阴性植物):对光的需求介于阳性与阴性之间 茹胡桃 党参 云杉
动物对光强度变化的行为适应
a) 昼行性动物:适应于白天强光下活动,如灵长类、有蹄类、蝴蝶 等
b) 夜行性动物:夜晚或弱光下活动,如蝙蝠、蛾类等;
c) 全昼夜性动物:强弱光都能适应,白天夜晚能在活动,如田鼠等
光周期
地球公转和自转带来了地球上日照长短的周期性变化
光周期现象 生物对日照长短(L:D)变化的反应
光周期的生态作用与生物适应
根据植物开花对日照长度反应的不同,分类:
长日照植物 当日找超过其临界日长时才能开花。多分布于高纬度区,萝卜菠菜小麦
短日照植物 当日照短于其临界日长时才开花。多分布于低纬度和赤道附近,玉米高粱
中日照植物 昼夜长短比例接近相等时才开花,甘蔗
中间型植物 对日照不敏感,四季均可开花 蒲公英 四季豆
动物对光周期的适应
长日照动物:野生哺乳动物随春天日照长度增加开始进行繁殖 雪豹刺猬
短日照动物:某些哺乳动物随着秋天短日照的到来才开始进行 生殖期 绵阳 鹿
温度
温度是对生物影响最为明显的环境因素之一
基本概念 表征物体冷热程度的物理量, 用来度量物体温度数值的标尺叫温标 华氏F、摄氏 、热力学K
空间变化
维度变化
海拔变化
时间变化
季节变化
昼夜变化
温度的生态作用与生物适应
生态作用
温度的变化对生物的活动起特殊的限制作用,如影响 生物的新陈代谢、生长发育、繁殖行为等
生物的三基点:最低温度,最高,最适
低温春化作用:低温对越冬植物成花的诱导和促进作用。 植物为了开花需要低温的现象,称为春化现象。 如北方某些植物引种到南方,首先要经过低温处理,才能发育、开花、结果 瑞雪兆丰年的一个重要原因是低温促进了小麦的春化作用。
有效积温法则
生物生长发育过程中,必须从环境中摄取一定的热量才 能完成某一阶段的发育,且生物各个发育阶段所需要的 总热量是一个常数,称为总积温或者有效积温
K=N•T 或 K = N ( T-T0 ) K是有效积温(常数),N为生长发育所需时间,T为当地该时期 的平均温度,T0是发育起点温度(生物零度)
意义
生物对极端温度的适应
极端温度是限制生物分布最重要的条件
低温限制:对植物和变温动物来说,决定其水平分布北界和 垂直分布上限的主要因素就是低温。
生物对低温环境的适应
形态
植物 芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小;体表面生有蜡粉和 密毛,植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状
动物 动物:阿伦规律,贝格曼规律
阿伦(Allen)规律——恒温动物身体的突出部分如四肢、耳、鼻、尾等在低温环境中有变小变短的趋势
贝格曼(Bergmann)规律——生活在寒冷气候中的恒温动物的身 体比温暖气候中的同类个体更大,相对体表面积变小,使单位体重的热散失减少
生理
植物:减少细胞中的水分和增加糖类、脂肪等有机质的浓度以降 低冰点,来增强抗寒能力
动物:增加体内热量来增强御寒能力和保持恒定体温。
行为
迁移和休眠/冬眠
高温限制:破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡;植物 因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段
生物对高温度的适应
形态
植物:密毛、鳞片滤光;体色反光;叶缘向上或暂时折叠;干和 茎具厚的木栓层,绝热;
动物:体形变小,外露部分增大;背部具厚的脂肪隔热层
生理
植物:降低细胞含水量,增加糖或盐浓度,减缓代谢率;蒸腾作 用旺盛,降低体温;反射红外光
动物:放宽恒温范围
行为
植物:关闭气孔等
动物:休眠,穴居,昼伏夜出等
水
水的形态
液态:雨
固态:冰
气态:水汽
生态作用
是任何生物体不可缺少的重要组成部分
生命活动的基础
光合作用、呼吸作用、有机物合成、分解作用等均有水分子参与
新陈代谢等生命化学过程都是以水为介质进行的
所有物质必须以溶解状态才能进出细胞
维持细胞的紧张度
稳定环境温度
水对动物的生长发育的影响
• 缺水滞育、休眠 • 澳洲鹦鹉在干旱期停止繁殖
生物对水的适应
植物
水生植物
形态
• 有发达的通气组织; • 机械组织不发达或退化; • 叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积
生态类型
沉水植物 完全沉没在水下
浮水植物 根扎入水体仅叶片在水面, 如睡莲
挺水植物 茎叶直立水面,如芦苇
陆生植物
形态
• 发达的根系 • 叶面小 • 单子叶植物叶面卷曲 • 具发达的贮水组织
生态类型
湿生植物 多生长在水边
中生植物 范围广
旱生植物 干旱环境
动物
水生动物
• 特殊结构如鳔、脂肪,克服下沉 • 鳃具有极大表面积,吸氧 • 调节渗透压维持水分平衡
陆生
陆生动物的水平衡调节机制
失水途经 皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水
补水途径 食物、代谢水、饮水
保水机制 • 减小皮肤的透水性 • 减少身体的表面蒸发 • 减少呼吸和排泄失水 • 利用代谢水
适应
具有防止水分过度蒸发和维持水分平衡 的功能
• 昆虫具有几丁质的体壁; • 爬行动物具有很厚角质层; • 鸟类具有羽毛和尾脂腺; • 哺乳类动物具有皮脂腺和毛发
土壤
概念
岩石圈表面的疏松表层,由固体、液体和气体组成的复 杂自然体,与植物、动物、微生物息息相关。
成分包括:母质、水分、养分、空气、有机质和微生物
土壤肥力
肥力因素: 水肥气热
是土壤物理、化学和生物等性质的综合反映
4个肥力因素能否相互协调以及能否稳、匀、足、适地供应给植物, 与土壤的基本性质有关。
土壤分布对植物分布的影响
土壤是植物固着的基本条件,又是供应水分和营养 物质的来源
由于土壤的地带性分布,使得植物呈现一定的地带性分布
土壤质地
对水分移动速度、持水量、通气性、土壤温度、土壤吸收能力、土壤微生物活动等各种物理、化学和生物性质均有较大影响,因而直接影响植物生长与分布
土壤水分
绝大多数植物的水分直接来源,对植物生长起决定性作用
土壤空气
影响土壤微生物的种类、数量和活动情况,从而影响植物的营养状况。
土壤温度
制约着植物的萌发与生长
土壤矿物质
大量、微量元素对植物的生长发育具有重要作用
酸碱度
对土壤的肥力性质具有重要影响,直接影响生物的生理代谢过程
有机质
植物养分的重要来源,能改善土壤物理、化学性质,促进植物生长发育,促进动物与微生物活动,提高土壤溶液的缓冲性能。
土壤生物
对有机物质的分解与转化、元素循环具有重要作用,并能影响和改变土壤物理和化学性质
植物对土壤的生态适应
按植物对土壤酸碱度反应
酸性土植物(柑橘,石松),中性土植物(决明,荆芥),碱性土植物(甘草,枸杞)
按植物对土壤钙质的反应
喜钙植物
嫌钙植物
按植物对盐分的生理适应特点
聚盐性 吸入大量盐分而正常生长
泌盐性 有盐腺,吸入大量盐分而又分泌出去
不透盐性 不吸或少吸入盐分
按植物对极端土壤环境适应
沙生植物:适合在沙土中生长
石生植物:生长在裸露基岩和碎石堆上的植物,一般为贫养植物
红树植物:热带亚热带海岸潮间带滩涂上生长的木本植物群落。
休眠: 生物抵御暂时不利环境条件的一种非常有效的生理机制。 在休眠期,生物对环境条件的耐受范围就会比正常活动时宽的多 • 如动物冬眠、夏眠和日眠 • 植物种子休眠时代谢率几乎下降到零
叶绿素吸收光的波长:610-720