环境篇 0pptConvertor.docx
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2.生物与环境--生态学
LIVING-THINGSANDENVIRONMENT---ECOLOGY
关系--Relationship依赖性
制约与影响
定义--Terminology
生态学生物与环境及其相互间的关系
生物与环境的关系是生态系统中的基本关系，二者是不可分割的统一体。
生态学不仅探讨生物自身的生物特征与生态特性，还要研究环境变化对生物的作用及其生物对环境的影响。
了解生物与环境之间的关系及其规律，对提高系统生产力和改善环境质量都有重要意义。
农业生物—环境系统的组成要素极为丰富并相互关联，是个复杂的系统，其中农业生物是主体，农业生物环境是基础。
系统是建立在物质循环、能量流动和信息传递的生物学过程中。
动植物残体及其排泄物被微生物分解，生产出沼气能和有机腐解产物、无机养分，养分又被植物吸收利用，再循环、再生产。
绿色植物的光合作用，将无机物转化为有机物，太阳能转化为生物化学能。
植物作为动物的食物，能量转送到动物体中；
（一）环境（Environment）：
是指作用于某一特定生物个体或群体以外的外界条件的总和。
包括生存空间以及维持生命活动所需的物质和能量。
环境总是针对某一特定主体或中心而言的，是一个相对的概念，离开了这个主体或中心也就无所谓环境，因此环境只具有相对的意义。
一、环境与生态因子
1.自然环境：
是指由大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈在不同地区相互组合所构成的环境，又称原生环境。
2.人工环境：
指由于人为因素的作用使自然环境的某些因素发生了局部变化，以扩大生物与环境的相互适应性，又称次生环境。
狭义的人工环境是指由在人工控制下的生物环境，即人类根据生物生长发育规律所需要的环境，进行人工模拟或单个因子的改造。
广义的人工环境是指用人的力量使自然环境发生局部变化，以适应生物的生长。
气候因素
土地因素
生物因素（一切非农业生产的目的生物）
所有作物栽培、家畜与家禽的饲养、引种驯化、人工管理的森林、草地及自然保护区的一些控制、防护措施等。
农业生物环境是由自然环境和人工环境复合而成的
人工环境
设施农业环境就是在人为营造和调控最佳的综合环境条件中，能够获得速生、优质、稳产、高产、低消耗和最大经济效益的人工环境。
如现代化的集约式“畜禽舍”、“塑料大棚”、“日光温室”等。
Facilityagriculture
（二）生态因子（EcologicalFactors）：
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。
物化因子：
温、光、风、湿、土壤营养因子：
食物种类与数量
生物因子：
种内及种间间的关系
生存因子：
生态因子中生物存在所不可缺少的环境条件。
自然资源因子：
在生态因子中，可作为原料和能量输入系统并能在系统中转换为生物产品的因子。
生态环境（EcologicalEnvironment）：
所有生态因子构成生物的生态环境。
1.气候因子：
如温度、水分、光、降水、风和雷电等
2.土壤因子：
包括土壤结构、土壤有机物和无机物成分的理化性质及土壤微生物等。
3.地形因子：
如地面的起伏、山脉的坡度和阴阳坡等。
这些因子对植物的生长和分布有明显影响。
4.生物因子：
包括生物之间的各种联系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。
5.人为因子：
把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。
人类的活动对自然界和其它生物的影响已越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都有直接或间接受到人类活动的巨大影响。
6.火因子：
影响动、植物的分布与更新
光的生态作用
（1）光质的作用：
不同的光质对植物的光合作用、
色素形成、向光性、形态建成的诱导不同。
植物的光合作用只能利用可见光区（380-760nm波长）的光，这部分辐射通常称为生理有效辐射。
可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。
长波光（红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素的形成，并抑制茎的伸长。
太阳辐射能（仿A.Mackenzieet.al,1999）
光的性质：
波长150－4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380－760nm之间的光为可见光。
绿色植物的光合作用有效范围是380－760nm之间。
紫外线400
可见光630
红外线1000
光对动物生殖、体色变化、迁徙、毛羽更换、生长发育有影响。
紫外光与动物维生素D产生关系密切，过强有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在340nm~240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。
200~300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体边面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。
光强的作用
光强强度对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加有重要影响；光还促进组织和器官的分化，制约着器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。
植物的光合器官叶绿体必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。
在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。
光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。
不同植物对光强的反应不一样，根据植物对光强适应的生态类型可分为阳性植物、阴性植物和中性植物。
阳性植物对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用的速率和代谢速率都比较高。
如蒲公英、桦树、栎。
a.阳性植物
Sunplant
b.阴性植物
阴性植物对光的需求远较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。
其光合速率和呼吸速率都比较低。
如人参、红豆杉、三七。
Shadeplant
中性植物对光照具有较广的适应能力，对光的需要介于上述两者之间，但最适在完全的光照下生长，也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。
如党参、沙参。
沙参
光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。
有些动物适应于在白天的强光下活动，称为昼行性动物；另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动，称为夜行性动物或晨昏性动物；还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光，白天黑夜都能活动。
昼行性动物（夜行性动物）只有当光照强度上升到一定水平（下降到一定水平）时，才开始一天的活动，因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。
美洲飞鼠
光照时间的作用
地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是生物的光周期现象。
根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。
长日照植物
是指在日照时间长于一定数值（一般14h以上）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。
Longdayplant
短日照植物
是日照时间短于一定数值（一般14h以上的黑暗）才能开花的植物，通常早春或深秋开花。
如牵牛花、水稻、烟草等。
Shortdayplant
中日照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12h左右），如甘蔗等。
中间型植物是在任何日照条件下都能开花的植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。
光周期对植物的地理分布有较大影响。
短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带，在生长发育旺盛的夏季，一昼夜中光照时间长。
如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。
同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花。
这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。
日照长度对植物休眠和地下储藏器官形成有影响。
许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。
鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受光照长短的影响。
长日照兽类：
野生哺乳动物（特别是高纬度地区的种类）都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖，如雪貂、野兔和刺猬等。
短日照兽类：
哺乳动物总是随着秋天短日照的来到而进入生殖期，幼子在春天条件最有利时出生。
如绵羊、鹿等。
温度的生态作用
（1）温度与生物生长发育：
生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50℃左右之间。
温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。
当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；当温度高于最适温度后，参与生理生化反应的酶系统受到影响，代谢活动受阻，势必影响到生物正常的生长发育。
当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。
不同生物的三基点温度是不一样的，即使是同一生物不同的发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。
范特贺夫定律（VantHoffLaw）:
在一定范围内,一般每升高10℃生物反应速率增加2～3倍。
温度与生物发育的关系一方面体现在某些植物需要经过一个低温“春化”阶段，才能开花结果，完成生命周期；另一方面反映在有效积温法则上。
“vernalizes”stage
有效积温法则的主要含义是植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。
阿伦规律（Allen）：
恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。
北极狐
赤狐
大耳狐
温度对动植物的形态发生有深刻影响：
北极的北极狐、温带的赤狐、热带大耳狐
温度及其变化对生物的分布特征有重要作用。
一般来说，气候暖和的地区生物种类多，寒冷地区生物种类少。
温度（Temperature）:
影响最显著.
活动,生殖,生长,发育,遗传,生存,行为,分布,
I）.生存范围狭窄,0~50.
细菌--130OC,-250.
昆虫（变温动物）--40~45,-30.
哺乳动物（恒温）--42.兔-45.狗-160.
II）.影响新陈代谢,如:
变温动物
选择场所,接受辐射热,.
加速新陈代谢生热,
水分蒸发散热
III）.对温度的一般反应:
变温动物--Poikilothermicanimals
温度直接影响体温变化
恒温动物--Homeothermicanimals
在一定范围内,保持体温恒定
（A）.一般反应规律:
昆虫
发育历期:
随T升高而历期缩短,停顿
产卵量:
不产,随T增加,适温狭窄,抑制性腺
寿命:
随T而逐渐缩短
发育历期:
影响世代数
个体发育产卵量:
影响出生率种群数量
寿命:
影响死亡率
（B）.温度与生长发育的线性关系:
以昆虫为例，
生长发育速度与温度成正比；
发育时间与温度成反比；
发育历期：
完成一定发育阶段所经历时间（N）.
发育速率：
发育历期的倒数（V）,即:
发育速率（V）=1/发育历期（N）
温度（T）与发育历期（N）或发育速率（V）关系的模式曲线图：
发育速率
发育历期
（C）.有效积温法则:
以昆虫为例，
完成某生长发育阶段需摄取一定热量的累积值为一常数,
其公式为:
K=NT;
然而,对生长发育起作用的是发育起点以上的温度,称发育起点温度.
在生长发育过程中摄取的总热量为有效温度之总和,
该总和称有效积温.“有效积温法则”公式:
K=N（T-C）
1）.若设两组温度处理，
（T1-C）N1=K
（T2-C）N2=K
（T1-C）N1=（T2-C）N2
T1N1-CN1=T2N2-CN2
T1N1-T2N2=CN1-CN2
T1N1-T2N2=C（N1-N2）
C=T1N1-T2N2/N1-N2
K=N1（T1-C）
K=N2（T2-C）
例如:
用20C和30C两组不同温度恒温培养粘虫卵,
N1=7天,T1=20C;N2=3天,T2=30C
C=T1N1-T2N2/N1-N2
C=20x7-30x3/7-3
=12.5C
K=（20-12.5）x7=52.5日度
K=（30-12.5）x3=52.5日度
2）.若设3组以上温度处理，
2）.若设3组以上温度处理，
设n个温度处理,其温度分别为T1,T2,T3,----------Tn;
其发育速率分别为V1,V2,V3,----------Vn;
按有效积温法则公式:
K=（T-C）N,V=1/N,
代入,得T=C+KV,
K=（EVT-EVET/n）/{EV2-（EV）2/n}
C=T-KV
例如:
以下为五个不同温度处理所获得粘虫卵发
育速度的试验数据;
温度（T）发育历期（日）发育速率（V）VTV2
15150.06671.00050.0044
1890.11111.99980.0123
2070.14282.85600.0204
253.450.28997.24750.0840
303.010.33229.96600.1104
E:
1080.942723.06980.2315
T:
21.60.1885
K=23.0698-0.9427x108/5/0.2315-（0.9427）2/5
=2.7075/0.0538=50.3日度
C=21.6-50.3x0.1885=12.1OC
（D）.有效积温法则的应用:
昆虫在适温区范围内为例，
1）.推测发生世代数
世代数（N）=k1/K
If,k1=869.3,K=685.2,N=1.27
2）.推测发生时期
D=K/T-C
If,C=12.1,K=50.4,气温为20度,
Then,D=50.4/（20-12.1）=6.38日
3）.设计培育温度
T=K/N+C
If,Trichogrammadendrolimi,需20天后放蜂,
Known,C=10.34,K=161.36,
Under?
Temperature,
Then,T=161.34/20+10.34=18.4度
Thatis,在18.4度温度条件下,20天后可出蜂.
黑龙江省农作物栽培的温区划分：
第一积温带（区）：
2700以上，
第二积温带（区）：
2550~2700，
第三积温带（区）：
2350~2550，
第四积温带（区）：
2150~2350，
第五积温带（区）：
1900~2150，
水的生态作用
（1）水是生物生长发育的重要条件：
首先水是生物体的组成部分；
其次水是很好的溶剂，许多化学元素都是在水溶液的状态下被生物吸收和运转；
再次水是生物新陈代谢的直接参与者；水是光合作用的原料。
因此，水是生命现象的基础，没有水也就没有原生质的生命活动。
此外，水有较大的比热，当环境中温度剧烈变动时，它可以发挥缓和调节体温的作用。
水还能维持细胞和组织的紧张度，使生物保持一定的状态，维持正常的生活。
（2）水对动植物数量和分布有重要影响
降水在地球上的分布是不均匀的，这主要因地理纬度、海陆位置、海拔高度的不同所致。
我国从东南至西北，可以分为3个不等雨量区，因而植被类型也可分为3个区，即湿润森林区、干旱草原区及荒漠区。
即使是同一山体，迎风坡和背风坡，也因降水的差异各自生长着不同的植物、伴随分布着不同的动物。
水分与动植物的种类和数量存在着密切的关系。
植物依其对水分需求划分为水生植物、陆生植物两大类型。
各类型下又分别划分为沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物、旱生植物和中生植物等。
土壤是陆地生态系统的基础，是具有决定性意义的生命支持系统，其组成部分有矿物质、有机质、土壤水分和土壤空气。
具有肥力是土壤最为显著的特性。
土壤的生态作用
土壤是由固体（无机体和有机体）、液体（土壤水分）和气体（土壤空气）组成的三相复合系统。
土壤是许多生物的栖息场所。
土壤中的生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物和少数高等动物。
土壤是生物进化的过渡环境。
土壤中既有空气，又有水分，正好成为生物进化过程中的过渡环境。
土壤是植物生长的基质和营养库。
土壤提供了植物生活的空间、水分和必需的矿质元素。
土壤是污染物转化的重要场地。
土壤中大量的微生物和小型动物，对污染物都具有分解能力。
除了上述分法以外，Simth（1935）曾把生态因子分成密度制约因子（densitydependentfactors）和非密度制约因子（densityindependentfactors）两大类,前者的作用强度随种群密度的变化而变化，因此有调节种群数量、维持种群平衡的作用；后者的作用强度不随种群密度的变化而变化，因此对调节种群密度不能起调节作用。
前苏联学者则根据生态因子的稳定程度将其分为稳定因子和变动因子两大类。
稳定因子是指终年恒定的因子，作用主要是决定生物的分布。
变动因子又可分为又可分为周期变动因子和非周期变动因子，主要是影响生物的数量。
这种分类法具有一定的独创性，为了解生态因子的性质有很大帮助。
二、生态因子的时空变化
及其对生物分布的影响
各种生态因子都影响到生物群落的分布，但其中起主要作用的是海陆分布、大气环流和由于各地太阳高度角的差异所导致的太阳辐射量的多少及其季节分布，亦即与此相联系的水热状况。
太阳高度角及其季节变化因纬度而不同，太阳辐射量及与其相关的热量也因纬度而异。
从赤道向两极，每移动一个纬度，气温平均降低0.5-0.6℃。
由于热量沿纬度的变化，出现生态系统类型有规律的更替，如从赤道向北极依次出现热带雨林，常绿阔叶林，落叶阔叶林，北方针叶林与苔原，即所谓的纬向地带性（latitudinalzonality）。
（一）纬度递变与纬度地带性
（二）经向递变与经向地带性
在北美大陆和欧亚大陆，由于海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，因此导致生态系统的经向分异，即由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。
有人把这种变化与纬度地带性并列，称为经度地带性（longitudinalzonality）。
实际上，两者是不同的，前者是一种严格的自然地理规律，后者是在局部大陆上的一种自然地理现象，而在其他大陆如澳大利亚，这种纬向变化就大不相同。
（三）垂直递变与垂直地带性
海拔高度每升高100米，气温下降0.6℃左右，或每升高180米，气温下降1℃上下。
降水量最初随高度的增加而增加，达到一定界限后，降水量又开始降低。
由于海拔高度的变化，常引起自然生态系统有规律的更替，有人称此现象为垂直地带性（verticalzonality,oraltitudinalzonality）。
（四）过渡带与非地带性变化
过渡带（intermediatebelt）又称生态交错带或群落交错区（ecotone），指的是两个或多个生态地带（或群落之间）的过渡区域。
过渡带是一个交叉地带或种群竞争的紧张地带，因为这里的环境条件比较复杂，能为不同的生态类型的植物定居，从而为不同的动物提供食物、营巢和隐蔽条件，群落中种的数目及一些种群密度比相邻群落大。
地球表面的海陆分布、地形起伏等不具备地带性规律，叫非地带性因素。
非地带性因素叠加在地带性因素上使生物的分布出现了非地带性（azonality）的变化。
地带性（zonality）。
（五）时间性递变（temporalrhythm）与周期性递变（cyclophysis）
生态环境具有明显的季节节律和昼夜节律，所以生物的分布也随时间而有明显的变化。
三、生态因子对生物作用一般特征
1．综合作用
2.主导因子作用（非等价性）
3.直接作用和间接作用
4．阶段性作用
5.不可替代性和补偿作用
（一）综合作用
环境中的各种生态因子不是孤立存在的，而是彼此联系、互相促进、互相制约，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子的变化。
各种生态因子密切联系在一起构成了生物的生态环境，并综合作用于生活其间的生物，使生物的生长发育、形态结构、生理功能发生了相应的变化。
光照、施肥与产量的关系（磅/英亩）
英Stansel（1961~1963）水稻
（二）生态因子的主导作用和辅助作用
在诸多环境因子中，常常有一、二个因子起着决定性的作用，称为主导因子。
对环境来说，主导因子的改变会使环境的全部生态关系发生改变，综合环境发生质的变化；对生物来说，主导因子的存在与否和数量的变化会使生物的生长发育发生发生明显的改变。
除主导因子以外的其他因子称为辅助因子。
辅助因子的改变虽然不表现质的变化，但同样会引起生物和环境性质在数量上的变化。
如果变化范围超过了生物的耐性范围，辅助因子也就变成主导因子。
主导与辅助是相对的。
不同的生物或相同生物的不同生育时期以及在不同的地区，其环境的主导因子都是可能不同的。
（三）生态因子的直接作用与间接作用
直接影响或参与生物新陈代谢的因子称为直接因子，如光、温、水、气和土壤养分等。
不直接影响生物，而是通过影响直接因子而影响生物的生态因子称为间接因子。
如地势起伏、地质结构等是通过影响光、温、水气和土壤因子。
间接因子对生物的作用虽然是间接的，但往往支配着直接因子，作用范围广，作用强度大，有时甚至构成地区性影响及小气候环境的差异。
（四）生态因子对生物具有同等重要性、不可替代性和互补性
生态因子具有各自的特殊功能与作用，每个因子对生物的作用是同等重要、缺一不可的。
生态因子在局部是可以补偿的。
也就是说某一因子数量不足，有时可靠另一因子而得到补偿，即所谓的互补性。
生态因子的补偿作用是有限的和有条件的。
只能在一定范围内部分补偿，而不能完全代替；生态因子间的补偿作用不是经常存在的。
（五）生态因子作用的阶段性
生物不同生长发育阶段要求不同的生态环境。
同一生态因子在生物发育的不同阶段，其作用不同，需求量不同。
即生态因子对生物的作用具有阶段性。
四、限制因子原理
阈值：
（threshold）任何一种生态因子对生物产生可见作用的最低量称为阈值。
如:
土壤中某种植物能够生长的最低湿度，生物能够生长的最低温度，植物能够进行光合作用的最低照度等。
（一）最小因子定律（Lawoftheminimum）
1840年德国有机化学家JustusVonLiebig在《有机化学及其在农业和生理学中的应用》一书中指出，作物的增产与减产是与作物从土壤中获
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