1、,农业生态学,教学目标,掌握有关生态学基本概念、基本原理的基础上，全面了解这些原理在农业中的应用。通过了解各种生态问题及其解决途径，吸收各国探讨环境可持续发展的思路和经验了解中国生产发展中的严峻生态问题，对相应的解决途径进行探讨。总的目标是通过该课程的学习使学生在今后实际工作岗位中能够推动我国经济的健康和持续发展，也为进一步深入开展生态学的教学和科研工作奠定基础。,学习方法,1.认真听课2.广泛阅读3.仔细观察4.用心感悟,学习教材,曹凑贵主编,面向21世纪课程教材生态学概论，北京：高等教育出版社，2002,主要参考书,李博主编生态学“21世纪课程教材”，北京：高等教育出版社
2、，2001。郑师章等普通生态学，上海：复旦大学出版社，1994祝廷成、钟章成，植物生态学，北京：高等教育出版社，1988何方应用生态学，北京：科学出版社，2003周鸿人类生态学，北京：高等教育出版社，1998孙儒泳普通生态学，北京：高等教育出版社，2000李振基生态学（非生物专业），北京：科学出版社，2000蔡晓明生态系统生态学，北京：科学出版社，2000骆世明农业生态学，北京：中国农业出版社，2001,主要参考书,CoxGW.,AtkinsMD.AgriculturalEcology.W.H.Freeman,1979.SanFranciscoOdum
3、EP.HundamentalsofEcology,5thEdition.Philadelphia:Saunders.1989Ricklefs,RobertE.Ecology,4thedition.W.H.Freeman(2)生物生产过程组；(3)陆地群落自然保护组;(4)海洋群落生物生产力组;(5)淡水群落生物生产力组;(6)人类适应组；(7)生物资源的利用与管理组。,人与生物圈计划(MAB):研究人类活动对生态系统的影响,是一项国际性的、政府间合作研究和培训计划。已有100多个国家参加。宗旨是通过自然科学和社会科学的结合，基础理论和应用技术的结合，
5、2500余项各种各样的行动建议，包括如何减少浪费和消费型态、扶贫、保护大气、海洋和生活多样化、以及促进可持续农业的详细提议。,二十一世纪议程,6、现代生态学的特点,生态系统生态学的研究成为主流从描述性科学走向实验、机理和定量研究。现代生态学向宏观和微观两极发展应用生态学发展迅速，实践应用性更强人类生态学的兴起和生态学与社会科学的交叉融合。,中国生态学研究展望,四.生态学知识体系,生态文化生态学原理生态学方法论,生态文化,基本内容：建立一种以生态学为核心的文化体系,建立起符合生态学原理的价值观念、思维模式、经济法则、生活方式和管理体系,改变以往那些不良观念,以生态学的思想与方式来
6、认识世界、观察世界。,1.生态文化,自然文化社会文化科学文化,生态保护：积极主动地进行生态保护，并致力于行动。,1.生态文化,(宣传),生态服装是指经过毒理学测试并具有相应标志的服装。从原料到成品的整个生产加工链中不存在对人类和动植物产生危害的物质；不能含有穿着使用过程中可能分解而产生对人体健康有害的中间体物质；服装使用后处理不得对环境造成污染。,1.生态文化,(衣),生态棉,生态保暖内衣,生态产品、绿色产品、环保产品、,1.生态文化,(食),生态旅游,1.生态文化,(行),生态公寓,1.生态文化,生态城,生态住宅,(住),1.生态文化,生态美护肤品,(用),生态产品、绿色产品、环保产品
7、、生态安全,1.生态文化,(标志、品牌、商标),生态产品、绿色产品、环保产品、,1.生态文化,(网络),生态设计,1.生态文化,漫画,文学,陆蠡的囚绿记,美国学者大卫奥尔1992年提出了“生态教养”（ecologicalliteracy）的概念。其实其“生态教养”指的是“生态文化教养”生态文化教养包括两大方面：一是关于人与自然关系的生态见识、态度和直观感受，即我们通常所说的真、善、美三个维度，它包括生态知识教养、生态伦理教养、生态审美教养；二是关于人类生活实践的生态教养，可以称为生态行为教养，即我们如何在现实的生态环境中实际地养成对待生态环境的良好行为习惯。,生态教养,生态教育观念的转
8、变,职业教育环境保护生态研究,树立生态观念储备生态知识形成生态思维,普及生态知识养成生态道德培养生态情感树立生态观念,专业教育,基础教育,普及教育,培养专业从业人员,培养具备生态知识背景的从业人员,培养具备生态道德的公民,让民众有生态文化；经济学家、领导、决策者有生态意识；管理者有生态思想；工程师、行业者有生态技术。,2、生态学原理,拟态：枯叶动物,生物分布,生态位原理,CGCao,最小种群原理,昆虫与植物协同演化,生态位,最小种群原理,种群动态及调节,种群动态,边缘效应，岛屿效应,边缘效应,岛屿效应,能量流动,信息流动,物质循环,信息传递,能量流动,污染、疫病的形成及控制
9、,污染形成,病害流行,3、生态方法论,（1）层次观：,（3）整体观：,（2）系统观：,（4）综合观：,（5）进化观：,生态学是“关系学”，生态学是“哲学”现代生态学的核心是生态系统生态学，系统学的方法成了生态学的重要手段。,生态学研究不同层次生命体系中生物与环境的关系。每一层次都有各自的结构和功能特征，高级层次的结构和功能是低级层次分工协作而来的。低级层次的结构功能必须在高层次中体现。,（1）层次观：,生态学研究生态系统中生物与环境的关系，系统内各要素相互联系、相互影响、关系复杂，掩一发而动全身。系统中某一要素受多种要素作用，他本身也作用于多种要素，多种要素相互作用还形成关系链、关系网：,（2
10、）系统观：,系统中的各个要素分工协作，构成一个整体，不可分分割。,（3）整体观：,整体与部分作用的差异,生态学研究面临的是“问题”和“对象”，如：“大熊猫怎么生存？”。至于用什么方法无须界定，成功的生态学家往往大量利用物理学、化学、数学、气象学等多个学科的研究方法和测量技术，又与一些基础学科如遗传学、进化论、生理学、行为学等相互交叉，现代生态学家们还广泛地吸收了系统论、控制论、信息论、协同论、突变论、耗散结构的新概念和新方法，深入地研究了生态系统的结构和功能。所以其研究过程具有宏大的综合特征。,（4）综合观：,光照（物理）,通风（物理）,采暖（物理）,纳祥（宗教）,小气候（气象）,植被、绿化
11、（生物）,取水、排水、排污（工程）,结构、面积、设计（数学、物理）,材料（化学）,生活（经济）,（5）进化观：,三十年河东、四十年河西；此一时，彼一时；沧海桑田；,1.生态文化,2.生态学原理,3.生态方法论,学习目的,充实、拓展,活学、活用,理解、应用,五、生态学的研究对象及内容,生态学的学科体系如何？,生物学研究对象的组织层次谱,1、生态学的研究对象,不同层次的生命体系,（1）按研究对象的生物组织水平可分为,个体生态学(Anecology)；种群生态学(Synecology)；群落生态学(CommunityEcology)；生态系统生态学(EcosytemEcology)
12、；景观生态学(LandscopeEcology)；区域生态学(RegionalEcology)；全球生态学(GlobalEcology)。,2、生态学的分支学科及研究内容,（2）按生物分类类群划分,普通生态学(GeneralEcology)、动物生态学(Zoo-Ecology)、植物生态学(PlantEcology)、微生物生态学(MicrobialEcology)；还有更具体的生物类群，如昆虫生态学(InsectEcology)、鱼类生态学(FishEcology)、鸟类生态学(BirdEcology)、兽类生态学等(BeastEcology)；此外，还
13、有独立的人类生态学(HumanEcology)。,（3）按生物栖自场所划分,陆地生态学(TerrestrialEcology)如：森林生态学(ForestEcology)、草原生态学（steppeecology）、沙漠生态学（desertecology）等；水域生态学(AquaticEcology)如：海洋生态学(MarineEcology)、淡水生态学(FreshwaterEcology)；更具体的划分有：热带生态学(TropicEcology)、湿地生态学(MashyEcology)、山地生态学(MountainyEcology)等。,（4）按生态学与其它科
14、学的交叉划分,生理生态学(PhysiologicalEcology)、进化生态学(EvolutionaryEcology)、数学生态学(MathematicalEcology)、化学生态学(ChemicalEcology)、能量生态学(EnergyEcology)、物理生态学(PhysicalEcology)、地理生态学(GeographicEcology)等。,（5）按应用领域划分,农田生态学(FarmlandEcology)、农业生态学(Agroecology)、渔业生态学(FisheryEcology)、家畜生态学(LivestockEcology)
15、、森林生态学(ForestEcology)、草地生态学(GrasslandEcology)、污染生态学(PollutionEcology)、自然资源生态学(EcologyofNaturalResources)、城市生态学(UrbanEcology)、生态经济学(EcologicalEconomics)、恢复生态学(RestorationEcology)、生态工程学(EngineeringEcology)、景观生态学(LandscopeEcology)、人类生态学(HumanEcology)、生态伦理学(EcologicalEthics)等。,（6
16、）按研究方法划分,野外生态学(FieldEcology)实验生态学(ExperimentalEcology)理论生态学(TheoreticalEcology),生态学的变化关系及发展,生物学蛋糕,3、生态学的地位,4、生态学与生命科学的关系,我国已进入资源与环境问题约束的新时期生态学是解决资源环境与经济社会发展难题的核心学科。远已超出生物学的范畴。“生态建设”、“生态产业”、“生态安全”、“生态文明”已成为国家经济社会发展的基本任务。未来诸多领域、行业和部门都将对生态学人才呈现数量增多、专业多样的需求。,增设生态学一级学科的原因和理由,5、生态学增设为一级学科,植科院：
18、环境系统之间相互作用、适应进化、协同发展的规律。（理学）生态工程与技术：依据生态学原理及系统工程方法，研究农牧业、林业、水域等生态系统的系统设计、改造、提升、修复途径和技术。（工学）生态规划与管理：研究生态功能区划与土地利用布局、产业结构规划与区域生态承载力的生态规划、管理、调控、优化和评价。（管理学）,目前生态学二级学科的指导意见：,野外与现场调查实验室分析模拟实验数学模型与计算机模拟生态网络及综合分析,六.生态学研究方法,野外与现场调查：在调查中除了要应用生物学、化学、物理学、地学、气象学等方面的知识和手段外，时常需要现代化的调查工具，如调查船、飞机甚至人造卫星等，采用
19、先进技术和仪器，如示踪元素、无线电追踪、遥感、遥测等。,CGCao,CGCao,ChinaFLUX的主要仪器设备,Nash的农业生态系统室,Metcalf的实验微生态系统,CGCao,模拟实验,生物圈2号,CGCao,生物圈2号外景,CGCao,生物圈2号内景,GIS处理输出的包头市SO2分布图,CGCao,鼎湖山自然保护区航空像片图,CGCao,中国生态系统研究网络（CERN）生态定位站分布图,CGCao,CGCao,CGCao,CGCao,开垦处女地运动,1.人类可持续发展的意义,七、生态学与人类可持续发展,寂静的春天,RachelCars
20、on,林业“以需定产”,以粮为纲,提高粮食产量,扩大粮食面积,开垦草场,毁林开荒,围湖造田,土壤沙化,水土流失,土壤盐渍化,单产下降，粮食减产,粮食不能完成任务,“以粮为纲”,CGCao,“以粮为纲”,2.可持续发展思想的酝酿与形成,1972年6月联合国在瑞典的斯德哥尔摩召开了人类环境会议，为可持续发展奠定了初步的思想基础。1987年，挪威首相布伦特兰夫人主持的世界环境与发展委员会，在长篇专题报告我们共同的未来中第一次明确提出了可持续发展的定义1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了环境与发展大会，共183个国家的代表团和联合国及其下属机构等70个国际组织的代表出席了会议，102
21、位国家元首或政府首脑到会讲话。这次大会深刻认识到了环境与发展的密不可分。,3.可持续发展的定义,是指既满足当代人的需要，又不损害后代人满足需要的能力的发展。概念的补充：既满足一地区人们的需要，又不损害其他地区人们需要的发展。可持续发展是指既满足现代人的需求又不损害后代人满足需求的能力。换句话说，就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。,4.可持续发展的主要内容,经济、社会、生态的可持续发展。社会：和谐的人际关系、人与自然关系，稳定的
22、社会结构；生态：恰当的人口增长，资源开发和污染物排放不超过环境的承载能力；经济：持续的资源利用和能源供给，使资源的开发不大于资源的再生速度，达到资源的再生利用；,5.可持续发展的核心问题与核心思想,核心问题：人口问题、资源问题、环境问题与发展问题。简称PRED问题。核心思想：人类应协调人口、资源、环境和发展之间的相互关系，在不损害他人和后代利益的前提下追求发展。,经济持续,社会持续,环境持续,6.可持续发展基本原则,可持续、共同性、公正性原则可持续性：要和谐发展，环境资源利用的持续性；共同性：人类生活在同一地球上，地球的完整性和人类相互依存表现了人类根本利益的共同性；公正性：代内
23、、代际公正，和环境公正。,7.中国的可持续发展,中国的生态环境特别脆弱中国地少物薄，基本资源人均占有量极低，先天条件脆弱。人口增长速度快，人口数量还有很大增长；东西部地区差异大。中国作为一个农业比重很大的国家，实现可持续发展更要防止生态破坏，特别强调保护耕地、林地和草原，防止土壤退化和沙漠化，预防自然灾害。,8.中国可持续发展战略框架,本章重点,1、生态学的基本涵义；生态学和生态系统的首次提出者。2、五大生态危机。3、谈谈中国生态学研究发展之路。4、生态文化的理解和应用。5、联系实际，谈谈你对生态学观点的认识。,2.生态系统中的生物与环境,CGCao,2.1生物与环境关
24、系的基本概念2.2生态作用的基本规律2.3生态适应的基本规律2.4主要生态因子的生态作用及生物的适应性2.5生物的生态反作用,2.1生物与环境关系的基本概念,CGCao,2.1.1生物种与个体生态学2.1.2环境与生态因子2.1.3生物与环境的基本关系,牛是牛马是吗，牛马不相干；指鹿为马是错误的；亚里士多德，物种是永恒不变的。上帝造物种：,（1）物种划分的简单性,CGCao,2.1.1生物种与个体生态学,1.物种,（2）物种分类的复杂性,形态学种：是一群在外观上不同的生物，例如我们可以分辨出鸡和鸭，但四不像让人们困惑！以至于林奈认为有些事仿制品！,麋鹿：鹿角
25、、马面、牛蹄驴尾，乃四不像也,英国设计的四不像完美宠物,物种(species)是指一类生物个体的集合，其中的个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。,CGCao,一方面，马和驴可交配产生骡另方面，水稻籼粳杂交困难,但是：,遗传学种：,物种分类的复杂性,生物学种或隔离种：是一组能够或潜在能够相互配育的生物。,配偶识别种：是一群能够把种群中的其它个体识别为潜在配偶的生物。,分类学的困境,希腊哲学家，亚里士多德，认为生物可严格区分为不同的“物种”，而且物种是永恒不变的。18世纪林奈以生殖为生物分类。但受当时欧洲创造论的影响，认为所有物种由神独立创造，物种间并无任何联系。
26、林奈对一些差异极微的物种感到困惑，因而提出一些物种为完美的，样板的；另一些则是仿造的。19世纪，拉马克认为生物可以把需要的特质遗传后代，其最大贡献是提出不同物种之间可以有连续不断的系谱。因而，分类法开始强调物种之间是如何演变。他在1809年的著作动物学哲学首先否定创造论，后来达尔文的进化论广为接受。后来有适应突变、人工选择从遗传学观点来看：物种是一个具有共同基因库的、与其他类群有生殖隔离的类群，这个定义把有无基因交流作为划分物种的主要依据。,大洋洲及太平洋岛屿的）与事实不符。,分类的对象是形形色色的种类，都是进化的产物；分类学在于阐明种类之间的历史渊源，使建立的分类系统反映进化历史。因而
28、栖息地环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态、生理及生化机制。由于个体生态学涉及生物个体的生活及生物种的生存和进化，所以可定义个体生态学是研究生物个体发育(Individualdevelopment)、系统发育(Systematicdevelopment)及其与环境关系的生态学分支。,2.个体生态学(Anecology),CGCao,个体发育与系统发育,个体发育与系统发育,CGCao,适者生存,CGCao,广义的环境（Environment）是指某一主体周围一切事物的总和。在生态学中，环境是指生物的栖息地。生物是环境的主体，某一特定生物体或群体以外的空
29、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。,1.环境的概念,CGCao,2.1.2环境与生态因子,(1)按环境的主体分：以人为主体的人类环境，以生物为主体的生物环境。(2)按环境性质分:自然环境;半自然环境;社会环境。(3)按人类对环境的影响与否分:原生环境(自然环境);次生环境(半自然环境和人工环境)。(4)按环境范围大小分:宇宙环境（星际环境）;地球环境;区域环境;微环境;内环境,2.环境的类型,CGCao,宇宙环境,地球环境,区域环境,内环境,微环境,CGCao,不同等级生命体系的的环境,CGCao,构成环境的各要素称为环境因子。环境因子
30、中一切对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的因子则称生态因子(Ecologicalfactor)。生态因子中生物生存不可缺少的因子称为生物的生存因子(或生存条件、生活条件)。所有的生态因子综合作用构成生物的生态环境（Ecologicalenvironment）。具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称为生境（Habitat）。环境因子、生态因子、生存因子是既有联系，又有区别的概念。,3.生态因子的概念,CGCao,(1)气候因子(Climaticfactors),如光、温、湿度、降水量和大气运动等因子。(2)土壤因子(Edaphic
31、factors),主要指土壤物理、化学性质、营养状况等,如土壤的深度、质地、母质、容重、孔隙度、pH、盐碱度、肥力等。(3)地形因子(Topographicfactors),指地表特征，如地形起伏、海拔、山脉、坡度、坡向、高度等地貌特征。(4)生物因子(Bioticfactors),指生物之间的相互关系，如种群结构、密度、竞争、捕食、共生、寄生等。(5)人为因子(Anthropogenicfactors),即指人类活动对生物和环境的影响。,4.生态因子的类型I,CGCao,美国生态学家将环境因子分为3大类：气候类;土壤类;生物类。这三大类可归结为7个并列的项目：土壤、
32、水分、温度、光照、大气、火、生物。,CGCao,5.生态因子的类型II,(1)第一周期性因素，是指由地球自转或公转及月相变化形成的光、温、潮汐的日、月、季节、年的周期性变化，(2)次生性周期因素，取决于第一性周期因素，如太阳辐射和温度周期性变化导致大气湿度、降水量周期性变化。(3)非周期性因素，指突发性或间断性出现的因素，如暴雨、山洪、冰雹、蝗灾及火山喷发、地震、地外物体撞击等突发性灾难，生物对这类因素很难形成适应性。,CGCao,6.生态因子的类型III,2.1.3.生物与环境的基本关系,环境对生命系统的影响称为生态作用(Ecologicalaction)；生命系统改变其自身
34、CGCao,4.生态反作用与Gaia假说,生命系统在其生命活动中对环境也起着改造作用，如植物的生长使岩石碎屑形成土壤；生命活动也使池塘变浅直至填平；植物的光合作用使地球古大气从缺氧变成富氧状态等。地球大气的化学成分、温度和氧化状态受天文的、生物的或其他的干扰而发生变化，产生偏离，生物通过改变其生长和代谢，如光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，呼吸作用吸收氧气释放出二氧化碳，还有排泄废物、分解等，对偏离做出反应，缓和地球表面的这些变化。,自从36亿年前地球上有生命以来,太阳的发热能力已经增强了25%，然而地球却保持了有利于生命存在的温度。太阳辐射强度增减10%就足以引起全球海洋蒸发干涸或全
36、地区湿润程度，不只决定于降水量一个因素，而是诸气象因素相互作用的综合效应。湿润程度决定于水分收入(降水)和水分支出(蒸发、蒸腾、径流和渗漏等)。而蒸散是太阳辐射、温度、大气相对湿度、风速以及地表复盖等诸因素综合作用的结果。,0.16t（活动积温）,K（干燥度）=,r（降水）,1.因子的综合作用,CGCao,P,d,K（干燥度）=,K（干燥度）=,K（干燥度）=,K（干燥度）=,P降水量E蒸散量t温度d饱和度N降水天数,2.因子的主次作用,颜色深浅表示因子的重要程度,直接作用,间接作用,CGCao,系统思考与系统动力学,系统思考与公共系统管理,3.因子的交互作用,CO2浓度(mg
37、/L),100,60,40,80,20,120,100,200,300,400,500,600,700,800,吸收CO2mg/(g鲜重min),700lx,350lx,70lx,4.同等重要不可替代和补偿作用,CGCao,5.因子的间接作用,CGCao,玉米不同生长阶段对水分和温度的要求,6.因子的阶段作用,CGCao,1.生态因子的纬向递变性2.生态因子的经向递变性3.生态因子的垂直递变性4.生态因子非地带性变化（生态因子的地形变化）,2.2.3生态因子的时空变化规律,CGCao,1.生态因子的纬向递变性,南热带,中热带,北热带,南亚热带,中亚热带,北亚热带,南温
38、带,中温带,北温带,南,北,热带雨林,亚热带常绿阔叶林,温带落叶林,寒温带针叶林,CGCao,热带雨林,亚热带常绿阔叶林,温带落叶林,寒温带针叶林,CGCao,生态因子的纬向递变性与植被,自北向南的土壤分布顺序大致为：冰沼土、灰化土、生草灰化土、灰色森林土、黑土、栗钙土和荒漠土；我国东部和东南沿海由于季风气候的影响，自北向南土壤分布为：灰棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、黄褐土、黄壤、红壤和砖红壤。动物的种群分布也存在明显地带性。,生态因子的纬向递变性与土壤,CGCao,2.生态因子的经向递变性,CGCao,CGCao,生态因子的经向递变性与植被,3.生态因子的垂直递变性,C
39、GCao,色季拉山森林类型及垂直分布,CGCao,海洋藻类的垂直分布,CGCao,植被的垂直分布,4.生态因子非地带性变化,CGCao,CGCao,生态因子非地带性与植被分布,生态因子受生物群落影响的非地带性变化,CGCao,3.3.1生物的耐受性3.3.2协迫与生态适应3.3.3生态适应方式与机制3.3.4生态适应与生物进化,3.3生态适应的基本规律,生理紧张带,环境梯度,分布中心,生物最多,生物不多,生物不多,没有生物,没有生物,耐受上限,耐受下限,不能忍受带,不能忍受带,种群数量,1.耐性定律,CGCao,2.3.1生物的耐受性,(1)不同生物的耐性不同
40、(2)同一生物不同时期的耐性不同(3)对不同因子的耐性无可比性(4)不同因子的耐性可相互影响(5)生物的耐性可人为改变（驯化）,2.耐性的变化,CGCao,),95%,85%,90%,适合度,25,20,30,40,温度/,35,适合度,85,80,90,100,相对湿度%,95,30,32.5,35,耐性受其它因子的影响,CGCao,生长量,温度,10,20,30,40,在18C驯化,在32C驯化,金鱼在两种不同温度下锻炼后的耐性变化,耐性的锻炼及变化,CGCao,定义：每个种对环境因子适应范围的大小窄食性(Stenophagic)、广食性(Euryphagic)
41、窄温性(Stenothermal)、广温性(Eurythermal)窄水性(Stenohydric)、广水性(Euryhydric)窄盐性(Stenohaline)、广盐性(Euryhaline)窄栖性(Stenokecious)、广栖性(Euryoecious)。,3.生态幅(Ecologicalamplitute),CGCao,环境梯度,活动性(生长、繁殖),A冷窄温,B广温,C暖窄温,最低,最高,最适,最适,最适,最低,最高,生态幅的差异,CGCao,狭光与广光动物,CGCao,实际耐性比潜在耐性要窄;维持一定的耐性需要消耗代谢能;适应极端环境时，为提高对
42、某一因子的忍耐要牺牲对其他因子的耐性;通过内稳态可提高耐性;休眠可躲避不利因子而间接提高耐性。,4.生物的耐性机制,CGCao,1.胁迫,自然界中的生物并非都在环境因子的最适范围内生存，在适宜区之外到最低点或最高点之间的区域称为耐受区,此时生命活动要遭受一定程度的限制,即胁迫(stress)。,2.3.2协迫与生态适应,2.环境胁迫与生物体响应过程,(1)预警阶段:(2)抗性阶段:(3)耗尽阶段:(4)再生阶段:,3.胁迫下个体的反应与存活,生物体如果能够防止胁迫，或者其最易受伤害和不可缺少的器官的胁迫抗性足够强，或有恢复能力足以修复损伤的话，那么该个体在胁迫生境下存活是可能的。
44、能力的调节,（1）驯化。（2）耐受性的节律变化。（3）休眠。（4）内稳态与生态适应。,2.3.3生态适应方式与机制,形态适应行为适应生理生化适应适应组合,1.形态适应,2.行为适应,3.生理生化适应,由于生态因子之间相互作用的关联性、协同性和增效性，生物对环境的适应通常并不仅仅表现在形态适应，或生理生化适应，或行为适应一种单一的机制，往往要涉及到一组(或一整套)彼此相互关联的适应性，这一整套协同的适应特性称为适应组合（Adaptivesuites）,4.适应组合,骆驼的适应组合,2.3.4生态适应与生物进化,趋同适应与生活型趋异适应与生态型生物进化生态位,基因、突变、选择
45、、进化与适应分子生态学,不同生物适应相同环境产生了相同的适应叫趋同适应趋同适应产生的相同生态习性的不同生物类群叫生活型,1.趋同适应与生活型,鲨鱼,鱼龙,海豚,CGCao,非洲沙漠浆草,霸王花,仙人掌,生活型,CGCao,饶基耶尔(Raunkier)的生活型图解(Raunkier，1934)1.高位芽植物;23.地上芽植物;4.地面芽植物;59地下芽植物,生活型分类,CGCao,同种生物适应不同的环境产生了不同的适应叫趋异适应趋异适应产生的同种生物的不同基因型类群叫生态型气候生态型（籼稻与粳稻）土壤生态型（水稻与陆稻）生物生态型（红花碗豆与白花碗豆）,2.趋异适
46、应与生态型,CGCao,CGCao,3.生态位(niche),生物完成其正常生活周期所表现的对特定生态因子的综合适应位置,一个物种所划定的多维体就可以看作生态位的抽象描绘，他称之为基本生态位(基础生态位)。但在自然界中，因为各物种相互竞争，每一物种只能占据基本生态位的一部分，他称这部分为实际生态位。实际生态位小于基本生态位。,在没有任何竞争或其它敌害情况下，被利用的整组资源称为“原始”生态位（fundamnentalniche）。因种间竞争，一种生物不可能利用其全部原始生态位，所占据的只是现实生态位（realizedniche）。,基础生态位与实际生态位,物种,生态位宽度,生态位宽
47、度（nichebrendth）是指物种利用资源多样性的一个指标。生态位宽度也就是有机体单位所利用的各种各样不同资源的总和。在现在资源谱中，仅能利用一小部分资源的生物，就称为狭生态位的，而能利用其很大部分资源的生物则称为广生态位的。,生态位宽度，又称生态位广度、生态位大小。Levins公式：,=,=,Bi为物种i的生态位宽度，Pij=Nij/Yi是第i个物种利用资源状态j的个体占总数的比例。,生态位宽度以香农威纳多样性指数为基础生态位指数计算。为减少计算，可把资源分为若干等级，并调查记录各个物种利用资源等级的数值。式中Bi为i种的生态位宽度；Nij为i种利用j资源等级的数值；r为生态位资
48、源的等级数。生态位宽度的变动范围从0到1，0表示没有利用，1表示对所有的等级同样地利用了。,生态位宽度的计算公式,公式中Oij代表物种i和物种j的生态位重叠；Pia和Pja分别代表物种i和物种j对资源a（a=1n）的利用部分，或者说物种i和物种j中利用资源a（a=1n）的个体数。,把两个物种对一定资源位(即n维生态因子空间中的一点或一很小的体积)的共同利用程度作为生态位重叠。,食物量,食物量,食物量,基本上重叠,彼此部分重叠,完全分离,生态位重叠（nicheoveriap）,教育生态位与教育改革社会生态位与正确定位产业生态位与结构调整经济生态位与发展生态位企业生态位与生存竞
50、和点,光合作用,呼吸作用,光合作用率,净生产力,光补偿点,光饱和点,呼吸作用,光合作用,光合作用率,净生产力,光强与光合作用,CGCao,2.光强的生态作用,植物对光强的适应,CGCao,CGCao,阳性植物,阴性植物,CGCao,CGCao,阴阳结合,4,6,8,10,12,14,16,18,20,春分,夏至,秋分,冬至,10,20,30,40,50,60,（1）光长及变化,CGCao,3.光长的生态作用,长日照植物：牛旁、紫苑、凤仙花和除虫菊等，作物中有冬小麦、大麦、油菜、菠菜、甜菜、甘蓝和萝卜等。短日照植物：牵牛、苍耳和菊类，作物中则有水稻、玉米、大豆、烟草、麻
51、、棉等。日中性植物：黄瓜、番薯、四季豆和蒲公英等，,（2）植物对光长的适应：光周期现象,CGCao,日照长度的变化对哺乳动物的换毛和生殖，对鸟的迁飞等有十分明显的影响。长日照兽类：雪貂、野兔和刺猬等短日照兽类：绵羊、山羊和鹿鸟类生殖腺的年周期发育与日照长度的周期变化完全吻合。在鸟类生殖期间人为改变光周期可以控制鸟类的产卵量。,CGCao,（3）光长对动物的影响,平均温度极端温度积温温周期,2.4.2温度的生态作用及生物的适应性,CGCao,致死低温区,亚致死低温区,亚致使高温区,致死高温区,温区,温度对生物的作用,原生质结冰，组织冻结破坏，以致死亡。,代谢过程很慢，
53、,最低,最高,最适15,最低,最高,最适45,苔藓植物,沙漠灌丛,三基点温度,CGCao,2.植物的低温伤害与适应,（1）冷害(chillinginjury)冰点以上的低温对植物造成的伤害（2）冻害(freezinginjury)是指冰点以下的低温使植物组织内结冰而引起的伤害,冷害,冻害,冷害引起的生理生化变化,生化反应失调：水解酶类活性合成酶类氧化磷酸化解偶联，ATP含量减少呼吸代谢失调：光合作用受阻：原生质流动受阻：ATP减少，原生质粘性增加吸收机能减弱：,冷害,膜脂相变液相固相,膜结合酶失活,膜破裂,骤冷,渐冷,膜紧缩,膜透性增加,膜透性降低(根),胞
54、内溶质外渗,直接损害,阻碍吸水,派生干旱损害,抑制光合与呼吸,代谢破坏,间接损害,冷害机理,（1）结冰伤害：胞间结冰胞内结冰,（2）膜损伤假说膜对结冰最为敏感膜透性加大，电解质外渗膜脂相变，膜结合酶游离而失活。,（3）巯基假说Levitt(1962)认为结冰对细胞的伤害主要是低温下破坏了蛋白质空间结构，使分子中的-SH暴露，氧化形成-S-S-键，破坏了蛋白质活性。,冻害机理,芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，植物体表面生有腊粉和密毛，植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等，反射光,3.植物对低温的形态适应：,CGCao,CGCao,植物对温度的适应,CGCao
55、,减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力。可见光谱中的吸收带较宽，并能吸收更多的红外线，一些植物的叶片在冬季由于叶绿素破坏和其他色素增加而变为红色，有利于吸收更多的热量,4.植物对低温的生理生化适应：,CGCao,适应变化,细胞含水量降低：自由水/束缚水比值下降保护性物质的积累：脂肪、蛋白质和糖类，淀粉可溶性糖，使细胞液的冰点下降。不饱和脂肪酸含量越高，膜脂相变温度越低，越耐低温。内源激素的变化：IAA、GA下降，ABA上升，抑制生长，促进脱落、休眠。呼吸减弱,冬小麦低温锻炼前后质膜的变化A锻炼前的细胞，水在通过细胞质时可能发生结冰B锻
56、炼后的细胞，水通过质膜内陷形成的排水渠，直接排出到细胞外,Bergmam规律：降低比表面积Allen规律：缩减无效附件休眠：（冬眠、夏眠、昼眠夜出）,CGCao,5.动物对低温的适应,A.非洲大耳狐B.赤狐C.北极狐,6.积温定律,喜凉作物：小麦、早熟的马铃薯需要l0以上的有效积温为10001600；温凉作物：番茄等需有效积温15002100；喜温作物：玉米、棉花等约为20004000；耐热作物：柑桔和椰子约40005000。,CGCao,CGCao,CGCao,7.变温与温周期性,CGCao,促进某些种子萌发促进植物生长提高产品质量影响动物的
58、四时,CGCao,CGCao,植物物候变化对气候变暖的响应,加拿大西部山杨比半个世纪前提早了26天发芽。北美19591993年间春季生物的物候提早了6天。在欧洲，19591993年期间，叶子提早6天发芽，秋季叶子推迟5天变色，即春季事件平均提前大约6天，而秋季事件平均推迟大约5天。,2.4.3水分的生态作用及生物的适应性,CGCao,生物起源于水环境水是生物体不可缺少的组成成分，水是生物代谢过程中的重要原料。生是生物新陈代谢的介质水分保持植物的固有姿态、保持动物体水分平衡水能调节体温,1.水的生理生态作用,CGCao,2.动物对水的适应,CGCao,昆虫的几丁质体壁；烟管螺产生膜以封闭壳口适应低湿条件；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；爬行动物的角质层；鸟类的羽毛和尾脂腺；哺乳动物有尾脂腺和毛。,(1)动物对水的形态适应,CGCao,骆驼可以17d不喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走。它不仅具有贮水的胃，驼峰中还储藏有丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和