成人高考生态学基础知识点汇总

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第一章 绪论

第一节 生态学的概念和研究内容

1. 生态学的概念

生态学是研究有机体与其周围环境(包括非生物环境和生物环境)相互关系的科学。非生物环境是指光、

温、水、营养物质等理化因素,生物环境则是指同种和异种的其他有机体。生态学这一概念最初是由德国

生物学家 Haeckel 于 1869 年提出的。

2. 生态学的研究对象和内容

研究对象:生态系统。

研究内容:早期生态学是研究生物与环境之间相互关系的生物学分支,经典生态学研究的最低层次是有机

体(个体)。现代生态学的研究对象是由生物与环境相互作用构成的整体——生态系统。(1)个体生态学;

(2)种群生态学;(3)群落生态学;(4)生态系统生态学;(5)景观生态学;(6)全球生态学。

3. 生态学的分支学科

(1) 根据组织层次分类

按研究对象的生物组织水平可分为:个体生态学、种群落生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学。

(2)根据生物类群分类

按生物分类类群划分有:普通生态学、动物生态学、植物生态学和微生物生态学;还有更具体的生物类群,如昆虫生态学、鱼类生态学、鸟类生态学和兽类生态学等;此外,还有独立的人类生态学。

(3)根据生境类型分类

按生物栖息场所及生境类型划分有:陆地生态学和水域生态学。陆地生态学又包括森林生态学、草原生态学和沙漠生态学等;水域生态学包括海洋生态学、淡水生态学和河口生态学。更具体的划分有:热带生态学、湿地生态学和山地生态学等。

(4)根据研究方法分类

按研究方法划分有:野外生态学、实验生态学和理论生态学等。

(5)根据交叉学科分类

按生态学与其他科学的交叉划分有:生理生态学、进化生态学、分子生态学、数学生态学、化学生态学、能量生态学和地理生态学等。

(6)根据应用领域分类

按应用领域划分有:农田生态学、农业生态学、家畜生态学、渔业生态学、森林生态学、草地生态学、污染生态学、自然资源生态学、城市生态学、生态经济学、恢复生态学、生态工程学、景观生态学、生态学和生态伦理学等。

第二节 生态学的发展简史及发展趋势

1. 生态学的发展简史

一、生态学的萌芽时期(公元 16 世纪前),公元前 450 年亚里士多德不仅描述了动物不同类型的栖息地,还按动物生活环境的类型把动物分为水栖和陆栖,按食性分为肉食、草食、杂食及特殊四类。

二、生态学的建立时期(公元,17 世纪至 19 世纪末)。1895 年达尔文的《物种起源》问世。1866 年 Haeckel 提出 ecology一词,并首次提出了生态学定义。1895 年丹麦瓦尔明著《植物生态学》,1898 年德国生态学家辛伯尔著《以生理学为基础的植物地理学》,这两本书全面总结 l9 世纪末叶之前生态学的研究成就,被公认为生态学的经典著作,标志着生态学作为一门生物学的分支科学的诞生。

三、生态学的巩固时期(20 世纪初至 20 世纪50 年代)。1949 年,W.C.Allee 等合著的《动物生态学原理》出版,被认为是动物生态学进入成熟期的重要标志之一。在这时期形成了几个著名的生态学派,主要有:1.英美学派。2.法瑞学派。3.北欧学派。4.前苏联学派。

四、现代生态学时期(20 世纪 60 年代至现在)。1935 年,英国植物生态学家坦斯利首先提出生态系统的概念,并于 1939 年提出了“生态平衡”的概念。1965 年,联合国教科文组织制定了“国际生物学研究计划”(IBP),研究地球生命与环境系统及其基本过程;1970 年,该组织又制定出“人与生物圈计划”(MAB),建立大协作,开展全球性生态系统的研究;1972 年 6 月,在瑞典首都斯德哥尔摩探讨全球环境保护的战略,发表了《人类环境宣言》,会议呼吁“只有一个地球”;1992 年从生态学角度出发,提出了“可持续发展”的理论。20 世纪 60 年代以来,生态学已发展成为国际上最活跃的前沿学科之一。

2. 现代生态学的特点及发展趋势

1.系统理论在生态学中广泛应用,生态系统生态学研究成为生态学发展的主流,系统分析方法成为生态学的方法论基础。

2.现代生态学向宏观和微观两极发展,宏观方向发展到全球生态学,成为主流;微观方向发展到分子生态学,其成果同样重大不容忽视。

3.应用生态学迅速发展;生态学不再仅是一门解释自然的科学,而成为改造自然的武器。如生态学与环境问题研究结合促进了污染生态学、保护生态学、生态毒理学和恢复生态学等学科的发展。与社会科学、经济学等结合,相继出现了生态伦理、生态经济、生态工程、生态技术、生态建设和生态管理等概念。

4.传统生态学的定量化进一步发展,在系统生态学发展的同时,传统生态学由定性描述发展到定量研究。

3. 我国生态学的研究与发展

1949 年以后陆续进行了一些较大规模的生物考察。1972 年,我国参加人与生物圈计划(MAB)的国际协调理事会并当选为理事国,1978 年以后,正式建立了我国的“人与生物圈”研究委员会,并陆续在长白山温带森林区、内蒙锡林廓勒草原区、新疆荒漠区和青海高寒草原区建立生态学系统研究站,组织多学科、

采用新方法对森林、草原、荒漠等生态系统的结构、功能、生产力、能量及物质循环开展综合研究。目前,我国生态学理论研究,取得了一些国内外瞩目的成果,在生态学的许多应用学科领域,如农田生态学、农业生态学、植物生态学等,先后出版了多部生态学著作;污染生态学、资源生态学、城市生态学以及生态系统工程学等,在我国都获得了较快的发展。在研究内容方面,我国仍以生理生态、种群生态群落和生态系统生态学研究作为生态学研究的基础和核心,着重研究生态系统的功能及其调控。

随着人口的增长和人类生活标准的提高,要求根据自然一经济一社会复合生态系统观点来发展生态学、经济学和社会科学相结合的交叉学科和多学科研究,以探讨可持续发展的机理和综合调控途径。

生态学的基本视角:

(1)层次观。认为任何系统都是其他系统的亚系统,同时它本身又是由许多亚系统组成的。生命物质有从大分子到细胞、器官、机体、种群和群落等不同的结构层次。生态学研究机体以上的宏观层次。虽然每一生命层次都有各自的结构和功能特征,但高级层次的结构和功能是由构成它的低级层次发展而来的。

(2)整体观。生态系统是由不同的生物有机体和无机环境要素构成的整体,系统各要素相互联系、相互影响,分工合作,共同完成系统整体功能。

(3)系统观。系统研究,必须探讨各组分间、各层次间作用与反馈的调控,以指导实际系统的科学管理。

(4)综合观。生态学与一些基础学科如遗传学、进化论生理学和行为学等相互交叉,同时还大量地利用了物理学、化学、生理学和气象学等多个学科的研究方法和测量技术。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、突变论及耗散结构的新概念和新方法,深入地研究生态系统的结构和功能。

(5) 进化观。进化观认为各生命层次及各层次的整体特性和系统功能都是生物与生物、生物与环境长期协同进化的产物,协同进化是生态系统普遍存在的现象。

(6)新生特性原则。当低层次的单元结合在一起组成一个较高层次的功能性整体时,总会有一些在低层次从未有过的新生的特性产生。

第三节 生态学的研究方法

1. 野外调查

野外调查研究是指在自然界原生境对生物与环境关系进行考察。包括野外考察、定位长期观测和原地实验等不同方法。

2. 实验研究

实验室研究包括控制实验和实验室分析。

3. 模型模拟研究

模型模拟研究主要通过系统分析来研究生态系统,是把研究对象视为系统的一种研究和解决问题的方法。

系统分析除了继续依赖经验、实物模型等手段以外,越来越多地借助于数学和计算机作为工具。

第二章 生物与环境

第一节 环境与生态因子

1. 环境的概念及其类型

广义的环境概念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。环境指某一特定生物体或群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存与活动的外部条件的总和。

按环境的主体分类可分为以人为主体的人类环境和以生物为主体的生物环境。

按环境性质分为自然环境、半自然环境(经人类干涉后的自然环境)和社会环境。

按人类对环境的影响分为原生环境(自然环境)和次生环境(半自然环境和人工环境)。

按环境范围大小可分为宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境和内环境。

2. 生态因子的概念与分类

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。

例如,温度、光照、湿度、食物、氧气含量、其他相关生物等。

在研究环境与生物之间的关系中,根据因子的性质,通常可以划分为下列五类:

(1)气候因子,也称地理因子,包括光、温度、水分、空气等。

(2)土壤因子,土壤是在岩石风化后在生物参与下所形成的生命与非生命的复合体,土壤因子包括土壤结构、土壤有机和无机成分的理化性质及土壤生物等。‘

(3)地形因子,如地面的起伏,山脉的坡度和阴坡阳坡等,这些因子对植物的生长和分布有明显影响。

(4)生物因子,指同种或异种生物之间的相互关系,如种群结构、密度、竞争、捕食、共生和寄生等。

(5)人为因子,指人类活动对生物和环境的影响,包括人类对生物资源的利用、改造、发展和破坏作用,以及环境污染的危害等。

3. 生态因子的作用规律

(1) 综合作用

生态因子对生物的作用是综合在一起发生作用。

(2) 主导因子作用

在诸多环境因子中,有一个对生物起决定性作用的生态因子,称为主导因子。主导因子有两方面的含义:第一,从环境本身来说,只要其中某一因子的改变能引起一切生态因子的改变,进而影响整个环境质量的变化,这就是对环境起主导作用的因子。第二,对生物而言,由于某一因子的变化,使其生长发育发生明显的变化,这类因子也称做主导因子,如光周期现象中的日照长度、低温对南方喜温作物的危害等。

(3) 直接作用和间接作用

环境中的地形因子对生物的作用不是直接的,但它们能影响光照、温度、雨水等因子的分布,因而对生物产生的作用则是间接作用;而这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接的作用。

(4) 阶段性作用

生态因子对生物的不同发育阶段,其作用是不同的。

(5) 不可代替性和补偿作用

各种生态因子虽然不是同等重要的,但都不可缺少,任何一个因子的缺失都不能由另一个因子来代替。但某~因子的数量不足,有时可以靠另一因子的增加或加强而得到补偿。

(6) 限制性作用及生物的耐受性

(1)利比希最低量法则。利比希的理论被称为最低量法则。法则的基本内容是:任何特定因子的存在量低于某种生物的最小需求量,是决定该物种生存或分布的根本因素。

(2)谢尔福德耐性定律。耐性定律说明,生物只有在其所要求的环境条件完全具备的情况下才能正常生长发育,任何一个因子数量上不足或过剩,均会影响生物的生长发育和生存。

(3)限制性作用。生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用,其中限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。

第二节 生物与光因子

1. 生物与光质

(1) 生理辐射

红橙光主要被叶绿素吸收,对叶绿素的形成有促进作用;蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收,因此,把这部分光辐射叫生理有效辐射,大约占总辐射的 40%~50%。绿光很少被吸收利用,被称为生理无效辐射。

(2) 红外光和紫外光

红外光能被动植物组织中的水吸收,主要作用是产生热效应,吸收红外线能使体温升高。紫外光是昆虫新陈代谢所必需的,与维生素 D 的产生关系密切。强紫外光使生物细胞内的遗传物质染色体发生损伤,引起基因突变产生各种病变,提高人和动物的眼病和皮肤病发生率。

2. 生物与光照强度

(1)光照强度对生物的影响

光照强度对植物形态建成有重要作用,光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。

(2)生物对光照强度的适应类型

根据植物对光照强度的要求,植物对光强度的适应类型可分为阳性植物、阴性植物和耐阴性植物三类。阳性植物,对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下方能进行正常生长。阴性植物,对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低。呼吸作用、蒸腾作用都较弱。如翠云草、莲座蕨、鹿衔草等均属这类植物。耐阴性植物,对光照具有较广的适应能力,对光的需要介于以上两类植物之间,但最适宜的还是在完全的光照下生长。如麦冬、红花酢浆草、玉竹等属这类植物。人类皮肤在光照下才能产生维生素 D,光照不足则因缺乏维生素 D 影响钙的吸收而患佝偻病。

3. 生物与日照长度

(1)昼夜节律

生物对昼夜交替周期性变化的适应形成了昼夜节律,即 24 小时循环一次,昼夜节律又叫日节律。

(2)光周期现象

(1)植物的光周期。

①短日植物。短日植物是指在昼夜周期中日照长度短于某一临界值时才能开花的植物。

②长日植物。长日植物是指在昼夜周期中日照长度大于某一临界值时才能开花的植物。

③日中性植物。日中性植物是指在任何日照长度条件下都能开花的植物。

(2)动物的光周期。很多野生哺乳动物(特别是生活在高纬度地区的种类)都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖的。日照长度的变化通过影响内分泌系统而影响鱼类的迁移。很多昆虫的代谢也受日照长度的影响,一些昆虫依据光周期信号总是在白天羽化,另一些昆虫则在夜晚羽化。

第三节 生物与温度因子

1. 温度因子的生态作用

(1) 温度与生物的生长

生长在低纬度的生物高温阈值偏高,而生长在高纬度的生物低温阈值偏低。在一定温度范围内,生物的生长速率与温度成正比。

(2)温度与生物的发育

种子植物在通过春化阶段以后的发育中,仍然和温度有密切关系。一般温度高,发育快,果实成熟早;温度低则相反。动物的发育一般也随温度的增高而加速。在适于动物生长发育的温度范围内,外界温度与发育速度成正比例,与完成发育期所需时间成反比例。温度对动物寿命的长短也有影响。对于一些变温动物

来说,一般在较低的环境温度下,寿命比较长,而在温度较高的情况下,寿命有缩短的趋势。

(3) 温度与生物的地理分布

极端温度(高温和低温)常常成为限制生物分布的重要因素。植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显。橡胶、椰子、可可等只能在热带分布,它是受低温的限制。温度不仅影响动物的水平分布,也影响它们的垂直分布。例如,生活在高纬度地区的动物往往在热带地区的高山上出现。

(4) 有效积温法则

植物在一定温度下,便可开始生长,但生长期间的温度低于一定临界值时,植物生长停止,这时的温度是无效的,这个最低的临界温度称为生物学零度,即发育起点温度。在一定生育期内,高于生物学零度的温度叫活动温度,有效温度是活动温度减去生物学零度。有效积温是一定生育期内有效温度的总和。

有效积温法则的实际应用可包括以下几个方面:

(1)预测生物发生的时代数

(2)预测生物地理分布的北界

(3)预测害虫来年发生程度

(4)推算生物的年发生历

(5)可根据有效积温制定农业气候区划,合理安排作物

(6)应用积温预报农时。

2. 节律性变温的生态作用

(1) 温周期现象

温周期对植物的影响:①种子萌发期;②生长期。昼夜变温对植物生长有明显的促进作用。③开花期。某些植物温差大开花数多。④变温与物质的积累。⑤变温影响植物的分布。温周期对动物的影响:大部分动物在白天觅食,夜里在栖所休息。而在气候极端干热的沙漠,个体很小的啮齿动物常选择在夜间活动,例

如,跳鼠、沙蜥等荒漠动物。

(2) 物候节律

温度的季节性变化使生物形成了与其相适应的发育节律,称为物候。季节明显地区,植物适应于气候条件的这种节律性变化,形成与此相应的植物发育节律。植物发芽、生长、现蕾、开花、结实、果实成熟、落叶休眠等生长、发育阶段的开始和结束称为物候期。

(3) 体眠和滞育

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。休眠能使动物最大限度的减少能量消耗。动物的休眠伴随很多生理变化。植物中的休眠现象更为普遍,许多植物种子成熟后不能立即萌发的现象即是休眠形式的一种。变温动物在冬季滞育时,体内水分大大减少以防止结冰,而新陈代谢几乎下降到零;在夏季滞育时,耐干旱的昆虫可使身体干透以忍受干旱。

3. 极端温度的生态作用

(1) 极端低温对生物的影响与生物的适应

低温对生物的影响:低温对生物的危害分为冷害和冻害。冷害是指喜温生物在零度以上的温度条件下受害或死亡。冻害是指冰点以下的低温使生物体内(细胞内和细胞间隙)形成冰晶而造成损害。植物受低温的伤害程度除了与极端温度值有关外,还决定于降温的速度,受害后温度回升的速度,以及低温持续时间等。生物对低温环境的适应:在形态方面,北极和高山植物的芽租叶片常受到油脂类物质的保护,芽具鳞片,植物体表面生有蜡粉和密毛,植物矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等,这种形态有利于保持较高的温度,减轻严寒的影响。在生理方面,生活在低温环境中的植物常通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂类和色素等物质来降低植物的冰点,增加抗寒能力。例如鹿蹄草。行为上的适应主要表现在休眠和迁移两个方面,休眠有利于增加抗寒能力,而迁移则可躲过低温环境。

(2) 极端高温对生物的影响与生物的适应

高温致害机理主要是引起酶活性降低和紊乱、水分代谢失衡、有毒物质积累、细胞膜透性增加和功能降低,植物光合能力下降,呼吸作用加强。高温引起水稻、小麦等作物结实率降低,加快成熟从而降低品质,严重者引起绝收,,高温对动物的影响主要是破坏酶的活性,使蛋白质凝固变性,造成缺氧,排泄失调,神

经系统麻痹、调节受阻等。生物对高温环境的适应:

(1)植物对高温的适应。

①形态适应:有些植物生有密绒毛和鳞片,能过滤一部分阳光,有些植物体呈白色、银白色,叶片革质发亮,能反射一大部分阳光,使植物免受热伤害,有些植物叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠,减少光的吸收面积;还有些植物的树干和根茎有很厚的木栓层具有绝热和保护作用。

②生理适应:主要是降低细胞含水量,增加糖和盐的浓度,这有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力。其次是靠旺盛的蒸腾作用避免使植物因过热受害。另外还有一些植物具有反射红外光的能力,夏季反射的红外线比冬季多,这也是避免使植物体受到高温伤害的一种适应。

(2)动物对高温环境的适应。

①生理适应:适当放松恒温性,使体温有较大的变幅,这样在高温炎热的时刻身体能暂时吸收和贮存大量的热并使体温升高,尔后在环境条件改善时躲到阴凉处再把体内的热量释放出去,体温也会随之下降。

②行为适应:沙漠中的啮齿动物对高温环境常常采取行为上的适应对策,即夏眠、穴居和昼伏夜出等。昼伏夜出是躲避高温的有效行为适应。

第四节 生物与水因子

1. 水因子的生态作用

(1) 水是生物生存的重要条件

首先水是生物体不可缺少的组成部分。植物体一般含水量达 60%~80%,而动物体含水量比植物更高。其次,生物体的一切代谢活动都必须以水为介质,生物体内营养的运输,废物的排除、激素的传递以及生命赖以存在的各种生物化学过程,都必须在水溶液中才能进行,而所有物质也都必须以溶解状态才能出入细胞,所以在生物体和它们的环境之间时时刻刻都在进行着水交换,水是生命现象的基础,没有水就没有生命。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。

(2) 水对生物生长发育的影响

水量对植物的生长有最高、最适和最低 3 个基点。低于最低点,植物萎蔫、生长停止;高于最高点,根系缺氧、窒息、烂根;只有处于最适范围内,才能维持植物的水分平衡,以保证植物有最优的生长条件。在水分不足时,可以引起动物的滞育或休眠。,许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关。

(3) 水对生物分布的影响

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。

2. 生物对水因子的适应

(1) 植物对水因子的适应

水生植物在水下的叶片多分裂成带状、线状,而且很薄,以增加吸收阳光、无机盐和 C02 的面积。最典型的是伊乐藻属植物,叶片只有一层细胞。淡水水生植物的渗透压一般只有 2~3 Pa,中生植物一般不超过 20Pa,而旱生植物的渗透压可高达 40~60Pa,甚至可达到 l00Pa,高渗透压使植物根系能够从干旱的土壤中吸收水分,同时不至于发生反渗透现象使植物失水。

(2 )动物对水因子的适应

动物按栖息地划分同样可以分为水生和陆生两大类。

(1)水生动物保持体内水分得失平衡主要是依赖水的渗透作用。

(2)陆生动物主要是从获取更多的水分、减少水的消耗、储存水,发生形态、生理和行为变化等方面来适应旱生环境。

①形态适应,昆虫具有几丁质的体壁,防止水分的过量蒸发;生活在高山干旱环境中的烟管螺可以产生膜以封闭壳口来适应低湿条件;两栖类动物体表分泌黏液以保持湿润;爬行动物具有很厚的角质层;鸟类具有羽毛和尾脂腺;哺乳动物有皮脂腺和毛,都能防止体内水分过分蒸发,以保持体内水分平衡。

②生理适应,许多动物具有贮水器官或组织,如驼峰中储藏有丰富的脂肪,在消耗过程中产生大量水分,血液中具有特殊的脂肪和蛋白质,不易脱水。

③行为适应,沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大,因此,地面和地下的相对湿度和蒸发力相差也很大。一般沙漠动物(如昆虫、爬行类、啮齿类等)白天躲在洞内,夜里出来活动。

第五节 生物与土壤因子

1. 土壤的生态意义

土壤对植物的生态作用主要有:营养库的作用,养分转化和循环的作用,雨水涵养作用,生物的支撑作用,稳定和缓冲环境变化的作用等。

2. 土壤的类型与分布

土壤带可分为水平土壤带和垂直土壤带,前者存在于丘陵、平原地区,基本上平行于纬度;后者出现于山地,基本上平行于海拔高度。土壤类型也随着海拔高度而相应改变,呈现垂直地带性。各地土壤垂直地带谱,因基带生物气候不同而呈有规律的变化,并不完全一致。例如,热带海南岛五指山自下而上的土壤类型为:砖红壤一山地砖红壤一山地黄壤一山地黄棕壤一山地灌丛草甸土。暖温带太行山的土壤类型是:褐土一山地淋溶褐土一山地棕壤。

3. 土壤物理性质对生物的影响

(1) 土壤组成对生物的影响

土壤是岩石圈表面能够生长植物的疏松表层,由矿物质和有机质(土壤固相)、土壤水分(液相)和土壤空气(气相)三相物质组成。土壤固、液、气三相的物质组成及比例,直接影响到土壤质地、土壤结构、土壤水分、土壤空气等土壤的物理、化学特性,并从而影响土壤肥力。

(2) 土壤质地对生物的影响

砂质土含水少,热容量比黏质土少,白天增温快,晚上降温也快,昼夜温差大,对块茎、块根作物的生长有利;砂质土通气好,有机质迅速分解并释放养分,使农作物早发,但有机质累积难、含量低,土壤动物也少。

黏土类土壤中以粉砂和黏粒为主,结构致密,湿时黏,干时硬,保水保肥能力较强,通气透水性差。黏质土含矿质养分丰富,有机质含量高,好气微生物活动受抑制,有机质分解缓慢,腐殖质和黏粒结合紧密,难于分解,因而积累较多。

壤土类土壤质地较均匀,是砂粒、黏粒和粉粒大致等量的混合物,物理性质良好(不太松,也不太黏),通气透水,有一定的保水保肥能力,是比较理想的耕种土壤,土壤生物也较多。

(3)土壤结构对生物的影响

团粒结构是土壤肥力的基础,无结构或结构不良的土壤,土体坚实、通气透水性差,植物根系发育不良,土壤微生物和土壤动物的活动亦受到限制。

(4) 土壤温度对生物的影响

这种土温对地面气温的滞后现象对生物有利,影响植物种子萌发与出苗,制约土壤盐分的溶解、气体交换与水分蒸发、有机物分解与转化。较高的土温有利于土壤微生物活动,促进土壤营养分解和植物生长,动物利用土温避开不利环境、进行冬眠等。

(5) 土壤水分与空气对生物的影响

土壤中的水分不仅可被植物根系直接吸收,而且其适量增加有利于各种营养物质的溶解和移动,有利于磷酸盐的水解和有机态磷的矿化,改善了植物的营养状况,还能调节土壤温度。但土壤水分过多或过少都对植物和土壤动物不利。土壤干旱不仅影响植物的生长,也威胁着土壤动物的生存。在积水和透气不良的情况下,土壤空气的含氧量可降低到 10%以下,从而抑制植物根系的呼吸和影响植物正常的生理功能,动物则向土壤表层迁移以便选择适宜的呼吸条件。在通气不良的土壤中,二氧化碳浓度常可以达到 10%~15%,不利于植物根系的发育和种子萌发。

4.土壤化学性质对生物的影响

(1) 土壤酸碱度对生物的影响

第一,直接影响植物的代谢。土壤过酸过碱都会引起酶和蛋白质的钝化和变性,但植物对外界溶液具有一定的调节能力,只要 H+浓度不超过其忍受极限,植物功能正常生长发育。

第二,土壤酸度通过影响矿质盐分的溶解度和微生物的活动,间接影响植物对养分的吸收。

第三,可以利用寄生物对 pH 值的不同反应,对植物病害加以控制。例如棉花的根腐病,常发生在碱性土壤中,十字花科蔬菜的根腐病病菌则发生在酸性土壤中。

(2) 土壤有机质对生物的影响

土壤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,从而促进植物的生长和养分的吸收。一般来说,土壤有机质含量越多,土壤动物的种类和数量也越多。因此,在富含腐殖质的草原黑钙土中,土壤动物的种类和数量极为丰富,而在有机质含量很少的荒漠地区,土壤动物的种类和数量则非常有限。

(3) 土壤矿质元素对生物的影响

植物只有吸收足够的大量元素和微量元素的条件下,才能进行正常的生长发育。植物不同,需要矿质元素的量也不同,浓度不适当的营养元素,则会成为植物生长的限制因素。土壤中的矿质元素对动物的分布和数量也有一定影响。

5. 土壤生物的生态作用

1. 土壤微生物的生态作用

(1)使土壤有机物中的营养元素还原成简单的、能被植物重新利用的状态。有机物的分解是一系列复杂的过程,每个阶段需要不同微生物的参与。

(2)微生物直接或者间接地促进土壤团粒结构的形成。腐殖质在形成土壤结构中具有关键性作用,而腐殖质本身是微生物活动的产物。不仅如此,许多土壤微生物直接参与土壤结构的形成,如真菌和放线菌的菌丝体能将土粒包结形成团粒。

(3)某些微生物与根系形成共生结构——菌根,菌根能增加根系对水分和养分的吸收。

(4)微生物固氮,增加土壤中可利用氮的含量。

(5)某些特殊微生物能使土壤环境得到改善,促进植物生长。如分解硅酸盐,释放出钾;产生生长素等物质;使土壤中的有害物质 H2S 等氧化,变成无害物质。

2.土壤动物的生态作用

蜗虫、线虫、昆虫的幼体等促进了土壤微生物的滋生繁殖;同时也加速有机物的分解,有利于土壤改良。特别是蚯蚓在土壤中活动十分活跃,不仅能疏松土壤,改善土壤结构,有利于植物根系的生长发育,还能分泌出一种特殊的酶,使土壤肥力增加。对植物生长有害的方面主要是指某些土壤动物的排泄物或分泌物对其他生物类群的生长、发育产生抑制、阻碍作用的现象。

3. 植物根系的生态作用

庞大须根系增加了土壤的空隙度和通透性,增加了土壤腐殖质,促进了良好土壤结构的形成,有利于其他植物、好气性微生物和其他土壤小型动物的生长。根系可分泌一些活性次生代谢物质,可促进或抑制其他植物或土壤动物、微生物的生命活动。

第六节 生物与大气因子

1. 空气主要组成成分的生态作用

(1) 二氧化碳的生态作用

CO2 是光合作用的主要原料,CO2 浓度的高低是影响植物初级生产力的重要因素。。长期生活在高浓度 CO2 环境下,可导致植物光合能力下降,这种现象称为对 CO2 的光合驯化,导致植物光合能力下降的原因可能是过多的同化产物积累所造成的,这种现象被称为光合产物的反馈抑制。

(2) 氧气的生态作用

O2 是所有生物生命活动所必需的,只有通过氧化,生物才能获得生命所必需的能量。根据生物对环境中含氧量的适应范围,也可分为广性氧生物和窄氧性生物两类。绝大多数陆生植物与动物,都属于窄氧性生物,而绝大多数水生动物和植物属于广氧性生物。

2. 风的生态作用

1.风的类型:

①季风 ②水陆风 ③山风和谷风④焚风⑤寒露风⑥台风⑦干燥风

2.风对区域环境的影响:

冬季气流来自干燥寒冷的极地和副极地大陆气团,在该气团控制下,天气晴朗而干燥;夏季风来自湿润温暖的热带或赤道海洋气团,在该气团控制的地方则多阴雨天气。

风对植物的影响:

①强风常降低植物的生长量,造成植物的矮化。

②强风还能形成畸形树冠。

③帮助植物传粉受精。

④有些植物借助风传播种子和果实。

⑤风的破坏力。

风对动物的影响 :

①风影响动物的地理分布。

②风对动物形态和行为的影响。

③风影响动物的传播和迁移。

3. 植被的防风作用

1.植被的防风固沙。

风蚀也是造成土壤流失的一种灾害。风力可以吹湿表土中的肥土和细粒,使土壤移动、转移。

2.农田防护林。

植物降低风速的程度主要决定于植物体型的大小,枝叶茂盛程度。乔木防风的能力比灌木强,灌木又大于草木;阔叶树比针叶树强,常绿阔叶树又比落叶阔叶树强。

第七节 生物与地形因子

1. 主要地形要素的生态作用

(1) 坡向

不同的坡向因太阳辐射强度和日照时数有别,使不同坡向的水热状况和土壤理化特性有较大的差异。在北半球,北坡日照时间短,辐射强度也较小,所获得的辐射总量通常都比南坡少,尤以冬季为甚,且愈往北去南北坡的差异也愈大。

(2) 坡度

按坡面的倾斜度,通常可分为六个等级:

5°以下为平坦地,6°~15°为缓坡,16°~25°为斜坡,26°~35°为陡坡,36°~45°为急坡,45°以上则称为险坡。坡度不同的山坡因太阳入射角不同所获得的太阳辐射有别,气温、土温及其他生态因子也随之发生变化。

(3) 坡位

坡位是指山坡的不同部位,通常都把一个山坡划分为上坡(包括山脊)、中坡、下坡等三部分;有时还将山脊与上坡分开,下坡与山麓分开,把一个山坡划分为山脊、上坡、中坡、下坡和山麓(山谷)等五部分。喜肥沃湿润的树种分布于坡的下部,耐瘠薄干旱的树种分布于坡的上部,这种情况在陡坡尤为突出,在其上部往往只能生长杂草和灌木。

(4)海拔高度

随着海拔高度的递升,温度呈递减。一般情况下,海拔高度每升高 100 米,气温下降 0.6℃左右。在一定范围内,空气湿度和降水量随海拔高度的增加而增加,但是达一定界线后,降水量又开始降低。这常引起生态系统有规律地更替,称为垂直地带性。不同的地势高度对植物的形态结构也产生很大的影响。由于海拔不同改变了气候条件,即使同一种植物分别种植在山麓和山顶上,它们在外貌上也会产生强烈的差异。

2. 以地形为主导因素的特殊环境对生物的影响

山脉走向对生物的影响

山脉的走向直接影响到飓风、山谷风、海陆风等的形成和变化,从而对生物产生影响。

(1)焚风对生物的影响。温暖季节中的焚风能加速谷物及果实的成熟,强烈的焚风则能使植物枯干而死亡。

(2)山风和谷风对生物的影响。强烈的山风和谷风对森林和农作物有破坏作用。

(3)海风和陆风对生物的影响。这种地方性风可造成热量和水汽的输送,对调节气候和小气候可起到一定的作用。

第八节 生物对环境的综合适应及影响

生物对环境的影响

  1. 森林植被的生态效应。

(1)涵养水源,保持水土。

(2)调节气候,增加雨量。

(3)防风固沙,保护农田。

(4)保护环境,净化空气。

(5)减低噪音,美化景观。

(6)提供产品和燃料,增加肥源。

2.海洋生物的生态效应。

海洋生物是地球上最大的环境净化者。陆地生物产生的各种有机物、代谢产物和环境释放物都要经江河或大气进入海洋,沉淀于近海底部和溶于水中,海洋生物则是这些物质的捕获者,使海底沉积层稳定,清除水体的富营养化,增加水体透明度。海洋生物给陆地生物提供了丰富的产品。海洋生物非正常生长造成的危害。浮游生物增多,或海草生长过多,造成海洋生物的发展不平衡,因此出现了大区域的赤潮、黄潮现象。从而影响了陆地生物的生存环境。

3.淡水生物的生态效应。

淡水浮游生物包括浮游植物和浮游动物,其主要生态作用是:浮游植物能吸收水中各种矿质养分和有机物,保持水体一定的清洁度,增加水体的溶氧量,对水质理化特性的变化起主导作用,同时形成水域生态系统的初级生产力。

4.土壤生物的生态效应。

(1)促进成土作用。

(2)改善土壤的物理性能。

(3)提高土壤质量。

(4)对土壤覆盖层的影响。

5.草原植被的生态效应。

草原植被与森林植被一样,具有涵养水分,保持水土,净化、美化环境的作用,还有一个重要作用是固定流沙。

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