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生态学研究生物、人类和环境之间复杂关系的科学。
341环境和生态因素
1.环境因素和生态因素是两个重要概念
环境是指特定生物体外部的空间以及直接和间接影响该生物体生存的一切事物的总和。
环境总是指某个特定的主体或中心,但没有这个主体或中心就没有环境,所以环境只有相对的意义。
在环境科学中,一般以人为主体,环境是指直接或间接影响人类周围空间及其在其中生存和发展的各种因素的总和。
在生物科学中,一般以生物为主体,环境是指生物和群体周围一切事物的总和。
生态因素是指环境中直接影响生物体生长、发育、繁殖、行为和分布的环境因素,如温度、湿度、食物、氧气以及其他相关生物体等。
生态因素是生物生存所必需的环境条件,也称为生物的生存条件。
生态因素也可以被认为是作用于生物体的环境因素。
环境因素是指生物体外部的一切环境因素。
生态因素的种类很多,但按其性质可分为五类气候因素、土壤因素、地形因素、生物因素和人为因素。
2.生物体对生态因素的耐受力有限。
德国化学家李比希认识到生态因素对生物生存的性影响,认为作物产量的增减与作物从土壤中获得的养分量呈正相关。这个意思是
所有植物都需要特定类型和数量的营养素。
如果完全缺乏其中一种营养素,植物将无法生存。
如果低于一定量的这种养分而其他养分就足够了,植物的生长发育就取决于这种养分的量。
这就是李比希最小值定律。
最小因素定律实际上也适用于其他生态因素,例如温度和光照。
1913年,美国生态学家谢尔福德根据最小因素定律,提出了生物体对每种生态因素有耐受上限和下限的概念,下限就是生物体对每种生态因素的耐受范围。生态因素。
不同物种对同一生态因素的耐受力差异很大。
根据生物体对生态因素的耐受程度,生物体可分为以下几类
热热与狭温、热热与狭湿、多食与狭居、广生与狭居等。
第342章生存环境与非生物环境的关系
1.没有水,生物就无法生存。
水的重要性首先体现在水是一切生物的必需元素。一般来说,生物的含水量为60%至80%,没有水,生物就不会存在。这意味着生物体的一切代谢活动都必须以水为介质,而生物体内营养物质的运输、废物的排除、激素的传递以及各种生化过程都必须在水溶液中进行。这是因为它不不会发生。
其次,各种生物之所以能生存至今,取决于水的性质,其中水的密度在398时最高,对于生物的生存和生存极为重要。
另外,由于水的热容较大,水温变化幅度小于大气温度,为生物体创造了极其稳定的温度环境。
根据植物对水的依赖程度,
陆生植物分为湿生植物、中生植物和旱生植物。
水生植物分为沉水植物、浮水植物和挺水植物。
水中溶解氧的量是水生生物最重要的因素之一,水生动物从水中吸收氧气需要比陆生动物多得多的能量。水中氧气的分布极不均匀,因此水生生物的呼吸经常会耗尽当地水体的氧气,造成缺氧环境并减慢或停止生命过程。
2、阳光是生命的能源
阳光不仅创造了适合生物体生存的温度条件,而且为一切生命活动提供了取之不竭的能量。
绿色植物只有借助光合作用,才能将从外界吸收的二氧化碳、水和无机物结合成叶绿体内的有机物。
所有动物和所有其他生物,包括人类,都必须依赖这些有机物质来获取生长和活动所需的能量。
自然光是由各种波长的光组成的,不同波长的光对于生物来说有着不同的意义。
波长在380至760nm之间的光对生物学最重要1nm=m,
这不仅是普通动物视觉器官所能探测到的光波范围;
这也是绿色植物在光合作用时可以吸收的光波范围。
波长为760至620纳米的红光和波长为490至435纳米的蓝光对植物的光合作用最为重要。
水下光的穿透了海洋内植物的分布。
只有在海平面的透光带中,植物的光合作用量才能超过呼吸消耗的量。
在透光区的底部,植物的光合作用量与植物呼吸量恰好平衡的点就是所谓的补偿点。
如果海洋浮游植物沉入补偿点以下且无法快速返回水面,藻类就会死亡。
由于动物和植物长期生活在昼夜模式恒定的环境中,它们形成了独特的方式来应对白天的变化,这种现象被称为生物光周期现象。
例如植物在一定光照条件下的开花、落叶、休眠,动物的迁徙、繁殖、冬眠、蜕皮等。
因为季节变化和光照的昼夜变化是地上最严格、最稳定的周期性变化,它们也是生物节律最可靠的信号系统,在控制许多生物体的生命史和生殖周期中发挥着重要作用。
为什么每年春天候鸟都会准时抵达筑巢地,而每年秋天大约在同一天飞回越冬地?
为什么这些鸟在不同的年份到达和飞走的时间相隔几天?
所有这一切都是由白天的周期性变化决定的。在白天周期性变化的长期影响下,各种生物体形成自己独特的活动节律,以使其活动与环境条件的周期性变化同步,从而有利于生物的生存。
3.温度了生物体的分布
温度是古今中外重要的生态因子,所有生物都生活在温度恒定的外部环境中,并受到温度变化的影响。
地表面的温度情况不断变化。
在空间上,它们因纬度、海拔和不同的生态位而异。
从时间上来说,有一年四季的变化和一天中昼夜的变化。
这种温度变化可以通过多种方式对生物体产生重大影响。
地表面的温度可能相差数千度,但生物体可以忍受的温度范围约为-272至300摄氏度。
轮虫和线虫如果脱水干燥,可以在-272摄氏度的极低温度下生存,此时它们的新陈代谢完全停止,但仍有恢复的可能性。
相比之下,生物体的高温耐受力非常有限,尤其特殊的是,生活在深海热裂缝附近的细菌可以承受300以上的温度。
虽然上述生物体能够耐受的最高和最低温度适用于整个生物世界,但大多数生物体只能在狭窄的温度范围内生存,通常在0到45摄氏度之间。
在低于冰点的温度下,生物体内会形成冰晶,破坏细胞膜并使蛋白质失活和变性。
高温会削弱光合作用和促进呼吸作用,破坏植物体内这两个重要生理过程的平衡,破坏植物的水分平衡,促进蛋白质凝固和体内有害代谢物的积累。高温对动物的负面影响主要是酶活性的破坏和蛋白质的凝固变性。
极端温度通常是生物体分布的重要因素。
例如,由于高温,华北平原无法种植桦树、云杉,热带地区无法种植苹果、梨、桃等。
低温对生物分布的作用较为明显,对于植物和冷血动物来说,低温是决定其水平分布北限和垂直分布上限的主要因素。东亚地区蝗虫分布年等温线为136。
温度和降水两大生态因子的共同作用,决定了地表生物群落的总体分布格局。
第343章生物之间的相互关系
1.植物进食和捕食是群落中最常见的种间关系
草食性是指以植物为食的动物。几乎不可能找到不被动物吃掉的植物。有许多种动物,从低等动物到高等动物,都专门以植物为食。
以植物为食的动物是自然界食物链的基础,是食物链中的基本环节。食物链中的其他环节都依赖于这个环节的存在。事实证明,所有动物都直接或间接依赖植物作为食物。
在长期的进化过程中,这种关系形成了一种微妙的平衡,食草动物的数量对植物的数量有很大的影响,而植物的数量又了动物的数量。
植物产生足够的植物物质来喂养所有动物,但动物通常只吃植物生产的“多余”部分。
捕食是动物捕食其他动物的现象,是物种间最基本的关系之一。
前者称为捕食者,后者称为猎物或猎物。
捕食者的角色
捕食者是复杂食物链中的重要环节,通常位于食物链和营养级的顶端或顶端。
捕食者的存在使生态系统中营养物质和能量的循环路径多样化,提高了生态系统中的能量利用率,并使生物体之间的关系更加复杂。
因为捕食现象是通过长期的进化过程形成的,捕食者和猎物在形态、行为、生理等方面都具有各种适应能力,而这些适应能力的形成以共同进化为特征,其特点有很多种。
当猎物面临捕食压力时
从形状上看,丝、腺、墨囊、硬壳、隐色、警戒色、迷等常用于自卫。
行为防御利用体色的变化、恐吓、发出可怕的声音、释放气味、挖洞、成群结队和快速移动。
然而,一切防御都是相对的,捕食只能减少,而不能完全避免。
2.两个物种争夺同一有限资源的使用。
物种之间的竞争1934年,高斯首次通过实验观察到竞争。
当两个物种利用相同的有限资源时,就会发生种间竞争。
两个物种越相似,它们的生态要求就越相似,竞争力也就越强。
因此,生态要求完全相同的两个物种不能在同一环境中共存,这称为竞争排斥原理。
一个物种经常因竞争而排斥另一个物种,但当两个物种在同一范围内出现分歧且食物、栖息地和筑巢选择略有不同时,两个物种就会重叠,在分布区域内长期共存是可能的。
生态分化往往导致形态分化,但形态的种间差异仅存在于两个物种的重叠分布区,而在专属分布区则消失。
例如,黄土蚂蚁及其相关物种在它们共存的地区至少有八种形态差异,但这些形态差异在它们独占的地区变得模糊。这种现象称为特征替换。性状替换是一种进化适应。同种之间的种间竞争。
物种之间因竞争而产生的差异可能很小,以至于人眼可能无法注意到,但竞争原理确保了微小的形态、生理和行为差异的存在。这是为了确保生态要求不完全相同。竞争使大自然充满生机和活力。
3、互利共生是物种之间的一种对双方都有利的关系。
互惠是指物种之间存在一种对双方都有利的关系,但尚未发展到相互依赖的地步,即使关系结束双方也能正常继续。
蚜虫和蚂蚁是共生的著名例子。
海葵和寄居蟹是海洋中最常见的互利关系。
这种相互作用也存在于鳄鱼和鸟类之间。
共生是物种之间不可分割的互利关系,这种关系已经达到一种程度,如果一个物种失去了,另一个物种就无法生存。
地上最顽强的生物之一是地衣。
地衣是单细胞藻类和真菌的共生体,而真菌菌丝生长到单细胞藻类的原生质深处,两者紧密结合在一起,生物学家已经无法区分它们,只能分开。作为一种奇妙的生物。
组成地衣的真菌和单细胞藻类相互交换养分,共同维持水和矿物盐平衡,共同抵抗干燥和极端温度条件。这种密切的合作使地衣比任何单一的生物体都更强大。
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