第三讲 生物与环境
主要内容
环境与生态因子
生物与环境关系的基本原理
生物与主要生态因子的相互关系
一,环境与生态因子
环境概念
生态因子的类型
自然环境的基本特征
1,环境的概念
环境 (environment)和环境因子 (environmental factors),
环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直
接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总
和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。
环境因子的分类：
1）条件：不可消耗的环境因子；
2）资源：不可消耗的环境因子。
生态因子 (ecological factors),环境中对生物的生长、
发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要
素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因
子则是指生物体外部的全部要素。
2,生态因子的类型
1,生态因子通常分为非生物因子和生物因子两
大类
1） biotic factors 生物因子
有机体（同种和异种），包括环境中的植物、
动物、微生物；
2） abiotic factors 非生物因子
环境因子，或者物理、化学因子，如温度、
光、湿度,pH、氧气、盐分等。
2.有的学者将生态因子分为五类
? 气候因子 (climatic factors)
? 土壤因子 (edaphic factors)
? 地形因子 (topographic factors)
? 生物因子 （ biotic factors）
? 人为因子 (anthropogenic factors)
人类活动对生物和环境的影响，改变非
生物因子而影响生物因子。
3,Begon等将非生物因子分为条件和资源两类
? 条件, 温度、湿度,pH等
? 资源, 营养物质、水、辐射能等
4,Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密
度制约因子
? 密度制约因子 (density independent factors)：食物、
天敌等生物因子
? 非密度制约因子 (density dependent factors),温度、
降水、气候等因子
5,蒙恰斯基将生态因子 分为稳定因子和变动因子
? 稳定因子 (steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐
射常数等长年恒定的因子
? 变动因子 (variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、
潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食
3,生态因子的空间分布特征
纬度地带性,从赤道到两极，整个地球表面具有过渡
状的分带性规律。
? 太阳辐射量差异 太阳辐射－－热量带 －－水分差
异－－植被分带－－土壤分带
? 自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、
寒温带、亚寒带、寒带
? 植被地带性分布
垂直地带性,因 太阳辐射 和 水热状况 随着地形高度的
不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分
异的规律性变化 (干燥空气,-1℃ /100m;湿润空气,-
0.6℃ /100m)。
经度地带性,地球内在因素如大地构造形成地貌和海
洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。
二、生物与环境关系的基本原理
生态因子作用的特点
生物对非生物因子的耐受限度
生物对各生态因子耐受性之间的相互关系
生态位
1,生态因子作用的特点
综合性, 如气候的作用
非等价性（主导因子作用）,渔业高密度养殖增氧
直接性和间接性：食物，降水
限定性（因子作用的阶段性）：
生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶
2,生物对非生物因子的耐受限度
“最小因子定律, (Liebig’s law of minimum)
? 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，
这些处于最低量的营养元素称 最小因子（ Justus
von Liebig,1840,德国） 。
? 两个补充条件（ Odum,1983）,1）严格的稳定
状态； 2）因子补偿作用 (factor compensation),
生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、
水等生态因子的限制作用。如增加 CO2的浓度，
可补偿由于光照减弱所引起的光合强度降低的
效应。
“耐受性定律” (Shelford’s law of tolerance)(
V.E.Shelford,1913，美国 )
? 每种生物对一种生态因子都有一个 耐受范围,
即一个生态学上的 最低点 和一个生态学上的
最高点, 在最高点和最低点之间的范围就称
为 生态幅 (ecological amplitude) 或 生态价
(ecological valence)。
种
群
数
量
数量很低种群消失 种群消失数量很低数量最高
不能耐受区 生理受抑制 生理受抑制 不能耐受区最适区
环境 梯度 高低
耐受性下限 耐受性上限
生物种的耐受性限度图解
限制因子 (limiting factors)
? 生物的个体或种群的生存和繁殖取决于综合的
环境条件，在具体条件下，对特定的生物来说，
不是所有的生态因子都有同样的重要性，其中
某些因子限制生物的分布、丰度或产量，因而
具有最大的生态意义。在众多生态因子中，任
何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其
生存、生长、繁殖或扩散的因子称 限制因子 。
? 限制因子概念的意义
?为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定
了一个便利的基点；
?有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。
限制因子一般都是局部性和暂时性的。
两类生态因子最容易起限制作用：
1）有机体十分需要而环境中含量很低的物质和元素；
2）有机体对其耐性限度狭窄，而在环境中又易变化
的因子。
找到了限制因子就意味着找到了影响生物生存和
发展的关键因子。
生态幅（ ecological amplitude）
又称为生态价、适应幅度，指每种生物有
机体能够生存的环境变化幅度，即最高、最低
生态因子（耐受上、下限）之间的范围。
生态幅分类
1）广生种：广生态幅，如广食种、广温种、广
盐种等；
2）狭生种：狭生态幅，如狭食性、狭温性、狭
盐性等。
3,生物对各生态因子耐受性之间的相互关系
对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显
的相互影响：如温度和湿度的关系；湿度和溶
氧的关系；温度和盐的协同作用。
生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：
物种之间的竞争产生的生态位分离
4,生态位
生态位 (niche)与栖息地 (habitat)
? 生态位－－有机体在环境中占据的地位；
? 栖息地－－有机体所处的物理环境。
超体积生态位 (hypovolume)
? 生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环
境变量可以是多个，超过 3个维度的生态位空间称
超体积生态位。
基础生态位 (fundamental niche)和实际生态位 (realized
niche)
? 物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；
? 实际占有的生态位空间称实际生态位。
三、生物与主要生态因子的相互
关系
生物与光的关系
生物与温度的关系
生物与水的关系
1,生物与光的关系
光是一切生物的最终能源
绿色植物利用光进行光合作用
光对动物的繁殖、生长、发育、行为、
分布和生存都有直接影响
光能影响气温变化，光照越强，温度越
高
地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）
地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的
时间长（季节周期）
低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的
能量更少
23° 27' 夏至
N
S
W
E
N
W
E
S
23° 27' 冬至
太阳辐射的变化规律 (自 A,Mackenzie et,Al.,1999)
太阳辐射能
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－ 700nm之间。
紫外线 可见光 红外线
400 630 1000 2500 4000
波长 (nm)
能
量
强
度
光质变化对生物的影响
不同波长的光对植物的作用是不同的。
叶绿素 a普遍存在于各种藻类中，绿藻和裸藻含有叶绿
素 b，在光合作用中被吸收最多的是红色、橙色和黄色
光线。
当光进入水体中，一部分散射掉，一部分被吸收，随
着水深增加，光照减弱，光质量也发生变化。深层水
体中，由于缺少红光，绿色光又难以被叶绿素所利用，
所以植物形成辅助色素，利用深层光，类胡萝卜素可
把吸收的能量传给叶绿素进行光合作用。
海洋植物 — 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应
性,
? 海水表层植物色素吸收蓝、红光；
? 深水植物光合色素有效地利用绿光。
光强度变化对生物的影响
植物 —光合作用率在 光补偿点 附近与光强度成
正比，但达 光饱和点 后,不随光强增加。
光补偿点 (light compensation point) 光合作用吸收二
氧化碳量与呼吸作用释放的二氧化碳量,处于动态平衡
时的光照强度。 光饱和点 (light saturation point) 当达到
某一光强时,光合速率就不再随光强的增高而增加,这种
现象称为光饱和现象。开始光合速率最大值时的光强
称为 光饱和点 。
水生植物在水中的分布与光照强度有关。
光
合
作
用
率
光
合
作
用
率
光强度 光强度
净生产力光合作用 呼吸作用
A
B
BA CP 光补偿点
CP CPa bsp
sp 光饱和点
B
A
2,生物与温度的关系
温度对生物的作用 (温度的生态学意义 )
极端温度对生物的影响
生物对极端温度的适应
温度对生物的作用
温度直接影响生物的新陈代谢，从而对生长、
繁殖、发育、行为、分布等产生作用。
温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之
一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适
和最高温度，即 三基点温度 ；不同生物的三基
点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率
与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和
变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；
外温影响动物的生长规模。
水体中温度的高低影响溶解氧浓度的高低。
温度的生态作用
直接作用：直接影响有机体的代谢强度，
温度升高，新陈代谢加快，耗氧量升高；
间接作用：影响食物丰度和水中的理化
状态，间接支配生物的生存。
由于水的导热性很小，热量向水体深处
传播主要是通过密度不同而产生的对流
和风的机械作用。
风的混合所能达到的深度受风力大小、
水体的形态和面积及上下层温度的不同
而不同。
极端温度对生物的影响
低温对生物的影响：当温度低于临界 (下限 ) 温
度，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：
冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结
构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞
渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质
沉淀；代谢失调。
高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）
温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、
酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足等。
生物对极端温度的适应
生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生
理,行为的适应
生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－
形态,生理,行为的适应
3,生物与水的关系
水的生物学意义
水是生物体不可缺少的组成成份；
水是生物体所有代谢活动的介质；
水为生物创造稳定的温度环境；
生物起源于水环境。
主要内容
环境与生态因子
生物与环境关系的基本原理
生物与主要生态因子的相互关系
一,环境与生态因子
环境概念
生态因子的类型
自然环境的基本特征
1,环境的概念
环境 (environment)和环境因子 (environmental factors),
环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直
接、间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总
和，由许多环境要素构成，这些环境要素称环境因子。
环境因子的分类：
1）条件：不可消耗的环境因子；
2）资源：不可消耗的环境因子。
生态因子 (ecological factors),环境中对生物的生长、
发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要
素。生态因子是环境中对生物起作用的因子，而环境因
子则是指生物体外部的全部要素。
2,生态因子的类型
1,生态因子通常分为非生物因子和生物因子两
大类
1） biotic factors 生物因子
有机体（同种和异种），包括环境中的植物、
动物、微生物；
2） abiotic factors 非生物因子
环境因子，或者物理、化学因子，如温度、
光、湿度,pH、氧气、盐分等。
2.有的学者将生态因子分为五类
? 气候因子 (climatic factors)
? 土壤因子 (edaphic factors)
? 地形因子 (topographic factors)
? 生物因子 （ biotic factors）
? 人为因子 (anthropogenic factors)
人类活动对生物和环境的影响，改变非
生物因子而影响生物因子。
3,Begon等将非生物因子分为条件和资源两类
? 条件, 温度、湿度,pH等
? 资源, 营养物质、水、辐射能等
4,Simith等将生态因子分成密度制约因子和非密
度制约因子
? 密度制约因子 (density independent factors)：食物、
天敌等生物因子
? 非密度制约因子 (density dependent factors),温度、
降水、气候等因子
5,蒙恰斯基将生态因子 分为稳定因子和变动因子
? 稳定因子 (steady factors)：地心引力、地磁、太阳辐
射常数等长年恒定的因子
? 变动因子 (variable factors)：周期性变动：春夏秋冬、
潮夕涨落；非周期性变动：风、降水、捕食
3,生态因子的空间分布特征
纬度地带性,从赤道到两极，整个地球表面具有过渡
状的分带性规律。
? 太阳辐射量差异 太阳辐射－－热量带 －－水分差
异－－植被分带－－土壤分带
? 自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、
寒温带、亚寒带、寒带
? 植被地带性分布
垂直地带性,因 太阳辐射 和 水热状况 随着地形高度的
不同而不同，生物和气候自山麓至山顶呈垂直地带分
异的规律性变化 (干燥空气,-1℃ /100m;湿润空气,-
0.6℃ /100m)。
经度地带性,地球内在因素如大地构造形成地貌和海
洋分异引起经度地带性分异。如北美大陆和欧亚大陆。
二、生物与环境关系的基本原理
生态因子作用的特点
生物对非生物因子的耐受限度
生物对各生态因子耐受性之间的相互关系
生态位
1,生态因子作用的特点
综合性, 如气候的作用
非等价性（主导因子作用）,渔业高密度养殖增氧
直接性和间接性：食物，降水
限定性（因子作用的阶段性）：
生态因子的不可替代性和互补性：水体内的钙和锶
2,生物对非生物因子的耐受限度
“最小因子定律, (Liebig’s law of minimum)
? 植物的生长取决于那些处于最低量的营养元素，
这些处于最低量的营养元素称 最小因子（ Justus
von Liebig,1840,德国） 。
? 两个补充条件（ Odum,1983）,1）严格的稳定
状态； 2）因子补偿作用 (factor compensation),
生物在一定程度和范围内，能够减少温度、光、
水等生态因子的限制作用。如增加 CO2的浓度，
可补偿由于光照减弱所引起的光合强度降低的
效应。
“耐受性定律” (Shelford’s law of tolerance)(
V.E.Shelford,1913，美国 )
? 每种生物对一种生态因子都有一个 耐受范围,
即一个生态学上的 最低点 和一个生态学上的
最高点, 在最高点和最低点之间的范围就称
为 生态幅 (ecological amplitude) 或 生态价
(ecological valence)。
种
群
数
量
数量很低种群消失 种群消失数量很低数量最高
不能耐受区 生理受抑制 生理受抑制 不能耐受区最适区
环境 梯度 高低
耐受性下限 耐受性上限
生物种的耐受性限度图解
限制因子 (limiting factors)
? 生物的个体或种群的生存和繁殖取决于综合的
环境条件，在具体条件下，对特定的生物来说，
不是所有的生态因子都有同样的重要性，其中
某些因子限制生物的分布、丰度或产量，因而
具有最大的生态意义。在众多生态因子中，任
何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止其
生存、生长、繁殖或扩散的因子称 限制因子 。
? 限制因子概念的意义
?为分析生物与环境相互作用的复杂关系奠定
了一个便利的基点；
?有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。
限制因子一般都是局部性和暂时性的。
两类生态因子最容易起限制作用：
1）有机体十分需要而环境中含量很低的物质和元素；
2）有机体对其耐性限度狭窄，而在环境中又易变化
的因子。
找到了限制因子就意味着找到了影响生物生存和
发展的关键因子。
生态幅（ ecological amplitude）
又称为生态价、适应幅度，指每种生物有
机体能够生存的环境变化幅度，即最高、最低
生态因子（耐受上、下限）之间的范围。
生态幅分类
1）广生种：广生态幅，如广食种、广温种、广
盐种等；
2）狭生种：狭生态幅，如狭食性、狭温性、狭
盐性等。
3,生物对各生态因子耐受性之间的相互关系
对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显
的相互影响：如温度和湿度的关系；湿度和溶
氧的关系；温度和盐的协同作用。
生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：
物种之间的竞争产生的生态位分离
4,生态位
生态位 (niche)与栖息地 (habitat)
? 生态位－－有机体在环境中占据的地位；
? 栖息地－－有机体所处的物理环境。
超体积生态位 (hypovolume)
? 生态位的每一个环境变量称一维，生态位空间的环
境变量可以是多个，超过 3个维度的生态位空间称
超体积生态位。
基础生态位 (fundamental niche)和实际生态位 (realized
niche)
? 物种理论上占据的生态位空间称基础生态位；
? 实际占有的生态位空间称实际生态位。
三、生物与主要生态因子的相互
关系
生物与光的关系
生物与温度的关系
生物与水的关系
1,生物与光的关系
光是一切生物的最终能源
绿色植物利用光进行光合作用
光对动物的繁殖、生长、发育、行为、
分布和生存都有直接影响
光能影响气温变化，光照越强，温度越
高
地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期）
地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的
时间长（季节周期）
低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的
能量更少
23° 27' 夏至
N
S
W
E
N
W
E
S
23° 27' 冬至
太阳辐射的变化规律 (自 A,Mackenzie et,Al.,1999)
太阳辐射能
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－ 700nm之间。
紫外线 可见光 红外线
400 630 1000 2500 4000
波长 (nm)
能
量
强
度
光质变化对生物的影响
不同波长的光对植物的作用是不同的。
叶绿素 a普遍存在于各种藻类中，绿藻和裸藻含有叶绿
素 b，在光合作用中被吸收最多的是红色、橙色和黄色
光线。
当光进入水体中，一部分散射掉，一部分被吸收，随
着水深增加，光照减弱，光质量也发生变化。深层水
体中，由于缺少红光，绿色光又难以被叶绿素所利用，
所以植物形成辅助色素，利用深层光，类胡萝卜素可
把吸收的能量传给叶绿素进行光合作用。
海洋植物 — 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应
性,
? 海水表层植物色素吸收蓝、红光；
? 深水植物光合色素有效地利用绿光。
光强度变化对生物的影响
植物 —光合作用率在 光补偿点 附近与光强度成
正比，但达 光饱和点 后,不随光强增加。
光补偿点 (light compensation point) 光合作用吸收二
氧化碳量与呼吸作用释放的二氧化碳量,处于动态平衡
时的光照强度。 光饱和点 (light saturation point) 当达到
某一光强时,光合速率就不再随光强的增高而增加,这种
现象称为光饱和现象。开始光合速率最大值时的光强
称为 光饱和点 。
水生植物在水中的分布与光照强度有关。
光
合
作
用
率
光
合
作
用
率
光强度 光强度
净生产力光合作用 呼吸作用
A
B
BA CP 光补偿点
CP CPa bsp
sp 光饱和点
B
A
2,生物与温度的关系
温度对生物的作用 (温度的生态学意义 )
极端温度对生物的影响
生物对极端温度的适应
温度对生物的作用
温度直接影响生物的新陈代谢，从而对生长、
繁殖、发育、行为、分布等产生作用。
温度与生物生长：温度是最重要的生态因子之
一，参与生命活动的各种酶都有其最低、最适
和最高温度，即 三基点温度 ；不同生物的三基
点不同；在一定温度范围内，生物生长的速率
与温度成正比；外温的季节性变化引起植物和
变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；
外温影响动物的生长规模。
水体中温度的高低影响溶解氧浓度的高低。
温度的生态作用
直接作用：直接影响有机体的代谢强度，
温度升高，新陈代谢加快，耗氧量升高；
间接作用：影响食物丰度和水中的理化
状态，间接支配生物的生存。
由于水的导热性很小，热量向水体深处
传播主要是通过密度不同而产生的对流
和风的机械作用。
风的混合所能达到的深度受风力大小、
水体的形态和面积及上下层温度的不同
而不同。
极端温度对生物的影响
低温对生物的影响：当温度低于临界 (下限 ) 温
度，生物便会因低温而寒害和冻害。冻害原因：
冰结晶使原生质破裂损坏胞内和胞间的微细结
构；溶剂水结冰，电解质浓度改变，引起细胞
渗透压变化，导致蛋白质变性；脱水使蛋白质
沉淀；代谢失调。
高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）
温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变性、
酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足等。
生物对极端温度的适应
生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生
理,行为的适应
生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－
形态,生理,行为的适应
3,生物与水的关系
水的生物学意义
水是生物体不可缺少的组成成份；
水是生物体所有代谢活动的介质；
水为生物创造稳定的温度环境；
生物起源于水环境。
