生态学:研究生物、人类和环境之间这种错综复杂关系的科学。

34.1环境与生态因子

1、环境与生态因子是两个重要的概念

环境(environment)是指某一特定生物体以外的空间及直接、间接影响该生物体生存的一切事物的总和。

生态因子( ecological factor)是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接影响的环境要素，如温度、湿度、食物、氧气和其他相关生物等。

生态因子的种类虽然很多,但可根据其性质归纳为5类,即气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子和人为因子。

2、生物对生态因子的耐受性是有限度的

德国化学家李比希认识到了生态因子对生物生存的限制作用,他认为,作物的增产与减产是与作物从土壤中所能获得的营养物的多少呈正相关的。这就是说，

1913年,美国生态学家谢尔福德在最小因子法则的基础上又提出了耐受性法则(law of tolerance)的概念,就是说生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上、下限之间就是生物对这种生态因子的耐受范围。

对同一生态因子，不同种类的生物耐受范围是很不相同的。

根据生物对生态因子耐受范围的宽窄,可将生物区分为：

34.2生物与非生物环境之间的关系

1、没有水就没有生物

水的重要性首先表现在水是任何生物体都不可缺少的组成成分。生物体的含水量一般为60% ~80% ,从这个意义上讲,没有水就没有生物。这是由于生物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、激素的传递以及各种生化过程都必须在水溶液中才能进行。

其次,各种生物之所以能够生存至今,都有赖于水的一种特性,即水在3.98℃时密度最大,这对生物的生存和延续来说是至关重要的。

此外,水的热容量很大,因此水体温度不像大气温度那样变化剧烈,这样,水就为生物创造了一个非常稳定的温度环境。

依据植物对水的依赖程度可把

水的溶氧量是水生生物最重要的限制因素之一，要想从水中摄取氧气,水生动物所需要的能量要比陆生动物多得多。氧气在水中的分布是极不均匀的,因此水生生物的呼吸常会把局部水域的氧气耗尽,造成缺氧环境并可减缓或中止生命过程。

2、阳光是生命的能量源泉

阳光不仅为生物创造着适于生存的温度条件,而且也为一切生命活动提供了取之不尽的能源。

自然光是由不同波长的光组合而成的,不同波长的光对生物的意义也不相同。

光在水中的穿透性限制着植物在海洋中的分布，

由于动物、植物长期生活在具有一定昼夜变化格局的环境中而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( photoperiodism),

为什么每年春季迁飞鸟类都能按时到达营巢区,而秋季又能在大体相同的日期飞回越冬地?

为什么这些鸟类在不同年份迁来和飞走的时间都不会相差几天?

这一切都是由日照长度的周期变化所决定的。在日照长度周期变化的长期作用下,各种生物都形成了自己所固有的活动节律,以便使它们的活动与环境条件的周期变化保持同步,从而有利于生物的生存。

3 、温度限制着生物的分布

温度是一种无时无处不起作用的重要生态因子，任何生物都是生活在具有一定温度的外界环境中并受着温度变化的影响。

地球表面的温度可以相差几千度,但生物所能耐受的温度范围大约在-272~300 ℃之间。

冰点以下的低温会使生物体内形成冰晶而造成冻害,冰晶的形成会使细胞质膜破裂并使蛋白质失活与变性。

高温可减弱光合作用,增强呼吸作用,使植物的这两个重要生理过程失调,还可破坏植物的水分平衡,促使蛋白质凝固和有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的有害影响主要是破坏酶的活性和蛋白质凝固变性等。

极端温度常常成为限制生物分布的重要因素,

温度和降水这两个生态因子的共同作用决定着生物群落在地球表面分布的总格局。

34.3生物与生物之间的相互关系

1、食植和捕食是群落中最常见的种间关系

食植现象( herbivory)是指动物吃植物,几乎找不到一种植物是不被动物所取食的,而在动物中,从低等动物到高等动物,都有许多专门以吃植物为生的种类。

捕食现象( predation)是指动物吃动物,也是物种间最基本的相互关系之一。

前者称捕食者,后者称被食者或猎物。

捕食者的作用：

由于捕食现象是在长期进化过程中形成的，所以捕食者和被食者在形态、行为和生理上都有着多方面的适应性，这种适应的形成常常表现为协同进化(coevolution)的性质。

2、两个物种因利用同一有限资源而发生竞争

物种间的竞争关系( competition)是高斯在1934年首先用实验方法观察到的。

物种之间通过竞争所发生的分化,有时是极其微小的,不一定总能被人们的眼睛所觉察到,但是从竞争原理出发,它们之间肯定会存在形态上、生理上或行为上的微小差异,而且这些差异足以保证它们的生态要求不会完全相同。竞争使大自然充满活力,生机盎然。

3 、互惠共生是对双方都有利的一种种间关系

互惠是指对双方都有利的一种种间关系,但这种关系并没有发展到彼此相依为命的程度,如果解除这种关系双方都能正常生存。

而共生是物种之间不能分开的一种互利关系,这种互利已经达到了如此密切的程度,以致如果失去一方,另一方也就不能生存。

地球上最顽强的生物莫过于地衣了。

共生的另一著名实例是白蚁和多鞭毛虫，

白蚁本身并没有消化纤维素的能力,它之所以能靠吃木材为生全靠生活在它肠内多鞭毛虫的帮助,因为只有靠多鞭毛虫所分泌的纤维素酶才能把最难水解的木材消化为营养素供白蚁利用。白蚁的生存离不开多鞭毛虫,同样多鞭毛虫离开白蚁的消化管也会很快死亡。

4、寄生与拟寄生虽然都是寄生但存在本质差异

生活在一起的两种生物,如果一方获利并对另一方造成损害但并不把对方杀死,就称为寄生( parasitism)。

而拟寄生( parasitoidism)的特点则总是导致寄主死亡,这一点又使拟寄生更接近捕食现象。

寄生物通常以寄主的体液、组织或已消化好的食物为食,常常会阻碍寄主的生长、降低寄主的生殖力,但一般不引起寄主的死亡。

事实上,自然界的每一种动物和植物都有各自的寄生物,这些寄生物包括细菌、病毒、原生动物、线虫、吸虫、绦虫、节肢动物以及某些较高等的植物如菟丝子和榔寄生等。

拟寄生现象在昆虫中极为普遍,凡是昆虫对昆虫的寄生都属于拟寄生,几乎所有昆虫都被某种其他昆虫所寄生,主要是寄生蝇和寄生蜂。

有趣的是寄生昆虫本身有时也会被其他寄生昆虫所寄生,这样就形成了寄生链,例如蚜小蜂寄生在蚜虫体内,瘿蜂寄生在蚜小蜂体内,而金小峰又寄生在瘿蜂体内,这种现象称重寄生。

拟寄生物是农林害虫的重要天敌,也是控制害虫数量的重要自然因素,各种寄生蜂和寄生蝇常被用于进行生物防治,如用平腹小蜂防治荔枝椿象,用金小蜂防治棉红铃虫,用赤眼蜂防治玉米螟和松毛虫,用丽蚜小蜂防治白粉虱等。这些生物防治都已在我国取得了显著效果。