第二章生物与环境 课时安排:4学时 教学目的:通过讲授,让学生较全面掌握以下内容: 生物种类及特征 环境及环境 主要环境因子的生态作用 4.环境因子的生态作用规律 教学方法 1概念的准确阐述 2.大量事例剖析 3.幻灯片的使用 重点及难点:全部概念均需要准确掌握,难点是生物学的基本理论, 重点是主要环境因子的生态作用和规律
第二章 生物与环境 课时安排：4 学时 教学目的：通过讲授，让学生较全面掌握以下内容： 1. 生物种类及特征 2. 环境及环境 3. 主要环境因子的生态作用 4. 环境因子的生态作用规律 教学方法： 1.概念的准确阐述 2.大量事例剖析 3.幻灯片的使用 重点及难点：全部概念均需要准确掌握，难点是生物学的基本理论， 重点是主要环境因子的生态作用和规律
第一节环境与生物 环境与生物是相互作用、相互影响、相互制约、不可分割的统一体。 早在原始社会,人们为了生存,在与大自然斗争中就具有了一些关于环境 的感性认识,即自然力量与人周围的动植物的知识。环境是人类以及生物 有机体赖以生存的各种外界客观条件,因此只有对具体的环境、生物进行 研究,才能了解环境与生物的生态作用规律及其机制。从环境中分析出来 的各种要素或条件单位,称为环境因子,如气候因子、土壤因子、地理因 子、生物因子等,这些因子对生物的形态、构造、生长发育、遗传变异、 生态及分布等产生一定的影响。为了了解各生态因子的特性,下面将介绍 自然环境。 自然环境 自然环境是空间中可以直接或间接影响人类生活、生产的生物有机体 和无机的大气、岩石、水、土壤等各种要素组成的自然综合体,它是人类 发生、发展和生存的物质基础。这些条件在生物和人类还未出现前就在自 然界客观存在着,因此其中有需要的,也有不需要的甚至有害的。我们应 该通过科学研究、生产实践,有目的、有计划地去进行改造,消除有害因 素,或使其逐步转变为更适合于人类活动生存的环境。但是如果人们不按 照自然规律办事,人为地破坏,使生态失去平衡,那么将会受到大自然的 惩罚。因此,人类生存的环境既不能是单纯的自然因素,也不是单纯的社 会因素所构成,应是两者密切相关的统一整体,相互制约、相互作用,它 体现着人类利用和改造自然的性质和水平,影响着人类的生产和生活,关 系着人类的健康和生存。 (一)自然环境基本特征 1.纬度地带性:由于地理纬度的差异,自然环境具有规律性的变异 特点。因地球接受太阳辐射量的不同而引起热量的差异,从赤道向两极, 每移动一个纬度气温平均降低0.5—0.7℃。根据热量不同可分为若干自然
第一节 环境与生物 环境与生物是相互作用、相互影响、相互制约、不可分割的统一体。 早在原始社会，人们为了生存，在与大自然斗争中就具有了一些关于环境 的感性认识，即自然力量与人周围的动植物的知识。环境是人类以及生物 有机体赖以生存的各种外界客观条件，因此只有对具体的环境、生物进行 研究，才能了解环境与生物的生态作用规律及其机制。从环境中分析出来 的各种要素或条件单位，称为环境因子，如气候因子、土壤因子、地理因 子、生物因子等，这些因子对生物的形态、构造、生长发育、遗传变异、 生态及分布等产生一定的影响。为了了解各生态因子的特性，下面将介绍 自然环境。 一、自然环境 自然环境是空间中可以直接或间接影响人类生活、生产的生物有机体 和无机的大气、岩石、水、土壤等各种要素组成的自然综合体，它是人类 发生、发展和生存的物质基础。这些条件在生物和人类还未出现前就在自 然界客观存在着，因此其中有需要的，也有不需要的甚至有害的。我们应 该通过科学研究、生产实践，有目的、有计划地去进行改造，消除有害因 素，或使其逐步转变为更适合于人类活动生存的环境。但是如果人们不按 照自然规律办事，人为地破坏，使生态失去平衡，那么将会受到大自然的 惩罚。因此，人类生存的环境既不能是单纯的自然因素，也不是单纯的社 会因素所构成，应是两者密切相关的统一整体，相互制约、相互作用，它 体现着人类利用和改造自然的性质和水平，影响着人类的生产和生活，关 系着人类的健康和生存。 （一）自然环境基本特征 1．纬度地带性：由于地理纬度的差异，自然环境具有规律性的变异 特点。因地球接受太阳辐射量的不同而引起热量的差异，从赤道向两极， 每移动一个纬度气温平均降低 0.5—0.7℃。根据热量不同可分为若干自然
地理带,有赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带。 每个带的气候状况、水文特征、土壤类型以及生物种类都有明显的不同 2.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出现垂直地带分异的规律性变化。地形每升高 10米,气温下降0.5-06℃,或每升高180米,气温下降1℃。降水最 初随髙度的増加而增加,但到一定界线后,降水量又开始降低。所以只要 有足够高度的山地,就可以自下而上地划分出垂直自然带。各自然带的植 被和土壤呈规律性分布,自然生态系统也呈规律性地垂直交替 3.经度地带性:这主要由地球内在因素而造成的,如大地构造形成 的地貌和海洋分异,引起经度地带性变异。在北美大陆和欧亚大陆,由于 海陆分布格局与大气环流特点,水分梯度常沿经向变化,而导致生态系统 的经向分异,由沿海湿润区的森林,经半干旱的草原到干旱区的荒漠;我 国内陆地区和沿海地区的水分变异是随经度而变化的,从东南沿海向西北 内陆有规律的排列为湿润地区、半湿润地区、半干旱和干旱地区等。 (二)自然环境各要素 1.生物圈:由自然界中具有生命的动物、植物和微生物三大类共同 组成的有机整体。它们分布在地面以上10千米的高空和下至12千米深 的海洋,但有机体能够定居的区域要比这个范围狭窄得多,大量的生物存 在于适宜的地表100米环境中(图2-1)。已知动、植物约有250万种, 般估计为300—400万种
地理带，有赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带。 每个带的气候状况、水文特征、土壤类型以及生物种类都有明显的不同。 2．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出现垂直地带分异的规律性变化。地形每升高 100 米，气温下降 0.5—0.6℃，或每升高 180 米，气温下降 1℃。降水最 初随高度的增加而增加，但到一定界线后，降水量又开始降低。所以只要 有足够高度的山地，就可以自下而上地划分出垂直自然带。各自然带的植 被和土壤呈规律性分布，自然生态系统也呈规律性地垂直交替。 3．经度地带性：这主要由地球内在因素而造成的，如大地构造形成 的地貌和海洋分异，引起经度地带性变异。在北美大陆和欧亚大陆，由于 海陆分布格局与大气环流特点，水分梯度常沿经向变化，而导致生态系统 的经向分异，由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠；我 国内陆地区和沿海地区的水分变异是随经度而变化的，从东南沿海向西北 内陆有规律的排列为湿润地区、半湿润地区、半干旱和干旱地区等。 （二）自然环境各要素 1．生物圈：由自然界中具有生命的动物、植物和微生物三大类共同 组成的有机整体。它们分布在地面以上 10 千米的高空和下至 12 千米深 的海洋，但有机体能够定居的区域要比这个范围狭窄得多，大量的生物存 在于适宜的地表 100 米环境中（图 2-1）。已知动、植物约有 250 万种， 一般估计为 300—400 万种
生物围 8000 权化带 等植物 农业耕作界限 2000 4000 陆地 6000 弱光带 8000 种次要营养生物 10000 图2-1生物圈的上下界限 (1)动物已知的动物约有150余万种,无脊椎动物占绝大多数 无脊椎动物主要特点是身体中轴无脊椎骨组成的脊柱,神经系统在腹面, 心脏在背面,故又称为腹神经动物。主要的有原生动物、海绵动物、腔肠 动物、扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物 等。脊索动物现公认的分为三个亚门,尾索动物亚门、头索动物亚门、脊 椎动物亚门。脊椎动物是动物界中最高等的类群,体内具有许多脊椎骨组 成的脊柱,头骨发达,中枢神经在身体背侧,心脏在腹侧。包括圆口纲、 鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲 动物一般不能将无机物合成有机物,只能以植物、其他动物或微生物 等为营养,属异养性生物。它们与植物不同,具有复杂的形态结构和生理 机能,以进行摄食、消化、吸收、循环、排泄、感觉、运动和繁殖等一系 列生命活动。动物与人类关系极为密切,对大自然的生态平衡有重要作用。 (2)植物已知植物约有百余万种,包括藻类、菌类、地衣、苔藓、 蕨类和种子植物。其中绿色植物能直接利用太阳能进行光合作用(包括具 有叶绿素的原生动物),将二氧化碳和无机盐等无机物制造成为有机物
（1）动物 已知的动物约有 150 余万种，无脊椎动物占绝大多数。 无脊椎动物主要特点是身体中轴无脊椎骨组成的脊柱，神经系统在腹面， 心脏在背面，故又称为腹神经动物。主要的有原生动物、海绵动物、腔肠 动物、扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物 等。脊索动物现公认的分为三个亚门，尾索动物亚门、头索动物亚门、脊 椎动物亚门。脊椎动物是动物界中最高等的类群，体内具有许多脊椎骨组 成的脊柱，头骨发达，中枢神经在身体背侧，心脏在腹侧。包括圆口纲、 鱼纲、两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲。 动物一般不能将无机物合成有机物，只能以植物、其他动物或微生物 等为营养，属异养性生物。它们与植物不同，具有复杂的形态结构和生理 机能，以进行摄食、消化、吸收、循环、排泄、感觉、运动和繁殖等一系 列生命活动。动物与人类关系极为密切，对大自然的生态平衡有重要作用。 （2）植物 已知植物约有百余万种，包括藻类、菌类、地衣、苔藓、 蕨类和种子植物。其中绿色植物能直接利用太阳能进行光合作用（包括具 有叶绿素的原生动物），将二氧化碳和无机盐等无机物制造成为有机物
并释放氧,供异养生物利用,属自养生物。但植物中的真菌等也不能进行 光合作用,故也属异养性生物。 植物是自然界能量转化和物质循环的必要环节,它们的活动及其产物 同人类经济文化生活有极其密切的关系,植物对防沙造林、水土保持、城 市美化绿化、净化空气等改造自然及环境保护起重要的作用 (3)微生物约3万多种,包括细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、螺旋 体、立克次体、支原体、病毒等。在自然界分布极广,上至1万2千米高 空,下至1万米海底,以及江、河、湖、溪中都有微生物的踪迹。它是一 群繁殖快、代谢类型多、形体微小、构造简单的单细胞或多细胞生物,有 的没有细胞结构,绝大多数微生物必须用光学显微镜或电子显微镜才能看 清其形态结构。凡有细胞形态的微生物称细胞型微生物,反之称为非细胞 型微生物,如病毒和类病毒。根据微生物细胞结构不同又可将其分为原核 微生物和真核微生物 自然界的生物不能单独生活在非生物环境中,而要受到周围其他生物 因子的影响。它们之间的关系十分复杂,包括种内和种间关系,有直接和 间接影响,有利和不利作用,形式也多种多样,有共生、竞争、天敌、抑 制和传播等。它们相互制约、相互作用,维持了自然界的生态平衡,特别 是植物和微生物在自然界的物质转化和循环中起着重要的作用,对环境保 护极为重要 2.大气圈:包围地球的空气层,是由多种气体组成的。它是环境的 重要组成之一,其质量的好坏关系到人类和生物的健康及生存。 (1)大气的组成包括恒定的、可变的和不定的三部分组分 恒定的组分氮占7809%、氧占20.95%、氩占0.93%,三者约占空 气总量的9997%,还有微量元素氖、氦、氪、氙以及臭氧等。这些气体 的含量几乎是不变的
并释放氧，供异养生物利用，属自养生物。但植物中的真菌等也不能进行 光合作用，故也属异养性生物。 植物是自然界能量转化和物质循环的必要环节，它们的活动及其产物 同人类经济文化生活有极其密切的关系，植物对防沙造林、水土保持、城 市美化绿化、净化空气等改造自然及环境保护起重要的作用。 （3）微生物 约 3 万多种，包括细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、螺旋 体、立克次体、支原体、病毒等。在自然界分布极广，上至 1 万 2 千米高 空，下至 1 万米海底，以及江、河、湖、溪中都有微生物的踪迹。它是一 群繁殖快、代谢类型多、形体微小、构造简单的单细胞或多细胞生物，有 的没有细胞结构，绝大多数微生物必须用光学显微镜或电子显微镜才能看 清其形态结构。凡有细胞形态的微生物称细胞型微生物，反之称为非细胞 型微生物，如病毒和类病毒。根据微生物细胞结构不同又可将其分为原核 微生物和真核微生物。 自然界的生物不能单独生活在非生物环境中，而要受到周围其他生物 因子的影响。它们之间的关系十分复杂，包括种内和种间关系，有直接和 间接影响，有利和不利作用，形式也多种多样，有共生、竞争、天敌、抑 制和传播等。它们相互制约、相互作用，维持了自然界的生态平衡，特别 是植物和微生物在自然界的物质转化和循环中起着重要的作用，对环境保 护极为重要。 2．大气圈：包围地球的空气层，是由多种气体组成的。它是环境的 重要组成之一，其质量的好坏关系到人类和生物的健康及生存。 （1）大气的组成 包括恒定的、可变的和不定的三部分组分。 恒定的组分氮占 78.09％、氧占 20.95％、氩占 0.93％，三者约占空 气总量的 99.97％，还有微量元素氖、氦、氪、氙以及臭氧等。这些气体 的含量几乎是不变的
可变的组分有二氧化碳、水蒸汽等。在正常状态下,水蒸汽的含量为 0-4%,二氧化碳的含量近年来已达到0.035%。其含量可受地区、季节、 气候以及人们生活、生产活动、科学研究等因素的影响而发生变化 不定组分有尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物等,主要由人为因素 造成,如生产工业化、人口密集、工业布局不合理以及环境管理不善等, 也可由火山爆发、森林火灾、油井燃烧、地震、海啸等因素所引起。不定 组分的种类和数量与该地区的工业类别、排放的污染物,以及气象条件等 多种因素有关,如在电厂、焦化厂、冶炼厂所在地区及其附近大气中的不 定组分就多。当大气中不定组分达到一定浓度时,就会造成公害。 大气中除水气和杂质外,整个混合气体称为洁静大气,其组分见表 2-1 表2-1洁净大气的組分 组分 体积 浓度ppm 在大气中的重量(101kg 氮(N2) 7809 38000 二氧化碳(CO2) 003 00253(数字可变) 18×10 0000636 氮(H 氪Kr) 10×10-5 10 0000146 氢(H2) 50×105 000002 000018 臭氧(O2)|10×106 001-004 数字可变 氢(Rn 6×1013 一氧化碳(CO) 受污染大气中大于此浓度 氧化二氮(N2O 0 大气垂直方向上的分层其物理性质有很大差异,可自下而上划分为对 流层、平流层、中间层、暖层(电离层)、逸散层(外层),见图2-2
可变的组分有二氧化碳、水蒸汽等。在正常状态下，水蒸汽的含量为 0—4％，二氧化碳的含量近年来已达到 0.035％。其含量可受地区、季节、 气候以及人们生活、生产活动、科学研究等因素的影响而发生变化。 不定组分有尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物等，主要由人为因素 造成，如生产工业化、人口密集、工业布局不合理以及环境管理不善等， 也可由火山爆发、森林火灾、油井燃烧、地震、海啸等因素所引起。不定 组分的种类和数量与该地区的工业类别、排放的污染物，以及气象条件等 多种因素有关，如在电厂、焦化厂、冶炼厂所在地区及其附近大气中的不 定组分就多。当大气中不定组分达到一定浓度时，就会造成公害。 大气中除水气和杂质外，整个混合气体称为洁静大气，其组分见表 2-1。 大气垂直方向上的分层其物理性质有很大差异，可自下而上划分为对 流层、平流层、中间层、暖层（电离层）、逸散层（外层），见图 2-2
对流层下界是地面,上界因纬度和季节不同,厚度约8-10千米, 空气重量约占大气总量的95%。由于气温作用,主要天气现象如风、雨 霜、雪、露、冰雹等都发生在这层内,大气的污染也主要发生在这层里, 所以对流层对人类生产、生活关系极为密切,对生物生长发育、繁殖和分 布有很大影响。 (2)大气的生态作用主要是氧和二氧化碳及风对生物的作用。 氧主要由植物光合作用产生,少部分来源于大气层的光解作用。高层 大气中的氧分子在紫外线作用下与高度活性的氧原子结合生成臭氧,保护 了地面生物免遭短波宇宙射线的伤害。二氧化碳则是植物光合作用的主要 原料。氧和二氧化碳的平衡是生态系统能否进行正常运转的重要因素,而 植物在调节大气中氧和二氧化碳的平衡过程中起重要作用 (3)风的作用大气的流动产生风,风对生物的作用既有利又有害 有些风媒植物靠风的作用传播花粉、种子和果实;很多小型活动力差的动 物靠风力被动迁移;一些食肉哺乳动物对风带来的气味很敏感,在捕食时 通常迎风而上;风对动植物的生长发育、繁殖、行为、数量、分布以及体 内水分平衡都有不良影响(图2-3)。强风引起的风灾使植物折断、倒伏 房屋倒塌、电线等断裂,造成农林生产、交通通讯中断等严重损失
对流层下界是地面，上界因纬度和季节不同，厚度约 8—10 千米， 空气重量约占大气总量的 95％。由于气温作用，主要天气现象如风、雨、 霜、雪、露、冰雹等都发生在这层内，大气的污染也主要发生在这层里， 所以对流层对人类生产、生活关系极为密切，对生物生长发育、繁殖和分 布有很大影响。 （2）大气的生态作用 主要是氧和二氧化碳及风对生物的作用。 氧主要由植物光合作用产生，少部分来源于大气层的光解作用。高层 大气中的氧分子在紫外线作用下与高度活性的氧原子结合生成臭氧，保护 了地面生物免遭短波宇宙射线的伤害。二氧化碳则是植物光合作用的主要 原料。氧和二氧化碳的平衡是生态系统能否进行正常运转的重要因素，而 植物在调节大气中氧和二氧化碳的平衡过程中起重要作用。 （3）风的作用 大气的流动产生风，风对生物的作用既有利又有害。 有些风媒植物靠风的作用传播花粉、种子和果实；很多小型活动力差的动 物靠风力被动迁移；一些食肉哺乳动物对风带来的气味很敏感，在捕食时 通常迎风而上；风对动植物的生长发育、繁殖、行为、数量、分布以及体 内水分平衡都有不良影响（图 2-3）。强风引起的风灾使植物折断、倒伏、 房屋倒塌、电线等断裂，造成农林生产、交通通讯中断等严重损失
光 层 沙球游沙 地边层得 190K 270K 290K 层 40探空气球 机 对流顶 、珠峰对流遗 积雨云了 290K300K 〔高纬情况)〔低纬情况 图2-2大气的垂直分层G自潘树荣,1985) 图2-3旗形树(畸形)(自曲仲湘等,1984) 3.水圈:围绕地球各种类型的水,通称为水圈。水是人类生存必不 可少的、最重要的物质,在地球上分布最广。地球上的热量输送和气候调 节要靠水的作用,是自然环境中最活跃的因素,也是参与地表物质能量转 化的重要因素
3．水圈：围绕地球各种类型的水，通称为水圈。水是人类生存必不 可少的、最重要的物质，在地球上分布最广。地球上的热量输送和气候调 节要靠水的作用，是自然环境中最活跃的因素，也是参与地表物质能量转 化的重要因素
水圈由海洋、河流、湖泊、地下水、大气水、冰共同构成,其中海洋 是水圈的主体,约占全球面积的71%。水量最多的是海洋咸水,占97% 以上:淡水占2.53%,其中34在南、北极的冰盖和冰川中;江河、湖泊 等地面水约占地球总水量的110000;地表土壤和地下岩层中含有多层淡 水。人类能够利用的淡水约占全部淡水的20%,其中只有05%的淡水能 直接取用于河湖,可见淡水资源是非常有限的。 地球上的水并不是处于静止状态的。水以大气环流、洋流和河流排水 等形式在地球上流动和再分配,通过蒸发、降雨、渗透等进行水分循环, 不断往复,永无止境,使地球水量恒定不变,维持水分平衡(表2-4) 由于水分循环,不仅调节气候,而且净化了大气 表2-4地球水量的平衡 类别 海洋 陆地 全球 降雨(km3/a) 15m 423000 流入量(km 降雨(cm/a 蒸发(cma) 流入量(cm/a (引自刘培桐等,1986) 水中含有各种化学物质、各种溶盐的矿质营养、有机菅养物等,可提 供生物的需要。由于各地区水质的不同(表25、2-6、2-7),构成了生 物环境的生态差异
水圈由海洋、河流、湖泊、地下水、大气水、冰共同构成，其中海洋 是水圈的主体，约占全球面积的 71％。水量最多的是海洋咸水，占 97％ 以上；淡水占 2.53％，其中 3/4 在南、北极的冰盖和冰川中；江河、湖泊 等地面水约占地球总水量的 1/10000；地表土壤和地下岩层中含有多层淡 水。人类能够利用的淡水约占全部淡水的 20％，其中只有 0.5％的淡水能 直接取用于河湖，可见淡水资源是非常有限的。 地球上的水并不是处于静止状态的。水以大气环流、洋流和河流排水 等形式在地球上流动和再分配，通过蒸发、降雨、渗透等进行水分循环， 不断往复，永无止境，使地球水量恒定不变，维持水分平衡（表 2-4）。 由于水分循环，不仅调节气候，而且净化了大气。 水中含有各种化学物质、各种溶盐的矿质营养、有机营养物等，可提 供生物的需要。由于各地区水质的不同（表 2-5、2-6、2-7），构成了生 物环境的生态差异
表2-5海水的化学成分 元索含量 元索含量mg 元素含量mg/kg 18980 00-007 0004 10561 05 铅硒铯铀 0004 氯钠镁硫钙钾溴碳锶硼硅氟钪镭钻 884 氮铝铷锂磷钡碘砷铁锰铜锌汞镉锡 00015 0m1-0.10 钼钍铈 00005 65 00 00004 001-002 银 0m02-002钒 00003 0 02-40 00003 14 0005 0001 00004 00003 镧钇镍金铬 0000006 4.岩石圈和土壤圈:岩石圈是指地球表面3040千米厚的坚硬地 壳层,是大气圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基础,也是土壤形 成的物质基础。土壤圈在地球陆地表面,由岩石圈表面物理风化而成的疏 松层作母质,加上水和有机物质通过化学变化以及土壤母质的生物作用, 经过相当长的时间才形成的,它是有机界和无机界相互联系、相互作用的 产物
4．岩石圈和土壤圈：岩石圈是指地球表面 30—40 千米厚的坚硬地 壳层，是大气圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基础，也是土壤形 成的物质基础。土壤圈在地球陆地表面，由岩石圈表面物理风化而成的疏 松层作母质，加上水和有机物质通过化学变化以及土壤母质的生物作用， 经过相当长的时间才形成的，它是有机界和无机界相互联系、相互作用的 产物