從遙遠的太空觀看，地球是一顆披著藍色“麵紗”的美麗行星，然而地球真正美妙動人之處卻是藍色“麵紗”下絢麗多彩的生物圈，它是地球上所有生物的家園。地球上的生物形形色色，種類繁多，分布廣泛。
然而，生物的生存離不開自己的“家”——環境，生物的生命活動又不斷影響和改變著環境，生物與環境是息息相關的。生物在環境中總是以四個基本層次存在：個體、種群、群落、生態係統。
8.1生物個體與環境
宇宙的奇妙一直令人歎為觀止，到處彰顯出創造的智慧，地球之所以能成為太陽係唯一適合生物生存的星球，實因一切都安排得太合理。太陽是地球上光、熱的主要來源，而地球與太陽的距離恰到好處，如果更近些，我們就會被燒焦，隻有極少數耐熱生物能夠存活下來，沒有其他生物依存，最終它們也會滅絕；如果離稍遠些，我們就會被凍成冰塊。地球繞太陽公轉時有一個偏角，各地才出現了春夏秋冬。如果沒有這個偏角，熱的地方總是熱，冷的地方總是冷，地球上將不存在適合我們人類居住的地方。地球對大氣層的作用也是尤為重要的。如果地球的直徑比現在小，大氣中的氧氣就不會被引力吸在地球上，人類將無法生存；如果地球的直徑過大，地球的引力又將太大而使人類無法承受，我們被緊緊吸引在地球上，但是我們不能活動。水對生物的重要性也毋庸置疑。地球上的生物大都是熱脹冷縮，唯獨水卻別具一格，在4℃時密度最大，溫度低於4℃時反而膨脹，所以冰總是漂浮在水麵上。如果水也遵循熱脹冷縮的規則，一結冰就會沉下去，那麼河流湖泊從上到下都會被凍得嚴嚴實實的，任何水生生物都無法存活。這些生命必需的條件隻要缺少一個環節，或某個環節出現錯誤，人類、動物、植物就會從地球上消失！
在環境中，對生物的生長、發育、生殖、行為和分布有直接或間接影響的環境要素，我們稱為生態因子。生態因子是環境中對生物起作用的因子，而環境因子則是指生物體外部的全部要素。
自然界中生態因子的種類很多，常直接作用於個體和群體，主要影響個體生存和繁殖、種群分布和數量、群落結構和功能等。各種生態因子之間是相互聯係、相互影響的，不同的生態因子共同影響著生物的行為。
影響生物生存的主要生態因子有光、溫度、水分、土壤等，下麵我們逐一介紹這幾種生態因子對生物的影響。
8.1.1光的生態作用
當地球自轉時，赤道附近照射的時間長（日周期）；而地球公轉時，夏天北半球照射的時間長，冬天南半球照射的時間長（季節周期）。低緯度地區有較為恒定的熱量，高緯度比低緯度地區接受的能量少。光的波長為150～4000納米，分紫外光、可見光和紅外光三類，波長在380～760納米的光為可見光。綠色植物光合作用的有效光波範圍是380～700納米。
光是一個十分複雜而重要的生態因子，包括光強、光質（光的波長）和光照長度。
地球上生物生活所必需的能量幾乎都直接或間接來自太陽能。光是地球上所有生物得以生存和繁衍的最主要的能量源泉，綠色植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能，這是太陽能進入生態係統的通路，也是食物鏈的起點。我們說萬物生長靠太陽，也說明了光對生物生長的作用不容小覷。光也是一個十分複雜的生態因子，光強、光質和光照長度都會對生物的生長發育和地理分布產生深刻的影響，同時，生物自身對光因子也會產生極其多樣的適應性。
（1）光照強度
光照強度對植物的生長發育有重要影響。光照強度主要影響植物的光合作用，光合作用的效率與光照強度成正比，此外植物的光合器官葉綠體必須在一定的光照強度條件下才能形成。在黑暗條件下，植物就會出現黃化現象。在植物完成光周期誘導和花芽開始分化時，光照強度越大，時間越長，形成的有機物越多，越有利於花和果實的成長發育。最典型的一個例子就是新疆的瓜果。去過新疆的人都會對“吐魯番的葡萄，哈密的瓜，庫爾勒的香梨頂呱呱”這句古老的民謠印象深刻。新疆瓜果品質奇佳與當地氣候幹旱密切相關。當地光照時間長，太陽輻射強，晝夜溫差大。豐富的陽光是瓜果進行光合作用合成有機物，特別是瓜果中糖分等可溶性固體物的動力；豐富的熱量則是保證瓜果生長發育所必需的環境條件；晝夜溫差大有利於白天光合作用製造較多的有機物和糖分，而在夜間呼吸作用時消耗得最少。
光照強度與很多動物的行為也有密切的關係，有些動物適應在白天的強光下活動，有些動物則適應在夜晚的弱光下活動，還有些動物既能適應強光也能適應弱光，它們常常不分晝夜地交替活動和休息，餓了就出來找食物，吃飽了就呼呼大睡，如田鼠。那麼為什麼白天看不見貓頭鷹？為什麼蝙蝠總是在傍晚才出現？為什麼喜鵲晚上不叫呢？告訴你，那是因為動物有自己的白天和黑夜。原來在動物眼睛的視網膜上，有許多神經細胞，這些神經細胞能把從外界接收到的信息迅速傳遞給大腦，形成視覺圖像。神經細胞分為兩類，一類是能捕捉亮光的錐狀體，一類是能捕捉暗光的杆狀體。像晝行性動物，如燕子、蝴蝶、喜鵲、猴子等大多數鳥類和獸類，它們的視覺神經細胞就是錐狀體。而夜行性動物，如貓頭鷹、蝙蝠、家鼠、壁虎等，它們的視覺神經細胞則是杆狀體。由於杆狀體視覺神經細胞一般隻能感覺到暗光，所以貓、狗類的動物分辨不出色彩，它們看任何物體都是灰色的。但是我們要注意，並不是所有的夜行性動物都是受光照強度的影響而在夜間活動的。例如有些大型動物，白天容易暴露自己，借助夜色掩護它們更容易成功捕到食物，如狼；還有些動物為了躲避天敵、保護自己，也會選擇在夜間活動，如鼠類。
（2）光質
光對植物的生長發育至關重要，它不僅作為光合作用的一種能源，還是一種觸發信號，被植物體內不同的光受體感知。紅光通過抑製光合產物從葉中輸出增加葉片的澱粉積累，而藍光則能調控葉綠素形成、氣孔開啟等生理過程。光質能調節不同類型葉綠素蛋白質的形成以及光係統之間的電子傳遞。根據這個原理，在農業生產中可以利用淺藍色薄膜代替無色薄膜育秧，當太陽光通過薄膜時光合作用所需的380～490納米的光能被選擇性吸收促進植物的光合作用和代謝過程，從而使幼苗茁壯生長。
對動物來說，可見光會影響它們的生殖、遷徙、羽毛更換、體色變化等。將蛺蝶分別放在光照和黑暗的環境下培養，一段時間後，在光照環境中生長的蛺蝶體色變淡，而生長在黑暗環境中的蛺蝶身體則呈暗色。此外，許多昆蟲對光都有不同程度的趨向性，例如蚜蟲對粉色有正趨性，對黑色、銀白色有負趨性，借此我們可以把銀灰色塑料薄膜隔行鋪在蔬菜、煙草的行間，來防蚜蟲。
由於地球不停的公轉和自轉導致太陽高度和角度發生周期性的變化，從而出現了地球上光照長短的周期性變化，即光周期。光周期對植物的開花尤為重要，我們知道春天桃花會開放，夏天牽牛花會開放，秋天菊花會開放，冬天梅花會開放，但是在其他季節卻見不到這些花，這是因為植物必須經過一定時間的適宜的光周期後才能開花，否則就一直處於營養生長階段。
（3）光照長度
根據對日照長度的反應類型可把植物分為長日照植物、短日照植物、中日照植物和中間型植物。長日照植物是指在日照時間長於一定數值（一般14小時以上）才能開花的植物，如冬小麥、大麥、油菜和甜菜等，而且光照時間越長，開花越早。短日照植物則是日照時間短於一定數值（一般14小時以上的黑暗）才能開花的植物，如水稻、棉花、大豆和煙草等。中日照植物的開花要求晝夜長短比例接近相等（12小時左右），如甘蔗等。在任何日照條件下都能開花的植物是中間型植物，如番茄、黃瓜和辣椒等。在我國，將短日照植物從南方引種到北方，會延遲開花，如果所引品種隻是為了收獲果實或種子，則應選擇早熟品種；而從北方引種到南方，則應選擇晚熟品種。這對植物的引種、育種工作很重要。
8.1.2溫度的生態作用
任何生物都是在一定的溫度範圍內活動，溫度是對生物影響最為明顯的環境因素之一。生物體內物質和能量代謝的生理生化過程是生長發育的基礎，而一切生理生化過程都要受到溫度的影響，所以說溫度是一種無時無刻不在起作用的重要生態因子。任何生物的生長發育都必須在一定的溫度範圍內才能進行，因為生命活動的每一個生理生化過程都需要酶的參與，而酶的活性都有其對應的最低溫度、最適溫度和最高溫度。
溫度與生物發育的關係一方麵體現在某些植物需要經過一個低溫春化階段，才能開花結果，完成生命周期；另一方麵反映在有效積溫法則上。有效積溫法則的主要含義是植物在生長發育過程中，必須從環境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發育，而且植物各個發育階段所需要的總熱量是一個常數。有效積溫法則不僅適用於植物，還適用於昆蟲和其他一些變溫動物。在生產實踐中，有效積溫可作為農業規劃、引種、作物布局和預測農時的重要依據。
當環境溫度過低時，植物的蛋白質合成受阻，碳水化合物減少，導致代謝紊亂。溫度低於一定數值，生物便會受害，這個數值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，溫度越低生物受害越嚴重。低溫對生物的傷害可分為寒害和凍害兩種。寒害是指溫度在0℃以上對喜溫生物造成的傷害。凍害是指0℃以下的低溫使生物體內（細胞內和細胞間）形成冰晶而造成的損害。植物在溫度降至冰點以下時，會在細胞間隙形成冰晶，原生質因此而失水破損。極端低溫對動物的致死作用主要是體液的冰凍和結晶，使原生質受到機械損傷、蛋白質脫水變性。昆蟲等少數動物的體液能忍受0℃以下的低溫仍不結冰，這種現象稱為過冷卻。過冷卻是動物對低溫的一種適應方式。
而高溫會促進植物的蒸騰作用，破壞水分平衡，會使植物萎蔫枯死。可見，隻有在最適溫度下植物才能進行正常的生長發育。溫度影響著植物的分布，寒冷地區針葉林較常見，而溫帶地區闊葉林較常見。為了適應環境溫度的變化，植物會做出五花八門的防禦措施。鹿蹄草在低溫環境中通過減少細胞中的水分，增加細胞中的脂肪、糖類或色素等物質降低冰點，增加抗寒能力。生活在北極的植物，它們的表麵生有蠟粉和密毛，植株矮小並呈匍匐狀或蓮座狀等，這種形態可以幫助它們保持溫度，對抗嚴寒。而在高溫環境下，有些植物生有茸毛和鱗片，能過濾陽光；有些植物葉片垂直排列或呈折疊狀，以減少光的吸收麵積；有些植物體呈白色或銀白色，利用白色的吸光能力差，反射一大部分陽光；甚至有些植物的根莖和樹幹生有厚厚的木栓層，以此來隔絕高溫的影響。除此之外，有些植物通過休眠來對抗極端溫度。
溫度對動物的形態和分布也會產生較大影響。最典型的例子就是生活在南極的企鵝。在很久以前，南極並不是一個冰天雪地的地方時，企鵝和很多動物的祖先就在那裏生活了。後來南極越來越冷，其他動物忍受不住寒冷就離開了，而企鵝為了適應環境，羽毛變得密集重疊，皮下的脂肪層也越來越厚。密集的羽毛既能防止海水滲透，又能抵抗寒風的侵襲，而厚厚的皮下脂肪也能起到保暖禦寒的作用，從而使企鵝可以繼續在南極生活。此外，企鵝還能根據溫度變化調節自身。當氣溫降到-10℃時，它們就把熱量消耗降到最低點，從而節省和保存大量熱能。如果氣溫繼續下降，成千上萬隻企鵝就會緊緊擠在一起，形成一條巨大的“保溫被”，使身體周圍的溫度不會過低。企鵝的生理結構和防禦機製使它完全適應了南極嚴寒的生活。
我們知道，在企鵝一生中，生活在海裏和陸地上的時間各占一半，所以冰雪覆蓋的南極便成了它們主要的生存繁衍之地。除了南極洲以外，在南半球的許多島嶼上，甚至是位於赤道附近的加拉帕格斯群島上也有企鵝分布。然而在同樣氣候酷寒、冰雪茫茫的北極地區，卻看不到企鵝的蹤跡，這一現象令人費解。最合理的解釋就是炎熱的天氣阻擋了企鵝往北方遷徙的去路。因為企鵝的祖先——管鼻類動物是在赤道以南的區域開始出現的，而較高的氣溫和溫暖的赤道水流形成了一個物理屏障，使它們的遷徙受到了阻礙，所以企鵝分布的最北端隻能是平均氣溫20℃的區域。
8.1.3水的生態作用
相對於光和溫度，水、大氣、土壤是另一類生態因子，它們構成有機體生活的空間或棲息地，成為生物生存的必需條件。同時，它們又為生物體的建成提供了常量元素（如碳、氫、氧等）與微量元素（如鋅、碘等）。因此，這些生態因子組成了地球上的物質環境。
水也是一種生態因子，是任何生物體必不可少的重要組成成分。植物的含水量為60%～80%，而動物的含水量更高，例如，水母的含水量高達95%。水不僅是植物光合作用的原料，還是生物體新陳代謝的直接參與者，生命的一切代謝活動都必須以水為介質，生物體內營養的運輸、激素的傳遞、廢物的排出以及生命賴以生存的化學反應，都必須在水溶液中進行。
水是植物的組成部分，在生命活動過程中需要不斷有水的補給。植物的需水量是相當大的，一株玉米一天大約需要2千克的水，一生中至少需要200千克的水才能保持正常的生命活動。夏季一株樹的需水量約為其全部鮮葉重量的5倍。因此缺水對植物來說十分嚴重。植物所需要的水分絕大部分來自土壤。在長期的進化過程中，植物通過體內水分平衡，即根係吸收水和葉片蒸發水之間的平衡來適應周圍的水環境。這一切都要歸功於植物有一個神奇的氣孔，它能夠自動開關，當水分充足時氣孔張開以保證氣體交換，當水分匱乏時氣孔又會自動關閉以減少水分散失。根據植物的生長環境，植物分為陸生植物和水生植物。陸生植物又隨生長環境的潮濕狀態分為濕生植物、中生植物和旱生植物。各類植物形成了其自身的適應特性。
有些植物還生有一層厚厚的蠟質表皮，可以減少水分蒸發，以適應幹旱季節。仙人掌就是這樣一個例子，它們大多生活在幹旱環境裏，為減少高溫引起的強烈蒸騰作用，葉片退化為刺，表麵有層蠟質，根係很深，白天氣孔關閉以使較少水分流失。除了形體上的適應，仙人掌還有一種特殊的本領，在幹旱季節，它可以不吃不喝進入休眠狀態，把體內的養料和水分降到最低程度。當雨季來臨，它又可以敏感地“蘇醒”，根係立即吸收大量的水分，使植株迅速生長。有些仙人掌類植物的根係變成胡蘿卜狀，可儲存多達40千克的水分。曾有人把仙人球包在幹燥的紙袋裏放了兩年多，盡管它們的外形已經皺縮了，但是放到盆裏澆水後，很快就長出了新根。仙人掌驚人的耐旱力和頑強的生命力使它能夠適應幹旱的環境，成為沙漠裏一道亮麗的風景。
動物與植物一樣，必須保持體內的水平衡才能維持生存。水生動物保持體內的水平衡是依賴於水的滲透調節作用，陸生動物則依靠水分的攝入與排出的動態平衡，從而形成了生理上、組織形態上及行為上的適應。
許多動物生理上也具有適應幹旱的特點。例如有“沙漠之舟”美稱的駱駝。有記載稱，駱駝17天不喝水依然可以照常行走。這是因為駱駝的胃裏有許多瓶子形狀的小泡泡，可以儲存近百千克的水，這些“瓶子”裏的水使駱駝即使幾天不喝水，也不會有生命危險。此外，駱駝的駝峰裏儲存著大量的脂肪，這些脂肪在駱駝得不到食物的時候，不僅能夠分解成駱駝身體所需的養分，供駱駝生存需要，脂肪氧化又可產生水分，因此駱駝能不飲不食數日。
有機體在陸地生存中麵臨的最嚴重問題之一就是連續失水，使有機體有可能因失水而幹死，因而陸生動物在進化過程中形成了各種減少失水或保持水分的機製，如減少蒸發失水、減少排泄失水等。野營自救時這點常識要有喲！
8.1.4土壤的生態作用
土壤對於生物有什麼意義呢？
土壤是指岩石圈表麵的疏鬆表層，是陸地植物生活的基質。它不僅為植物提供生活必需的營養和水分，還是生態係統中物質與能量交換的重要場所。土壤就像是一個商店，植物通過根係與土壤進行頻繁的物質交換。肥沃的土壤能同時滿足植物對水分和養料的需求，是植物正常生長發育的基礎。土壤溫度直接影響植物種子的萌發和根係的生長，低溫會降低根係的呼吸強度，使代謝減慢，根係生長受到抑製；高溫則使根係過早成熟，根部木質化程度大，從而減少了根係的有效吸收麵積。土壤的礦物質營養必須溶解在水中才能被植物吸收利用，水分太少引起幹旱，水分太多又導致澇害，對植物的生長都不利。土壤空氣中氧氣含量較低，通常隻有10%～12%，有時甚至會降到10%以下，這就可能會抑製根係的呼吸作用；而土壤中的二氧化碳濃度則比大氣中高幾十甚至上千倍，植物光合作用所需的二氧化碳有一半來自土壤，然而當土壤中二氧化碳含量過高時，植物的呼吸作用受阻，嚴重時會窒息死亡。
土壤也是許多地下生物的棲息場所，土壤中的空氣和水是它們生存的條件。土壤中的生物包括細菌、真菌、放線菌、原生動物、軟體動物、節肢動物等。土壤的含水量和通氣狀況會影響動物的生長和繁殖，當土壤中水分過多、通氣狀況差時，一些動物會因缺氧而窒息死亡，因此農業上常用灌溉法殺死一些土壤中的動物。
8.2種群與環境
在自然界，任何生物都不是以個體分散存在的，而是以不同數量的個體集合在一起，形成具有一定年齡、性別、遺傳特征以及空間結構的組織單元。大多數動物都是群居生活的，它們或是形成數量不多的小群體，或是以較大的“社會”群體而存在。大到全世界的海豚可視為一個種群，小到校園中的一片草地可作為一個種群，甚至一群家豬也可以視為一個種群。動物的群居生活對它們的生存發展十分有利。例如，螞蟻的個頭雖小，但它們卻可以依靠群體的力量，來消滅比它們大得多的動物。我們就來看看什麼是種群吧。
8.2.1種群
種群指在一定時間內占據一定空間的同種生物的所有個體，例如在一片草原上的斑馬，生長在同一個山頭的樹木等。在自然分類的種以上單位是就其進化的親緣關係劃分的，種群是自然界存在的基本單位，亦是物種進化的基本單位。它是一種特殊組合，具有獨特性質、結構、機能，有自動調節大小的能力。
種群又是生物群落的基本組成單位，群落是由種群所組成的。種群占有一定的領域，由同種生物個體組成，但它不是個體的簡單相加，而是同種個體通過種內關係組成的一個有機整體。組成種群的個體可以自由交配、繁衍後代，隨著時間的推移而死亡和消失，又不斷通過新生個體的補充而延續。
8.2.2種內關係
種群內部個體與個體之間由於捕食、繁殖、競爭等行為形成了千絲萬縷的聯係，這就使得種內關係變得尤為複雜。動物種群和植物種群在這方麵表現出很大的差異：植物種群的種內關係主要有集群和密度效應，動物種群的種內關係主要有集群、種內競爭、領域性、社會等級等。
（1）密度效應
由於生長空間的限製，同種植物不同個體之間往往會競爭陽光、水分、空氣、養料等無機環境因子，這種鬥爭會隨著種群密度而加劇。例如，在農田裏同種作物常出現大小不同的幼苗。經過一段時間後，由於地勢優勢，大苗能爭奪到較多的陽光、水分、空氣和養料等，生長得越發茂盛；而那些較小的苗往往會因為得不到充足的資源而出現黃化現象，甚至死去。因此，通過合理密植可以充分利用單位土地麵積的資源，提高農作物產量。相反，栽種過密時，作物之間相互遮光，爭奪養料，反而使個體生長受阻，死亡率上升，降低產量。
（2）集群
同種生物的個體或多或少都會在一定時期內生活在一起，從而保證種群的生存和繁殖，這種現象就稱為集群，它是動物對環境的一種重要的適應性。動物集群的目的是各種各樣的，有的是抵禦嚴寒，有的是共同防禦敵害，有的是提高捕食效率，還有的僅僅是促進繁殖，如一些倉鼠、老虎等主要是獨自行動，隻有在交配時才聚集在一起。
集群有利於抵禦寒冷和防禦敵害。蜜蜂成群地聚集在一起，由於個體產熱量較小，它們在過冬的蜂房裏聚集成緊緊的一團，每隻蜜蜂都振動翅膀來產生熱量。在蜂群簇團中間的蜜蜂是最暖和的，因為它們從緊緊圍在身邊的蜜蜂身上獲取溫暖，而在蜂群簇團外圍的蜜蜂因為和空氣接觸，散失了部分熱量到空氣中，因而相對冷一些。蜂群溫度由邊緣向中間持續穩定地過渡，使得寒冷引起的死亡率保持在最低水平。蜜蜂的集群也是抵禦外敵入侵的一種有效手段。日本蜜蜂的蜂巢有著最好的防禦體係，即使大黃蜂這樣體型龐大的動物也束手無策。當大黃蜂入侵時，首先負責警戒的工蜂會發出報警信號，大群的工蜂很快到達，成群的工蜂將大黃蜂緊緊包圍，它們不停地抖動翅膀和肌肉來提高自己的體溫。大黃蜂所能承受的最高溫度是40.5℃，而日本工蜂能承受40.8℃的高溫，幾十隻工蜂包圍大黃蜂時使自己的體溫升高，最終把大黃蜂悶死。通過群體防禦，日本工蜂不僅借助這0.3℃的體溫差異存活了下來，更重要的是讓整個蜂巢避免了滅頂之災。
集群飛行可以節約鳥類的體力和保護每個個體。大雁的遷徙是一種再平常不過的現象，可是為什麼大雁總是排成整齊的“一”字形和“人”字形隊伍，它們難道僅僅是為了美觀？其實不然。因為當前麵的雁振動翅膀飛行時，可以引起微弱的上升氣流，後麵的雁就利用這股氣流的衝力，在高空中滑翔。這樣一隻接一隻就形成了整齊的“一”字形或“人”字形。此外大雁的整齊隊伍也可以更好地防禦敵人的襲擊，這是一種集群本能的表現。對於這種正在遷徙的大雁群體來說，數量越大越安全，而單獨個體勢必會遭到捕食者的攻擊。這是因為當敵害出現時，它們會迅速成群逃離，這種混亂效應增加了捕食者集中精力對準某一個體的難度，從而增加了每個成員存活的可能性。
同時集群還具有稀釋和保護效應，對於任何一種捕食動物的攻擊，獵物群體越大，其中每個個體被捕殺的概率越小，這樣，一種動物就可以與同類個體生活在一起而得到保護。從稀釋效應的角度，便可以解釋鴕鳥在育雛期間的奇異行為。當兩隻雌鳥相遇時，每隻雌鳥都試圖偷取對方的幼鳥，因為偷取的幼鳥能擴大家庭中幼鳥群體的數量，當受到捕食者攻擊時，自己親生幼鳥被捕殺的概率就會減少。
集群也有利於捕食。許多動物群體進行合作捕食，捕殺到獵物的概率明顯增大。成群獅子捕食的成功率大概是個體捕食的兩倍。對於那些單獨覓食的動物，集群有利於交換食物信息。很多鳥類群體中，找到豐富食物源的個體，第二天會直接飛到那個地方繼續覓食，而其他成員就會被引導到同一地方。對於那些食物資源分布不穩定的鳥類，如海鳥、瓊鳥等，群體內部個體之間的這種信息交流就顯得尤為重要了。