生态学(2.能量环境).ppt

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1、2 能量环境,2.1 光的生态作用及生物对光的适应2.2 生物对温度的适应2.3 风对生物的作用及防风林2.4 火作为生态因子对于生物的影响及管理,地球上光的分布（1）太阳辐射及其光谱组成（2）地球上光的分布规律,2.1光的生态作用及生物对光的适应,500 1000 2000 3000 4000,可见光,红外线,紫外线,波长nm,能流强度,（1）太阳辐射及其光谱组成,紫外光：波长760nm，46%,（2）影响太阳辐射的因素和光的分布规律,影响地表太阳辐射的因素大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向光质(光谱成分)低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多夏季、中午短波光多，冬季、

2、早晚长波光多日照时间夏季昼长夜短、冬季昼短夜长纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜光照强度低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱(北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱,地球表面的太阳辐射,地球自转,地球绕日公转,光质的生态作用及生物的适应,植物的生长发育是在日光的全光谱照射下进行的。但是，不同光质对植物的光合作用，色素形成，向光性，形态建成的诱导等影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区(380760nm)，其中，红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用；蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，这部分辐射称生理有效辐射。绿光则很少被

3、吸收利用。,叶绿素的吸收光谱蓝紫光：430450nm 红光：640660nm不同光质的作用蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用,光质的生态作用和生物的适应,蓝,紫,绿,橙,紅,红外线,400 500 600 700波长nm,相对吸收,叶绿素的吸收光谱,太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nm绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异高山植物含花青素、页面积缩小、毛绒发达,影响动物的生长发育影响动物的体色影

4、响植物叶绿素的形成黄化现象影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化影响植物花果的数量和质量,光照强度的生态作用及生物的适应（对生物生长发育和形态建成的作用）,光照强度的生态作用及生物的适应（植物对光照强度的适应）,植物的向光性植物秋季落叶C3植物和C4植物阳性植物和阴性植物、耐阴植物生理差异形态差异,光照强度的生态作用及生物的适应（动物对光照强度的适应）,依活动时间的动物分类动物开始活动的时间,2.1.4 生物对光周期的适应,生物的昼夜节律光的周期性生物的昼夜节律外源性周期和内源性周期生物的光周期现象植物的光周期现象植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物植物光周期的应用：杂交、

5、抗性选育、异地种植动物的光周期现象动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期,生物对光周期的适应,植物开花对日照长度的反应长日照植物：小麦、油菜、菠菜、萝卜等（通常在日照时间超过一定数值才开花）短日照植物：菊类、水稻、玉米、大豆、烟草、棉、麻等（通常在日照时间短于一定数值才开花）中日照植物：甘蔗等少数热带植物日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄（只要其他条件合适，什么日照条件下都能开花）,地球上温度的分布（1）大气温度的分布与变化（2）土壤温度的分布与变化（3）水体温度的分布与变化,2.2 生物对温度的适应,（1）地表大气温度的分布与变化,空间分布与变化纬

6、度升高1，气温降低0.5沿海地区气温变化小，内陆地区变化大南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.61逆温现象时间变化日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大,表征温度变化的几个物理量,较差：,指一定周期内，温度最高值与最低值之差。,日较差：,一日内最高温度与最低温度之差。,年较差：,一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。,绝热与非绝热变化,绝热变化：空气内能变化过程中，未与外界进行热量交换。,非绝热变化：空气内能变化过程中，与外界进行热量交换。,近地层气温的日变化,极值温度出现的时间,影响气温日较差的因子,纬度：随纬度增加而减小。,天气状

7、况：,近地层气温的年变化,最冷、最热月出现的时间,地形：凹地平地 凸地,季节：夏季冬季，一年中春季气温日较差最大。,气温的空间变化,近地层气温的水平分布,等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西向排列，气温从赤道向两极逐渐降低。,冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大 致凸向极地，而夏季则相反。,最高温度不位于赤道，冬季在510N，夏季在20 N。,赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年变化幅度增加。,世界冷极在南极，为90（乔治峰），热极在索马里境内，为63。,近地气层温度的垂直分布,近地层气温的垂直分布,日射型：,图中12时,辐射型：,图中0时,上午转变型：,图中06时

8、,傍晚转变型：,图中18时,（2）土壤温度的分布与变化,土壤温度与气温相关土壤温度变化与深度有关土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关温度变化周期与深度相关土壤温度的年变化与纬度、海拔有关,土壤与空气温度变化比较,地面温度和热量收支的关系,地面温度变化与地面热量收支示意图1地面温度日变化曲线；2地面热量支出日变化曲线；3地面热量收入日变化曲线。Tm：地面最低温度；TM：地面最高温度,一天中地面最高温度、地 面最低温度出现在地面热 量收支相抵（平衡）的时 刻。,对于北半球而言,一年中 地面最热月温度，一般出 现在月或月，地面最 冷月温度一般出现在月 或月。,土壤温度的变化,时间变化,日变化,日

9、恒温层（土温日不变层）：,土壤温度日较差为零时的深度。,日恒温层深度：,一般深度约为4080，平均为60。,日恒温层的影响因子：,纬度、季节、土壤热特性,土温垂直分布,日垂直分布,日射型（受热型）：,土壤温度垂直分布,图中13时,辐射型（放热型）：,图中01时,上午转变型（由辐射型向日射型过渡）：,图中07时,傍晚转变型（由日射型向辐射型过渡）：,图中19时,（3）水体温度的分布与变化,水温的时间变化变化幅度较气温小不同深度水体的日变化不同深度水体的年变化水温的成层现象水温分层：上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层春季环流和秋季环流低纬度地区：雨季和干季海洋：低纬度水域、中纬度水域,温带深水湖水温

10、垂直变化,水体温度的变化,时间变化,日变化：,水面最高温度出现在午后1516h，最低温度出现在日出后的23h内。,年变化：,水面最高温度一般出现在8月，最低温度则出现在23月。,位相：,一年中最高温度和最低温度出现的时间，大约每深入60落后一个月。,垂直变化,琵琶湖水温的垂直分布,夏季：水表层趋于等温分布。在等温层以下有一个跃变层。跃变层以下是等温层。,冬季：水温的垂直分布几乎呈等温状态。当水面温度降到4以下时，表层冷水不再下沉，使水面以下的水温在4左右。,温度与动物类型,常温动物变温动物外温动物内温动物,（1）酶反应速率与温度阈（2）生物发育和生长速率（3）驯化和气候驯化,2.2.3 生物对

11、温度的反应,（1）酶反应速率与温度阈,温度系数Q10高温对生物的伤害高温的伤害：蛋白质(酶)变性、有机体脱水不同物种对高温的耐受性不同低温对生物的伤害低温的伤害：冻害（freeze injury）、冷害(chilling injury)不同物种对低温的耐受性不同生物的抗寒锻炼,（2）生物发育和生长速率,发育阈温度(生物学零度)总积温(有效积温)：K=N(T-C)发育历期和发育速率,效积温法则：KN（TC）K代表该生物所需的有效积温，它是个常数；T为当地该时期的平均温度，；C为该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度），；N为天数，d。例1：地中海果蝇在26下，20 d内完成生长发育，而在19.

12、5则需要41.7d。求它的生长发育最低临界温度。20（26C）41.7（19.5C）C13.5K250d,例2：棉花从播种到出苗，当日平均温度为15时需要15d才能出苗，当日平均温为20，只要7d就能出苗。15（15C）7（20C）C10.6K15（1510.6）66d 同样，昆虫或是鸟类卵的孵化，不仅需要发育的最低温度（生物零度）而且还需要一定的有效积温。发育速度V，应是N天数的倒数，即V1/N KN（TC）K/NTCT=K/N+C T=KV+C,有效积温的意义：有效积温及以上双曲线关系，在农业生产上有很重要的意义，全年的农作物茬口安排必须根据当地的平均温度和每一作物所需的总有效积温；否则，

13、将是十分盲目。一种可能是土地得不到充分利用，另一种可能是作物尚未成熟面低温已经降临，甚至可能颗粒无收。,积温在农业生产的应用,（1）鉴定各地的热量资源（常用年活动 积温）；（2）预测预报植物生育期及病虫害；（3）可作为作物与品种特性的一个重要 指标，在种子鉴定证书上标明作物 与品种从播种到开花、成熟所需的 积温。,不同类型作物需大于10 的活动积温,（3）驯化和气候驯化,春化(vernalization)：植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。驯化(acclimation)和气候驯化(acclimatization)驯化(acclimation)：指通过实验诱导，使生物对某种生态因子的耐

14、受性增强的过程（人类饲养培育野生动物使其野性逐渐改变并顺从驱使）,2.2.4 生物对极端环境温度的适应,（1）生物对低温的适应（2）生物对高温的适应,（1）生物对低温的适应,植物形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮生理适应：细胞内物质含量变化(糖类、脂肪)动物形态：贝格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪)，身体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置,（2）生物对高温的适应,植物形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列生理适应：细胞含水量(糖/盐浓度、代谢强度)动物形态适应：毛皮性质和颜色生理适应：体温过热行为适

15、应：栖居地点、活动时间,2.2.5 生物对周期性变温的适应,生物与昼夜变温昆虫的发育历期植物的产量与品质动物的活动规律物侯 生物与季节变温植物春花秋实动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节,2.2.6 物种分布与环境温度,生物群落分布与温度带低温的限制作用致死高温的限制作用难以实现春化温度与其它生态因子的综合作用,小结：生物对环境温度的适应是多种多样的，主要表现：生物的分布；物候；休眠（也是一种物候现象，包括如植物种子休眠，动物的休眠：夏眠、冬眠等）,2.3 风对生物的作用及防风林,风对生物生长及形态的影响风是传播运输工具风的破坏作用防风林,生物对环境的适应和影响一课的课本图片:旗形树（七年

16、级教材）,2.4火作为生态因子对生物的影响及管理,火源自然火源：雷击、火山爆发、物质自然人为火源：生产生活用火火的类型林冠火：烧着部位在森林上层、毁灭全部森林群落地面火：发生在地面上、烧死幼苗和抗火性差的种类火对生物的作用对不同种类及不同年龄生物的作用不同有益作用：加快有机物分解、促进植物生长有害作用：烧毁生物、破坏生态平衡、引起土壤侵蚀、烟雾污染火的管理,阴性植物与阳性植物对光照强度的适应,小时,植物光合作用的昼夜变化,不同物种对高温的耐受性,水生植物：3040旱生植物：5060兽类：42鸟类：4648爬行类：45,贝格曼规律(Bergmanns rule),内容：高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大，如东北虎大于华南虎。原因：一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少，在进化选择中是有利的。,阿仑规律(Allens rule),内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有明显缩短的趋势。原因：寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温，躯体突出部分缩短可减少散热，对动物在环境中竞争显然是有利的。,