第4章植物与温度的生态关系1

第四章植物与温度的生态关系温度是一种重要的生态因子。首先，温度对生物的生长，发育等生理生化活动产生深刻影响；其次，温度对生物的分布及数量也有一定的决定作用。本章的主要内容有：1、温度及其变化规律2、节律性变温对植物的影响3、极端变温对植物的生态作用4、城市的热岛效应对城市植物的影响第一节温度及其变化规律温度是指热能的强度（即热能的指标之一，热能的另一种指标是热容量），用“度”来表示，一般而言，温度升高，热量也大，所以生态学和生物学者常把“温度”与“热”视为同义。一、热量平衡热量平衡是指地球表面热量收入和支出的状况。地面辐射（Ee）：地面因吸收太阳辐射而增温，同时又不断放出辐射，即为地面辐射。大气逆辐射（Ea）：大气接受地面辐射增温后，又向外辐射，其中射向地面的那部分辐射。第一节温度及其变化规律一、热量平衡地面有效辐射(r)=地面辐射(Ee)-大气逆辐射(Ea)在晴朗的白天，地表的热量变化可用下式表示：R=(S+S')(1-α)-r式中：R为地面辐射差额；S和S‘分别表示太阳的直接辐射及散射；α即地面反射率；r为地面有效辐射。白天：R为正值，地面增温。夜间：S和S‘都零，R=-r，地面散热，温度下降。阴天：S为零，R=S'(1-α)-r。白天，当辐射平衡为正值时，这些辐射能转变为热能，温度升高，地面温度就高于邻近空气和土层温度。夜间，地面因有效辐射而失去热量，温度低于邻近的空气和土层温度，地面辐射平衡为负值，于是热量向相反方向传递（如图所示）。地表热量变化图可见，地面辐射收支R，用于地面与空气热量交换M，地面与下层土壤热量交换B，水蒸发消耗能量Le。R+M+Le+B=0因此，可以通过调节地面的风速、水分状况和土壤性质来调节和控制地面热量平衡。第一节温度及其变化规律二、温度变化的规律（一）温度在空间上的变化1、纬度纬度是决定一地区太阳入射高度角的大小及昼夜长短，也就是决定太阳辐射量的多少。低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，昼夜长短的差异较小，太阳辐射量的季节分配要比高纬度均匀。随着纬度北移，太阳辐射量减少，温度逐步降低。纬度每增加一度，温度大约下降0.5°C。因此，从赤道到北极可以划分为热带、亚热带、温带、寒带。二、温度变化的规律（一）温度在空间上的变化1、纬度我国领土广阔，最南北纬3°59´，最北为北纬53°32´，南北纬度相差49°33´。如每一纬度的距离平均以110公里计，则我国南北直线距离约有4000公里，因而我国南北各地的太阳辐射量和热量相差很大。那么是不是在同一续纬度上的不同地区温度条件都是一致呢？显然不是。海陆位置是影响热量水平分布的另一重要因素。第一节温度及其变化规律二、温度变化的规律（一）温度在空间上的变化2、海陆位置我国位于欧亚大陆东南部，东面是太平洋，南面距印度洋不远，西面和北面都是广阔的大陆。由于我国属季风气候，在夏季，盛行温暖湿润的热带海洋气团和赤道海洋气团，气团是从东或南面向西或北推进；冬季盛行极地大陆气团，寒冷而干燥，从西或北向东或南推进。因此，东面和南面多属海洋性气候，从东南向西北，大陆性气候逐步增强。2、海陆位置与同纬度其它地区相比，我国大陆性气候较强。夏季酷热，冬季严寒，气温年较差大。我国1月都比同纬度其它地区的平均气温低，7月都比同纬度其它的平均温度高，年平均值比同纬度其它地区的低，年较差也比同纬度的大。二、温度变化的规律（一）温度在空间上的变化3、海拔高度与地形变化海拔高度与地形变化是影响热量空间分布的重要因素之一。我国地形复杂，山地占全国总面积的大部分。海拔500m以下占16%，500-1000m占19%，1000-2000m占28%，2000-5000m占18%，大于5000m占19%。海拔高度是影响温度变化的重要原因，随着海拔升高，温度降低，变化率大致为海拔升高100m，气温下降0.5-0.6°C。第一节温度及其变化规律3、海拔高度与地形特点由于温度的这种变化，从山麓到山顶峰随海拔升高，温度的降低，可以划分为相应的植被气候带。高原或高山上大气稀薄，太阳辐射强，但大气变薄，水汽及CO2含量低，因此地面辐射的热量散失很大。太阳仅限于白天，而地面辐射是日以继夜地进行，所以地面辐射超过太阳辐射量。因此，高原或高山空气中储存的热量减少，温度降低，昼夜温度变幅增大。3、海拔高度与地形特点地形对温度的影响表现在：东西走向的山脉能阻挡寒潮和湿热气团的运行，成为气候的分界线。如秦岭南坡温暖多雨，北坡寒冷少雨，南坡1月平均气温3°C，7月26.7°C。西坡1月-0.5°C，7月28.1°C。山脉的背风常因焚风作用而使温度增高。不同坡向，热量的分配是不均匀，南坡的空气和土壤的温度都比北坡高。因此，南坡多为阳性喜暖耐旱的植物，北坡多为耐荫喜湿的植物。3、海拔高度与地形特点封闭谷地和盆地的温度变化也有独特的规律。以山谷为例，白昼间谷中受热强烈，地形封闭，热空气不易输出，温度比周围山地高。例如：我国夏季最热的地方是吐鲁番盆地，以及长江流域的河谷城市南京、武汉、重庆等地。夜间，因地面辐射冷却，地面上形成一层冷空气，冷空气密度大，顺山坡向下沉降，聚于谷底，而将热空气抬高到山坡的一定高度，形成了谷中温度的逆温现象。谷中夜间温度分布温度逆增现象的成因很多，主要有辐射逆温、地形逆温等。辐射逆温由于夜间地面辐射冷却，使近地面气温下降的结果。地形逆温是辐射逆温的一种变型，是由于地形特点，使辐射效应加强。地形逆温层的强弱与山谷的深浅有关，山谷愈深，向山谷底沉降的冷空气愈多，则在谷底沉积的冷空气层也愈厚。有人称谷底的这一冷空气层为“冷湖”。二、温度变化的规律（二）温度在时间上的变化1、季节变化在地球绕太阳的公转中，太阳高度角的变化是形成一年四季温度变化的原因。一年中根据气候寒暖、昼夜长短的节律变化而分为春、夏、秋、冬四季。一般是春季气候温暖，昼夜长短相差不大；夏季炎热，昼长夜短；秋季与春季相似；冬季则寒冷而昼短夜长。目前一般采用温度作为划分季节的标准。温度年较差是温度季节变化的一重要指标。第一节温度及其变化规律二、温度变化的规律（二）温度在时间上的变化2、昼夜变化气温日变化中有一个最高值和最低值。最低值发生在将近日出的时候。日出以后，气温上升，在13—14小时左右达到最大值。以后温度又下降，一直继续到日出前为止。昼夜间最高气温与最低气温的差值称为气温日较差或称为气温昼夜变幅。气温日较差随纬度增加而减小。第一节温度及其变化规律第一节温度及其变化规律（三）土壤和水体中的温度变化1、土壤中的温度变化土壤温度的日变化规律（1）夏季白天，地面由于受热的结果，地表的温度远高于气温。夜间和低温季节，由于地面冷却的结果，地表的温度略于气温。（2）地面的最低温度约在日出时出现，最高温度约在13时（在最高气温前1—2小时），也就是在最强日射1小时后出现。（3）土温日变化从土表向下仅能影响1米左右的深度。1、土壤中的温度变化土壤温度的年变化规律土壤温度的年变化在不同地区和不同季节差别很大。（1）在中纬度地区，从春季开始，白昼愈来愈长，土壤吸收太阳辐射逐日增多，由于地面辐射损失少，至7月，地表温度出现最大值。夏至后，白昼慢慢变短，太阳辐射减弱，当夜间由于地面辐射所损失的热量大于日间所得到的热量，土温开始下降，至1月出现最低值。（2）热带地区因为日辐射的年变化小，土壤温度的年变化主要受雨量控制。（3）在高纬度高海拔的严寒地区，土壤温度的年变化主要受积雪的影响。二、温度变化的规律（三）土壤和水体中的温度变化2、水体中的温度变化水体与土壤的温度变化有很大的差异，水体的温度变化远比土壤为小而缓和。水体温度的日变幅小，而且日变化和年变化能在较深层出现，温度的最高最低值出现的时间延后。海洋中温度变化比湖泊、江流要缓和，特别是靠近赤道、极地处，广阔的海洋面水温全年基本不变。第一节温度及其变化规律第一节温度及其变化规律二、温度变化的规律（四）植物温度和群落温度1、植物体温度植物属于变温类型，植物体温度通常接近于气温并随环境温度的变化而变化。当植物体温度低于气温时，它会吸收大气中的热量或吸收太阳辐射能而使体温升高；当植物体温高于气温时，由于植物体的蒸腾和对光线的反射，使体温降低。植物体内的温度变化，要落后于气温的变化。第一节温度及其变化规律二、温度变化的规律（四）植物温度和群落温度2、植物群落内的温度状况（植物群落对温度的调节作用）（1）群落上层的枝叶因对太阳辐射的反射，能阻挡太阳向下层照射而起遮荫作用：如植物叶片的反射率10-20%，沥青仅为4%。（2）植物冠层通过蒸腾，吸收环境中大量的热量，降低环境温度，同时释放水分，增加空气湿度（18-25%）而起到凉爽效应。第一节温度及其变化规律林冠白天阻挡太阳辐射使林内增热慢,树冠夜晚阻挡有效辐射使林内散热慢二、温度变化的规律（四）植物温度和群落温度2、植物群落内的温度状况（植物群落对温度的调节作用）（3）植物吸热散热缓慢，植物枝叶相互遮盖，阻滞林内空气流通，使群落内部热量不易消失。由于上述的3个原因，植物群落内的温度变化比空旷地要缓慢。群落结构愈复杂，林内外温度差异就愈显著。森林群落的作用远比灌木、草本群落显著，大面积森林不仅林内温度差异很大，而且还可以影响一定范围的地方气候。第一节温度及其变化规律白天林冠从上而下温度递减，湿度递增第二节节律性变温对植物的影响在自然界，温度经常呈规律性变化。温度随季节和昼夜发生有规律的变化，称为节律性变温。植物长期适应于环境中这种温度规律性变化的结果，形成了植物的感温特性，也称为温周期现象。一、植物的感温性1、各种温度值对植物作用效果是不同的在植物生活的温度范围内，其中有最适点、最低点和最高点。在最适点温度范围内，植物生长、发育得最好，随温度的升高或降低，超过了最适温度范围，植物的生命活动降低，生长发育缓慢；如果温度超过植物的耐受范围，植物死亡（如图所示）。一、植物的感温性2、在不同时期和不同发育阶段对温度的需要量不同有些植物，特别是起源于北方或高海拔地区的植物，种子必须经过一定时间的低温刺激后才能发芽、生长。如明党参，如果没有满足其对低温的要求，不能发芽；还有些植物的种子如牡丹、芍药等，有一种特殊的胚芽休眠特点，在秋季采收的种子如果干燥保存到第二年春季播，只长根不发芽，不出土，这是因为胚芽必须经过5°C以下的低温刺激才能生长、出土。研究表明，对一些阔叶树的种子，播种前用潮湿的沙土进行低温层积处理可以提高萌发率。一、植物的感温性2、在不同时期和不同发育阶段对温度的需要量不同有些植物在发育阶段也需要一定的低温刺激，才能从生长转到发育阶段。这种需要低温刺激才能开花的过程，称为春化过程。如冬小春春播或北方某些作物引种到南方，虽然也是秋播，但都不能在当年抽穗结实。植物在某一发育阶段需要有低温刺激，经受低温效应，但大多数时期需要有较高温度条件。在一般情况下，当温度超越最低点范围后，随温度的升高，植物生长、发育加速，发育周期缩短。一、植物的感温性2、在不同时期和不同发育阶段对温度的需要量不同植物产品质量对温度有很大的依赖性果树在果实成熟期有足够的温度，果实含糖量高，味甜，着色好；反之，温度不足则含糖量降低，酸度增加，香味减少，品质下降。如广东所产的柑桔含酸量都远比四川、湖南、湖北等省的柑桔为低。又如葡萄，吐鲁番盆地葡萄浆果的质量比其它地区生产的葡萄浆果要好。如小麦在成熟前15—20天内蛋白质含量随温度的升高而增加。第二节节律性变温对植物的影响二、昼夜变温与温周期（一）变温与种子萌发有些种子由于形态、生理生化等原因致使其休眠，不易萌发，如每天给以昼夜有较大温差的变温处理后，可打破休眠促使种子的萌发。有的需光萌发的种子受到变温处理后，在暗处也能很好萌发。因此可以利用种子萌发的这个特点，提高种子的萌发率。变温能提高种子的萌发率。变温能改善种子萌发的通气条件，从而提高了细胞膜的透性，也有人认为变温有利于某些激素的形成而促进萌发。第二节节律性变温对植物的影响二、昼夜变温与温周期（二）变温与生长一般在植物的最适温度范围内，变温对植物的生长具有促进作用。白天的适度高温与夜间适度低温的