普通生态学-04

第二节生物与温度的关系一.地球上温度的分布太阳辐射是地球表面的热能来源。温度分布与光的分布密切相关。1.大气温度：地表气温对生物的影响起着主要作用。它的变化取决于太阳辐射量和水陆分布。１）纬度影响：随着纬度的增加，太阳辐射量减小，地表气温降低。大约纬度增加１℃，年平均气温降低0.5℃。２）海拔高度影响：气温随海拔升高而降低，一般海拔每升高100m，在干燥空气中气温平均下降1℃，在潮湿空气中下降0.6℃。３）地形影响：东西向山脉阻隔南北向气流，加上太阳辐射差异，使南北坡气温明显不同。４）海陆分布：陆地比热小，升温和降温快，海洋水体比热大，升温和降温慢。５）时间影响：受光照的日周期和年周期影响，气温也具有日周期和年周期。一日之内最高和最低气温之差称为日较差，一年之内最高月均气温和最低月均气温之差，称为年较差。日较差和年较差受空间因素（纬度、海陆）影响。２.土壤温度：１）受太阳辐射影响，土壤表层温度变化剧烈，随着土壤深度增加，温度变化幅度急剧缩小，1m深度以下，温度无昼夜变化，30m深度以下温度无季节变化。２）由于土壤导热性差，低层土壤温度变化落后于表层土壤温度变化。土壤深度每增加10m，最高和最低温度出现时间延迟20~30d。土壤表层有较明显的日周期变化，而土壤深层温度年周期变化明显（更深处就没有什么变化了）。３）土壤温度年变化与气温年变化规律相吻合。3.水体温度：水体比热大，水温变化幅度小。时间影响：海洋水温昼夜变化小于4℃。随深度增加变化幅度减小，15m以下海水温度无昼夜变化，140m以下无季节变化。水温成层现象：冬季结冰水面水温0℃，随深度增加逐渐升高，水底温度4℃，密度最高。夏季上层水温较高（上湖层），中间每加深1m，水温下降1℃（温梯层），最下层温度接近4℃（下湖层）。二温度对生物生长发育的影响温度直接影响外温动物和植物发育和生长速率。1.发育阈温度（生物学零度）：某一生物的生长发育在一定温度以上才开始，低于这个温度，生物不生长发育。高于这个温度，发育速率随着发育阈温度以上的温度呈线性增加。2.有效积温法则：某一生物生长发育需要一定的总热量（即时间和温度的结合）才能完成一个发育周期。低于有效积温就不能完成发育。有效积温的测定方法K=N(T-C)K—有效积温,因种而异。（d·C）N—发育历期(d)T—发育期间环境的平均温度(C)C—该生物的发育阈温度(C)可改写为：T=C＋K／N＝C＋KVV—发育速率（发育历期的倒数）温度与发育历期基本上呈双曲线关系。有效积温的应用：有效积温法则不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变温动物。在生产实践中，有效积温可作为农业规划、引种、作物布局和预测农时的重要依据，可以用来预测一个地区某种害虫可能发生的时期和世代数以及危害猖獗区等。三低温对生物的影响与生物的适应1.低温对生物的影响冻害：指-1℃以下的低温使生物体细胞内形成冰晶而造成的损害，原生质与原生质膜损伤，蛋白质变性失活。冷害：0℃以上低温对喜温生物造成的伤害，可能是由于破坏了膜结构，但主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。2.生物对低温的适应植物形态：芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状。生理：增加细胞液中的糖类、脂肪和色素等物质来提高粘度,降低细胞液的冰点。北极高山植物能吸收更多的红外线。动物形态：换羽换毛，增加皮下脂肪厚度，减少散热。Bergman规律：寒冷地区内温动物个体比温暖地区的大，体重与体表面积之比更小。Allen规律：寒冷地区内温动物身体突出部分（四肢、尾巴、耳朵等）比温暖地区的短小。生理：动物靠体内增加代谢产热御寒（非颤抖性产热），或降低身体终端部位的温度（异温性）来适应严寒。冬眠。行为：迁徙、群集。四高温对生物的影响与生物的适应1.高温对生物的影响蛋白质变性，酶活性降低甚至丧失，代谢失衡。造成植物呼吸作用强度大于光合作用，导致细胞饥饿死亡。大量失水破坏植物水分平衡，使蛋白质凝固和脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。造成动物严重脱水、体温过高和神经系统麻痹（中暑现象）。2.生物对高温的适应植物形态：植株白色、银白色，叶革质光亮、绒毛和鳞片，木栓层，叶片垂直主轴排列。生理：旺盛的蒸腾作用散热，降低细胞含水量以增加糖或盐的浓度，降低代谢率。动物形态：夏季毛色变浅，反射阳光。行为：昼伏夜出，穴居。生理：夏眠；调节体温变动幅度。五温度与生物的分布•分布限与等温线（年均温、最高温和最低温）•低温：成为致死温度，限制喜暖生物向高纬度和高海拔地区分布。（橡胶、剑麻、椰子等热带作物）。•高温：限制喜冷生物向低纬度和低海拔地区分布。（黄山松、苹果、梨、菜粉蝶）•温度和水分（水热条件）主导地球生物群系总格局，加上其他生态因子综合决定各种生物的分布。第三章物质环境第一节生物与水的关系一.水的生态意义没有水就没有生命,水是任何生物体内的重要组分,生物体内含水量一般在60~80%以上。生物的一切生化代谢活动都必须以水为介质:营养运输/废物排除/激素传递/及其他生化过程;物质必须以溶解状态才能参与生物与环境之间的交换。二.水的性质与分布1.物理性质有极性，良好溶剂；热容量大，温度稳定；密度特殊，冰点以下水密度高于冰密度。相变：液态、固态与气态，相互转换伴随有大量热能吸收或释放。2.常见水体的化学成份pH、营养（TN、TP）、溶解氧与耗氧量、重金属、有机物等3.陆地上水的分布：大气降水：纬度与大气环流形成低纬度湿润带、副热带高压干旱带、中纬度湿润带、极地寒冷干燥带。海陆分布（降水梯度）、地形影响（地形雨）季节性变化（季风降水如锋面雨）大气湿度：相对湿度和饱和差，湿度分布与降水和温度有关。地下水：区域性，地形影响。三植物与水的关系1.极端水环境对植物的伤害旱害干旱时植物为保水关闭气孔，减弱蒸腾降温作用，通气量减小抑制光合作用；大量失水引起植物体内各部分水分的重新分配；酶活性改变导致代谢紊乱；影响植物产品的质量。涝害水份过多使根系缺氧，抑制有氧呼吸，阻止水分和矿物质的吸收；根部腐烂，叶片变黄凋落。常常伴随真菌细菌病害。2.植物对水的适应依照生活环境划分为水生植物和陆生植物。陆生植物湿生植物：环境湿度大，根系不发达，抗涝性强。如：水稻、毛茛、灯心草、莎草。中生植物：环境湿度适中，根系较发达，叶片具有角质层，得失水能力均衡，大部分陆生植物。旱生植物：环境湿度小，根系发达，叶片角质层发达，良好的保水机制，抗旱性强。如仙人掌、猴面包树、梭梭、沙棘。水生植物：浮游藻类：单细胞藻类浮水植物：凤眼莲、浮萍、睡莲挺水植物：芦苇、香蒲、慈姑、泽泻沉水植物：狸藻、金鱼藻、菹(zu)草等主要矛盾是对水中缺氧环境的适应，根、茎、叶内部的通气系统（通气组织），发达的气根。另外水盐平衡（控制渗透压）机制与耐盐机制也重要。四动物与水的关系1.水生动物对水的适应（1）鱼类的水分平衡：海洋硬骨鱼类：血液与海水相比渗透压较低。问题：保水排盐。调节机制•得水：食物、吞饮海水排分、代谢水。•排盐（K+泵、Na+泵）：鳃。海洋软骨鱼类：血液与海水基本等渗，（其高渗透压的维持是靠血液中储存大量尿素和氧化三甲胺）。Na+含量低，直肠腺排出。淡水鱼类：血液与淡水相比渗透压较高。问题：保盐排水。调节机制：•保盐：食物获取、鳃上盐泵主动吸收盐分。•排水：肾脏排泄大量低浓度尿。广盐性洄游鱼类：来往于海水与淡水之间，环境渗透压变化大，淡水中排尿量大，海水中排尿量小，海水中鳃排盐，淡水中鳃吸盐。（2）水生生物对水体密度和压力的适应：鱼鳔控制沉浮。深海高压，鱼类无鳔。2.陆生动物的水平衡得水途径：饮水、食物含水、代谢产水。失水途径：皮肤蒸发、呼吸失水、排泄失水。调节机制：保持失水与得水之间的动态平衡。增加摄水：骆驼的大量饮水。减少失水：形态结构（体表角质层和鳞片）生理机制（呼吸道中的水分逆流交换，蛋白质代谢终产物为尿素或尿酸，肾脏对尿的浓缩）行为机制（主动选择适宜湿度，昼伏夜出，夏眠）