3第3章-能量环境

1普通生态学(3)段昌群云南大学生命科学学院2地球上的能量类型太阳能（光能）:植物可利用的能量地热能风能化学能：少数低等生物可利用的能量有机物中包含的化学能：高等生物可利用的能量其他能量3第3章能量环境3.1地球上光与温度的分布3.2生物对光的适应3.3生物对温度的适应3.4风的生态作用与防风林3.5火的生态作用与管理43.1地球上光及温度的分布3.1.1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55001000200030004000可见光红外线紫外线波长nm能流强度（（11）太阳辐射及其光谱组成）太阳辐射及其光谱组成•紫外光：波长380nm，9%•可见光：波长380～760nm，45%•红外光：波长760nm，46%6（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、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7地球表面的太阳辐射地球表面的太阳辐射8春秋夏冬秋春冬夏TheseasonsintheNorthernandSouthernHemispheres910°20°30°35°40°45°50°10°20°30°35°40°45°50°50°45°40°35°30°20°10°18171615141312111096789101112131415光期hr暗期hr24681012M不同季节各纬度的日照长度不同季节各纬度的日照长度103.1地球上光及温度的分布3.1.2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11（1）地表大气温度的分布与变化•空间分布与变化–纬度升高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0.6～1℃–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12（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13土壤与空气温度变化比较14（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15温带深水湖水温垂直变化163.2生物对光的适应3.2.1光质的生态作用和生物的适应（1）光质的生态作用（2）生物对光质的适应3.2.2光照强度的生态作用和生物的适应（1）光照强度的生态作用（2）植物对光照强度的适应（3）动物对光照强度的适应3.2.3生物对光周期的适应（1）生物的昼夜节律（1）生物的光周期现象173.2.1光质的生态作用和生物的适应（1）光质的生态作用•叶绿素的吸收光谱–蓝紫光：430～450nm红光：640～660nm•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18蓝紫绿橙紅红外线400500600700波长nm↑相对吸收叶绿素α的吸收光谱19（2）生物对光质的适应•太阳鱼视力的灵敏峰值为500～530nm•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、页面缩小、毛绒发达203.2.2光照强度的生态作用和生物的适应（1）光照强度的生态作用•影响动物的生长发育•影响动物的体色•影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21（2）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–光合能力•阳性植物和阴性植物、耐阴植物–生理差异–形态差异2201234567895040302010C4C3光强度/J·m-1·g-1CO2摄取/mgco2·dm-2·h-1光合作用与光照强度的关系高粱玉米小麦阳草水青冈阴草23阳地植物与阴地植物对光照强度的适应24（3）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253.2.3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、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26实验室恒定条件下生物的节律27鸟类节律28植物开花对日照长度的反应•长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等•短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等•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～293.3生物对温度适应3.3.1温度与动物类型3.3.2温度对生物的影响3.3.3生物对极端环境温度的适应–生物对低温的适应–生物对高温的适应3.3.4生物对周期性变温的适应3.3.5物种分布与环境温度303.3.1温度与动物类型•常温动物•变温动物•外温动物•内温动物313.3.2温度对生物的影响•酶反应速率与温度域•生物发育和生长速度•驯化和气候驯化32（1）酶反应速率与温度•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（freezeinjury）、冷害(chillinginjury)–不同物种对低温的耐受性不同–生物的抗寒锻炼33（2）生物发育和生长速度•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34（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)–概念和过程–生物对环境的适应–生态适应和基因变异353.3.3（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36贝格曼规律(Bergmann’srule)•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。37阿仑规律(Allen’srule)•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。38（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–行为适应：栖居地点、活动时间393.3.4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40小时植物光合作用的昼夜变化413.3.5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42不同物种对高温的耐受性•水生植物：30～40℃•旱生植物：50～60℃•兽类：42℃•鸟类：46～48℃•爬行类：45℃433.4风的生态作用与防风林•生态作用：生长影响和形态塑造作用；植物繁殖体传播；动物的迁移；破坏作用（干热风，机械损伤）。•林带的防风效应：群落结构，紧密程度，高度，宽度，横断面的形状•防风林：降低风速，固沙蓄水，调节小气候443.5火的生态作用与管理•生态作用：积极作用-北方重要的生态因素，加速生物地球化学循环。破坏作用-严重损害生态系统及其平衡•火的类型：林冠火，地面火•火的管理：火的阻隔系统，计划燃烧，防火管理45本章小结•光照和温度的时空变化规律•光质、光强、光周期对生物的影响•生物对光质、光强、光周期的影响•温度的生态作用，极端温度对生物的影响•生物对极端低温、极端高温的影响•根据生物对光、温的反应规律进行引种驯化46主要概念春化、气候驯化、冻害、冷害、阴地植物、阳地植物、光合作用、温度三基点、发育阈温度、有效积温、贝格曼规律、阿仑规律47思考题1.光在时空上的配置对植物和动物产生哪些影响？它们又是如何适应这些变化的？2.低温和高温对生物会产生哪些影响?为什么温度能够限制生物的分布?3.生物是如何适应极端温度条件的？4、在引种驯化中应该注意光照和温度的哪些因素？5、风的生态作用有哪些？如何构建防风林？5、火的生态作用有哪些？如何对火进行管理？48建议读物1.孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如.2006.基础生态学.高等教学出版社,6-612.姜汉侨，段昌群，杨树华，苏文华等编.2004.植物生态学.高等教育出版社,11-513.WalterLarcher(翟志席，郭玉等译)，1997.植物生理生态学.中国农业大学出版社.4.RobertERicklefs,2001.Ecology–TheEconomyofNature(5thEd).W.H.Freeman&Company.12-2349本章结束本章结束谢谢！欢迎提出宝贵意见！[e-mail]