森林生态学精品课程-第3章

第三章生态因子—温度和水第一节温度因子一、温度及其变化规律（一）热量平衡包括辐射收入和支出地面的辐射收入＝太阳直接辐射＋散射辐射＋大气逆辐射支出＝地面辐射＋地面对太阳辐射的反射第一节温度因子第一节温度因子(二）温度变化规律1.温度空间变化第一节温度因子纬度随着纬度北移，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。海陆位置我国东南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。海拔高度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，0.5-0.6℃/100m。由于温度的变化，从山麓到顶峰，温度的降低，可以划分不同植被气候带。第一节温度因子地形：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，南郑1月平均气温3℃，7月26.7℃。西安1月-0.5℃，7月28.1℃。山脉的背风常因焚风作用而使温度增高。第一节温度因子坡向：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，南坡多阳性喜暖耐旱的植物，北坡多生长耐荫喜湿植物。谷地和盆地：谷地和盆地的温度变化有独特的规律。如山谷日间受热强烈，地形封闭，热空气不易输出，温度比周围山地高。逆温现象：在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增现象。（“冷湖”“霜穴”和“暖带”）第一节温度因子第一节温度因子2.温度的时间变化昼夜变化气温日变化中，最低值出现在将近日出的时候。最高值出现在13－14时。土表温度变化远较气温剧烈。土表以下温度变幅减小，一天中最高最低温度有后延现象。至35－100cm深以上，土温几乎无昼夜变化。季节变化温度年较差是温度季节变化的一个指标。指最热月与最冷月平均气温之差。第一节温度因子3.植物体温度和群落温度（一）植物体温度植物体温度：植物体温度直接或间接来自太阳辐射。植物体属于变温类型，通常接近于气温。植物体温度低于气温时，吸收太阳辐射能提升温度，高于气温时，通过蒸腾和对光的反射来降低温度。植物体内温度变化，落后于气温变化。树皮是影响树干内部温度高低的重要原因。叶片是对温度反应最敏感、受环境中各种生态因子影响最大的。第一节温度因子（二）群落温度在森林群落中，白天和夏季的温度比空旷地面低，但昼夜温度及全年的温度变幅要小，温度变化缓和。林内外温差是太阳辐射作用在不同的地方形成的。裸地直接作用在地面，而群落是作用在树冠层。群落结构愈复杂，林内外温度差异就愈显著。群落中的植物是群落温度差异的制造者，同时也是按照各自对温度的不同需要和适应特点，生长在群落的不同层次和部位。第一节温度因子二、极端温度对植物的生态作用（一）低温对植物的生态作用凡低于某一温度，作物便受到伤害，这种温度称为“临界温度”或“生物学零度”。1.寒害：又称冷害，指气温降至0度以上植物所受到的伤害。热带、亚热带植物，在气温0－10度左右就能受到寒害。原因：低温造成植物代谢紊乱，膜性改变和根系吸收力降低等。第一节温度因子2.霜害：是当地气温或地表温度下降到零度，空气中过饱和的水气凝结成白色的冰晶。由于霜的出现使植物受害称为霜害。如果空气干燥，水汽达不到饱和，低温而不形成霜，但低温仍能使植物受害。这种天气称为“黑霜”。黑霜实际比白霜对植物的危害更大。原因：低温造成了植物的冻害。3.冻害：温度降到冰点以下，植物组织发生冰冻而引起的伤害。原因：冰点以下，细胞间隙形成冰晶，导致细胞失水而死亡。第一节温度因子4.冻举：又称冻拔。土壤反复冻融，使树苗被完全拔出土壤。是寒冷地区更新造林的危害之一。多发生在土壤粘重、含水量高、地表温度容易剧变的立地。5.冻裂：由于昼夜温差导致树干纵向开裂。6.生理干旱：冬季或早春土壤冻结时，树木根系不活动。这时如果气温过暖，地上部分进行蒸腾，不断失水，而根系又不能加以补充，导致植物干枯死亡。第一节温度因子第一节温度因子（二）高温对植物的生态作用当温度超过最适温度范围后，再继续升高，也会对植物的产生伤害作用，使植物生长发育受阻。大多数高等植物的最高点温度是35－40度。1.皮烧：强烈的太阳辐射，使树木形成层和树皮组织局部死亡。2.根颈灼伤：土表温度增高，灼伤苗木柔弱根茎，杀死输导组织和形成层。第一节温度因子三、温度对植物的影响1.对植物生长的影响生长期：1年中，树木从树液流动开始，到落叶为止的日数。一般植物在0—35度的温度范围内，随温度上升，生长加快。2.对植物发育的影响植物种子只有在一定温度条件下才能萌发。温带和寒温带许多植物种子，还需要经过一段低温期，才能顺利萌发。第一节温度因子3.影响生产力温度是影响生产力的主要因素之一。怀梯克认为，沿温度梯度，生产力从热带到北极逐渐降低。对生产力而言，最适温度为15～25，与光合作用的适宜范围一致。第一节温度因子4.温周期现象植物对温度的日变化和季节变化比较敏感，而且只有在已适应的昼夜和季节温度变化的条件下，才能正常生长。昼夜变温与种子萌发有一些植物的种子在变温下萌发良好。因此变温处理，有利于许多种子的有效萌发。昼夜变温与生长发育较低的夜温和适宜的昼温对植物生长发育都很有利。第一节温度因子5.物候季节明显地区，植物适应于气候条件的这种节律性变化，形成与此相应的植物发育节律，称为物候。植物发芽、生长、现蕾、开花、结实、落叶、休眠等生长发育阶段的开始和结束称为物候期。影响物候的因素：纬度、经度和海拔第一节温度因子霍普金斯通过研究发现：在北美洲温带，每向北移动纬度1度，或向东移动经度5度，或海拔上升124m，植物在春天和初夏物候会延迟4天。我国从广东沿海湛江到北纬26°的福州一带，南北相距5°，桃花开花相差50d；纬度相同的洛阳和盐城，经度相差8°，初春洛阳迎春花期比盐城早22d。地形：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。第一节温度因子四、温度与植物的地理分布1.温度与植物分布最高和最低温度是限制生物分布的重要条件。如苹果、梨，橡胶、椰子、可可，马尾松和黄山松等。杉不过淮水，樟不过长江，马尾松北界不过华中地区。温度能影响植物的生长发育，因此能制约植物的分布；植物在生长过程中，需要有一定的温度量和适宜的变温，所以形成了温度的植物生态类型。可分为：广温植物窄温植物第一节温度因子2.温度与引种驯化引种工作中必须注意以温度为主导的气候条件特点，遵循气候相似性原则。气候相似性原则，就是把植物引种到气候条件相似的地方栽植，比较容易成功。引种经验：一是北种南移（或高海拔引种到低海拔）要比南种北移（或低海拔引种到高海拔）容易成功。二是草本植物比木本植物容易引种成功；一年生植物比多年生植物容易引种成功；落叶植物比常绿植物容易引种成功。第一节温度因子五、温度因子在林业中的重要性温度对树木生长发育分布的影响极端温度对树木的危害非节律性变温对树木的危害小地形环境的温度对树木的影响皆伐对温度的影响第二节水因子一、不同形态水及其生态意义雨：是降水中最重要的一种形式。不同地区的年雨量相差很大雨量对于植物的影响，不仅在与年雨量多少，还要看雨量在四季的分配，以及一次降雨量的大小。雪：也是重要的降水形式雾和露：是一些地区重要的生态因子大气湿度：常用相对湿度表示。土壤水分：重力水、毛管水、吸湿水。第二节水因子二、植物对水分的生态适应根据栖息地，通常把植物划分为水生植物和陆生植物。1.水生植物：生长在水中的植物。水环境条件是弱光、缺氧、密度大和粘性高，温度变化平缓，能溶解各种无机盐类。水生植物的特征：发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要。根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。第二节水因子机械组织不发达甚至退化。增强植物的弹性和抗扭曲的能力，适应水体流动。水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状。水生植物的水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。第二节水因子水生植物分类：沉水植物、浮水植物和挺水植物。沉水植物：整株植物沉没在水下，根退化或消失。如金鱼藻、黑藻。浮水植物：如浮萍、睡莲。生长在浅水区，叶片浮在水面，形状多为扁平，机械组织不发达。叶表面有气孔，分为扎根的浮水植物如睡莲，根系或地下茎固定在泥土里，根部所需要的氧气由叶片的气孔经由外界提供，叶柄会随水的深度而伸长；和不扎根的浮水植物，如浮萍，植物根系并没有固定于泥土中，而是沉于水中，植物体则飘浮在水面，某些还具有特化的气囊以利于飘浮。挺水植物：生长在浅水区，植物体大部分挺出水面，根系固定在水底土壤，将其茎叶的一部份或大部份伸出水面。如芦苇。第二节水因子2.陆生植物：指生长在陆地上的植物，分湿生植物、中生植物、旱生植物。湿生植物：不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。如水稻、秋海棠。中生植物：适于生长在水分条件适中的环境中，形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最广和数量最大的陆生植物。旱生植物：生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育。主要分布在干热草原和荒漠地区。第二节水因子三、植物对水分过多和不足的适应1.植物对水分过多的适应土壤水分过多，土壤空气O2含量下降，导致植物根系生长衰退。2.植物对水分不足的适应按旱生植物对缺水的适应方式分为：避旱植物：短命植物，以种子或孢子阶段避开干旱影响。第二节水因子抗旱植物：防旱植物。缺水时，细胞液的溶质含量提高使细胞产生低渗透势，防止脱水。维持气孔的开放。适旱植物形态特征：缩小枝条和叶面，扩展根系，增加叶厚度，减少气孔，增厚细胞壁、角质层，缩小细胞间隙等。生理特征：含糖量高，细胞液浓度高，低渗透势，细胞水含量低，单位叶面积光合作用速率高。第二节水因子四、水分对植物分布的影响湿润度：年平均降水量（mm）与潜在蒸发量（mm）之比。干燥度（K）：可能蒸发量与同期降水量之比。我国采用大于10℃的活动积温乘以0.16倍作为可能蒸发量。干燥度水份状况自然植被≤0.99湿润森林1-1.49半湿润森林草原1.50-3.99半干旱草甸、草原、荒漠草原≥4.0干旱荒漠第二节水因子五、森林的水分平衡1.林冠截留2.入渗土壤的水3.蒸发散4.地表径流第二节水因子1.降水量的测定在高于林冠上层的铁塔上安装遥测雨量计。第二节水因子2.穿透水量的测定：在林冠下设置20m2的穿透水承接器，测定穿透水和收集凋落物。第二节水因子3.树干茎流量的测定：用塑料导管在树干蛇形缠绕，汇集到雨量遥测计中。第二节水因子林冠降水平衡公式：降水量P=林冠截留量I+穿透水T+树干流S林冠降水穿透水树干流林冠截留第二节水因子4.地表径流量和地下径流的测定：建测流堰用自动水位记录仪测定。第二节水因子第二节水因子Q1为什么林地的终渗率高？Q2森林为什么可以显著减少地表径流？Q3森林为什么能防止水土流失？(水源涵养林）