第二章+生态因子的生态作用与生物的适应-1

第二章生态因子的作用与生物的适应能量环境、物质环境•一、光因子的生态作用及生物的适应•二、温度的生态作用与生物的适应•三、水的生态作用与生物的适应•四、土壤因子对生物的影响•五、风对生物的作用及防风林•六、火作为生态因子对于生物的影响及管理•七、指示生物第一节光因子的生态作用及生物的适应•光是一个十分复杂而重要的生态因子，通过以下三个方面对生物产生影响，即光质、光强和光照时间。1/20000000001/1000地球对太阳光的利用百分比光谱范围Spectrum:380—760nm•1）大气中各种成分对太阳光的吸收、反射和散射，最后到达地球表面的仅占太阳辐射的47%；•2）太阳高度角影响了太阳辐射强度；•3）地球的自转和公转引起不同纬度地区在不同季节每天所接受的太阳辐射呈周期性变化；•4）地面因素引起太阳辐射强度和日照时间的变化。地球表面太阳辐射的主要影响因素：•1）光质•2）日照时间•3）地表光照强度随时间和空间的变化；•4）水体中太阳辐射的情况太阳光在地球上的分布特点光质对植物光合作用的影响光合作用的光谱范围只是可见光区，其中红橙光主要被叶绿素吸收，蓝紫光也能被叶绿素和类胡罗卜素所吸收，这部分辐射称为生理有效辐射。光质对植物光合作用产物的影响长波光有利于糖的合成，短波光有利于蛋白质的合成。光质对植物形态的影响长波光抑制植物的加粗生长，促进高生长。短波光相反。（一）光质的生态作用与生物的适应实验研究表明：植物栽培中，用浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490nm的光（透过率60%以上），因而有利于植物的光合过程和代谢过程。光质对动物的影响可见光对动物生殖、体色变化、迁徙、羽毛更换、生长和发育都有影响。不可见光：大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，大致在250-700nm之间，它们看不见红外光，却看得见紫外光。而且许多昆虫对紫外光有趋光性，这种趋光现象已被用来诱杀农业害虫。（二）光强的生态作用与生物的适应影响光照强度的因素：纬度、海拔、坡向、坡度、季节、植被等。光照强度与植物的光合作用光补偿点：当光合作用固定的CO2恰与呼吸作用释放的CO2相等时的光强。光饱和点：光合作用中，随着光照强度的加大，净光合速率逐渐减慢，直到光合产物不再增加时的光强。光照强度对生物的生长发育和形态建成的作用黄化现象植物对光照强度的适应类型阳性植物，阴性植物，中性植物。ShadeplantsSunplantsSunplant(Bruguieragymnorrhiza)underlowlightintensityShadeenduringplantSunplantvsshadeplantSunplantShadeplantleafsizesmalllargethicknessthickthincuticlethickandsometimeshaveflossthinanatomicstructuresmallcell,thickcellwall,closearrangement,smallcellinterval,well-developedpalisadetissue（栅栏组织）,underdevelopedspongytissue（海绵组织）largecell,thincellwall,sparsearrangement,largecellinterval,underdevelopedpalisadetissue,well-developedspongytissueChlcontentlow,lowa/bhigh,lowa/bstomasmall,denseandsinkingsometimeslarge,sparseSunplantvsshadeplantSunplantShadeplantPn（光合速率）highlowPr（蛋白质）highlowLightsaturationpoint（光饱和点）highlowLightcompensationpoint（光补偿点）highlow（三）生物对光周期的适应光周期现象植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应。植物光周期的反应主要是诱导花芽的形成和开始休眠；动物光周期的反应主要是调整代谢活动和进入繁殖期。植物的光周期根据植物开花所需要的日照长度，可区分为长日照植物、短日照植物和中日照植物。长日照植物：较长日照条件下促进开花的植物，日照短于一定长度则不能开花或推迟开花。通常需要14小时以上的光照才能开花。例如：菠菜、紫菀。短日照植物：较短日照条件下促进开花的植物，日照超过一定长度便不开花或明显推迟开花。一般需要14小时以上的黑暗才能开花。深秋或早春开花的植物多属此类。如牵牛、菊类。中日照植物：花芽形成需要中等日照时间的植物。例如甘蔗。还有一类植物，在什么日照条件下都能开花，称为日中性植物，如黄瓜等动物的光周期许多动物的行为对日照长短也表现出周期性。鸟、兽、鱼、昆虫等的繁殖，以及鸟、鱼的迁移活动，都受日照长短的影响（如延长光照时间，可提高母鸡产蛋量）。日照长度对哺乳动物生殖：•长日照兽类：某些野生哺乳动物（特别是高纬度地区的种类）都是随着春天日照长度的逐渐增加而开始生殖，如雪貂、野兔等。•短日照兽类：有些哺乳动物总是随着秋天短日照的来到而进入生殖期，如绵羊、鹿等。作业1•喜阳、喜阴植物在结构特征上的区别？第二节温度的生态作用与生物的适应•地球上温度的变化•1）地表大气温度的分布与变化；•2）土壤温度的变化；•3）水体温度的变化（一）温度因子的生态作用①温度与生物生长三基点温度：最适温度、低温限度和高温限度。在一定温度范围内，生物的生长速率与温度成正比。范霍夫定律：指温度每升高10℃，化学过程的速率即加快2～3倍。公式如下。其中Q10是温度系数，t1、t2是温度，R1、R2为该温度下某生理过程的速率。12101012ttRRQ②温度与生物发育有效积温有效积温法则：植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。有效积温法则在实际应用中。。。•1）预测生物发生的世代数。•例如，小地老虎（Agrotisypsilon)完成一个时代所需积温为K1=504.7度，南京地区统计的该昆虫发育的年总积温为K=2220.9日度，则可发生的世代数K/K1=4.54代。实际每年发生4-5代。•2）预测生物地理分布的北界•一种生物分布区的全年有效总积温必须满足该生物完成一个时代所需要的K值，否则该生物就不会分布于此。•3）预报农时•根据作物的有效积温和当地时令、苗情以及气温资料，可以估计该作物的成熟收割期，以便制定整个栽培措施。•4）制定农业气候区划，合理安排作物•如马铃薯约需1000-1600日度，玉米2000-4000，柑橘需4000-4500日度。合理安排作物，适时适地种植，有目的的调种、引种，合理搭配品种。•据了解，上世纪80年代，我国贵州、云南、四川、广西等地大量引进杨梅试种成功。尤其是四川，春季雨量少，夏季雨量较多的自然条件，更适宜杨梅的生长和结果。定海区农林局林业站副站长邱立军告诉记者，晚稻杨梅属于乔木类，耐寒耐瘠，土壤只要能保证其有效根系在0.5米就可以生长，适应能力非常强。四川盆地植被较好，由于北部有高山阻挡冷空气，越冬条件好，土壤有机质丰富，加上四季分明，雨量充沛，气候宜人，这些都具备种植晚稻杨梅的基本条件。作业2•有效积温法则在某种生物研究中的应用（二）生物对极端温度的适应低温的危害临界温度：温度低于一定数值，生物便会受害。寒害:是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害冻害:是指0℃以下的低温使生物体内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物对低温的适应形态适应：表现在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；生理适应：低温环境的植物减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。如鹿蹄草通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液来降低冰点，可使结冰温度下降到-31度。行为适应：通过休眠来增加抗寒能力。动物对低温的适应形态结构：（1）贝格曼（Bergman）规律：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少。（2）阿伦规律（Allen）：恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。（3）在寒冷地区和寒冷季节增加毛或羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度，从而提高身体的隔热性能。北极狐赤狐大耳狐Allen’slaw动物对低温的适应生理适应：增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温；在低温环境下减少身体散热的另一种适应为大大降低身体终端部位的温度。行为适应：休眠（抗寒）和迁徙（避寒）高温的危害温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温对植物的危害：高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的危害：主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受42度以上高温；鸟类不能忍受48度以上高温。植物对高温的适应形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射大部分光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；蒸腾作用避免植物体因过热受害。动物对高温的适应夏眠，穴居，昼伏夜出。温度与动物类型（三）温度与生物的地理分布影响生物地理分布的因素：有效总积温，极端温度（最高、最低温度）高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显，对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温。如：苹果不能在热带栽培，由于高温的限制不能开花结实；可可、椰子只能在热带分布，因为是受低温的限制；垂直分布：长江流域马尾松分布在海拔1000-1200米以下，这个界限的上部为黄山松，是因为在海拔1000-1200米是马尾松的低温界限，又是黄山松的高温界限。（四）变温与温周期现象•温周期现象：由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有规律的昼夜变化。•变温对生物的影响：•生物的生长：植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合•干物质积累：白天适当高温有利于光合作用，夜间适当低温使呼吸作用减弱，光合产物消耗减少，净积累增多。（五）物候节律•物候：是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。（六）休眠•休眠：生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效的生理机制。休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）。作业3•低温、高温对生物造成的危害及生物对其适应机制。ManyThanks