《能量环境二》PPT课件

第二章能量环境,一、光的生态作用及生物对光的适应二、生物对温度的适应,二、生物对温度的适应,（一）温度的分布（二）生物对温度的适应,（一）温度的分布,1、温度的空间分布与时间变化2、土壤温度的变化3、水体温度的变化,1、温度的空间分布与时间变化,1）温度的空间分布纬度海拔山脉走向地形地貌、坡向、坡度大型水体2）温度的时间变化日变化（日较差）年变化（年较差）冰期变化,2、土壤温度的变化,表层变化大，随土壤深度增加而变化幅度减小。随深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与深度成正比。温度的短期变化主要出现在土壤上层，长周期变化主要出现在土壤较深的位置。土壤温度年变化在不同地区差异很大。,3、水体温度的变化,海洋水温昼夜变幅4。海洋：赤道变化大，温带变化中等。海水上层水温也随纬度增加而降低。,以淡水为例，夏季分层，上层热，下层冷，中层变化大；秋季环流，冬季上层0，下层4；秋季风力环流。,（二）生物对温度的适应,1、温度与动物类型2、生物发育速度与温度阈3、生物对极端环境温度的适应4、生物对周期性变温的适应5、物种分布与环境温度6、温度与动物寿命的关系,1、温度与动物类型,常温动物变温动物外温动物内温动物,2、生物发育与温度阈,1）温度对动物代谢的影响2）有效积温和发育阈温度,1）温度对动物代谢的影响,2）有效积温和发育阈温度,（1）发育阈温度,生物学零度,（2）有效积温,植物和某些变温动物完成某一发育阶段所需总热量。（有效积温）是一个常数。K=NT,总积温、有效积温法则,有效积温法则：,其中K为生物完成某阶段的发育所需要的总热量,N为完成某阶段的发育所需要的天数,T为发育期间的环境平均温度,C为该生物的发育阈温度,K=N（T-C）或T=C+K/N温度T与发育时间N呈双曲线关系，由于发育速度V=1/N。所以，T=C+KV，温度与发育速度呈线性关系。,生物的发育也有一个高限温度，发育时间也有生理极限，即最短发育时间N0。K=（N-N0）（T-C）,例题,地中海果蝇在26下，20d内完成生长发育，而在19.5下则需要41.7d。求该果蝇发育的有效积温、发育阈温度。K=250d.To=13.5,有效积温法则的应用,预测生物发生的时代数。预测生物地理分布的北界，全年有效积温大于K。预测害虫来年发生程度。推算生物的年发生历。据此制定农业气候规划，合理安排作物，预报农时。,有效积温法则的局限性,有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的，变温下昆虫发育较快。温度和发育速度的关系为S型，而非直线型。生物的生长还受温度外其它因素的影响，如长日照促进小麦发育。不能用于休眠、滞育生物的时代数计算。,3、生物对极端环境温度的适应,1）极端低温对生物的生态作用2）生物对极端低温的适应3）极端高温对生物的生态作用4）生物对极端高温的适应,1）极端低温对生物的生态作用（1）极端低温对植物的生态作用,引起低温的主要因素是寒流,低温对植物的直接伤害,冻害：当植物体受到冰点以下的低温胁迫，使植物组织发生冰冻而引起的伤害。冷害：0以上低温对植物体产生的伤害（喜温植物）。霜害：由于霜的出现而造成的植物伤害。,低温对植物的间接伤害,冻拔冻裂冻旱（生理性干旱）,（2）极端低温对动物的生态作用,体液的冰冻和结晶昆虫的过冷却现象,2）生物对极端低温的适应,（1）植物对极端低温的适应（2）动物对极端低温的适应,（1）植物对极端低温的适应,形态上，叶片表面有油类物质；芽具鳞片；体表具蜡粉和密毛；矮小。生理上，水分降低，糖、脂、色素增加，以降低细胞冰点；吸收光谱增宽，能吸收红外线。北极和高山植物的芽和叶片受到油脂类物质的保护，树干粗短弯曲，枝条匍匐状，树皮坚厚。鹿蹄草的叶细胞贮藏大量五碳糖、粘液，可使其冰点下降到-31，能耐受-31以上寒冷温度。,（2）动物对极端低温的适应,形态上，形体改变，增加羽、毛密度，提高羽、毛质量；增加皮下脂肪厚度；动静脉血管几何排列（增加逆流热交换）。,贝格曼定律,内容：恒温动物在寒冷地区个体较大。东北虎的颅骨长于华南虎,几种生活在不同纬度的企鹅个体大小的比较,皇企鹅,国王企鹅,非洲企鹅,加岛环企鹅,皇企鹅,国王企鹅,非洲企鹅,加岛环企鹅,阿伦定律,内容：恒温动物在寒冷环境中突出部位（耳、四肢、尾）有变短的趋势（较通用）。,北极狐赤狐大耳狐,北极狐,赤狐,大耳狐,格洛洛法则,内容：动物的颜色，在温暖潮湿的气候中显示较深的颜色，在寒冷地区的气候中呈较浅的颜色。,生理上，增加产热，局部异温。冷水中外温动物：依赖激活代谢适应寒冷。,温带和寒带地区小型鸟兽：生理调节增加产热，主要靠增加基础代谢产热和非颤抖性产热。,非颤抖性产热是小型哺乳动物冷适应性产热的主要热源，主要发生在褐色脂肪组织，这种产热主要受交感神经支配和甲状腺激素的调控，是不涉及肌肉活动而释放的化学能。鸟类中未发现褐色脂肪组织。,冷适应产热多的动物是否是冷适应好的动物？,热中性区：动物的代谢率最低、并不随着环境温度变化而变化的环境温度范围。,异温性,异温性是恒温动物的体温偏离正常范围的变化现象。动物的体温因身体部位之不同而有差异的现象，则称为部位异温性。空间异温性：动物局部体温下降，减少热散失时间异温性：日麻痹和季节性麻痹冬眠和夏眠。内温动物与外温动物冬眠的根本区别？,33,6,行为上，迁徙、集群和冬眠。迁徙：选择温度适宜地区。集群：较少散热。冬眠：在温寒带，变温动物的休眠很常见。,3）极端高温对生物的生态作用,植物：光合作用下降；呼吸作用加强；水分代谢不平衡；代谢物积累；蛋白质凝固。动物：呼吸作用加强；排泄失调；蛋白质凝固，酶失活；神经麻痹。,（1）植物对极端高温的适应,形态上，某些植物生有密绒毛和鳞片，体呈白色，可反射部分光线；叶片垂直排列；叶片对折、卷曲，减少辐射；木栓层厚。生理上，降低含水量，增加糖或盐的浓度；提高蒸腾作用。,4）生物对极端高温的适应,（2）动物对极端高温的适应,形态上，减少毛密度，改变毛色泽。生理上，放松对恒温的要求，使体温波动。行为上，夜出加穴居，动物夏眠或夏季滞育。,北极狐冬季具厚的白色毛,北极狐夏季具薄的棕色毛,4、生物对周期性变温的适应,温周期：自然条件中，温度的周期性变化称为温周期。,温周期对生物的生态意义,变温能提高种子萌发率，主要是由于降温后可增加氧在细胞中的溶解度，从而改善了萌发中的通气条件。变温对植物生长有明显的促进作用。变温有利于开花结实：春化作用。变温有利于产品品质。变温有利于干物质积累。,采用引种经验：,北种南移比南种北移容易成功(如凤凰木、荔枝、大白菜)。草本植物比木本植物容易成活。一年生比多年生容易成功。落叶植物容易成功。,5、物种分布与环境温度,等温线：是在地图上将一年的特殊时间上有相同平均温度的地方连接起来的线。,（1）极端温度是限制温度分布的首要因素。高温：白桦、云杉不能在华北平原生长；苹果、梨、桃不能在热带开花结果；黄山松分布在1000-1200米以上；菜粉蝶不能忍受26以上的气温。低温：橡胶分布区低于北纬2440（云南盈江），海拔960米以下；剑麻是北纬26，海拔900米以下；椰子是2430（厦门），海拔640米以下（海南）；东亚飞蝗的北界为等温线13.6。,（2）有效积温足够完成一个生活周期的地方才能分布。昆虫大发生时常暂时地超越其分布北界。温度对恒温动物分布限制可通过其食物等生态因子而影响其分布。,变温动物在较冷环境中寿命较长，恒温动物在最适温度寿命较长。某一特定温度下生殖力最强，一般在最适温度以下。,6、温度与动物寿命的关系,城市热岛效应,城市人口密集，建筑物