基础生态学王艳妮2能量环境

1、第一部分第一部分 有机体与环境有机体与环境2 2 能量环境能量环境主要内容主要内容2.1 2.1 光的生态作用及生物对光的适应光的生态作用及生物对光的适应2.2 2.2 生物对温度的适应生物对温度的适应2.3 2.3 风对生物的作用风对生物的作用2.4 2.4 火对生物的影响及管理火对生物的影响及管理232.12.1光的生态作用及生物对光的适应光的生态作用及生物对光的适应2.1.1 2.1.1 地球上光的分布地球上光的分布紫外光：波长760nm， 46%500 1000 2000 3000 4000500 1000 2000 3000 4000可可见见光光红红外外线线紫紫外外线线波长波长nmn

2、m能能流流强强度度太阳辐射光谱组成4影响影响地表太阳辐射地表太阳辐射的因素的因素大气圈；大气圈；太阳高度角；太阳高度角；纬度和季节；纬度和季节；海拔、坡度和坡向。海拔、坡度和坡向。影响太阳辐射的因素56光质光质( (光谱成分光谱成分) )低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多低海拔、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、早晚长波光多夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多日照时间日照时间夏季昼长夜短、冬季昼短夜长夏季昼长夜短、冬季昼短夜长纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜光照强度光照强度低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬

3、度光照强度大低海拔、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、早晚光照强度弱夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱( (北半球北半球) )南坡光照强度大，北坡光照强度弱南坡光照强度大，北坡光照强度弱光的分布710203035404550102030354045505045403530201018171615141312111096789101112131415光光期期 hr暗暗期期 hr2 4 6 8 10 12m8叶绿素的吸收光谱叶绿素的吸收光谱不同光质的作用不同光质的作用蓝紫光：促进蛋白质的合成蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成红光：促进糖的合成过

4、量的青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，过量的青光、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，促进维生素紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素d d的合成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有决定性作用光质的生态作用92.1.2 2.1.2 光质的生态作用和生物的适应光质的生态作用和生物的适应太阳鱼视力的灵敏峰值为太阳鱼视力的灵敏峰值为500500530nm530nm（较透明水层的光波较透明水层的光波长，利于摄食长，利于摄

5、食）；）；绿色植物和绿藻（绿色植物和绿藻（叶绿素和胡萝卜素叶绿素和胡萝卜素）、红藻（）、红藻（藻红蛋白和藻红蛋白和藻蓝蛋白藻蓝蛋白）、褐藻和硅藻（）、褐藻和硅藻（叶黄素叶黄素）光合色素的差异，反映）光合色素的差异，反映了对不同生境中光质的适应；了对不同生境中光质的适应；高山植物含花青素、叶面缩小、毛绒发达高山植物含花青素、叶面缩小、毛绒发达（紫外线抑制茎的紫外线抑制茎的生长，是一种保护适应生长，是一种保护适应）。）。生物对光质的适应10影响动物的生长发育（影响动物的生长发育（蛙卵蛙卵）影响动物的体色（影响动物的体色（蛱蝶体色蛱蝶体色）影响植物叶绿素的形成影响植物叶绿素的形成黄化现象：黄化现象：

6、一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄的现象萝卜素，导致叶子发黄的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影响植物花果的数量和质量112.1.3 2.1.3 光照强度的生态作用和生物的适光照强度的生态作用和生物的适应应光照强度的生态作用植物的向光性（植物的向光性（仙人掌仙人掌）植物秋季落叶植物秋季落叶光合能力光合能力c c3 3植物和植物和c c4 4植物植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物生理差异生理差异形态差异形态差异12

7、植物对光照强度的适应依活动时间的动物分类依活动时间的动物分类动物开始活动的时间动物开始活动的时间13动物对光照强度的适应生物的昼夜节律生物的昼夜节律光的周期性光的周期性生物的昼夜节律生物的昼夜节律外源性周期和内源性周期外源性周期和内源性周期生物的光周期现象生物的光周期现象植物的植物的光周期现象光周期现象 开开花对日照长短的反应花对日照长短的反应：长日照、短日照、中日照和日中性植物长日照、短日照、中日照和日中性植物动物动物的光周期现象的光周期现象动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，春夏产子的意义，春夏产子的意义昆虫昆虫滞育、滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期动

8、物换毛换羽和迁徙的光周期142.1.4 2.1.4 生物对光周期的适应生物对光周期的适应植物开花对日照长度的反应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、番茄日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄 15实验室恒定条件下生物的节律实验室恒定条件下生物的节律16鸟类节律鸟类节律17182.2 2.2 生物对温度的适应生物对温度的适应2.2.1 2.2.1

9、 地球上温度的分布地球上温度的分布19大气温度的分布与变化空间分布与变化空间分布与变化纬度升高纬度升高1 1，气温降低，气温降低0.50.5 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大沿海地区气温变化小，内陆地区变化大南坡气温较北坡高，海拔升高南坡气温较北坡高，海拔升高100m100m，气温降低，气温降低0.60.61 1时间变化时间变化日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加日较差：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年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大20土壤温度的分布与变化土壤温度与气温相关土壤温度与气温相关土壤温度变化与深度有关（土壤温度变化与深度有

10、关（1m1m以下无昼夜变化，以下无昼夜变化，30m30m以下无以下无季节性变化季节性变化）土壤温度变化时间较气温滞后，且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（温度变化周期与深度相关（短周期出现在土壤上层短周期出现在土壤上层）土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤温度的年变化与纬度、海拔有关21水体温度的分布与变化水温的时间变化水温的时间变化变化幅度较气温小变化幅度较气温小不同深度水体的日变化（不同深度水体的日变化（15m15m以下无日变化以下无日变化）不同深度水体的年变化（不同深度水体的年变化（140m140m以下无年变化以下无年变化）水温的成层现象水温的成

11、层现象水温分层：上湖层、斜温层水温分层：上湖层、斜温层( (温梯层温梯层) )和下湖层和下湖层春季环流和秋季环流春季环流和秋季环流低纬度地区：雨季引起表面水温降低，干季相反低纬度地区：雨季引起表面水温降低，干季相反海洋：低纬度水域、中纬度水域有成层现象海洋：低纬度水域、中纬度水域有成层现象温带深水湖水温垂直变化温带深水湖水温垂直变化2212常温动物常温动物变温动物变温动物外温动物外温动物内温动物内温动物232.2.2 2.2.2 温度与动物类型温度与动物类型 酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域 生物发育和生长速度生物发育和生长速度 驯化和气候驯化驯化和气候驯化242.2.3 2.2.3 生物

12、对温度的反应生物对温度的反应 酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域温度系数温度系数q10 （温度每升高温度每升高10度，酶催化反应增加的倍数度，酶催化反应增加的倍数）高温对生物的伤害高温对生物的伤害高温的伤害：蛋白质高温的伤害：蛋白质(酶酶)变性、有机体脱水变性、有机体脱水不同物种对高温的耐受性不同不同物种对高温的耐受性不同低温对生物的伤害低温对生物的伤害低温的伤害：冻害低温的伤害：冻害（freeze injury）、冷害、冷害 (chilling injury) 不同物种对低温的耐受性不同不同物种对低温的耐受性不同生物的抗寒锻炼生物的抗寒锻炼25生物发育和生长速度生物发育和生长速度发育阈温度

13、发育阈温度( (生物学零度生物学零度) )总积温总积温( (有效积温有效积温) )：k=n(t-c)k=n(t-c)发育历期发育历期(n)(n)和发育速率和发育速率(1/n)(1/n)26发育速率发育速率/d-1 驯化和气候驯化驯化和气候驯化春化春化 (vernalization)(vernalization) ：植物在发芽前需要一个寒冷期，：植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。由低温诱导开花。驯化驯化 (acclimation)(acclimation)(也叫实验驯化也叫实验驯化) )气候驯化气候驯化 (acclimatization)(acclimatization)27植物植物形

14、态结构：油脂、鳞片、密毛、短小、匍匐状，厚皮形态结构：油脂、鳞片、密毛、短小、匍匐状，厚皮生理适应：细胞内物质含量变化生理适应：细胞内物质含量变化( (糖类、脂肪糖类、脂肪) )动物动物形态：形态：贝格曼规律贝格曼规律、阿仑规律阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层、毛、皮结构、脂肪层生理：产热依靠基础代谢和非颤抖性产热生理：产热依靠基础代谢和非颤抖性产热( (褐色脂肪褐色脂肪) )，身体，身体异温等异温等行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群282.2.4 2.2.4 生物对极端环境温度的适应生物对极端环境温度的适应生物对低温的适应植物植物形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排

15、列形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列生理适应：降低细胞含水量生理适应：降低细胞含水量( (糖糖/ /盐浓度盐浓度) )；旺盛的蒸腾；旺盛的蒸腾作用；适当放松恒温性作用；适当放松恒温性动物动物形态适应：毛皮性质和颜色形态适应：毛皮性质和颜色生理适应：体温过热生理适应：体温过热行为适应：栖居地点、活动时间行为适应：栖居地点、活动时间29生物对高温的适应2.2.5 2.2.5 生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应生物与昼夜变温生物与昼夜变温昆虫的发育历期（昆虫的发育历期（加拿大黑蝗虫，恒温发育慢，变温发育快加拿大黑蝗虫，恒温发育慢，变温发育快）植物的产量与品质（植物的产量与品质（白天适当高温

16、利于光合作用，夜间降低呼吸作白天适当高温利于光合作用，夜间降低呼吸作用，利于光合产物的积累用，利于光合产物的积累）动物的活动规律（动物的活动规律（昼行、夜行、晨昏行昼行、夜行、晨昏行）生物与季节变温生物与季节变温植物春花秋实植物春花秋实动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节30 2.2.6 2.2.6 物种分布与环境温度物种分布与环境温度地球上主要生物群系的分布成为主要温度带的反映；地球上主要生物群系的分布成为主要温度带的反映；低温的限制作用，例如低温的限制作用，例如橡胶、甘蔗、椰子只能在南方生长橡胶、甘蔗、椰子只能在南方生长高温的限制作用，例如高温的

17、限制作用，例如黄山松受高温限制只能生长在海拔黄山松受高温限制只能生长在海拔1000-1000-1200m1200m以上的高山上。以上的高山上。温度与其它生态因子的综合作用（温度与其它生态因子的综合作用（对水生生物而言，温度与对水生生物而言，温度与溶氧量的关系是非常重要的溶氧量的关系是非常重要的）31叶绿素叶绿素 的吸收光谱的吸收光谱蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700波长波长nm相相对对吸吸收收32蓝紫光：蓝紫光：430450nm 红光：红光：640660nm 光合作用与光照强度的关系光合作用与光照强度的关系0 1 2 3 4 5 6 7 8 95040302010c

18、4c3光强度光强度/jm m-1-1g g-1-1co2摄取摄取/mgco2dm-2h-1高粱高粱玉米玉米小麦小麦阳草阳草水青冈水青冈阴草阴草33阴地植物与阳地植物对光照强度的适应阴地植物与阳地植物对光照强度的适应34植物光合作用的昼夜变化植物光合作用的昼夜变化小时小时35 不同物种对高温的耐受性不同物种对高温的耐受性水生植物：水生植物：30304040旱生植物：旱生植物：50506060兽类：兽类：4242鸟类：鸟类：46464848爬行类：爬行类：454536贝格曼规律贝格曼规律 (bergmanns (bergmanns rule)rule)内容内容：高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个

19、体要大，如东北：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。虎大于华南虎。原因原因：一般认为，动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小，：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，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。在进化选择中是有利的。37阿仑规律阿仑规律 (allens rule)(allens rule)内容：内容：在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾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。均有明显缩短的趋势。原因：原因：寒冷地区对哺

20、乳动物的主要生态问题是保持体温，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然是有利的。38北极狐北极狐赤狐赤狐大耳狐大耳狐392.3 2.3 风对生物的作用风对生物的作用强风能使植物矮化；强风能使植物矮化；强风能使树木形成畸形树冠（强风能使树木形成畸形树冠（旗形树旗形树） ；强风常使树木形成树皮厚，叶小而坚硬和强大的根系；强风常使树木形成树皮厚，叶小而坚硬和强大的根系；对鸟兽体表形态特征的影响，例如羽或毛较短，紧贴体表对鸟兽体表形态特征的影响，例如羽或毛较短，紧贴体表（例如，荒漠中的沙鸡

21、、苔原上的雷鸟例如，荒漠中的沙鸡、苔原上的雷鸟）。）。402.3.1 2.3.1 风对生物生长及形态的影响风对生物生长及形态的影响风是风是“风媒植物风媒植物”花粉和种子的主要传播者；花粉和种子的主要传播者；风影响能飞行动物的地理分布；风影响能飞行动物的地理分布；风是一些动物物种传播及运输的工具；风是一些动物物种传播及运输的工具；风传播化学信息。风传播化学信息。412.3.2 2.3.2 风是传播运输的工具风是传播运输的工具对植物的机械性破坏；对植物的机械性破坏；给人类带来毁灭性灾难；给人类带来毁灭性灾难；422.3.3 2.3.3 风的破坏作用风的破坏作用3 3种：紧密林带、疏透林带、通风林带种：紧密林带、疏透林带、通