第3章植物与光的生态关系

1、第三章 植物与光的生态关系本章主要内容一、光对植物的生态作用及植物对光的生态适应、二、水体、植物对太阳辐射的影响一、光照强度对植物的生态作用（一）对植物生长发育及形态建成的影响 对植物生长及形态建成的影响： 光能促进细胞的增大和分化，影响细胞的分裂和伸长，植物体积的增长，重量的增加都与光照强度有密切关系；光还能促进组织和器官的分化，制约着器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。 如黄化现象就是光照强度对植生长及形态建成发生明显影响的例子。 光对植物的生态作用及植物的生态适应 光对植物的生态作用及植物的生态适应一、光照强度对植物的生态作用（一）对植物生长发育及形态建成的影响

2、对植物繁殖的影响：（1）影响植物花芽的分化与形成 植物体遮光后，同化量减少，花芽的形成也减少，已经形成的花芽也由于体内养分供应不足而发育不良或早期死亡。（2）对植物开花与结果的影响 在开花期或幼果期，如果光照减弱也会引起结实不良或果实发育中途停止，甚至落果。（果树进行合理整形修剪的原因）光对植物的生态作用及植物的生态适应一、光照强度对植物的生态作用（一）光照强度对植物生长发育及形态建成的影响 对植物产品质量的影响 光对果实的品质也有良好作用，如苹果、梨、桃等在强光下能增加果实的含糖量和耐贮性。且使着色良好，因为果实的颜色是由花青素形成的，光照强，花青素的形成也多。一、光照强度对植物的生态作用（

3、二）植物对光照强度的生态类型光对植物的生态作用及植物的生态适应根据植物对光照强度的生态适应可分为：阳性植物（凡是在强光环境中才能生育健壮、在荫蔽和弱光条件下生长发育不良的植物，如蒲公英、松、杉、栓皮栎、杨、柳等）。阴性植物（是在较弱光照环境中生长比在强光照下生长更好的植物，如人参，红豆杉等）。耐荫植物（介于上二类之间的植物。在全日照下生长最好，但也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如青冈、山毛榉、党参等）。光对植物的生态作用及植物的生态适应一、光照强度对植物的生态作用（二）植物对光照强度的生态类型1、阳性植物与阴性植物在形态结构上的差异 生长状态的差异阳性植物一般枝叶稀疏、透光、自

4、然整枝良好、树皮通常较厚，叶色较淡，一般生长较快，寿命较短。阴性植物一般枝叶浓密，透光度小，自然整形不良，枝下高短，树皮通常薄，叶色较浓，通常生长较慢，寿命较长。光对植物的生态作用及植物的生态适应一、光照强度对植物的生态作用（二）植物对光照强度的生态类型1、阳性植物与阴性植物在形态结构上的差异 茎形态的差异阳性植物的茎通常较粗，节间较短，分枝也多。很多高山植物在强烈阳光下节间缩短。阴性植物的茎通常细长，节间较长，分枝较少。一、光照强度对植物的生态作用（二）植物对光照强度的生态类型1、阳性植物与阴性植物在形态结构上的差异 叶片的差异阳性植物的叶子一般较小，质地较厚。叶面常有很厚的角质层覆盖，有的

5、表面有绒毛。阴性植物刚好相反。即叶子较大，质地较薄。叶面比较光滑。 光对植物的生态作用及植物的生态适应一、光照强度对植物的生态作用（二）植物对光照强度的生态类型2、阳性植物与阴性植物在生理上的差异 耐荫能力、光补偿点、呼吸作用、蒸腾作用、抗高温、干旱、病虫害能力等的差异。 叶绿素特点的差异含量上的差异：阴性植物和遮荫叶子的叶绿素含量大于阳性植物和阳性叶子。叶绿素a与b的比值差异：阳性植物叶绿素a与b的比值较大，阴性植物叶绿素a与b的比值较小。而叶绿素a与叶绿素b的吸收光谱不同，叶绿素a在红光部分的吸收带较宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收带较宽，所以阳性植物能在直射光下较充分地利用红光，而阴性植物

6、则能在散射光下较好地利用蓝紫光。 光对植物的生态作用及植物的生态适应二、光谱成分对植物的生态作用v生理有效辐射：太阳辐射连续光谱中，植物光合作用利用和色素吸收，具有生理活性的波段称为生理有效辐射或光合有效辐射，约在0.38-0.74m，与可见光波段基本相符。叶绿素吸收红、橙光，蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素所吸收。v实验证明：在诱导植物形态建成、向光性及色素形成等方面，不同波长的光，其作用也不同。光对植物的生态作用及植物的生态适应二、光谱成分对植物的生态作用v如可见光中的蓝紫光与青光对植物伸长生长及幼芽的形成有很大作用，并能抑制植物的伸长而使植物形成矮小的形态；红光有利于糖的合成；蓝光有利于蛋

7、白质的合成；青蓝紫光还能引起植物向光性的敏感，并能促进花青素的形成等等。（利用彩色薄膜栽培植物）v如不可见光中的紫外光抑制植物体内某些生长激素的形成，因而也能抑制茎的伸长。（高山植物矮化、叶面缩小、毛茸发达等现象） 光对植物的生态作用及植物的生态适应三、光照长度对植物的生态作用（一）植物对光照长度的感应类型v 植物的光周期现象：早在1920年Garner和Allard正式提出植物开花的光周期现象，他们认为对植物开花起决定作用的是随季节变化的日照长度。日照长度对植物从营养生长期到花原茎形成这段时间的长短，往往有决定性的影响。v 根据植物开花过程对日照长度反应的不同，可以将植物分为四类：第二节 光

8、对植物的生态作用及植物的生态适应长日照植物：只有当日照长度超过它的临界日长时才能开花的植物。短日照植物：只有当日照长度短于它的临界日长时才能开花的植物。中日照植物：只有当昼夜长短比例接近于相等时才能开花的植物。（如甘蔗的某些品种只有昼夜接近12小时才开花）。中间型植物：开花受日照长短的影响较小，只要其它条件合适，在不同日照长度下都能开花。如蒲公英，番茄，黄瓜，四季豆，早熟的乔麦等）。第二节 光对植物的生态作用及植物的生态适应短夜、长夜、长夜闪光对短日照植物及长日照植物的开花效应 光对植物的生态作用及植物的生态适应三、光照长度对植物的生态作用（二）光照长度对植物休眠和地下贮藏器官形成的影响 短日

9、照可以促进植物进入休眠状态 植物的休眠是一种抗逆适应，如冬季休眠的植物比生长中的植物能抗更低的温度，否则许多植物将不能在温带、寒带过冬。 短日照可以促进植物地下贮藏器官的形成和发育。如短日照植物菊芋，在长日照下仅仅形成地下茎，并不加粗，但在短日照下则形成肥大的块茎。同样，薯蓣科植物等。水体、植物对太阳辐射的影响一、水体中的光照情况 太阳辐射在水中强烈地被减弱。太阳高度大时，平静水面反射入射光的6%，波动水面反射10%；太阳高度低时，反射更为明显，平静水面发射入射光的20-25%，波动水面为50-70%，水所反射的光线为420-550nm，为短波光。而水也能吸收光线，尤其是长波光。所以，水中以黄

10、绿光为主，多呈淡绿色，深水多呈蓝色。 一、水体中的光照情况 由于在水中的光照强度和光谱组成与大气中的不同，因此水生植物与陆植物有明显的差异。5-10米深处维管植物可以生存，10米以下就很少有高等维管植物生长了。20-30米较深的海水中只生活一些藻类植物。 水体、植物和城市对太阳辐射的影响二、植物群落中的光照情况1、叶子对辐射的吸收、反射和透过（植物对太阳辐射的调节作用或途径） 一般来说，射到叶面上的光约有70%左右为叶子所吸收，20%左右由叶面反射出去，通过叶透射到地面的光较少，一般为10%左右。 叶子对太阳辐射具有选择性吸收的特性 可见光区大部分被叶子所吸收，用于进行光合作用，其中对红橙光和

11、蓝紫光的吸收率最高，为80-90%。叶子对绿光的吸收较少。水体、植物对太阳辐射的影响二、植物群落中的光照情况1、叶子对辐射的吸收、反射和透过 叶子对太阳辐射反射特性 红光被反射较少（3-10%），绿光则比较强烈地被反射（10-20%）。紫外光只有少量被反射，一般不超过3%，但大部分是被叶子表皮所截留，只有少量（2-5%）透射到叶深层。水体、植物和城市对太阳辐射的影响二、植物群落中的光照情况1、叶子对辐射的吸收、反射和透过 叶子对太阳辐射透射特性 （1）叶子对光的透过与叶片的结构和厚薄有密切的关系。 中生形态的叶透过太阳辐射约10%左右，非常薄的叶片可透过40%，厚而坚硬的叶片可能一点也不透过。

12、（2）对不同波段的光透过也不同。 反射最大的波段透过也最强，也即红外光和绿光的透过最强。 水体、植物对太阳辐射的影响二、植物群落中的光照情况 2、树冠中辐射的分布 林冠中叶片重叠并彼此遮荫，从林冠表面到树冠内部，光照强度逐渐递减。同一棵树的树冠内，各个叶片接受的辐射总量是不同的。如侧柏，树冠尖削，叶片密度大，形成外层叶子多，内层少，内外太阳辐射不同。 水体、植物对太阳辐射的影响二、植物群落中的光照情况3、辐射在群落中的分布 照到植物群落的太阳辐射分为三部分，反射、吸收和透过群落进入地表。 反射率取决于植物群落表面的状况，叶片致密且有光泽，反射率高，叶片松散且粗糙，反射率低。 吸收量取决于群落的

13、层次性和群落内部叶片松散程度。水体、植物对太阳辐射的影响 辐射透过群落的过程中光照强度逐渐减少，光质成分改变，其幅度取决于群落结构，如针阔混交林的上层林冠吸收入射光的79%，下层吸收较少，对下层植物生长影响大。而松散松林上层林冠吸收约占58%，地表草本约28%，对下层植物生长的影响较小。 不同季节，穿过落叶阔叶林冠到达地面的光，夏季可能少于10%，而冬季增加到50-70%。 由于植物叶片所吸收的光主要是光合作用效能最大的光（红、橙及蓝光），因此，林内的光主要是光合作用效能很小的光，主要是绿光。水体、植物对太阳辐射的影响光在针阔混交林中的分配 水体、植物对太阳辐射的影响 由于群落内的光照特点，因

14、而对光照有不同适应特点的植物就各自生长在群落的不同部位或是出现于不同的季节。在森林群落中，上层树种多是阳性喜光的树种。越到下层的植物，耐阴性也逐渐加强，在群落底层光照最弱的地方则生长着阴性植物。 水体、植物对太阳辐射的影响 光能与植物产量一、净光合作用对光的依赖关系 植物生长发育所需的干物质积累主要来源于光合作用，光合作用是一个十分复杂的过程，也是一个受多种因素制约的过程，其中光是一个直接参与的最重要的因素。光照强度与光合作用强度的关系1、光补偿点 低光照条件下，植物的光合作用较弱，当合成的产品恰好抵偿呼吸消耗时（即光合作用固定的CO2量与呼吸作用释放的CO2量恰好相等时）的光照强度，为光补偿

15、点。 由于植物在光补偿点时不能积累干物质，即在低光照强度的条件下，植物不能生长。 不同种类的植物（阳性植物和阴性植物之间的差异）、同种植物的不同类型或品种、同一类型不同生育时期、甚至同一株植物在不同部位的叶片，其光补偿点都不一样。 此外，还与植物的外界生态因子（如温度、水分、CO2浓度、矿质营养等）的状况有关。光能与植物产量2、光饱和点 随着光照强度的增强，光合作用强度也随之提高并不断地积累有机物质，但光照强度增加到一定程度后，光合作用增加的幅度就逐渐减缓，最后达到一定的限度，不再随光照强度而增加，这时的光照强度称为光饱和点。 这说明植物的净光合作用对光照有明显的依赖关系。光能与植物产量二、提高植物光能利用率的途径 光能利用率是指单位面积地面上植物光合作用所积累的有机物质所含的能量占照射的太阳能量的比率。 目前植物的光能利用是很低的。如森林的光能利用率一般平均只有0.1%，