环境生态学课件 生物与环境(II)

环境生态学

第二章

生物与环境

(II)南京信息工程大学环境科学与工程学院教师：杨孟Email:yangmeng@主要环境因子的生态作用

与生物适应1光因子的生态作用与生物适应2温度的生态作用与生物适应3水的生态作用与生物适应4土的生态作用与生物适应1光因子的生态作用与生物适应1.1太阳辐射及其光谱组成1.2光质的生态作用与生物的适应1.3光强的生态作用与生物的适应1.4生物对光周期的适应1.1太阳辐射及其光谱组成1.1.1辐射的基本概念1.1.2电磁波谱1.1.3影响地球表面辐射强度的因素1.1.4光的分布规律1.1.1辐射的基本概念太阳辐射的能量是地球最重要的能源。辐射：任何物体，只要温度大于绝对零度，都以电磁波形式向四周放射能量，同时也接收来自周围的电磁波。一般把这种电磁波能量本身称为辐射能（或简称为辐射），而把这种能量传播方式称为辐射。太阳、地球和大气辐射波长范围为0.1~120μm，即紫外波段、可见光波段和红外波段。光强/光照强度(lightintensity)：指单位面积上所接收的辐射能。光质：是指光谱成分，例如，光的波长、频率和能量等。颜色紫蓝绿黄橙红波长范围/μm0.40~0.450.45~0.480.48~0.550.55~0.600.60~0.640.64~0.751.1.2电磁波谱地球自转轴的倾斜造成入射太阳辐射的变化1.1.3影响地球表面辐射强度的因素太阳辐照度太阳辐照度(Solarirradiance):是指太阳辐射经过大气层的吸收、散射、反射等作用后到达地球表面上单位面积上的辐射能量(W/m2)。影响太阳辐照度的因素：大气圈，太阳高度角。地形因素海拔坡度和坡向直射点太阳高度角=90°北半球的冬季1.1.4光的分布规律光照强度由于太阳高度角较小、大气削减作用较强，低海拔、高纬度光照强度弱；冬季、早晚光照强度弱北半球南坡光照强度大，平地居中，北坡光照强度小日照时间夏季昼长夜短、冬季昼短夜长纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜1.2光质的生态作用与生物的适应1.2.1植被光谱1.2.2光质的生态作用1.2.3生物对光质的适应1.2.1植被光谱反射率波长（μm）含水量细胞构造叶子色素水分吸收叶绿素对可见光的吸收叶绿素在450nm(Blue)和650nm(Red)附近有两个吸收峰.1.2.2光质的生态作用叶绿素在450nm(Blue)和650nm(Red)附近有两个吸收峰；蓝紫光促进蛋白质的合成，红光促进糖的合成。青光、蓝紫光和紫外光等短波光：抑制植物的伸长生长（植物矮化），使植物向光性更敏感。紫外光能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成。地面辐射主要能量集中在1～30

μm的红外光波段，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用。1.2.3生物对光质的适应热带雨林林下植物的叶片呈现其他颜色（充分利用绿光等）绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异（充分利用长波光）高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达（防紫外线）1.3光强的生态作用与生物的适应1.3.1光照强度的生态作用1.3.2植物对光照强度的适应1.3.3动物对光照强度的适应1.3.1光照强度的生态作用影响动物的生长发育（啮齿类、昆虫）影响植物叶绿素的形成黄化现象影响植物花果的数量和质量影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化1.3.2植物对光照强度的适应植物的向光性正向和负向植物秋季落叶阳地植物和阴地植物阳地植物：光补偿点高阴地植物：光补偿点低1.4生物对光周期的适应生物的昼夜节律光的周期性生物的昼夜节律生物的光周期现象植物的光周期现象植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物动物的光周期现象动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期2温度的生态作用与生物适应2.1温度与生物的代谢2.2生物对温度的适应2.1温度与生物的代谢恒温动物与变温动物当环境温度升高时，恒温动物维持大致恒定的体温，而变温动物的体温随环境温度变化。内温动物与外温动物内温动物通过自己体内的产热调节它们的体温；外温动物依赖外部的热源。在热中性区，内温动物是在基础代谢率的水平上消耗能量。2.1温度与生物的代谢温度阈三基点温度：参与生命活动的各种酶的最低、最适和最高温度。高温使酶失活、脱水低温导致结冰、损伤细胞，寒冷，硬化2.2生物对温度的适应温度和酶的反应速度外温动物代谢速度在低温下相对慢，温度高时代谢速度快，温度超过最高点酶失活。物种分布（例如，非洲化蜜蜂）春化作用植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。发育和生长速度对温度的进化反应生长的第一年湿润温暖的年份干旱寒冷的年份森林火灾的创伤2.2生物对温度的适应发育和生长速度在一定温度范围内，生物生长速率与温度成正比。有效积温有效积温有效积温：植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一阶段的发育过程，各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温。K=N(T-T0)其中，N为发育历期，即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，

T0是发育起点温度，又称生物学零度，K是总积温（常数）。意义：预测生物的发育时间。根据有效积温进行樱花的花期预报假设樱花的发育起点温度为日均温5℃，从每年2月1日算起，当有效积温达到280℃时樱花开花。某一年的日平均气温如右表，计算该年樱花的开发日期。日期日平均温度（℃）日期日平均温度（℃）2月1日102月17日152月2日112月18日152月3日122月19日152月4日132月20日162月5日152月21日162月6日152月22日162月7日152月23日162月8日152月24日162月9日152月25日162月10日152月26日162月11日152月27日162月12日152月28日162月13日153月1日162月14日153月2日162月15日153月3日162月16日153月4日162.2生物对温度的适应对温度的进化反应动物对极端温度的适应阿伦规律(Allen’srule)贝格曼规律(Bergmann’srule)阿伦规律(Allen’srule)寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。沙漠狐极地狐贝格曼规律(Bergmann’srule)生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。但是也有例外。北极熊是所有熊里最大的小结太阳辐射及其光谱组成光质、光强、光周期对生物的影响生物对光质、光强、光周期的适应温度与生物的代谢生物对温度的适应主要概念辐射、光强、光质、太阳辐照度阳地植物和阴地植物三基点温度、春化作用、有效积温、发育起点温度（生物学零度）阿伦规律、贝格曼规律根据有效积温进行樱花的花期预报假设樱花的发育起点温度为日均温5℃，从每年2月1日算起，当有效积温达到280℃时樱花开花。某一年的日平均气温如右表，计算该年樱花的开发日期。日期日平均温度（℃）日期日平均温度（℃）2月1日102月17日152月2日112月18日152月3日122月19日152月4日132月20日162月5日152月21日162月6日152月22日162月7日152月23日162月8