城市生态学生态因子与植物的生长温与土壤

城市生态学生态因子与植物的生长温与土壤第1页/共79页一、

植物生长发育与温度（一）

温度与植物生理活动光合作用

最低温度：0℃左右，最高：40-50℃，最适温度：20-35℃。

呼吸作用的温度适宜范围较广，5-25℃时呼吸作用的温度系数Q10值(温度升高10度而引起反应速度增加的倍数)约为2.0-2.5。温度升至30-35℃，呼吸的增强速度渐缓，温度继续升高则呼吸强度下降，33℃且高温持续时间越长呼吸作用下降速度越快。

蒸腾作用与温度关系也较密切，气温增高时细胞间隙的水汽压增加，而大气中的水汽因自由流通，水汽压增加较慢，叶子气孔内外的水汽压梯度加大，蒸腾作用的速率将增加，但在高温条件下，蒸腾作用往往会减弱,这和气孔关闭有关。

（一）

温度与植物生理活动（二）温度与植物生长发育（三）

低温效应第2页/共79页生长季光合作用与温度的关系C4型植物有：禾本科、莎草科，菊科、大戟科、藜科和苋科。如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。已经发现的四碳植物约有800种，大都起源于热带第3页/共79页（二）温度与植物生长发育1.种子萌发。

种子萌发过程一般包括吸胀、恢复细胞活力、细胞的延伸与增殖，而后伸出子叶形成新苗四个阶段。整个过程都需要温度条件。2.植物生长。植物生长是各种生理、生化反应的综合结果，主要包括细胞增殖、扩大、细胞的分化、植物体内干物质积累等过程。1为什么植物在夏天比在冬天长得快？2为什么北方水果特别甜？大米特别香？

第4页/共79页（三）

低温效应植物生长发育过程并不只需要较高温度。很多植物种子萌发前需要一个低温后熟期如银杏种子子叶就是后熟的。农林业生产中常利用低温贮藏以解除种子休眠。有些种子则要求高低温交替处理以打破休眠，促进萌发。低温还可以解除一些多年生植物芽的休眠，诱导植物地下贮藏器的形成。低温对植物的另一重要诱导效应是春化作用。第5页/共79页春化作用（vernalization）：低温对越冬植物成花的诱导和促进作用。冬性草本植物（如冬小麦）一般于秋季萌发，经过一段营养生长后度过寒冬，于第二年夏初开花结实。如果于春季播种，则只长茎、叶而不开花，或开花大大延迟。这是因为冬性植物需要经历一定时间的低温才能形成花芽。冬性作物已萌动的种子经过一定时间低温处理，则春播时也可以正常开花结实。第6页/共79页春化与光周期：很多二年生植物的成花，既要经过春化，又需要长日照。其中某些植物，春化与光周期两种效应可以互相影响或代替。如甜菜开花要求春化和长日，在长日下春化有效温度的上限可以提高；在连续光下，12～15℃也可开花。另一方面，春化时间延长，则在短日下也能成花。即春化与长日照二者可互相代替。成花不需低温的长日植物菠菜，经低温处理后，在短日下也能开花。第7页/共79页银杏种子第8页/共79页七叶树种子第9页/共79页板栗种子第10页/共79页第11页/共79页接受低温处理时间一般可在种子萌发或植株生长的任何时期中进行例如：冬小麦，黑小麦：三叶期

甘蓝：直径达0.6CM以上，叶宽5CM以上

月见草：至少：6～7片叶春化作用的刺激传导许多实验证明，在春化过程中形成一种刺激物质，称为形成春化素（vernalin）。第12页/共79页接受低温影响的部位——茎尖端的生长点曾将芹菜种植在高温的温室中，由于得不到花分化所需要的低温，不能开花结实。如果以橡皮管把芹菜的顶端缠绕起来，管内不断通过冰冷的水流，使茎的生长哪个点获得低温，就能通过春化，可开花结实。反过来，如把芹菜放在冰冷的室内，而使茎生长点处于高温下，也不能开花结实。用甜菜进行实验，得到同样的结果。在母体中正在发育的幼胚也能接受低温的影响。将正在发育的冬黑麦穗子（甚至受精后5天的穗子）放在冰箱中直到成熟，也可以有效地进行春化。第13页/共79页二、

植物的物候一个地区的季节变化反映了该地区温度、湿度、降水及日照等自然综合因子的年周期变动。有些地区如热带，虽无明显的四季变化，却有旱、湿季或日照长短等周期性交替。植物的物候变化有顺序性、相关性、同步性规律，且随经纬度和海拔高度也呈规律性变化。霍普金斯定律：在其它因素相同的条件下，北美州温带地区每向北移动纬度1度，向东移动经度5度，或上升400英尺，植物的阶段发育在春天和初夏将各延迟4天,在秋天则相反,都要提早4天。第14页/共79页第15页/共79页春第16页/共79页夏第17页/共79页秋第18页/共79页冬蜡梅枫香银杏第19页/共79页影响物候变化的环境因子

温度、光照和水分干旱或降水过多——落叶多雨——推迟发育过程土壤水分少——花期短；水分多——落花落蕾空气温度太低太高——花期变短第20页/共79页

物候观测方法（植物）①

选点原则：生长点的稳定性和代表性。尤其在城市，区域开发很可能伤及植物。②

观测点环境记载：如气候、土壤、植被、人为因子等。③

观测植物选择原则：常见种、广布种；种类、季节跨度合理，春夏秋冬均有相应的目标物候。结合中外历史记载种类如桃、李、杏、紫丁香、洋槐。

第21页/共79页④

观测项目及特征：（乔灌木）A芽膨大期：芽有裂缝，且颜色较浅。B芽开放期：芽鳞片裂开，上部显绿色尖端，果树类鳞片裂开可见花蕾顶端。C展叶始期：第一批10%小叶已展开，针叶树为出现幼针叶。D展叶盛期：50%小叶展开。第22页/共79页E始花期：第一批花的花瓣开始完全开放，为开花始期。风媒传粉树木的开花始期按照下述各个特征记录：

a)风媒传粉树木开花期的特征：松属、桑属、杨属、柳属、白蜡树、胡桃、麻栎属等属于风媒传粉树木，其开花期的特征是，当摇动的时候，雄花序就散出花粉。

b)榆属开花始期的特征：当树枝摇动的时候，花粉好像云雾一样离开花序。

c)柳属开花始期的特征：在柳属的柔荑花序上长出雄蕊（柔荑花序在向太阳的一面现黄色，用手指触摸时手指上粘有花粉）。第23页/共79页F盛花期：在观测的树上有一半枝条上的花都展开花瓣或花序散出花粉。G末花期：在观测的树上留有极少数的花。至于风媒传粉的树木，其柔荑花序停止散出花粉，或柔荑花序大部分脱落。H第二次开花期有时树木在夏天和初秋有第二次开花现象，宜于记录下列各项：二次开花日期；二次开花是个别树还是多数树；二次开花和没有二次开花的树在地势上有什么不同；二次开花的树有没有受损害。如受损伤、病虫害等，以后还须注意是否第二次结果实，果实多少，果实是否成熟。第24页/共79页I一年多次开花期可分别为夏梢开花期或秋梢开花期J果实和种子成熟期

a)球果类：如松属和落叶松属种子的成熟，是球果变黄褐色；侧柏的果实是变黄绿色；桧柏的果实是变黄绿色，表面出现白粉；水杉的果实是出现黄褐色。

b)蒴果类：果实的成熟是出现黄绿色，少数尖端开裂，露出白絮，如杨属、柳属。

c)坚果类：如麻栎属种子的成熟是果实的外壳变硬，并出现褐色。核果、浆果、仁果类：核果、浆果成熟时是果实变软，并呈现该品种的标准颜色；仁果成熟时果实呈该品种的特有颜色和口味。

d)荚果类：如刺槐和紫藤等种子的成熟是荚果变褐色。

e)翅果类：如榆属和白蜡属种子的成熟是翅果绿色消失，变为黄色或黄褐色。

f)柑果类：如常绿果树（甜橙、红橘、枇杷）呈现可采摘果实时的颜色。第25页/共79页K果实和种子脱落期松属为种子散布；柏属为果实脱落；杨属和柳属为飞絮；榆属和麻栎属为果实或种子脱落等等，宜观察记录开始脱落期和脱落末期。L新梢生长期新梢（或枝条）的生长，有春梢、夏梢、秋梢三种。除春梢开始生长期不记，只记载停止生长期外，其余分别记载开始生长期和停止生长期。当年发出的枝条叫作新梢，按其发生的时期可分为春梢、夏梢、秋梢三种。M叶秋季变色期当观测的树木有10%叶子呈现秋天的颜色，为秋季叶开始变色期，完全变色时为秋季叶全部变色期。所谓叶变色开始是指正常的季节性变化，树上出现变色的叶子颜色不再消失，并且有新变色的叶子在增多，但不能与夏天因干燥、炎热或其他原因引起的叶变色混同。第26页/共79页N落叶期：当观测的树木秋季开始落叶为开始落叶期；树上的叶子几乎全部脱落，为落叶末期。落叶开始时的象征是指，当轻轻地摇动树枝，就落下3~5片叶子，或者在没有风的时候，叶子一片一片地落下来。落叶是枝条生长木质化的特征。如气温降至0℃或0℃以下时，叶子还未脱落，应该记录。如树叶在夏季发黄散落下来，宜记录。第27页/共79页草本植物物候期特征（1）萌动期草本植物有地面芽和地下芽越冬两种不同情况，当地面芽变绿色或地下芽出土时，为芽的萌动期。（2）展叶期

10%的叶展开时为开始展叶期，50%的叶子展开时为展叶盛期。（3）花序或花蕾出现期花序或花蕾开始出现的时候。（4）开花期10%花瓣完全展开时为开花始期，50%展开时为花盛期。第28页/共79页（5）果实或种子成熟期果实或种子有10%变色为成熟开始期，50%成熟时为全熟期。（6）果实脱落期果实开始脱落的时候。（7）种子散布期种子开始散布时。（8）第二次开花期某些草本植物在春季或夏季开花后秋季偶尔又重新开花，为第二次开花期。（9）黄枯期草本植物黄枯期以下部基生叶为准。下部基生叶有10%黄枯为开始黄枯期，达到50%为普遍黄枯期，完全黄枯时为全部黄枯期。第29页/共79页⑤

观测记录方法：每日或隔日下午观测南面树冠中上部枝条，随看随记录，日期记载形式为月/日/年。⑥预测方法：有平均值法、积温法、线性回归法等。第30页/共79页序号植物名称小环境特点物候期植物物候观测统计表观测时间：观测地点：观测者（学号+姓名）：第31页/共79页三、植物的寒害和热害气温突然降低或骤然升高超出植物当时的忍耐范围，常会给植物带来伤害。植物受极端温度伤害的时期常发生在早春、晚秋和盛夏。较易受伤害的植物和器官是引种植物、幼苗幼树，缺乏保护组织的器官如裸芽、花、果、幼嫩的枝叶等。

（一）

植物的低温伤害（二）

植物的热伤害（三）

温度与引种第32页/共79页（一）

植物的低温伤害1、寒害。是指在冰点以上的低温伤害。原产热带、亚热带的植物，在0℃以上的低温即可能造成伤害，甚至死亡。如水稻、棉花、花生等。原因：低温条件扰乱了细胞的代谢活动，酶系统紊乱，致使各生理反应之间的协调受破坏。

1、寒害2、冻害3、植物的抗寒性第33页/共79页2、冻害是指在冰点以下的低温使植物组织内部结冰而造成的植物物理性伤害。植物体温___降至0℃以下___引起结冰___细胞间隙形成冰晶___细胞内水分逐渐向冰晶表面移动___冰晶越来越大___细胞原生质脱水___细胞结构受破坏___冰晶融化较快____细胞机械损伤___原生质外溢___器官表面出现水渍斑。

第34页/共79页樱桃、小麦、植被冻害第35页/共79页3、植物的抗寒性植物组织在低于冰点温度条件下还可以活，被认为是具有抗寒性或耐寒性。抗寒性的程度不是固定的，随其所处的条件而改变。首先与植物种类和植物状态有关。(不同种、不同品种、不同生态型、不同器官)低温出现的状况及持续时间。植物的抗寒性一般可通过锻练而加强。第36页/共79页（二）

植物的热伤害植物细胞的高温致死点大约在50-60℃以上，且与高温持续时间有关。自然条件下，50℃以上的气温较为鲜见，虽然在强光照射下植物体表面有可能达到如此高温，但通常植物的蒸腾作用可使植物体表面温度降低。植物高温伤害的主要原因是伴有干化。高温伤害多发生在:1.高温伴有干旱，2.持续高温造成植物大量失水，3.因气孔关闭，破坏了植物的水分平衡，致使枝叶枯焦。4.植物长期处于热补偿点以上，植物体大量消耗能量和水分，5.高温致使酶系统紊乱等。第37页/共79页（三）

温度与引种

温度条件特别是极端温度是引种重要的障碍之一。

引种时要：

首先了解引种植物对温度的适应。1.通过预先的栽培试验进行观察，2.利用该植物长期的物候观测资料和原产地及地理分布范围内的气象资料与引种地的条件相比较进行较全面的分析判断。

其次，为避免植物受极端温度伤害，应采取适当的预防措施，例如充分利用地形，小气候环境，了解引种地的气候周期性变化特点，特别是极端温度出现的规律，在可能出现极端温度前，预先采取必要的防范措施。

第38页/共79页经验：？？？北种南引(或高海拔引到低海拔)要比南种北移(或低海拔引种到高海拔)容易成功；草本植物比木本植物容易引种成功；一年生植物比多年生植物容易引种成功；落叶植物比常绿植物容易引种成功。第39页/共79页植物的光周期在生产上的重要意义：1、纬度相近地区，日照条件基本相同，引种成功的可能性较大。2、短日照植物南种北引，开花期推后，生育期会延长；北种南引，生育期会缩短，开花期提前。3、长日照植物北种南引，开花期推后，生育期会延长；南种北引，生育期会缩短，开花期提前。4、对于收获果实和种子的作物在引种时必须考虑引进后能否适时开花结实，否则就会导致颗粒无收。

①长日照植物南种北引：生育期缩短→引迟熟种

北种南引：生育期延长→引早熟种

②短日照植物南种北引：生育期延长→引早熟种

北种南引：生育期缩短→引迟熟种第40页/共79页第5节

植物与土壤土壤是陆地上绿色植物的生长基质，通过根系使植物体固着于地上，不仅使植物地上部分能充分接受大气环境中的阳光、空气、水分等，也使植物从土壤环境中可吸取生长所需的大部分水分和矿物元素。土壤的理化性质，土壤环境包括土壤水分、温度、空气及微生物等状况都直接或间接影响根系的生长和吸收，从而影响植物整体的生长发育。一、

土壤性质与植物生长二、植物对土壤养分的需要与吸收三、根瘤与菌根四、森林的营养元素循环第41页/共79页一、

土壤性质与植物生长（一）

土壤质地与结构土壤质地是指土壤中粘粒、粉砂粒、砂粒及石砾等矿物颗粒的相对含量。一般可分为砂土、壤土、粘土等大类。土壤结构指土壤固相颗粒的排列形式、孔隙度及团聚体的大小、多少及稳定度。直接影响土壤通气、水分状况及土壤肥效和根系生长。通常分为微团粒结构、团粒结构、块状结构、核状结构、柱状结构、片状结构等。

土壤中的腐殖质把矿质土粒互相粘结成直径0.25-10mm的小团块，具有泡水不散的水稳性特点，这种土壤能协调土壤水分、空气、养料之间的矛盾，改善土壤的理化性质，是土壤肥力的基础。第42页/共79页（二）土壤水分

绿色植物在生长发育过程中需消耗大量水分，主要取自土壤，因而土壤的有效水分（田间持水量（毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量）－萎蔫系数）对植物生长极为重要。土壤中有效水分不足会影响植物对水分和养分的吸收；土壤中水分过多，则氧气减少，将抑制根系的呼吸作用，也会影响植物根的生长和对养分的吸收。由于土壤的孔隙中，水分和空气是相互制约的，故结构良好的土壤可使土壤中有效水与通气保持较好的平衡状态。

第43页/共79页树干贮水茎贮水叶贮水深主根系落叶和多刺具叶绿素茎叶鞘护芽、广根系禾草垫状植物贮藏根鳞茎、块茎一年生植物变水植物第44页/共79页第45页/共79页风滚草柽柳律草第46页/共79页（三）土壤温度

根系生长需要一定的土温。根系生长最适的土壤温度约为20-25℃。土温低则根系生长速度缓慢。一般，土壤温度在0℃以下根系生长基本停止。适当的土温可以：1增强根部细胞的代谢活动，2加快根部细胞的增殖和伸长速度，3减少水分的粘滞性，加快水分通过土壤的移动速度，4可提高细胞膜对水分的渗透性，5有利于土壤微生物的活动和有机质的分解，为植物生长提供较多养分。但土温超过一定限度，根系吸收速度将下降。

第47页/共79页（四）

城市土壤特点除空旷地，绿化带及新开拓土地外，城市土壤，特别是老城区的土壤，因受人类活动的严重干扰，土壤特性十分复杂，其基本特点：缺乏完整的自然发育层次，土层中含有较多的垃圾、瓦砾、灰渣以及不同性质的污染物；土壤板结，通气不良，与地面的空气、水、热交换受限制；肥力差；微生物活动受抑制等。

第48页/共79页（一）植物必需的元素组成植物体干物质除三个主要元素即碳、氢、氧外还有许多其他元素。这些元素主要通过根系由土壤中吸收。从土壤中吸收的元素，虽然占植物总干重的较小部分，但却是植物生活所必需的。植物需要量较大的元素称为常量元素，除碳、氢、氧外，还有氮、磷、钾、钙、硫、镁等。需要量较少的微量元素有氯、铁、锰、硼、锌、铜、钼及其他一些元素。

二、植物对土壤养分的需要与吸收第49页/共79页（二）

影响根吸收养分的环境因素

植物根系对养分的吸收条件：1较强的蒸腾作用(影响根细胞与土壤间的水势梯度，加速离子吸收)。2较强的呼吸作用(提供足够能量驱动根细胞对养分的主动吸收)。3较强的光合作用(保证充足的糖类底物)。4植物的营养、生长状况。5土壤溶液的pH值(高则吸阳离子，低则吸阴离子，另外也影响微生物种类、繁殖和活动从而影响土壤的有效养分)。

第50页/共79页三、

根瘤与菌根（一）

根瘤根瘤是由根瘤菌侵入豆类植物根部后形成的根部瘤状物。根瘤菌与豆类植物是共生关系。在未与豆类植物共生时，根瘤菌在土壤中是自生细菌，可自行生长、繁殖。根瘤菌与豆类植物的共生关系具有较强的选择性和专一性。某一种根瘤菌常只与一种或几种豆类植物共生。这种“相容”关系是通过它们相互的分泌物而“辨认”的。但在一定范围内也可交叉接种。

第51页/共79页第52页/共79页在生产上增加根瘤菌的措施：1良好的土壤结构，2良好的土壤通气性，3土壤中要含有少量的氮化物和钼、硼、及钴等微量元素；4要有适合该固氮菌品系及宿主植物生长繁殖的良好环境，通常固氮菌繁殖的最适温度为20-28℃，土壤溶液pH值为5.5-7.5。

第53页/共79页（二）

菌根菌根是真菌与植物根系的一种特殊形式的共生现象，即真菌菌丝栖生在植物的短根上。主要真菌种类多属担孢子菌、子囊菌、藻状菌等。菌根可分为三种基本类型。1.外生菌根。真菌菌丝缠绕在植物的短根表面，呈套状或鞘状，菌丝伸入细胞间隙，但一般不进入细胞腔内。属此类菌根的树种有松、云杉、冷杉、落叶松、栎、杨、柳、榆及蔷薇科等。2.内生菌根。通常不形成根鞘，菌丝伸入植物根表皮及皮层细胞内，但并不杀死细胞，有些菌丝则伸展到根外，属此类菌根的树种如柳杉、扁柏、山茶、槭树等。3.内—外生菌根。是一种过渡类型。菌丝部分在根细胞内，部分在细胞间隙中。此类菌根常发现在经常受外生菌感染的树木根系上。

第54页/共79页第55页/共79页植物根部的菌丝第56页/共79页菌根食用菌第57页/共79页细褐鳞蘑菇__有毒!鳞柄口蘑____有毒!绿菇白毒鹅膏菌毒蜜环菌光亮红菇第58页/共79页中国有极为丰富的外生菌根菌，已知600种以上，例如伞菌类中的红菇属、乳菇属、鹅膏菌属、牛肝苗属、腹苗类的硬皮马勃菌属、豆包菌以及子囊菌类的块菌属等。外生菌根菌的研究应用，对于发展林业育苗，促进林木生长发育以及绿化荒山、矿厂废地修复有重要意义。

试验表明：利用外生菌根可使树木提前4～5年成材。另外，对外生菌根菌及其菌根关系的研究对进一步驯化野生食用菌，扩大优质食用菌栽培生产也具有实际意义。第59页/共79页马尾松苗圃湿地松苗圃第60页/共79页存活率苗高苗重第61页/共79页为什么城市树木长势不及森林树木？四、森林的营养元素循环包括地球化学循环和生物循环。地球化学循环是由大气、土壤及母质中的养分向森林输入并通过淋溶、侵蚀等林内养分的输出而实现。生物循环则是通过林木与土壤之间的吸收、存留、归还的反复过程而实现，对保持森林土壤肥力有重要意义。树木每年有较多凋落物归还土壤，包括枝、叶、花、果等，其中叶子约占60-70%。树叶中含有大量碳水化合物、氮素及约占干物质重3-4%的矿质元素。森林每年的凋落量与树种组成、结构、林分密度、年龄、气候、土壤及母质性质等有关。第62页/共79页第63页/共79页第64页/共79页第65页/共79页碳的生物地球化学循环图第66页/共79页氮的生物地球化学循环图第67页/共79页磷的生物地球化学循环图第68页/共79页第69页/共79页养分循环过程：

树木枝叶凋落后自然氧化和破碎微生物及小动物的分解。最先分解是糖类和水溶性物质；半纤维素和纤维素是凋落物的主要成分，分解也较快；木质素不易分解完全油脂、蜡质、单宁等也较难分解。含氮有机质如蛋白质水解氨基酸，氨化作用氨态氮，可被植物吸收利用。在适宜条件下可通过硝化作用形成硝酸态氮，被植物吸收。

第70页/共79页氨化作用是在氨化细菌参与下进行的，好气和嫌气条件下均可进行，但需适宜的好气条件。硝化作用是以氨态氮为底物，在硝化细菌参与下进行的，是强烈的好气性细菌，要求土壤通气良好、最适土壤pH值6.7-7.5，不低于5-5.5，且土壤中含较多钙和铁。但硝酸态氮更容易淋失。

第71页/共79页养分循环速度：从对营养元素和氮的需要量及每年归还土壤的凋落物及其分解速度来看：阔叶树大于、快于针叶树，落叶树大于、快于常绿树，阔叶林的养分循环一般快于针叶林落叶林快于常绿林。从气候条件看：温暖地区的森林的养分循环快于寒冷地区。从年龄看：中、壮龄前后，养分循环速度最快。

第72页/共79页总结：第五章生态因子与植物的生长发育

第1节光对植物生长发育及形态的影响第2节

温度对植物的影响第3节

植物生活中的水分第4节空气与风在植物生活中的意义第5节

植物与土壤一、土壤性质与植物生长二、植物对土壤养分的需要与吸收三、根瘤与菌根四、森林的营养元素循环一、植物生长发育与温度二、植物的物候三、植物的寒害和热害第73页/共79页第五章思考题名词解释：光补偿点，光饱和点，光周期现象，生物气候定律。如何提高植物的抗寒性？植物对水分有哪些适应类型？风对树木有何影响？影响根系吸收养分的环境因素有哪些？试述土壤温度与植物生长的关系。森林营养元素循环对保持森林土壤肥力有何重要意义

为什么城市树木长势不及森林树木？第74页/共79页冻害对生物是一种伤害，它发生的温度条件是（）

A.摄氏零度B.摄氏零度以上