生态学生物与光

生态学生物与光第1页/共28页第一部分内容提要第1章生物与环境第2章生物与光第3章生物与温度第4章生物与水第5章生物与土壤第6章生物与营养物具体的生态因子第2页/共28页第1章生物与环境1.1环境与生态因子1.1.1什么是环境环境的概念、类型和分类1.1.2什么是生态因子概念、分类、生态因子作用的规律1.2生物与环境的相互作用1.2.1环境对生物的作用1.2.2生物对环境的反作用1.3生态因子的限制性作用1.3.1限制因子1.3.2李比希(Liebig)最小因子定律1.3.3耐受限度与生态幅

谢尔福德耐受性定律(Shelford’slawoftolerance)

生态幅(ecologicalamplitude)或生态价(ecologicalvalence)

生物对耐受限度的调整

生物内稳态及其保持机制第3页/共28页第2章生物与光2.1太阳辐射及其变化规律2.2光质变化对生物的影响2.3光强度变化对生物的影响2.4生物的光周期现象

生态热点：臭氧问题第4页/共28页2.1太阳辐射及其变化规律

l地球自转时,赤道附近照射的时间长(日周期)l地球公转时,夏天北半球照射的时间长;冬天南半球照射的时间长(季节周期)l低纬度地区有较为恒定的热量,高纬度比低纬度地区接受的能量更少第5页/共28页太阳辐射光谱主要由短波(紫外线、波长小于380nm)、可见光(波长380-760nm)和红外线(波长大于760nm)组成,是波长150-4000nm的电磁波。其中,可见光包括红、橙、黄、绿、青、篮、紫7色,之外的为不可见光(红外光、紫外光)。太阳辐射中,红外光占50-60%,紫外光占1%,其余为可见光。波长越长,能量越大;紫外光具杀伤和至癌作用(臭氧层吸收290nm以下的部分,290-380nm部分才能到达地球表面)。第6页/共28页植物叶绿素主要吸收可见光中的红光(760-620nm)和蓝光(490-435nm),因此,可见光具有最大的生态学意义。第7页/共28页2.2光质变化对生物的影响

2.2.1光质变化空间变化：短波光随纬度增加而减少,随海拔升高而增加。时间变化：冬季长波光增多,夏季短波光增多;一天之内中午短波光较多,早晚长波光较多。2.2.2光质变化对生物的影响第8页/共28页L对海洋植物的影响—光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性:浅海(几米处)：红外光被完全吸收。浅海植物光合色素吸收蓝、红光,与陆生植物很相似;深海：紫和篮光等短波光被反射,只有绿光占优势。深海植物光合色素有效地利用绿光。L对高山植物的影响—对紫外光作用的适应,发展了特殊的莲座状叶丛;不利于植物散布。L对动物的影响—

不同动物发展不同的色觉。第9页/共28页2.3光强度变化对生物的影响

2.3.1光照强度的变化纬度变化：光照在赤道地区最大,随纬度的增加而逐渐减弱。海拔变化：随海拔高度的增加而增强。坡向、坡度变化：南坡光照比北坡强,坡度小的比坡度大的强。四季、一天变化：夏季及中午最大,冬季及早晚最小。生态系统内变化：自上而下减弱;自清澈静止至流动混浊而少。(水生植物光合作用的限制)第10页/共28页2.3.2光强度与水生植物光补偿点：植物光合作用量与其呼吸作用消耗相平衡的光照强度。水生植物在水中的分布与光照强度密切有关。水的深度影响光照强度,从而影响水生植物的分布。第11页/共28页2.3.3光强度与陆生植物植物光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比,但达光饱和点后,不随光强增加。光饱和点：植物光合产物不再增加或增加很少处的光照强度。陆生植物依据对光强的依赖程度分为：阳性植物、阴性植物和耐阴性植物。阳性植物(cheliophytes)：对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能进行正常生长。阴性植物(sciophytes)：对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低,呼吸作用、蒸腾作用都较弱,抗高温和干旱能力较低。第12页/共28页耐阴性植物(shadeplant)：对光照具有较广泛的适应能力,对光的需要介于前两类植物之间。黄花现象(eitiolationphenomenon)：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。2.3.4光强度与动物的行为光照强度直接影响动物的行为(取食、交配、洄游等)。昼行性动物(广光性性动物)在白天强光下活动,夜行性动物(狭光性动物)在夜晚或弱光下活动。第13页/共28页2.4生物的光周期现象Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开花结实有很大的影响。植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应,称光周期现象(photoperiodism)。光周期不仅植物中普遍存,在动物中也普遍存在。第14页/共28页2.4.1植物的光周期现象根据植物对日照长短的反应,区分为4种类型：长日照植物(longdayplant)：日照时间超过一定数值或黑夜小于某一数字才能开花,否则只进行营养生长,不能开花的植物。如萝卜、菠菜、牛蒡、凤仙花、冬小麦、油菜等,在全年日照较长时间里开花。人为延长光照时间可促进提前开花。短日照植物(shortdayplant)：日照时间短于一定数值或黑夜长于某一数字才能开花,否则只行营养生长而不开花的植物。通常是早春或深秋植物,如苍耳、牵牛、菊类、水稻、玉米、高梁、棉花、大豆等。人为缩短光照时间可促进开花。多起源和分布在热带和亚热带地区。第15页/共28页中日照植物(dayintermediataplant):昼夜长度接近相等时才开花的植物,如甘蔗只在12.5h的光照下才开花。仅少数热带植物。中间(日中)性植物(dayneutralplant)：只要其它条件合适,在什么日照条件下都能开花。如黄瓜、四季豆、蒲公英、番茄及番薯等。植物光周期现象对引种驯化和园艺工作中花期调控的重要性。第16页/共28页2.4.2动物的光周期现象根据光照对动物迁徙、繁殖等行为的影响,区分为长日照动物和短日照动物

。长日照动物(long-dayanimals)：在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐延长的季节繁殖后代,称长日照动物。如雪貂、野兔、刺猬。短日照动物(short-dayanimals)：一些动物只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育和进行繁殖,称短日照动物。如绵羊、山羊和鹿等。第17页/共28页鱼类的生殖和迁移与光密切相关昆虫的冬眠和滞育主要与光周期的变化有关(还与温度、湿度和食物有关)动物光周期现象的应用：延长光照可以：增加鸡蛋产量;提高鱼鲑(salmon-大马哈鱼)的生殖能力。第18页/共28页植物与光●不同波长的光对植物的不同作用●生理有效光与生理无效光●光补偿点、光饱和点●阳性植物、阴性植物与中性植物●黄化现象光质光强第19页/共28页总之,光质和光强对生物,尤其是植物的生长、发育、行为和形态建成等起重要作用;同时生物经过长期的进化,形成了多种适应策略。第20页/共28页植物光周期现象第21页/共28页生态热点：臭氧问题什么是臭氧？为什么臭氧会成为人们关注的问题？为解决这个问题已经采取了哪些措施,成效如何？第22页/共28页臭氧层—地球的“保护伞”距地球表面25-50km处有一臭氧层。臭氧是地球大气层中的一种微量气体,它是由三个氧原子(O3)结合在一起的蓝色、有刺激性的气体。它却能吸收太阳辐射出的99%的紫外线。就像地球的一道天然保护屏障,使地球上的万物免遭紫外线的伤害。因此,臭氧层也被誉为是地球的“保护伞”。臭氧层正在减少近年来,北极上空臭氧层也减少了20%。在被称为是世界上“第三极”的青藏高原,中国大气物理及气象学者的观测也发现,青藏高原上空的臭氧正在以每10年2.7%的速度减少。根据全球总臭氧观测的结果表明,除赤道外,1978-1991年总臭氧每10年间就减少1%-5%。第23页/共28页英国科学家法尔曼等人在南极哈雷湾观测站发现：在过去

10-15年间、每到春天南极上空的臭氧浓度就会减少约

30%,有近

95%的臭氧被破坏。

南极上空的臭氧空洞第24页/共28页臭氧层减少的原因自30年代以来,氟氯碳(CFC)被广泛用作冰箱、冷冻机。空调等设备的制冷剂,聚氨醋泡沫和聚乙烯/聚苯乙烯泡沫中的发泡剂,气雾剂制品中的推进剂,电子线路板、精密金属零部件等的清洗剂及烟丝的膨胀剂等。哈龙则主要用作灭火器中的灭火剂。上述化学物质非常稳定,排到大气中可存留数十年,甚至100年左右,因此最终会破坏臭氧层。第25页/共28页臭氧层减少的危害＊皮肤癌患者每年增加30万,

白内障患者每年增长170万;＊农作物产量和质量下降;＊水体浮游生物生长受破坏;＊引起光化学烟雾污染。

第26页/共28页保卫地球的15年(1985-2000)1985年3月,21个国家的政府代表在奥地利首都维也纳签署了《关于保护臭氧层的维也纳公约》,标志着保护臭氧层国际统一行动的开始。