生态学第二章 能量环境

1/3/2024第二章能量环境

2.1.1地球上光的分布

太阳辐射由紫外光、可见光和红外光组成，它们分别占太阳辐射能量的9%、45%和46%。

其中紫外光又可细分为UV-A，UV-B和UV-C：

200----280----320----380(nm)UV-CUV-BUV-A2.1地球上光的分布及变化1/3/2024第二章能量环境

(1)

光照强度的变化

影响地球表面光照强度的因素

--大气圈内的各种成分如臭氧、氧、云雾、尘埃等的吸收、反射和散射。平均来说，到达地球表面的辐射强度约占总辐射的47%，其中直接辐射占24%，散射为23%。

1/3/2024第二章能量环境

--太阳高度角太阳高度角越小，太阳辐射穿过大气层的路程越长，达到地表的辐射强度越弱。--海拔随海拔升高而增强--坡向、坡度(1)

光照强度的变化山的坡向和坡度对光照强度也有很大影响。在北半球的温带地区，山的南坡所接受的光照平地多，而平地所接受的光照又比北坡多。随着纬度的增加，在南坡上获得最大年光照量的坡度也随之增大，但在北坡上无论什么纬度都是坡度越小光照强度越大。较高纬度的南坡可比较低纬度的北坡得到更多的日光能，因此南方的喜热作物可以移栽到北方的南坡上生长。2024/1/3第二章生物与环境1/3/2024第二章能量环境

时间变化:

A.季节变化：冬季长波光多，夏季短波光多。

B.日变化：早晚长波光多，中午短波光多。

（2）光质的变化空间变化:

A.纬度：短波光随纬度升高而减少。

B.海拔：短波光随海拔升高而增加。1/3/2024第二章能量环境（3）日长的变化

纬度不同，日照长度不同。维度越高，日照长度的年变化越大。2024/1/3第二章生物与环境1/3/2024第二章能量环境（4）植物群落内太阳辐射的变化A.日光进入植物群落内，一方面是光照强度常呈指数减弱，另一方面是光合有效光不断被吸收，含量逐渐减少，而绿光比例增加。

B.植物的适应现象。2024/1/3第二章生物与环境1/3/2024第二章能量环境

A.太阳辐射随水体深度呈指数减弱。红外光仅在水中几米深就会被吸收完，而绿光和蓝光能进入较深的水中。

B.植物的适应现象（红藻、褐藻等。

（5）水体中太阳辐射的变化2024/1/3第二章生物与环境1/3/2024第二章能量环境2.2生物对光的适应2.2.1光质的生态作用及生物的适应

动物：可见光，人类和许多哺乳动物在可见光范围内能看见物体。其他不同的动物有不同的视觉范围。

植物：光合有效辐射，380-710（760）nm。不同生态类型植物，吸收峰值不同（森林上层植物、下层植物、深海藻类等）。1/3/2024第二章能量环境2.2.2光照强度的生态作用及生物的适应(1)光照强度对生物生长、发育和形态建成的作用动物：不同的动物在不同光强的环境种生长和发育。动物的体色也与光强有关。植物：植物的生长、发育、形态建成与光照强度有关。如，光合作用、黄化幼苗。1/3/2024第二章能量环境

（2）植物对光照强度的适应性

植物对光照强度的适应，形成了阳性植物、阴生植物、耐阴植物等不同的生态类型。

--阳性植物（阳地种）：在全光照环境下才能正常生长的植物。

--阴生植物（阴地种）：在较弱光照环境下比在强光照环境下生长更好的植物。

--耐阴植物：在全光照下生长最好，但也能忍受适度的阴蔽。1/3/2024第二章能量环境

不同植物类型，对光照强度的需求不同。阳性植物的生长发育、光合作用等需要的光照强度比耐阴植物和阴生植物高。在一定的光照强度范围内，光合作用随光照强度的增加而升高，不同的植物，光合作用最适光强不同。1/3/2024第二章能量环境

（3）动物对光照强度的适应

动物对光照强度的适应，形成了昼行性动物和夜行性动物等生态类型。昼行性动物：适应于白天光下活动。

夜行性动物：适应于黑夜无光条件下活动。对光强不同需求的动物，身体的感光器官（眼睛）与对光的需求是适应的，如夜行性动物的眼睛一般比昼行性动物的眼睛大。1/3/2024第二章能量环境2.2.3生物对光周期的适应2.2.3.1生物的昼夜节律

具有昼夜节律的生命现象很多。如动物的活动、体温变化、能量代谢、激素的变化等的昼夜节律。植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等也有昼夜节律。1/3/2024第二章能量环境

2.2.3.2生物的光周期现象

光周期现象：植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙合换毛换羽等，呈现出对日照长度规律性变化的反应，称光周期现象（Photoperiodism

或

photoperiodicity）。1/3/2024第二章能量环境（1）植物的光周期现象长日照植物：日照超过某一数值才开花的植物。短日照植物：日照短于某一数值才开花的植物。中日照植物：昼夜长度接近相等才开花的植物。日中性植物：开花不受日照长度影响的植物。

1/3/2024第二章能量环境（2）动物的光周期现象繁殖的光周期现象长日照动物：随着日照时间变长，生殖腺逐渐发育成熟，达到某一数值时，开始繁殖的动物。短日照动物：有的动物随着日照时间变短，生殖腺逐渐发育成熟，达到某一数值时（秋季），开始繁殖的动物。1/3/2024第二章能量环境B.昆虫滞育的光周期现象某些昆虫的滞育期的出现是与日照长度相关的（图2-12）。C.换毛与换羽的光周期现象鸟兽的换羽换毛是受光周期调控的。D.动物迁徒的光周期现象鸟类的长距离迁徙是由光周期引起的。1/3/2024第二章能量环境2.3地球上温度的分布

2.3.1地表大气温度的分布与变化

（1）空间变化

纬度：纬度升高，温度下降。一般纬度升高1度，温度下降0.5℃；纬度升高，年较差增大。

经度：大陆性气候增强，年较差增大。北京和纽约，纬度相近，但北京大陆性强，1月比纽约低3.8℃,7月高3.1℃。1/3/2024第二章能量环境

海拔高度：一般海拔升高100米，温度下降0.5-0.6℃（图43）。

植物体及植物群落内的变化：植物体，叶子白天比气温高几度至10几度，夜间比气温低(图44、45)。1/3/2024第二章能量环境（2）时间变化

年变化：纬度、经度不同，年较差(年内最热月与最冷月平均温度之差）不同（图46）。

昼夜变化：日较差（一日中最高气温与最低气温之差）也受纬度、经度和海拔高度的影响。日较差随维度增加而减少，随海拔增高而增加，随大陆性气候增强而增大。1/3/2024第二章能量环境2.3.2土壤温度的变化周期性的季节变化

在一定的深度范围内，夏季土壤温度随深度而下降，冬季随深度而增加。日变化在一定的深度范围内，白天土壤温度随深度而下降，夜间随深度而增加。

1/3/2024第二章能量环境

（1）土壤表层温度的变化比气温大，随着深度的增加，温度变幅减小。一般在1m深度以下，土壤温度无昼夜变化。一般在30m深度以下，土壤温度无季节变化。

（2）土壤温度的最高值和最低值出现的时间比气温延后。

（3）土壤温度的变化与纬度、海拔和经度有关。一般中纬度地区变化较大，低纬度地区变化较小，高纬度地区土壤温度的变化受积雪的影响。大陆性增强，土壤温度的变幅增大。1/3/2024第二章能量环境2.3.3水体温度的变化

（1）水体温度随时间的变化水体温度的变化比气温变化小。海水温度昼夜变化不超过4℃，随深度增加变幅减小，15m以下，无昼夜变化。140m以下，无季节变化。水体温度随纬度、经度的变化规律与大气温度的变化规律相同。1/3/2024第二章能量环境

（2）水体温度的成层现象

以中、高纬度的湖水较明显。冬季，湖面结冰，冰下水温为0℃，往下，水温逐渐增高，直至4℃。春季，水面冰层融化，水温升高，达到4℃，即往下沉，形成春季水体垂直环流。夏季，水面温度较高，处于上层，往下温度降低。秋季，随着气温下降，水体表面温度降低，达到4℃时，下沉，形成秋季环流（图2-12）。2.4生物对温度的适应2.4.1温度与动物类型常温动物（homeotherm）：环境温度变化时，能维持大致恒定的体温。变温动物（poikilotherm）：体温随环境温度的变化而变化。内温动物（endotherm）：通过体内代谢产热调节体温。外温动物（ectotherm）：依赖外部热源调节体温。1/3/2024第二章能量环境1/3/2024第二章能量环境2.4.2生物发育和生长速度

温度直接影响外温动物和植物的发育和生长速率。生长发育是在一定的温度值才开始的，低于这个温度，生物不发育，这个温度称发育阈温度（Developmentalthresholdtemperature），或称生物学零度（Biologicalzero）。1/3/2024第二章能量环境

外温动物和植物的发育不仅需要一定的时间，还需要时间和温度的结合，即需要一定的总热量，称总积温（Sumofheat）或有效积温（Sumofeffectivetemperature），才能完成某一阶段的发育。这个规律称有效积温法则。生物各个阶段所需的总热量（K）是一个常数。有效积温法则可用公式表示：

N（T-C）=K

式中，N表示生长发育所需时间，T表示发育期间的平均温度，C表示该种生物的发育阈温度。1/3/2024第二章能量环境2.4.3驯化和气候驯化

温度可以作为生物生长发育的刺激物，很多植物在发芽前需要经过一个低温期。温度也能够与其他生态因子相互作用解除休眠。

春化(Vernalization)：

某些植物需经一段低温时期，种子才能萌发或才能开花，这种现象称春化。1/3/2024第二章能量环境气候驯化

生物在新的环境的温度条件生长一段时间，机体会对新的温度条件产生适应，这种现象称驯化,在自然界产生的驯化称气候驯化（Acclimatization）。1/3/2024第二章能量环境2.4.4生物对极端温度的适应(1)生物对低温的适应形态方面：（植物）芽鳞、蜡粉、被毛、垫状、匍匐等。（动物）寒冷地区的内温动物比温暖地区内温动物的个头大（贝格曼规律，Bergmann’srule）。寒冷地区内温动物身体的突出部分常较小，以减少热量的散失（阿伦规律，Allen’srule）。寒冷地区动物的皮下脂肪发达。

Fig.4.16Arcticandalpinecushionplantformandorientationincreasesheatgainfromsunlightandthesurroundinglandscapeandconservesanyheatgained1/3/2024第二章能量环境

生理方面：

--增大细胞液浓度，降低含水量。

--增加体内产热量（动物）

--非颤抖性产热（动物）。

--异温性（动物）（Heterothermy）空间异温性时间异温性，冬眠(Hibernation)、夏眠(Estivation)。

(1)生物对低温的适应Figure3.231/3/2024第二章能量环境行为方面：--迁徙--集群种群大量个体聚集在一起，身体彼此接触或靠近，减少热量散失。(1)生物对低温的适应1/3/2024第二章能量环境2.4.4生物对高温的适应（1）形态方面：鳞片、被毛、厚皮、叶或皮反射光线、叶排列减少光照等。动物皮毛反射光线等。（2）生理方面：增大细胞液浓度，降低含水量。旺盛的蒸腾;动物适当放宽恒温性（图2-25）。（3）行为方面：休眠、昼伏夜出。

例：骆驼和仙人掌对荒漠环境的适应。1/3/2024第一章绪论图4.15荒漠植物的形状：减少从环境中获得热量有利于热量散失1/3/2024第二章能量环境2.4.5生物对周期性变温的适应

周期性变温有利于生物的生长发育生物对环境温度的周期性变化，