生态因子的生态作用及生物的适应.ppt

第四节生态因子的生态作用及生物的适应一 光因子的生态作用及生物的适应二 温度因子的生态作用及生物的生态适应三 水因子的生态作用及生物的适应 四 土壤因子的生态意义及生物的适应 五 生物与大气的生态关系 一 光因子的生态作用及生物的适应光的生态意义及其性质光变化对生物的影响以光为主导因子的生物生态类型 一 光因子的生态作用及生物的适应1 光的性质及其生态意义1 光的性质a 太阳辐射 太阳表面以电磁波的形式不断释放的能量 其中到达地球表面的能量仅为 太阳辐射总量的1 22亿 光效应 米烛光或勒克司 Lux 一般以1卡 cm2 分钟 7万米烛光 7万勒克司 Lux 来换算 太阳常数 表示太阳辐射能量的物理量 定义为 在地球距离太阳1个天文单位处 且没有大气吸收的情况下 垂直于太阳光线的每1cm2 1min 分钟 内所接受的辐射量 一般采用 1 95卡 厘米2 分钟 1 95卡 cm2 min 由于太阳的周期性活动 该数值可能有1 2 的变化 b 光谱组成 红外光 760nm热效应 51 可见光 380 760nm 40 紫外光 290nm 9 能被生物吸收生理有效光辐射 红橙光 620 760nm 叶绿素a 有利于碳水化合物的形成 兰紫光 490 435nm 叶绿素b 有利于蛋白质的形成 随空间发生变化的一般规律是 短波光随纬度增加而减少 随海拔升高而增加 在时间变化上 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 在水体中 红外光仅在几米深处就会被完全吸收 紫和蓝色等短波光容易被水散射 不能潜入刀痕深深的海水中 在较深的水层中只有绿光占有较大优势 c 日照长度 主要指每天太阳的可照时数 即昼长 除两级外 春分秋分全球都是昼夜分 日照长度在不同纬度和季节里是有规律地变化 在纬度为零的赤道附近 终年昼夜分 在高纬度地带 随纬度的增高 昼夜长短变化增大 纬度越高 夏半年昼越长 也越短 冬半年夜越长 昼越短 在北极地区则夏季全是白天 冬季全是黑夜 即出现极昼极夜现象 影响地表太阳辐射的因素a 大气圈的对太阳辐射的削弱作用b 太阳高度角对太阳辐射强度的影响 0 90 c 日照长度的变化d 地形因素的影响 朝向 坡度 海拔高度e 不同的生境中的太阳辐射 3 太阳辐射的生态意义太阳辐射是地球上一切生物能量的源泉为维持生命的环境创造了必要的条件 是生物环境中一个重要的生态因子 对植物的生态作用是由光强 光照时间 光谱组成三者的对比关系构成的光能条件直接影响植物的生物学产量 提高植物的光能利用率 是进一步提高植物产量的根本途径 光是生命活动周期性节律触发器 光变化及其生物的适应 光照强度及其生物的适应 光强随 空间 纬度 海拔高度的变化 随时间的变化 不同生境中坡向 坡度 北半球温带 光强 南坡 平地 北坡 a 光强对生物的生长发育和形态建成有重要的作用光照强度对植物细胞的增长和分化 体积的增长和重量的增加有重要影响 光还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 b 光照强度与水生植物光的穿透性限制着植物在海洋中的分布 只有在海洋表层的透光带 euphoticzone 内 植物的光合作用量才能大于呼吸量 在透光带的下部 植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平衡之处 就是所谓的补偿点 如果海洋中的浮游藻类沉降到补偿点以下或者被洋流携带到补偿点以下而又不能很快回升表层时 这些藻类便会死亡 c 植物对光照强度的适应类型不同的植物对光强的反应也是不一样的 在一定范围内 光合作用的效率与光强成正比 但是到达一定强度 倘若继续增加光强 光合作用的效率不仅不会提高 反而下降 这点称之为光饱和点 不同的植物对光强的反应也是不一样的 在一定范围内 光合作用的效率与光强成正比 但是到达一定强度 倘若继续增加光强 光合作用的效率不仅不会提高 反而下降 这点称之为光饱和点 从图中可以看出 光合作用将随着光照强度的增加而增加 直至达到最大值 图中的光合作用率 实线 和呼吸作用率 虚线 两条线的交叉点就是所谓的光补偿点 在此处的光照强度是植物开始生和进行净生产所需要的最小光照强度 阳地植物适应于强光照地区生活的植物称阳地植物 这类植物补偿点的位置较高 图2 6 a 光合作用的速率和代谢速率都比较高 阴地植物适应于弱光照地区生活的植物称阴地植物 这类植物的光补偿点位置较低 图2 6 b 其光合速率和呼吸速率都比较低 阴地植物多生长在潮湿背阴的地方或密林内 光质的生态作用及生物的适应 对陆生植物 红橙光 碳水化合物形成 蓝紫光 蛋白质的合成 为生理有效光 且叶绿素a b的吸收光谱的峰值也不同 水体 红外光被水体表层吸收 随深度的增加 以黄绿光为主 3 光照时间及生物的生态适应 生物对光周期的适应 昼夜节律 植物光合作用的昼夜变化随光合作用途径 CO2同化途径 而不同 光周期现象 生物对白天黑夜的相对长度的反应称为光周期现 photoperiodism 生物的光周期现象常表现在 日照长短与植物开花 种子萌发 地下部分的生长 动物的生殖 休眠等 植物光周期现象 即植物的开花对日照长度的反应 常根据植物开花对日照长度的反应将光周期反应类型分为 长日照植物 短日照植物 中日照植物及中间性植物 美国科学家加纳尔 W W Garner 1920年 等人为假定以12小时为长日照植物和短日照植物是否开花的临界日长 即诱导长日照植物开花所需的最短日照时数 或诱导短日照植物开花所需的最长日照时数 并假定每日在短于12小时的日照下才开花的植物叫做短日照植物 short dayplant 每日在长于12小时的日照下才开花的植物叫做长日照植物 long dayplant 要求昼夜长短接近于相等时才开花植物称为中日照植物 光补偿点 1 阳性植物和阳性叶子偏高 阴性植物和遮阴的叶子偏低 2 同一植株上 阴性叶偏低 阳性叶偏高 3 C3植物偏高 C4植物偏 低光补偿点高低与呼吸作用强弱成正比 光饱和点 1 阳性植物高 阴性植物低 2 C4植物光饱和点比C3植物高 3 苗期和发育后期光饱和点低 生长盛期光饱和点高 动物的光周期现象在脊椎动物中 鸟类的光周期现象最为明显 很多鸟类的迁徙都是由日照长短的变化所引起 同样 各种鸟类每年开始生殖的时间也是由日照长度的变化决定的 鸟类生殖腺的年周期发育是与日照长度的周期变化完全吻合的 日照长度的变化对哺乳动物的换毛和生殖也具有十分明显的影响 3 以光为主导因子的生物生态类型比较以光为主导因子的植物生态类型特征 1 以光强为主导因子 阳生的阴生的耐阴性的生境形态结构生理功能行为2 以日照长度与植物的关系 日照长度与植物开花行为的关系长日照短日照中日照中间性 3 以植物光合作用中co2的同化途径 c3 c4 景天酸a 因子对生物的生态学意义 b 光对生物的影响三个强度c 划分类型 4 如何提高植物的光能利用率不同类型植物的井光合作用对光的依赖关系植物群体的生物生产量及其提高途径植物群体的生物生产量对植物群体的总光能利用率产生影响的主要因素 光合面积 植物的叶面积指数 LAI 累积的叶面积指数表示一定土地面积上的总叶面积 m2 该地面上的总叶面积 m2 LAI 一定的土地的面积 m2 b 光合时间 植物全年进行光合作用的时间 延长办法 延长叶片寿命 植物生长期 间作套种 c 光合能力 植物自身的特性 品种培育可改变 3提高植物群体生物生产量的途径 二 温度因子的生态作用及生物的生态适应1 地球上环境温度的分布及其变化规律 动物生态学原理 孙儒泳 p26 34 2 温度的生态意义 普通生态学 孙儒泳 p33 3 温度与生物的生长和发育4 极端温度及其对生物的影响5 温度与生物的地理分布6 物候节律 引子 热 是一定物质中总动能的量度 是内能的一部分 表现为物体温度的高低 热量的简称 热能 能量的一种形式 物质系统热能的增加导致其温度的升高 从分子运动论的观点来看 热能就是分子热运动的动能 即 热 热能 热量 由于温度差别而转移的能量 热量传递是能量转移的一种方式 其方式有 辐射 对流与传导 温度 温标上的标度 表示物体冷热程度的物理量 1 地球上环境温度的分布及其变化规律1 空间上的变化 纬度 海陆位置 海拔高度海陆位置 背景不同 热容量不同 水的热容量很大 气温直减率 温度随海拔的增高而下降 海面 每1000m降低10c 每1000m降低5 6c 与之相反的现象 逆温现象 辐射 地形逆温 盆地 兰州 2 时间变化 季节 昼夜气温变化温度年较差 年变幅 一年内最热月与最冷月平均温度的差值 温度季节变化的重要指标 大小受纬度与海陆位置的影响 纬度增加 年较差增大 大陆性气候越明显的地方 年较差越明显 温度日较差 昼夜间最高气温与最低气温的差值 纬度越高 日较差越小 自然界最大最激烈日较差 一般在有强烈日照的高原 高山上 3 水体中温度成层现象 中高纬度的淡水湖泊中4 植物体温度会随气温变化而改变 不过该改变滞后于气温变化 植物最敏感部位 叶片 根系与气温一致 在植物群落中温度变化部位抬高到冠层 冠层表面温度变化剧烈 内部变化和缓 5 热源 太阳辐射是地表的热源 使地表增温 地面辐射是近地面层大气的主要热源 使地表空气增温 地面因接受太阳辐射而增强 同时又辐射 大气逆辐射 大气辐射中射向地面的辐射 保温地球 2 温度的生态意义任何生物都生活在一定温度外界环境中并受着温度变化 空间 时间 海拔 的影响 直接的 间接的 生物体内的生理生化反应要求有一定的温度范围 基点温度 最高 最适 最低 不同生物及同一生物在不同的发育阶段所能忍受的温度范围有很大不同 对温度的耐受限度 生物对温度的长期适应形成不同生态类型 恒温 变温动物 温度的变化会引起其它生态因子的改变 小结 温度变化对生物的影响表现在量 持续时间 温度的一致性与波动性 阶段性 一 温度因子的生态作用 温度与植物生长 温度三基点 最高点 最低点 最适点 温度与生物发育 有效积温法则 植物在生长发育过程中 必须从环境摄取一定的热量才能维持起正常生长发育 而且植物各发育阶段所需的总热量是一常数 K N T T0 N为生长发育所需时间 积温 规定时间内 符合特定条件的各日平均温度或有效温度的总和 活动温度 高于植物生物学最低温度时的日平均气温 生物发育的起点温度 生物开始发育的温度 生物学零度 10 C活动积温 植物某一生长发育期或全部生长期中活动温度的总积 K N X X0 X0 生物学最低温度 图2 8是地中海果蝇发育历程与温度的关系 它表示在发育的温度内 温度与发育历程成双曲线关系 二 生物对极端温度的适应1生物对低温环境的适应 1 极端温度 危机生物生命功能的温度成为极端温度 2 极端低温对生物的影响 临界温度 温度低于一定数值时生物体受到伤害 冷害 喜温生物在00c以上的条件下受害或死亡 喜温生物向北方扩展或扩展其分布范围的主要障碍 霜害 大气中的水气达到饱和状态 冷凝为露珠 结晶形成冰晶 点火 使作用面提高 由于霜冻而对生物所造成的伤害 冰点 00c 冻害 00c以下的低温使生物体内形成冰晶而造成的损害 使质膜破裂 蛋白质失活变性 由于生理干燥和水化层的破坏而引起植物受害 3 生物对极端低温的适应 形态 植物 叶形 芽 鳞片 芽叶内物质 体表被毛 蜡质 革质化 动物 贝格曼 阿理定律 生理 细胞液 原生质 液泡 浓度上升 冰点降低 植物 体内成份 有机酸等 动物 过冷现象 外界温度很低 在动物体液凝结过程中释放凝结热 若温度不再下降 则可能复苏 2 生物对极高温的适应1 高温对生物的影响 植物 减弱光合作用 增强呼吸作用 使此两个重要过程失调 造成植物的饥饿现象 破坏植物的水分平衡 加速生长发育 促使蛋白质凝固 导致有害物质的积累 分解过程的中间产物积累在体内 动物 破坏酶的活性 使蛋白质凝固变性 缺氧 排泄功能失调 神经系统麻痹 2 生物对高温环境的适应 生物对高温环境的适应也表现在形态 生理和行为3个方面 三 温度与生物的地理分布1 生物的发育对温度的要求热量能否满足生物生长 发育 繁殖过程对温度的要求 如有效积温 预测生物地理分布的北界K1 K2 有效积温 K1 K2 生物可完成的周期地区所提供的必须高于生长 发育所需的有效积温 动物 温度会影响动物食物的分布 四 变温与温周期现象变温与生物生长种子萌发 生长 变温与干物质积累温度决定夜间呼吸作用的强度 呼吸作用强 则白天储存物质下中草药 成分 在不同的条件下 其有效成分含量 活性不同 五 物候节律 物候 动植物的生长 发育 活动规律与非生物的变化对节候的反映 确定农作物栽培技术 预报天气 反应气候变化 生物的发育节律随气候的变化而改变 具有遗传性 是生物长期适应环境的结果 故生物的发育节律也可反映气候变化 六 休眠 休眠指生物的潜伏 蛰伏或不活动状态 是抵御不利环境的一种有效的生理机制 生物的休眠在使其持续占有一个生境方面起重要作用 是对不利环境适应的极为有效的方式 类型 多年生植物芽休眠 一年生种子植物种子休眠 发展落后于动物 三 水因子的生态作用及生物的适应 一 水的存在形式及分布 水圈2 水存在形式 可见水汽 不可见水汽 1 气态水湿度 湿度是指空气中水蒸汽的含量 湿度指标 常用的指标有 绝对湿度 absolutionhumidity g m3 相对湿度 relativehumidity 饱和差 saturationdeficiency 1 绝对湿度 absolutionhumidity g m3 在单位体积空气中 水蒸气所含有的实际量称为绝对湿度 2 相对湿度 是指大气中水蒸气的实际含量和同一温度下饱和含量之比 用百分率来表示 即大气中实际水气压与最大水气压的百分比 不说明一定体积空气中内实际水汽含量的多少 相对湿度 R e E 100 受温度的影响 暖空气 冷空气 暖湿气流上升时可达100 A 受地理位置 外貌 气候 植被覆盖程度 季节变化的影响B 在不同温度下 能使水蒸气 在空气中 达到饱和的量是不同的 C 受昼夜变化的影响 白天R 夜间R 2 饱和差 saturationdeficiency 某一温度下的饱和湿度和实际的绝对湿度之差 称为饱和差 气态水的作用 a影响太阳的辐射强度 b影响植物蒸腾 c土壤水分的来源 d供给某些植物直接利用 是湿声植物生存的重要环境条件 e影响其他生态因子的效应 2 液态水 1 降水 a 降水量 一定时间内降落地面上的露 雨 雪等未经蒸发 渗透 流失而积聚在水平面上的水层厚度 mm 降水时间 降水自开始到结束实际持续的时间 即降水的历时 降水强度 单位时间内的降水量 降水变率 各地区的降水量在年际间和逐月间都是变化的 变化程度也各不相同 距平数 当年降水量与平均降水量的差值 平均数 某地多年平均降水量