3-第二部分-植物生態(tài)生物與環(huán)境-2-能量環(huán)境與物質(zhì)環(huán)境2.ppt

植物生態(tài)學(xué) 李俊清 北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 第3章能量環(huán)境 1 太陽(yáng)輻射 2 生物與環(huán)境的相互作用 3 能量環(huán)境 4 物質(zhì)環(huán)境 1 太陽(yáng)輻射 一 能量來(lái)源 太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)以電磁波形式發(fā)射輻射能 太陽(yáng)輻射能的40 50 是可見(jiàn)光譜 其余大部分是紅外線 紫外線較少 地球表面接受的能量并不均勻 二 太陽(yáng)輻射光譜的生態(tài)效應(yīng) 太陽(yáng)輻射主要成分紫外線 可見(jiàn)光和紅外線光因子的生態(tài)意義植物光合作用是地球能量主要固定方式生物生活的環(huán)境生命周期的信號(hào) 生物鐘 光質(zhì)1光合作用 光因子對(duì)生物的影響 生理有效輻射 太陽(yáng)連續(xù)光譜中 植物光合作用利用和色素吸收 具有生理活性的波段稱生理有效輻射 生理有效輻射中 紅 橙光是被葉綠素吸收最多的部分 具有最大的光合活性 藍(lán)紫光也能被葉綠素 類胡羅卜素所吸收 綠光為生理無(wú)效光 2對(duì)植物形態(tài)的作用 短波光 如藍(lán)紫光 紫外線 能抑制植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng) 而使植物形成矮粗的形態(tài) 紫外線能促進(jìn)花青素的形成 波長(zhǎng)短于290nm的紫外線對(duì)生物具有傷害作用 被大氣O3層吸收 長(zhǎng)波光 如紅光 紅外線 有促進(jìn)延長(zhǎng)生長(zhǎng)的作用 3對(duì)植物光合作用產(chǎn)物的影響 當(dāng)使短波光占優(yōu)勢(shì)并增多氮素營(yíng)養(yǎng)時(shí) 促使碳素朝向氨基酸和蛋白質(zhì)的合成 當(dāng)提高光強(qiáng)度并使長(zhǎng)波光占優(yōu)勢(shì)時(shí) 碳素向糖類的轉(zhuǎn)變的過(guò)程加強(qiáng) 從而促進(jìn)糖類的合成 一 光強(qiáng)對(duì)光合作用的影響 光強(qiáng) 光飽和點(diǎn) 光照強(qiáng)度增加到一定程度后 光合作用增加的幅度逐漸減慢 最后不再隨光強(qiáng)而增加 這時(shí)的光照強(qiáng)度為光飽和點(diǎn) 光補(bǔ)償點(diǎn) 當(dāng)光合作用固定的CO2恰與呼吸作用釋放的CO2相等時(shí)的光照強(qiáng)度 光合作用強(qiáng)度 耐蔭植物和不耐蔭植物的光合作用差異 森林植物的耐陰性 在森林中 多種樹(shù)木和植物生長(zhǎng)在一起 相互遮蔽 不同的樹(shù)種形成不同的耐陰性 對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)范圍 特別是對(duì)弱光的適應(yīng)能力有明顯的差別 有些樹(shù)種能適應(yīng)較弱的光照 另一些樹(shù)種需在較強(qiáng)的光照條件下 才能正常生長(zhǎng)發(fā)育 樹(shù)種耐陰性是指樹(shù)種忍耐庇陰的能力 即在林冠庇蔭下 能否完成更新和正常生長(zhǎng)的能力 根據(jù)樹(shù)種耐陰性的差異 可把樹(shù)種劃分為三類 1 陽(yáng)性樹(shù)種 喜光樹(shù)種 只能在全光照條件下才能正常生長(zhǎng)發(fā)育 不能忍耐庇蔭 林冠下幼苗不能生長(zhǎng) 不能完成更新過(guò)程 這些樹(shù)種有 落葉松 油松 馬尾松 樟子松 白樺 楊樹(shù) 柳樹(shù) 桉樹(shù) 相思樹(shù) 刺槐 臭椿等 2 耐陰樹(shù)種 能忍耐庇蔭 林冠下可以正常更新 一些強(qiáng)耐陰樹(shù)種 只有在林冠下才能完成更新過(guò)程 這些樹(shù)種有 云杉 冷杉 杜英 甜櫧 白楠 建柏 竹柏 紫杉 紅豆杉等 但成年樹(shù)木在全光照條件下生長(zhǎng)良好 甚至可以進(jìn)行全光育苗 如云杉 冷杉 這與陰性植物不同 所以不能稱為 陰性樹(shù)種 3 中性樹(shù)種 介于以上二者之間的樹(shù)種 包括范圍較廣 大多樹(shù)種屬于此類 這些樹(shù)種有 紅松 椴樹(shù) 榆 水曲柳 杉木 毛竹 側(cè)柏 香樟 榕樹(shù)等 中性樹(shù)種對(duì)光照的適應(yīng)特性與耐陰植物相似 二 光強(qiáng)對(duì)形態(tài)的影響 光照不足時(shí)植物形態(tài) 黃化 節(jié)間長(zhǎng) 葉子不發(fā)達(dá) 側(cè)枝不發(fā)育 植物體水分含量高 細(xì)胞壁很薄 機(jī)械組織和維管束分化很差 光照較強(qiáng)時(shí) 樹(shù)干較粗 尖削度大 機(jī)械組織發(fā)達(dá) 分枝多 樹(shù)冠龐大 葉的細(xì)胞和氣孔通常小而多 細(xì)胞壁與角質(zhì)層厚 葉片硬 葉綠素較少 根系發(fā)達(dá) 分布較深 表1不同緯度地區(qū)的日照時(shí)間單位 h 光周期現(xiàn)象 生物對(duì)光的生態(tài)反應(yīng)與適應(yīng) 光周期性 植物和動(dòng)物對(duì)晝夜長(zhǎng)短日變化和年變化的反應(yīng) 生物和許多周期現(xiàn)象是受日照長(zhǎng)短控制的 光周期是生命活動(dòng)的定時(shí)器和啟動(dòng)器 植物的光周期 短日照植物如水稻 菊 大豆和煙草等長(zhǎng)日照植物如小麥 蘿卜 菠菜等中日照植物如甘蔗日中性植物如番茄 植物光周期的反應(yīng)主要是誘導(dǎo)花芽的形成和開(kāi)始休眠 Q 光周期有何實(shí)踐意義 動(dòng)物的光周期 晝夜光周期季節(jié)光周期季節(jié)性光周期繁殖的光周期昆蟲(chóng)的滯育換毛和換羽動(dòng)物的遷徙 動(dòng)物的光周期 季節(jié)光周期季節(jié)性光周期繁殖的光周期昆蟲(chóng)的滯育換毛和換羽動(dòng)物的遷徙 三 地表熱量平衡與溫度 地面的輻射收入 太陽(yáng)直接輻射 散射輻射 大氣逆輻射支出 地面輻射 地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射 影響地表溫度的因素很多 全球地表溫度 溫度帶與植被分布 四 溫度因子 溫度因子的生態(tài)效應(yīng)生物分布的范圍受溫度影響生物體內(nèi)的生物化學(xué)過(guò)程生物發(fā)育與溫度密切相關(guān) 溫度對(duì)動(dòng)物的影響 溫度對(duì)植物的影響 對(duì)植物生長(zhǎng)的影響生長(zhǎng)期 樹(shù)木從樹(shù)液流動(dòng)開(kāi)始 到落葉為止的日數(shù) 一般植物在0 35度溫度范圍內(nèi) 隨溫度上升生長(zhǎng)加快 對(duì)植物發(fā)育的影響植物種子只有在一定溫度條件下才能萌發(fā) 溫帶和寒溫帶許多植物種子 還需要經(jīng)過(guò)一段低溫期 才能順利萌發(fā) 低溫對(duì)開(kāi)花的誘導(dǎo)效應(yīng) 某些植物的開(kāi)花結(jié)果需要一定時(shí)間低溫的刺激 這個(gè)過(guò)程稱為春化過(guò)程 如冬小麥 溫度對(duì)植物的影響 溫周期現(xiàn)象植物對(duì)溫度的日變化和季節(jié)變化比較敏感 而且只有在已適應(yīng)的晝夜和季節(jié)溫度變化的條件下 才能正常生長(zhǎng) 晝夜變溫與種子萌發(fā)晝夜變溫與生長(zhǎng)發(fā)育 Q 溫周期現(xiàn)象有何實(shí)踐意義 動(dòng)物對(duì)溫度的適應(yīng) 生理性適應(yīng) 包括蟄伏 冬眠 降低細(xì)胞冰點(diǎn)和減少散熱等 形態(tài)適應(yīng) 動(dòng)物毛皮 羽毛 皮下脂肪冬季加厚 夏季變薄等 行為適應(yīng) 調(diào)節(jié)體溫的短距離遷移和季節(jié)性的長(zhǎng)距離遷移等 動(dòng)物對(duì)溫度的進(jìn)化反應(yīng) 阿倫法則 來(lái)自寒冷氣候的內(nèi)溫動(dòng)物和來(lái)自溫暖氣候的內(nèi)溫動(dòng)物相比 其趨向有更短的肢體末端 耳和四肢 中國(guó)南北方幾種獸類顱骨長(zhǎng)度的比較 貝格曼規(guī)律 生活在寒冷地區(qū)的鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物的個(gè)體比溫暖地區(qū)的個(gè)體更大 有效積溫法則 植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中 必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段 而且各個(gè)發(fā)育階段所需要的總熱量為一個(gè)常數(shù)N T K 昆蟲(chóng)等也符合這一規(guī)律 但昆蟲(chóng)的發(fā)育是從某個(gè)溫度開(kāi)始的 不是0度 只有發(fā)育起點(diǎn)溫度以上的積溫對(duì)發(fā)育才是有效 N T C K Q 有效積溫法則有何實(shí)踐意義 五 氣候圖 4 物質(zhì)環(huán)境 水空氣土壤生物綜合作用 一 水因子 生物起源于水 生物演化90 時(shí)間在水中進(jìn)行 生物體含水60 80 生物生活需要水生物的代謝活動(dòng)依賴于水陸生生物的熱能調(diào)節(jié)和熱能代謝借助于水 生物對(duì)水的適應(yīng) 水生植物 沉水植物浮水植物挺水植物 陸生植物 濕生植物中生植物旱生植物 土壤中的水 同種植物對(duì)不同水份條件下形態(tài)和生理調(diào)節(jié) 不同水份環(huán)境中植物根冠比變化 Q 水因子對(duì)植物是環(huán)境還是資源 二 空氣因子 陸地生命的環(huán)境水生生命的資源能量流動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)循環(huán)的載體 大氣成分與光合作用 6CO2 12H2O C6H12O6 6H2O 6O2 植物的光合作用器官 葉 葉面積指數(shù) 植物是三維空間的立體結(jié)構(gòu) 葉面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于占據(jù)的地表面積 如地表面積80M2 而葉面積315M2 最佳葉子大小模型 風(fēng) 重要的生態(tài)因素 風(fēng)的形成 地球表面不同地區(qū) 太陽(yáng)輻射能數(shù)量及其被大氣層和地表吸收的比例有很大差異 導(dǎo)致大氣和近地層溫度的不同和大氣壓差 從而產(chǎn)生大氣運(yùn)動(dòng) 形成風(fēng) 沙塵暴 大氣污染 三 土壤因子 陸地生命的基質(zhì)一些生物穩(wěn)定的生活環(huán)境陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)循環(huán)的重要場(chǎng)所 理想的土壤剖面 土壤質(zhì)地 砂土壤土粘土 土壤結(jié)構(gòu) 土壤結(jié)構(gòu)組成土壤顆粒排列形式孔隙度大小分布團(tuán)聚體大小數(shù)量 土壤結(jié)構(gòu)類型微團(tuán)粒結(jié)構(gòu) 10mm 土壤性質(zhì) 土壤物理性質(zhì) 土壤三相比 土壤濕度 土壤溫度 土壤化學(xué)性質(zhì) PH 有機(jī)質(zhì)含量 無(wú)機(jī)