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1、小議生態(tài)因子對(duì)生物的影響思考 一、光的生態(tài)作用與生物的適應(yīng): 光是一個(gè)十分復(fù)雜而重要的生態(tài)因子,包括光強(qiáng)、光質(zhì)和光照長(zhǎng)度。光因子的變化對(duì)生物有著深刻的影響。 1光強(qiáng)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)(1)光強(qiáng)與植物光對(duì)植物的形態(tài)建成和生殖器官的發(fā)育影響很大。植物的光合器官葉綠素必須在一定光強(qiáng)條件下才能形成,許多其他器官的形成也有賴于一定的光強(qiáng)。在黑暗條件下,植物就會(huì)出現(xiàn)黃化現(xiàn)象。在植物完成光周期誘導(dǎo)和花芽開(kāi)始分化的基礎(chǔ)上,光照時(shí)間越長(zhǎng),強(qiáng)度越大,形成的有機(jī)物越多,有利于花的發(fā)育。光強(qiáng)還有利于果實(shí)的成熟,對(duì)果實(shí)的品質(zhì)也有良好作用。不同植物對(duì)光強(qiáng)的反應(yīng)是不一樣的,
2、根據(jù)植物對(duì)光強(qiáng)適應(yīng)的生態(tài)類型可分為陽(yáng)性植物、陰性植物和中性植物(耐陰植物)。在一定范圍內(nèi),光合作用效率與光強(qiáng)成正比,達(dá)到一定強(qiáng)度后實(shí)現(xiàn)飽和,再增加光強(qiáng),光合效率也不會(huì)提高,這時(shí)的光強(qiáng)稱為光飽和點(diǎn)。當(dāng)光合作用合成的有機(jī)物剛好與呼吸作用的消耗相等時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。陽(yáng)性植物對(duì)光要求比較迫切,只有在足夠光照條件下才能正常生長(zhǎng),其光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)都較高。陰性植物對(duì)光的需求遠(yuǎn)較陽(yáng)性植物低,光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)都較低。中性植物對(duì)光照具有較廣的適應(yīng)能力,對(duì)光的需要介于上述兩者之間,但最適在完全的光照下生長(zhǎng)。 (2)光強(qiáng)與動(dòng)物光照強(qiáng)度與很多動(dòng)物的行為有著密切的關(guān)系。有些動(dòng)物適應(yīng)于在白天的強(qiáng)光下活動(dòng),如靈
3、長(zhǎng)類、有蹄類和蝴蝶等,稱為晝行性動(dòng)物;另一些動(dòng)物則適應(yīng)于在夜晚或早晨黃昏的弱光下活動(dòng),如蝙蝠、家鼠和蛾類等,稱為夜行性動(dòng)物或晨昏性動(dòng)物;還有一些動(dòng)物既能適應(yīng)于弱光也能適應(yīng)于強(qiáng)光,白天黑夜都能活動(dòng),如田鼠等。晝行性動(dòng)物(夜行性動(dòng)物)只有當(dāng)光照強(qiáng)度上升到一定水平(下降到一定水平)時(shí),才開(kāi)始一天的活動(dòng),因此這些動(dòng)物將隨著每天日出日落時(shí)間的季節(jié)性變化而改變其開(kāi)始活動(dòng)的時(shí)間。 2光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)(1)光質(zhì)與植物植物的光合作用不能利用光譜中所有波長(zhǎng)的光,只是可見(jiàn)光區(qū)(400-760nm),這部分輻射通常稱為生理有效輻射,約占總輻射的40-50%??梢?jiàn)光中紅、橙光是被葉綠素吸收最多的成分,其次是藍(lán)
4、、紫光,綠光很少被吸收,因此又稱綠光為生理無(wú)效光。此外,長(zhǎng)波光(紅光)有促進(jìn)延長(zhǎng)生長(zhǎng)的作用,短波光(藍(lán)紫光、紫外線)有利于花青素的形成,并抑制莖的伸長(zhǎng)。 (2)光質(zhì)與動(dòng)物大多數(shù)脊椎動(dòng)物的可見(jiàn)光波范圍與人接近,但昆蟲則偏于短波光,大致在250-700nm之間,它們看不見(jiàn)紅外光,卻看得見(jiàn)紫外光。而且許多昆蟲對(duì)紫外光有趨光性,這種趨光現(xiàn)象已被用來(lái)誘殺農(nóng)業(yè)害蟲。 3光照長(zhǎng)度與生物的光周期現(xiàn)象地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn),帶來(lái)了地球上日照長(zhǎng)短的周期性變化,長(zhǎng)期生活在這種晝夜變化環(huán)境中的動(dòng)植物,借助于自然選擇和進(jìn)化形成了各類生物所特有的對(duì)日照長(zhǎng)度變化的反應(yīng)方式,這就是生物的光周期現(xiàn)象。 (1)植物的光周期現(xiàn)象根據(jù)對(duì)日
5、照長(zhǎng)度的反應(yīng)類型可把植物分為長(zhǎng)日照植物、短日照植物、中日照植物和中間型植物。長(zhǎng)日照植物是指在日照時(shí)間長(zhǎng)于一定數(shù)值(一般14小時(shí)以上)才能開(kāi)花的植物,如冬小麥、大麥、油菜和甜菜等,而且光照時(shí)間越長(zhǎng),開(kāi)花越早。短日照植物則是日照時(shí)間短于一定數(shù)值(一般14小時(shí)以上的黑暗)才能開(kāi)花的植物,如水稻、棉花、大豆和煙草等。日中照植物的開(kāi)花要求晝夜長(zhǎng)短比例接近相等(12小時(shí)左右),如甘蔗等。在任何日照條件下都能開(kāi)花的植物是中間型植物,如番茄、黃瓜和辣椒等。光周期對(duì)植物的地理分布有較大影響。短日照植物大多數(shù)原產(chǎn)地是日照時(shí)間短的熱帶、亞熱帶;長(zhǎng)日照植物大多數(shù)原產(chǎn)于溫帶和寒帶,在生長(zhǎng)發(fā)育旺盛的夏季,一晝夜中光照時(shí)間
6、長(zhǎng)。如果把長(zhǎng)日照植物栽培在熱帶,由于光照不足,就不會(huì)開(kāi)花。同樣,短日照植物栽培在溫帶和寒帶也會(huì)因光照時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而不開(kāi)花。這對(duì)植物的引種、育種工作有極為重要的意義。 (2)動(dòng)物的光周期現(xiàn)象許多動(dòng)物的行為對(duì)日照長(zhǎng)短也表現(xiàn)出周期性。鳥、獸、魚、昆蟲等的繁殖,以及鳥、魚的遷移活動(dòng),都受光照長(zhǎng)短的影響。 二、溫度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)任何生物都是在一定的溫度范圍內(nèi)活動(dòng),溫度是對(duì)生物影響最為明顯的環(huán)境因素之一。 1溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的影響生物正常的生命活動(dòng)一般是在相對(duì)狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,大致在零下幾度到50左右之間。溫度對(duì)生物的作用可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度,即生物的三基點(diǎn)溫度。當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適
7、溫度之間時(shí),生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)會(huì)隨著溫度的升高而加快,代謝活動(dòng)加強(qiáng),從而加快生長(zhǎng)發(fā)育速度;當(dāng)溫度高于最適溫度后,參與生理生化反應(yīng)的酶系統(tǒng)受到影響,代謝活動(dòng)受阻,勢(shì)必影響到生物正常的生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)環(huán)境溫度低于最低溫度或高于最高溫度,生物將受到嚴(yán)重危害,甚至死亡。不同生物的三基點(diǎn)溫度是不一樣的,即使是同一生物不同的發(fā)育階段所能忍受的溫度范圍也有很大差異。 2溫度對(duì)生物發(fā)育的影響棗有效積溫法則溫度與生物發(fā)育的關(guān)系一方面體現(xiàn)在某些植物需要經(jīng)過(guò)一個(gè)低溫春化階段,才能開(kāi)花結(jié)果,完成生命周期;另一方面反映在有效積溫法則上。有效積溫法則的主要含義是植物在生長(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
8、階段的發(fā)育,而且植物各個(gè)發(fā)育階段所需要的總熱量是一個(gè)常數(shù)。用公式表示: K=N·(T-T0)式中,K為有效積溫(常數(shù)),N為發(fā)育歷期即生長(zhǎng)發(fā)育所需時(shí)間,T為發(fā)育期間的平均溫度,T0為生物發(fā)育起點(diǎn)溫度(生物零度)。發(fā)育時(shí)間N的倒數(shù)為發(fā)育速率。有效積溫法則不僅適用于植物,還可應(yīng)用到昆蟲和其他一些變溫動(dòng)物。在生產(chǎn)實(shí)踐中,有效積溫可作為農(nóng)業(yè)規(guī)劃、引種、作物布局和預(yù)測(cè)農(nóng)時(shí)的重要依據(jù),可以用來(lái)預(yù)測(cè)一個(gè)地區(qū)某種害蟲可能發(fā)生的時(shí)期和世代數(shù)以及害蟲的分布區(qū)危害猖獗區(qū)等。 3極端溫度對(duì)生物的影響 (1)低溫對(duì)生物的影響溫度低于一定數(shù)值,生物便會(huì)受害,這個(gè)數(shù)值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下,溫度越低生物受害
9、越重。低溫對(duì)生物的傷害可分為寒害和凍害兩種。寒害是指溫度在0以上對(duì)喜溫生物造成的傷害。植物寒害的主要原因有蛋白質(zhì)合成受阻、碳水化合物減少和代謝紊亂等。凍害是指0以下的低溫使生物體內(nèi)(細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間)形成冰晶而造成的損害。植物在溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí),會(huì)在細(xì)胞間隙形成冰晶,原生質(zhì)因此而失水破損。極端低溫對(duì)動(dòng)物的致死作用主要是體液的冰凍和結(jié)晶,使原生質(zhì)受到機(jī)械損傷、蛋白質(zhì)脫水變性。昆蟲等少數(shù)動(dòng)物的體液能忍受0以下的低溫仍不結(jié)冰,這種現(xiàn)象稱為過(guò)冷卻。過(guò)冷卻是動(dòng)物避免低溫的一種適應(yīng)方式。 (2)高溫對(duì)生物的影響溫度超過(guò)生物適宜溫區(qū)的上限后就會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生有害影響,溫度越高對(duì)生物的傷害作用越大。高溫可減弱光合
10、作用,增強(qiáng)呼吸作用,使植物的這兩個(gè)重要過(guò)程失調(diào);破壞植物的水分平衡,促使蛋白質(zhì)凝固、脂類溶解,導(dǎo)致有害代謝產(chǎn)物在體內(nèi)的積累。高溫對(duì)動(dòng)物的有害影響主要是破壞酶的活性,使蛋白質(zhì)凝固變性,造成缺氧、排泄功能失調(diào)和神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。 4生物對(duì)溫度的適應(yīng)生物對(duì)溫度的適應(yīng)是多方面的,包括分布地區(qū)、物候的形成、休眠及形態(tài)行為等。極端溫度是限制生物分布的最重要條件。高溫限制生物分布的原因主要是破壞生物體內(nèi)的代謝過(guò)程和光合呼吸平衡,其次是植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段。低溫對(duì)生物分布的限制作用更為明顯。對(duì)植物和變溫動(dòng)物來(lái)說(shuō),決定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低溫。溫度對(duì)恒溫動(dòng)物分布的直接
11、限制較小,常常是通過(guò)其他生態(tài)因子(如食物)而間接影響其分布。 物候是指生物長(zhǎng)期適應(yīng)于一年中溫度的節(jié)律性變化,形成的與此相適應(yīng)的發(fā)育節(jié)律。例如大多數(shù)植物春天發(fā)芽,夏季開(kāi)花,秋天結(jié)實(shí),冬季休眠。休眠對(duì)適應(yīng)外界嚴(yán)酷環(huán)境有特殊意義。植物的休眠主要是種子的休眠。動(dòng)物的休眠有冬眠和夏眠(夏蟄)。植物對(duì)低溫的形態(tài)適應(yīng)表現(xiàn)在芽及葉片常有油脂類物質(zhì)保護(hù),芽具有鱗片,器官的表面有蠟粉和密毛,樹(shù)皮有較發(fā)達(dá)的木栓組織,植株矮小,常呈匍匐、墊狀或蓮座狀;對(duì)高溫的適應(yīng)表現(xiàn)在有些植物體具有密生的絨毛或鱗片,能過(guò)濾一部分陽(yáng)光,發(fā)亮的葉片能反射大部分光線,以及葉片垂直排列,減少吸光面積等。動(dòng)物對(duì)溫度的形態(tài)適應(yīng)表現(xiàn)在同類動(dòng)物生長(zhǎng)
12、在較寒冷地區(qū)的比生長(zhǎng)在溫?zé)岬貐^(qū)的個(gè)體要大,個(gè)體大有利于保溫,個(gè)體小有利于散熱。 三、水的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)水是生物最需要的一種物質(zhì),水的存在與多寡,影響生物的生存與分布。 1水的生態(tài)作用水是任何生物體都不可缺少的重要組成成分。各種生物的含水量有很大的不同。生物體的含水量一般為6080%,有些水生生物可達(dá)90%以上,而在干旱環(huán)境中生長(zhǎng)的地衣、卷柏和有些苔蘚植物僅含6%左右。水是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。生物的新陳代謝是以水為介質(zhì)進(jìn)行的,生物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸、廢物的排除、激素的傳遞以及生命賴以存在的各種生物化學(xué)過(guò)程,都必須在水溶液中才能進(jìn)行,而所有物質(zhì)也都必須以溶解狀態(tài)才能進(jìn)出細(xì)胞。水對(duì)穩(wěn)定環(huán)境溫度有重
13、要意義。水的密度在4時(shí)最大,這一特性使任何水體都不會(huì)同時(shí)凍結(jié),而且結(jié)冰過(guò)程總是從上到下進(jìn)行。水的熱容量很大,吸熱和放熱過(guò)程緩慢,因此水體溫度不象大氣溫度那樣變化劇烈。 2干旱與水澇對(duì)生物的影響(1)干旱的影響干旱對(duì)植物的影響:降低各種生理過(guò)程。干旱時(shí)氣孔關(guān)閉,減弱蒸騰降溫作用,抑制光合作用,增強(qiáng)呼吸作用,三磷酸腺苷酶活性增加破壞三磷酸腺苷的轉(zhuǎn)化循環(huán);引起植物體內(nèi)各部分水分的重新分配。不同器官和不同組織間的水分,按各部位的水勢(shì)大小重新分配。水勢(shì)高的向水勢(shì)低的流動(dòng);影響植物產(chǎn)品的質(zhì)量。果樹(shù)在干旱情況下,果實(shí)小,淀粉量和果膠質(zhì)減少,木質(zhì)素和半纖維素增加。植物受干旱危害的原因有能量代謝的破壞、蛋白質(zhì)代
14、謝的改變以及合成酶活性降低和分解酶活性加強(qiáng)等。 (2)水澇的影響澇害首先表現(xiàn)為對(duì)植物根系的不良影響。土壤水分過(guò)多或積水時(shí),由于土壤孔隙充滿水分,通氣狀況惡化,植物根系處于缺氧環(huán)境,抑制了有氧呼吸,阻止了水分和礦物質(zhì)的吸收,植物生長(zhǎng)很快停止,葉片自下而上開(kāi)始萎蔫、枯黃脫落,根系逐漸變黑、腐爛,整個(gè)植株不久就枯死。植物地上部分受淹,則使光合作用受阻,有氧呼吸減弱,無(wú)氧呼吸增強(qiáng),體內(nèi)能量代謝顯著惡化,各種生命活動(dòng)陷于紊亂,各種器官和組織變得軟弱,很快變粘變黑、腐爛脫落。水澇對(duì)動(dòng)物的影響,除直接的傷害死亡外,還常常導(dǎo)致流行病的蔓延,造成動(dòng)物大量死亡。 3生物對(duì)水分的適應(yīng)(1)植物對(duì)水分的適應(yīng)根據(jù)棲息地
15、,通常把植物劃分為水生植物和陸生植物。水生植物生長(zhǎng)在水中,長(zhǎng)期適應(yīng)缺氧環(huán)境,根、莖、葉形成連貫的通氣組織,以保證植物體各部分對(duì)氧氣的需要。水生植物的水下葉片很薄,且多分裂成帶狀、線狀,以增加吸收陽(yáng)光、無(wú)機(jī)鹽和CO2的面積。水生植物又可分成挺水植物、浮水植物和沉水植物。生長(zhǎng)在陸地上的植物統(tǒng)稱陸生植物,可分為濕生、中生和旱生植物。濕生植物多生長(zhǎng)在水邊,抗旱能力差。中生植物適應(yīng)范圍較廣,大多數(shù)植物屬中生植物。旱生植物生長(zhǎng)在干旱環(huán)境中,能忍受較長(zhǎng)時(shí)間的干旱,其對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)在根系發(fā)達(dá)、葉面積很小、發(fā)達(dá)的貯水組織以及高滲透壓的原生質(zhì)等。 (2)動(dòng)物對(duì)水分的適應(yīng)。 動(dòng)物按棲息地也可以分水生和陸生兩類
16、。水生動(dòng)物主要通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓來(lái)維持與環(huán)境的水分平衡。陸生動(dòng)物則在形態(tài)結(jié)構(gòu)、行為和生理上來(lái)適應(yīng)不同環(huán)境水分條件。動(dòng)物對(duì)水因子的適應(yīng)與植物不同之處在于動(dòng)物有活動(dòng)能力,動(dòng)物可以通過(guò)遷移等多種行為途徑來(lái)主動(dòng)避開(kāi)不良的水分環(huán)境。 四、土壤因子對(duì)生物的影響土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),是具有決定性意義的生命支持系統(tǒng),其組成部分有礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、土壤水分和土壤空氣。具有肥力是土壤最為顯著的特性。 1土壤的生態(tài)學(xué)意義土壤是許多生物的棲息場(chǎng)所。土壤中的生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類、原生動(dòng)物、輪蟲、線蟲、蚯蚓、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和少數(shù)高等動(dòng)物。土壤是生物進(jìn)化的過(guò)渡環(huán)境。土壤中既有空氣,又有水分,正好成為生物
17、進(jìn)化過(guò)程中的過(guò)渡環(huán)境。土壤是植物生長(zhǎng)的基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)庫(kù)。土壤提供了植物生活的空間、水分和必需的礦質(zhì)元素。土壤是污染物轉(zhuǎn)化的重要場(chǎng)地。土壤中大量的微生物和小型動(dòng)物,對(duì)污染物都具有分解能力。 2土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)對(duì)生物的影響土壤是由固體、液體和氣體組成的三相系統(tǒng),其中固體顆粒是組成土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)。土粒按直徑大小分為粗砂(2.0-0.2mm)、細(xì)粒(0.2-0.02mm)、粉砂(0.02-0.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。這些大小不同的土粒的組合稱為土壤質(zhì)地。根據(jù)土壤質(zhì)地可把土壤分為砂土、壤土和粘土三大類。砂土的砂粒含量在50%以上,土壤疏松、保水保肥性差、通氣透水性強(qiáng)。壤土質(zhì)地較均勻,粗粉粒含
18、量高,通氣透水、保水保肥性能都較好,抗旱能力強(qiáng),適宜生物生長(zhǎng)。粘土的組成顆粒以細(xì)粘土為主,質(zhì)地粘重,保水保肥能力較強(qiáng),通氣透水性差。 土壤結(jié)構(gòu)是指固體顆粒的排列方式、孔隙的數(shù)量和大小以及團(tuán)聚體的大小和數(shù)量等。最重要的土壤結(jié)構(gòu)是團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(直徑0.25-10mm),團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有水穩(wěn)定性,由其組成的土壤,能協(xié)調(diào)土壤中水分、空氣和營(yíng)養(yǎng)物之間的關(guān)系,改善土壤的理化性質(zhì)。 土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)常常通過(guò)影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)影響生物的活動(dòng)。 3土壤的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)生物的影響 (1)土壤溫度土壤溫度對(duì)植物種子的萌發(fā)和根系的生長(zhǎng)、呼吸及吸收能力有直接影響,還通過(guò)限制養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化來(lái)影響根系的生長(zhǎng)活動(dòng)。一般
19、來(lái)說(shuō),低的土溫會(huì)降低根系的代謝和呼吸強(qiáng)度,抑制根系的生長(zhǎng),減弱其吸收作用;土溫過(guò)高則促使根系過(guò)早成熟,根部木質(zhì)化加大,從而減少根系的吸收面積。 (2)土壤水分土壤水分與鹽類組成的土壤溶液參與土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,促進(jìn)有機(jī)物的分解與合成。土壤的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱,太多又導(dǎo)致澇害,都對(duì)植物的生長(zhǎng)不利。土壤水分還影響土壤內(nèi)無(wú)脊椎動(dòng)物的數(shù)量和分布。 (3)土壤空氣土壤空氣組成與大氣不同,土壤中O2的含量只有10-12%,在不良條件下,可以降至10%以下,這時(shí)就可能抑制植物根系的呼吸作用。土壤中CO2濃度則比大氣高幾十到上千倍,植物光合作用所需的CO2有一半來(lái)自土壤。但是,當(dāng)土壤中CO2含量過(guò)高時(shí)(如達(dá)到10-15%),根系的呼吸和吸收機(jī)能就會(huì)受阻,甚至?xí)舷⑺劳觥?(4)土壤酸堿度土壤酸堿度與土壤微生物活動(dòng)、有機(jī)質(zhì)的合成與分解、營(yíng)養(yǎng)元素
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