《基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)（第3版）》課件第二章 第2節(jié) 生物與溫度的關(guān)系

1、第三章 第2節(jié) 生物與溫度的關(guān)系氣溫與生活海灘：炎熱夏季的好去所沙漠中的房屋冬季流行的飲食：火鍋閩北受凍害的蕃木瓜一、溫度的變化規(guī)律（一）、溫度分布的主要決定因素地球上的溫度取決于該地區(qū)的太陽輻射和地貌。 赤道輻射強(qiáng)度最大，溫度最高。 高緯度地區(qū)，溫度低。 兩極地區(qū)的太陽輻射僅為赤道的40，溫度最低。如從赤道到北極可劃分出：熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶和寒帶。高海拔地區(qū)，太陽輻射較強(qiáng)，但由于風(fēng)的作用，熱散失快，所以溫度較低。我國東西走向的山系(天山、秦嶺、陰山、南嶺等)對季風(fēng)有特殊的作用，它們在冬季可消弱冷空氣的南侵，夏季又阻礙暖濕氣流的北上。 陸地吸熱和散熱均較快，溫度變化大（年、晝夜

2、） 海洋吸熱和散熱均較慢，溫度變化?。?、晝夜） 我國位于歐亞大陸東南部，屬季風(fēng)氣候。夏季盛行溫暖濕潤熱帶海洋性氣團(tuán)，從東南向西北方向運(yùn)行；冬季盛行極地大陸性氣團(tuán)，寒冷而干燥，從西或北向東或南推進(jìn)。因此，我國東南部多屬于海洋性氣候，從東南向西北大陸性氣候逐漸增強(qiáng)。與同緯度其他地區(qū)相比，我國大陸性氣候特點顯著，夏季酷熱，冬季嚴(yán)寒漫長，溫度年較差大。（二）溫度的變化1.地球上溫度的變化幅度水溫：海洋，大洋海水-2.536，潮間帶-2.0 45，淡水040-45 陸地：南極最低-89.6 ，沙漠最高60，沙漠土壤表面80 2.時間變化 （1）晝夜： 海洋水溫晝夜變幅4； 大陸氣溫一般約17，沙漠40

3、，高海拔地區(qū)變化大；土壤表面變幅最大， 35100cm以下無變化。（2）季節(jié) 海洋：赤道變化大；溫帶變化中等，1015；兩極變化小，100，30米以下的土壤無季節(jié)性變化。3 空間： 水平變化：緯度每增加1度，陸地年平均氣溫下降0.50.7 。 垂直變化： 氣溫：高海拔溫度低，變化大，每上升100M氣溫降低0.51。 水溫：以淡水為例，夏季分層，上層熱，下層冷，中層變化大。 熱帶 亞熱帶 溫帶 亞寒帶 寒帶 氣溫指標(biāo) 氣溫變化 氣候類型 最冷月15最冷月0-15最冷月0 最熱月10最熱月5 終年高溫冬溫夏熱冬冷夏熱冬寒夏涼終年嚴(yán)冬雨林氣候草原氣候沙漠氣候季風(fēng)氣候季風(fēng)和季風(fēng)性濕潤氣候、地中海氣候季

4、風(fēng)氣候大陸性氣候 、海洋性氣候大陸性氣候極地氣候（苔原和冰原）以“溫”定帶 （三）逆溫效應(yīng)通常情況下910千米以下的低層大氣中，空氣的溫度隨高度增加而逐漸降低，高山頂上的空氣要比高山腳下的冷。氣溫的垂直分布是下層氣溫高，上層氣溫低。低層空氣熱量的來源主要有兩個方面：一是太陽直接照射，加熱大氣，但被大氣直接吸收的很少，絕大部分是“透過”大氣到達(dá)地面；二是地面在陽光的照耀下，吸收的熱量增多，溫度上升，地面和大氣之間存在溫差。地面將部分熱量輻射出來加熱了低層大氣，這樣離地面愈近的大氣獲得地面的熱量愈多，溫度也愈高。相反離地面愈遠(yuǎn)則溫度愈低。 有時候，低層空氣也會出現(xiàn)與此相反的情形，即下層氣溫低，上層

5、氣溫高。這種氣溫隨高度遞增的現(xiàn)象在氣象學(xué)上稱為逆溫，出現(xiàn)逆溫的大氣有一定的厚度，這層大氣稱為逆溫層。 A 輻射逆溫:晴朗無云或少云的夜間（尤其冬季），地面輻射降溫?？諝馄搅鳌．?dāng)暖空氣移動到冷的地面或水面上，會發(fā)生接觸冷卻的作用。B 平流逆溫C 鋒面逆溫D 下沉逆溫鋒面因素產(chǎn)生的逆溫。逆溫形成的因素很多，根據(jù)其成因可分為輻射逆溫、平流逆溫、下沉逆溫和鋒面逆溫等。E.湍流逆溫常見的是輻射逆溫和平流逆溫。例如：輻射逆溫常發(fā)生在晴朗無云或少云的夜間，地面不斷向外放出輻射能量而冷卻，貼近地面的空氣層也隨之降溫。由于愈靠近地面的空氣受到地表的影響愈大，所以離地面愈近降溫愈多，離地面愈遠(yuǎn)降溫愈少。從而形成了

6、自地面向上，氣溫隨高度增加而升高的逆溫現(xiàn)象。這種輻射逆溫的厚度一般在幾十米到幾百米，大陸上常年都可出現(xiàn)，以冬季最強(qiáng)。日出后，地面的溫度漸漸上升，逆溫層也將消失逆溫效應(yīng)的影響 逆溫層的存在使空氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，空氣中的垂直運(yùn)動受到抑制。工廠里煙煤燃燒排放的煙塵、汽車尾氣和地面上揚(yáng)起的塵埃等有害氣體聚集在空中不易向上擴(kuò)散和稀釋，造成嚴(yán)重的空氣污染。有逆溫存在時空氣質(zhì)量差，晨練的朋友要特別注意避開這段時間，以免不清潔的污染物吸人體內(nèi)，沒有達(dá)到鍛煉的目的，反而影響身體健康。二、溫度的生態(tài)作用 任何生物都是在一定的溫度范圍內(nèi)活動，溫度是對生物影響最為明顯的環(huán)境因素之一 。（一）溫度因子的生態(tài)作用1溫度對生

7、物生長的影響維持生命的溫度范圍從555，但在540間才能正常生長和具有繁殖能力。變溫對種子萌發(fā)有利 。植物種子只有在一定溫度條件下才能萌發(fā) 。多數(shù)植物在035的溫度范圍內(nèi)，溫度上升生長加速春化作用 ，有些植物，成花前 需低溫誘導(dǎo)，通過春化作用植 物才能開花。不同植物生長要求的溫度有異， 熱帶樹種高于溫帶樹種 。 溫度對生物的作用可分為最低溫度、最適溫度和最高溫度，即生物的三基點溫度。當(dāng)環(huán)境溫度在最低和最適溫度之間時，生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)會隨著溫度的升高而加快，代謝活動加強(qiáng)，從而加快生長發(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，代謝活動受阻，勢必影響到生物正常的生長發(fā)育

8、。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溫度對生物發(fā)育的影響及有效積溫法則 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)過一個低溫“春化”階段，才能開花結(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 主要含義是植物在生長發(fā)育過程中，必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個發(fā)育階段所需要的總熱量是一個常數(shù)。用公式表示：K=N(T-T0) 式中，K為該生物所需的有效積溫（常數(shù)），N為發(fā)育歷期即生長發(fā)育所需時間，T為發(fā)育期間的平均溫度，T

9、0為生物發(fā)育起點溫度（生物零度：植物或變溫動物，其發(fā)育都是從某一溫度開始的，而不是從0度開始，生物開始發(fā)育的溫度為發(fā)育起點溫度）。如某溫帶樹種，當(dāng)平均溫度達(dá)5 時，到開始開花共需要30d，這段時間的日平均溫度為15 ，則該樹種開始開花的有效積溫 K=30（15-5）=300（） 活動積溫是K=30（15-0）=450（） K=N(T-T0) （1） T=T0+K/N (2)根據(jù)各植物所需要的積溫量，再結(jié)合各地的溫度條件，可知植物的引種范圍。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物。在生產(chǎn)實踐中，有效積溫可作為:預(yù)測生物地理分布北界；預(yù)測害蟲發(fā)生的世代數(shù)；來年發(fā)生程度以及害蟲

10、的分布區(qū)危害猖獗區(qū)；根據(jù)有效積溫制定農(nóng)業(yè)規(guī)劃，合理安排作物和預(yù)測農(nóng)時（不同作物的有效積溫不同：如馬鈴薯的有效積溫為10001600度；玉米為20004000度；椰子為5000度以上）。3 溫周期現(xiàn)象（1）溫周期 在自然界溫度經(jīng)常呈現(xiàn)規(guī)律性變化：即晝夜變化、季節(jié)變化和非節(jié)律性變化。（2）溫周期現(xiàn)象 植物對溫度晝夜變化和季節(jié)變化的反應(yīng)-稱溫周期現(xiàn)象。日溫周期現(xiàn)象是指植物對晝夜溫差的反應(yīng)。 季溫周期現(xiàn)象是指植物對季節(jié)變溫的反應(yīng)。 晝夜變溫指一天內(nèi)溫度的晝夜變化，它對植物生長、發(fā)育和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。一定范圍內(nèi)，晝夜溫差較大，對植物生長、品質(zhì)影響良好。在植物適宜的溫度范圍內(nèi)，晝夜溫差愈大，生長量愈大。

11、恒溫的生長量最低。白天適當(dāng)高溫有利于光合作用，夜間適當(dāng)?shù)蜏囟仁购粑饔脺p弱，從而使積累增加。（3）物候季節(jié)明顯 地區(qū)，植物適 應(yīng)于氣候條件 的這種節(jié)律性 變化，形成與此相應(yīng)的植物發(fā)育節(jié)律，稱為物候。 植物發(fā)芽、生長、現(xiàn)蕾、開花、結(jié)實、果實成熟、落葉休眠等生長、發(fā)育階段的開始和結(jié)束稱為物候期。物候期受緯度、經(jīng)度和海拔高度的影響霍普金斯物候定律-北美洲溫帶，每向北移動緯度1，或向東移動經(jīng)度 5，或上升124 m，植物在春天和初夏的階段發(fā)育（物候期），將各延遲4天；秋天恰好相反，即向北移動1，或向東移度5，或向上124 m都要提早 4天。物候觀測和研究在預(yù)報氣候、農(nóng)時、蟲害、火災(zāi)、經(jīng)濟(jì)植物產(chǎn)量和品質(zhì)

12、等方面有很大實踐意義4 非節(jié)律性變溫非節(jié)律性變溫(如早春和晚秋寒流南下，夏季局部地區(qū)溫度突然升高)。 春秋兩季寒流侵襲，常使溫度劇降，夏季午間持續(xù)高溫，都會嚴(yán)重危害幼苗、幼樹及外域樹種的生存。三、極端溫度1、七月份世界最熱地方在北緯2030度的大陸沙漠地區(qū)太陽直射緯度附近得到太陽輻射多沙漠少云雨，削弱作用少沙漠吸收快，增溫迅速 世界極端氣溫出現(xiàn)的地點及原因2、南極洲成為世界寒冷中心緯度高，得到太陽輻射少地面為冰雪覆蓋，發(fā)射大海拔高，大氣保溫作用弱風(fēng)速大，加據(jù)寒冷程度我國一月最低氣溫出現(xiàn)在漠河的原因緯度高，太陽高度角小且白晝短得到太陽輻射少離冬季風(fēng)源地近影響強(qiáng)我國夏季最高氣溫出現(xiàn)在吐魯番盆地的原

13、因為盆地地形，且天氣晴朗，云量少，得到太陽輻射多四、生物對溫度的適應(yīng)低溫的危害 溫度低于一定數(shù)值，生物便會受害，這個數(shù)值稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，溫度越低生物受害越重。低溫對生物的傷害可分為寒害和凍害兩種。（一）生物對低溫度的適應(yīng)寒害:是指溫度在0以上對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以下時，會在細(xì)胞間隙形成冰晶，原生質(zhì)因此而失水破損。極端低溫對動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。低溫危害 寒害：又稱冷害，指氣

14、溫降至0以上植物所受到的傷害。 凍害：溫度降低到冰點以下，植物組織發(fā)生冰凍而引起的傷害稱凍害。 霜害：由于霜的出現(xiàn)而使植物受害，原理類似凍害。 凍拔：又稱凍舉，氣溫下降，引起土壤結(jié)冰，是間接的低溫危害。冰凍的茶樹受寒害的荔枝 凍裂： 多發(fā)生在日夜溫差大的西南坡上的林木。下午太陽直射樹干，入夜氣溫迅速下降，由于干材導(dǎo)熱慢，造成樹干西南側(cè)內(nèi)熱脹、外冷縮的弦向拉力，使樹干縱向開裂。 生理干旱：冬季或早春土壤凍結(jié)時，樹木根系不活動。這時如果氣溫過暖，地上部分進(jìn)行蒸騰，不斷失水，而根系又不能吸水加以補(bǔ)充，時間長了就會引起枝葉干枯和死亡。 植物對低溫的適應(yīng)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

15、鱗片，器官的表面有蠟粉和密毛，樹皮有較發(fā)達(dá)的木栓組織，植株矮小，常呈匍匐、墊狀或蓮座狀；北極罌粟花 葎草生理適應(yīng)：低溫環(huán)境的植物減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中的糖類、脂肪和色素來降低植物的冰點，增加抗寒能力。如鹿蹄草通過在葉細(xì)胞中大量貯存五碳糖、粘液來降低冰點，可使結(jié)冰溫度下降到-31度。行為適應(yīng)：休眠來增加抗寒能力。鹿蹄草 動物對低溫的適應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)：（1）貝格曼（Bergman）規(guī)律：生活在高緯度地區(qū)的恒溫動物，其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類個體大。因為個體大的動物，其單位體重散熱量相對較少。（2）阿倫規(guī)律（Allen）：恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境下有變小變短的趨

16、勢。北極狐赤狐大耳狐北極的北極狐、溫帶的赤狐、熱帶大耳狐（3）在寒冷地區(qū)和寒冷季節(jié)增加毛或羽毛的數(shù)量和質(zhì)量或增加皮下脂肪的厚度，從而提高身體的隔熱性能。生理適應(yīng)：增加體內(nèi)產(chǎn)熱量來增強(qiáng)御寒能力和保持恒定的體溫；在低溫環(huán)境下減少身體散熱的另一種適應(yīng)為大大降低身體終端部位的溫度，而身體中央的溫暖血液很少流到這些部位（如生活在冰天雪地的北極灰狼，其腳爪可保持在接近冰點的溫度；站立在冰面的鷗，其腳掌的溫度為0-5度，溫度自下而上逐漸升高，到達(dá)生有羽毛的脛部為32度，而鷗的體溫38-41度） 。行為適應(yīng)：休眠（抗寒）和遷徙（避寒）動物對低溫的適應(yīng)高溫的危害溫度超過生物適宜溫區(qū)的上限后就會對生物產(chǎn)生有害影響

17、，溫度越高對生物的傷害作用越大。（二）生物對高溫的適應(yīng) 高溫對植物的危害：高溫可減弱光合作用，增強(qiáng)呼吸作用，使植物的這兩個重要過程失調(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。大多數(shù)高等植物的最高點溫度是3540，只比最適點溫度略高。溫度達(dá)到45以上，植物就會死亡。高溫危害主要是皮燒和根頸灼傷。 皮燒： 強(qiáng)烈的太陽輻射，使樹木形成層和樹皮組織局 部死亡。 多發(fā)生于樹皮光滑樹種的成年樹木上 根頸灼傷 土表溫度增高，灼傷幼苗根莖。松柏科幼苗當(dāng)土表溫度達(dá)40就要受害。夏季中午強(qiáng)烈的太陽輻射，常使苗床或采伐跡地土表溫度達(dá)45以上，而造成這種危害。灼傷使根頸處產(chǎn)生寬幾

18、毫米的縊縮環(huán)帶，因高溫殺死了輸導(dǎo)組織和形成層而致死。植物對高溫的適應(yīng)形態(tài)適應(yīng)：有些植物體具有密絨毛或鱗片，能過濾一部分陽光；有些植物體呈白色、銀白色，葉片革質(zhì)發(fā)亮，能反射大部分光線；有些植物葉片垂直排列，或高溫下葉片折疊，減少吸光面積等。 生理適應(yīng)：降低細(xì)胞含水量，增加糖或鹽的濃度，有利于減緩代謝速率和增加原生質(zhì)的抗凝結(jié)力；蒸騰作用避免植物體因過熱受害。高溫對動物的危害：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。動物對高溫的適應(yīng)：夏眠，穴居，晝伏夜出。（三）溫度與生物的地理分布 影響生物地理分布的因素： 有效總積溫， 極端溫度（最高、最低溫度）高溫限制生物分

19、布的原因主要是破壞生物體內(nèi)的代謝過程和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低溫刺激而不能完成發(fā)育階段。低溫對生物分布的限制作用更為明顯，對植物和變溫動物來說，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。如：蘋果不能在熱帶栽培，由于高溫的限制不能開花結(jié)實；可可、椰子只能在熱帶分布，因為是受低溫的限制；垂直分布：長江流域馬尾松分布在海拔10001200米以下，這個界限的上部為黃山松，是因為在海拔10001200米是馬尾松的低溫界限，又是黃山松的高溫界限。五、園林植物對氣溫的調(diào)節(jié)作用常用行道樹遮蔭降溫效果比較（據(jù)吳翼1963年，單位）樹 種 陽光下溫度 樹蔭下溫度 溫差銀 杏 40.2 35.3 4.9刺 槐 40.0 35.5 4.5楓 楊 40.4 36.0 4.4懸鈴木 40.0 35.7 4.3白 榆 41.3 37.2 4.1合 歡