生態(tài)因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)

1、.,第四節(jié) 生態(tài)因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) 一光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) 二、溫度因子的生態(tài)作用及生物的生態(tài)適應(yīng) 三水因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)： 四、土壤因子的生態(tài)意義及生物的適應(yīng)： 五、生物與大氣的生態(tài)關(guān)系：,.,一光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) 光的生態(tài)意義及其性質(zhì) 光變化對生物的影響 以光為主導(dǎo)因子的生物生態(tài)類型,.,一、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) 1、光的性質(zhì)及其生態(tài)意義 1）光的性質(zhì) a、太陽輻射:太陽表面以電磁波的形式不斷釋放的能量，其中到達地球表面的能量僅為.太陽輻射總量的1/22億。,.,光效應(yīng):米燭光或勒克司(Lux)，一般以1卡/ cm2/分鐘 = 7萬米燭光 = 7萬

2、勒克司(Lux)來換算。 太陽常數(shù):表示太陽輻射能量的物理量； 定義為：在地球距離太陽1個天文單位處，且沒有大氣吸收的情況下，垂直于太陽光線的每1cm2、1min（分鐘）內(nèi)所接受的輻射量，一般采用：1.95卡/厘米2,/分鐘（1.95卡/cm2/min），由于太陽的周期性活動，該數(shù)值可能有12%的變化。,.,b、光譜組成： 紅外光(760nm熱效應(yīng))51% ，可見光(380-760nm)40% ，紫外光 （290nm ）9% 能被生物吸收 生理有效光輻射：紅橙光(620-760 nm) 葉綠素a，有利于碳水化合物的形成；蘭紫光（490-435nm）葉綠素b ，有利于蛋白質(zhì)的形成。,.,隨空間發(fā)

3、生變化的一般規(guī)律是：短波光隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加。 在時間變化上：冬季長波光增多，夏季短波光增多；一天之內(nèi)中午短波光較多，早晚長波光較多。 在水體中，紅外光僅在幾米深處就會被完全吸收；紫和藍色等短波光容易被水散射，不能潛入刀痕深深的海水中；在較深的水層中只有綠光占有較大優(yōu)勢。,.,c、日照長度：主要指每天太陽的可照時數(shù)，即晝長。 除兩級外，春分秋分全球都是晝夜分； 日照長度在不同緯度和季節(jié)里是有規(guī)律地變化： 在緯度為零的赤道附近，終年晝夜分；在高緯度地帶，隨緯度的增高，晝夜長短變化增大，緯度越高，夏半年晝越長，也越短；冬半年夜越長，晝越短。在北極地區(qū)則夏季全是白天，冬季全是黑夜。即

4、出現(xiàn)極晝極夜現(xiàn)象。,.,）影響地表太陽輻射的因素 a.大氣圈的對太陽輻射的削弱作用 b.太陽高度角對太陽輻射強度的影響 (0-90) c. 日照長度的變化 d. 地形因素的影響：朝向、坡度、海拔高度 e. 不同的生境中的太陽輻射：,.,（3）太陽輻射的生態(tài)意義 太陽輻射是地球上一切生物能量的源泉為維持生命的環(huán)境創(chuàng)造了必要的條件； 是生物環(huán)境中一個重要的生態(tài)因子，對植物的生態(tài)作用是由光強、光照時間、光譜組成三者的對比關(guān)系構(gòu)成的 光能條件直接影響植物的生物學(xué)產(chǎn)量，提高植物的光能利用率，是進一步提高植物產(chǎn)量的根本途徑；光是生命活動周期性節(jié)律觸發(fā)器。,.,光變化及其生物的適應(yīng) ）光照強度及其生物的適應(yīng)

5、： 光強隨（空間）緯度、海拔高度的變化，隨時間的變化，不同生境中坡向、坡度（北半球溫帶，光強：南坡平地北坡）。,.,a光強對生物的生長發(fā)育和形態(tài)建成有重要的作用光照強度對植物細胞的增長和分化、體積的增長和重量的增加有重要影響， 光還促進組織和器官的分化，制約著器官的生長發(fā)育速度，使植物各器官和組織保持發(fā)育上的正常比例。,.,b光照強度與水生植物 光的穿透性限制著植物在海洋中的分布，只有在海洋表層的透光帶(euphotic zone)內(nèi)，植物的光合作用量才能大于呼吸量。在透光帶的下部，植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消耗相平衡之處，就是所謂的補償點。如果海洋中的浮游藻類沉降到補償點以下或者被洋流

6、攜帶到補償點以下而又不能很快回升表層時，這些藻類便會死亡。,.,c植物對光照強度的適應(yīng)類型 不同的植物對光強的反應(yīng)也是不一樣的。在一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強成正比，但是到達一定強度，倘若繼續(xù)增加光強，光合作用的效率不僅不會提高，反而下降，這點稱之為光飽和點。 不同的植物對光強的反應(yīng)也是不一樣的。在一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強成正比，但是到達一定強度，倘若繼續(xù)增加光強，光合作用的效率不僅不會提高，反而下降，這點稱之為光飽和點。,.,從圖中可以看出，光合作用將隨著光照強度的增加而增加，直至達到最大值。圖中的光合作用率(實線)和呼吸作用率(虛線)兩條線的交叉點就是所謂的光補償點，在此處的光

7、照強度是植物開始生和進行凈生產(chǎn)所需要的最小光照強度。,.,陽地植物 適應(yīng)于強光照地區(qū)生活的植物稱陽地植物，這類植物補償點的位置較高圖26(a)，光合作用的速率和代謝速率都比較高。 陰地植物 適應(yīng)于弱光照地區(qū)生活的植物稱陰地植物，這類植物的光補償點位置較低圖26(b)，其光合速率和呼吸速率都比較低。陰地植物多生長在潮濕背陰的地方或密林內(nèi)。,.,）光質(zhì)的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)： 對陸生植物：紅橙光（碳水化合物形成）、藍紫光（蛋白質(zhì)的合成）為生理有效光，且葉綠素a、b的吸收光譜的峰值也不同 水體: 紅外光被水體表層吸收,隨深度的增加,以黃綠光為主.,.,3)光照時間及生物的生態(tài)適應(yīng)(生物對光周期的適應(yīng)

8、). 晝夜節(jié)律： 植物光合作用的晝夜變化隨光合作用途徑(CO2同化途徑)而不同。 光周期現(xiàn)象：生物對白天黑夜的相對長度的反應(yīng)稱為光周期現(xiàn)（photoperiodism）。生物的光周期現(xiàn)象常表現(xiàn)在：日照長短與植物開花、種子萌發(fā)、地下部分的生長、動物的生殖、休眠等。,.,植物光周期現(xiàn)象：即植物的開花對日照長度的反應(yīng)。常根據(jù)植物開花對日照長度的反應(yīng)將光周期反應(yīng)類型分為：長日照植物、短日照植物、中日照植物及中間性植物。,.,美國科學(xué)家加納爾（W.W.Garner,1920年）等人為假定以12小時為長日照植物和短日照植物是否開花的臨界日長，即誘導(dǎo)長日照植物開花所需的最短日照時數(shù)，或誘導(dǎo)短日照植物開花所需

9、的最長日照時數(shù)，并假定每日在短于12小時的日照下才開花的植物叫做短日照植物（short-day plant）；每日在長于12小時的日照下才開花的植物叫做長日照植物（long-day plant）；要求晝夜長短接近于相等時才開花植物稱為中日照植物。,.,光補償點: 1、 陽性植物和陽性葉子偏高,陰性植物和遮陰的葉子偏低. 2、 同一植株上,陰性葉偏低,陽性葉偏高. 3、 C3植物偏高,C4植物偏.低光補償點高低與呼吸作用強弱成正比. 光飽和點: 1、陽性植物高, 陰性植物低。 2、C4植物光飽和點比C3植物高. 3、 苗期和發(fā)育后期光飽和點低,生長盛期光飽和點高.,.,動物的光周期現(xiàn)象 在脊椎動

10、物中，鳥類的光周期現(xiàn)象最為明顯，很多鳥類的遷徙都是由日照長短的變化所引起 。同樣，各種鳥類每年開始生殖的時間也是由日照長度的變化決定的。鳥類生殖腺的年周期發(fā)育是與日照長度的周期變化完全吻合的 。 日照長度的變化對哺乳動物的換毛和生殖也具有十分明顯的影響。,.,3. 以光為主導(dǎo)因子的生物生態(tài)類型 比較以光為主導(dǎo)因子的植物生態(tài)類型特征： 1) 以光強為主導(dǎo)因子:陽生的 陰生的 耐陰性的生境 形態(tài) 結(jié)構(gòu) 生理功能 行為 2) 以日照長度與植物的關(guān)系:日照長度與植物開花行為的關(guān)系 長日照 短日照 中日照 中間性,.,3) 以植物光合作用中co2的同化途徑：c3 、 c4、 景天酸 a.因子對生物的生態(tài)

11、學(xué)意義. b.光對生物的影響三個強度 c.劃分類型,.,4、如何提高植物的光能利用率 不同類型植物的井光合作用對光的依賴關(guān)系 植物群體的生物生產(chǎn)量及其提高途徑 植物群體的生物生產(chǎn)量 對植物群體的總光能利用率產(chǎn)生影響的主要因素：,.,光合面積：植物的葉面積指數(shù)（LAI）：累積的葉面積指數(shù)表示一定土地面積上的總?cè)~面積（m2）。 該地面上的總?cè)~面積 （m2） LAI = 一定的土地的面積（m2）,.,b. 光合時間:植物全年進行光合作用的時間延長辦法：延長葉片壽命，植物生長期，間作套種 c. 光合能力（植物自身的特性：品種培育可改變） 3提高植物群體生物生產(chǎn)量的途徑,.,二、溫度因子的生態(tài)作用及生物

12、的生態(tài)適應(yīng) 1、地球上環(huán)境溫度的分布及其變化規(guī)律（動物生態(tài)學(xué)原理，孫儒泳，p26-34) 2、溫度的生態(tài)意義（普通生態(tài)學(xué)，孫儒泳，p33) 3、溫度與生物的生長和發(fā)育 4、極端溫度及其對生物的影響 5、溫度與生物的地理分布 6、物候節(jié)律,.,引子： 熱：是一定物質(zhì)中總動能的量度，是內(nèi)能的一部分。表現(xiàn)為物體溫度的高低，熱量的簡稱。 熱能：能量的一種形式，物質(zhì)系統(tǒng)熱能的增加導(dǎo)致其溫度的升高。從分子運動論的觀點來看，熱能就是分子熱運動的動能，即：熱 = 熱能。 熱量：由于溫度差別而轉(zhuǎn)移的能量。熱量傳遞是能量轉(zhuǎn)移的一種方式，其方式有：輻射、對流與傳導(dǎo)。 溫度：溫標(biāo)上的標(biāo)度，表示物體冷熱程度的物理量，,

13、.,1、地球上環(huán)境溫度的分布及其變化規(guī)律 1)空間上的變化: 緯度 , 海陸位置, 海拔高度 海陸位置:背景不同,熱容量不同,水的熱容量很大. 氣溫直減率:溫度隨海拔的增高而下降.海面:每1000m降低10c, 每1000m降低5-6c,與之相反的現(xiàn)象,逆溫現(xiàn)象:輻射,地形逆溫(盆地:蘭州),.,2)時間變化:季節(jié),晝夜 氣溫變化溫度年較差(年變幅):一年內(nèi)最熱月與最冷月平均溫度的差值. 溫度季節(jié)變化的重要指標(biāo),大小受緯度與海陸位置的影響. 緯度增加,年較差增大;大陸性氣候越明顯的地方,年較差越明顯.,.,溫度日較差:晝夜間最高氣溫與最低氣溫的差值. 緯度越高,日較差越小. 自然界最大最激烈日

14、較差,一般在有強烈日照的高原,高山上.,.,3)水體中溫度成層現(xiàn)象:中高緯度的淡水湖泊中 4)植物體溫度會隨氣溫變化而改變,不過該改變滯后于氣溫變化.植物最敏感部位:葉片,根系與氣溫一致.在植物群落中溫度變化部位抬高到冠層,冠層表面溫度變化劇烈,內(nèi)部變化和緩. 5)熱源:太陽輻射是地表的熱源,使地表增溫,地面輻射是近地面層大氣的主要熱源,使地表空氣增溫.地面因接受太陽輻射而增強,同時又輻射. 大氣逆輻射:大氣輻射中射向地面的輻射,保溫地球.,.,2、溫度的生態(tài)意義 任何生物都生活在一定溫度外界環(huán)境中并受著溫度變化（空間、時間、海拔）的影響（直接的、間接的）。 生物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)要求有一定的

15、溫度范圍?；c溫度：最高、最適、最低. 不同生物及同一生物在不同的發(fā)育階段所能忍受的溫度范圍有很大不同（對溫度的耐受限度）,.,生物對溫度的長期適應(yīng)形成不同生態(tài)類型（恒溫、變溫動物，）。 溫度的變化會引起其它生態(tài)因子的改變。 小結(jié)：溫度變化對生物的影響表現(xiàn)在量、持續(xù)時間（溫度的一致性與波動性）、階段性。,.,（一）溫度因子的生態(tài)作用 溫度與植物生長：溫度三基點：最高點，最低點，最適點 溫度與生物發(fā)育：有效積溫法則 植物在生長發(fā)育過程中，必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能維持起正常生長發(fā)育，而且植物各發(fā)育階段所需的總熱量是一常數(shù) K=N(TT0)，N 為生長發(fā)育所需時間,.,積溫: 規(guī)定時間內(nèi),符合特

16、定條件的各日平均溫度或有效溫度的總和. 活動溫度: 高于植物生物學(xué)最低溫度時的日平均氣溫. 生物發(fā)育的起點溫度:生物開始發(fā)育的溫度. 生物學(xué)零度10C 活動積溫:植物某一生長發(fā)育期或全部生長期中活動溫度的總積. K=N(X-X0 ) X0 :生物學(xué)最低溫度,.,圖2-8是地中海果蠅發(fā)育歷程與溫度的關(guān)系。它表示在發(fā)育的溫度內(nèi)，溫度與發(fā)育歷程成雙曲線關(guān)系。,.,(二)生物對極端溫度的適應(yīng) 1生物對低溫環(huán)境的適應(yīng): 1) 極端溫度:危機生物生命功能的溫度成為極端溫度. 2）極端低溫對生物的影響,.,臨界溫度：溫度低于一定數(shù)值時生物體受到傷害。 冷害：喜溫生物在00c以上的條件下受害或死亡。喜溫生物向

17、北方擴展或擴展其分布范圍的主要障礙。 霜害：（大氣中的水氣達到飽和狀態(tài)，冷凝為露珠，結(jié)晶形成冰晶）點火，使作用面提高。由于霜凍而對生物所造成的傷害。（冰點：00c）,.,凍害：00c以下的低溫使生物體內(nèi)形成冰晶而造成的損害。 使質(zhì)膜破裂，蛋白質(zhì)失活變性。 由于生理干燥和水化層的破壞而引起植物受害。,.,3）生物對極端低溫的適應(yīng)： 形態(tài) ：植物：葉形，芽（鱗片），芽葉內(nèi)物 質(zhì)，體表被毛、蠟質(zhì)、革質(zhì)化。 動物：貝格曼、阿理定律。 生理：細胞液（原生質(zhì)、液泡）濃度上升，冰點降低（植物），體內(nèi)成份：有機酸等。 （動物）過冷現(xiàn)象：外界溫度很低，在動物體液凝結(jié)過程中釋放凝結(jié)熱，若溫度不再下降，則可能復(fù)蘇。

18、,.,.,2生物對極高溫的適應(yīng) 1）高溫對生物的影響： 植物：減弱光合作用，增強呼吸作用，使此兩個重要過程失調(diào)，造成植物的饑餓現(xiàn)象，破壞植物的水分平衡，加速生長發(fā)育，促使蛋白質(zhì)凝固，導(dǎo)致有害物質(zhì)的積累。（分解過程的中間產(chǎn)物積累在體內(nèi)） 動物：破壞酶的活性，使蛋白質(zhì)凝固變性，缺氧，排泄功能失調(diào)，神經(jīng)系統(tǒng)麻痹。,.,2）生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)： 生物對高溫環(huán)境的適應(yīng)也表現(xiàn)在形態(tài)、生理和行為3個方面.,.,（三）溫度與生物的地理分布 1生物的發(fā)育對溫度的要求 熱量能否滿足生物生長、發(fā)育、繁殖過程對溫度的要求，如有效積溫. 預(yù)測生物地理分布的北界 K1 / K2 有效積溫， K1 / K2 生物可完成的

19、周期 地區(qū)所提供的必須高于生長，發(fā)育所需的有效積溫。 動物：溫度會影響動物食物的分布。,.,（四）變溫與溫周期現(xiàn)象 變溫與生物生長 種子萌發(fā)，生長。 變溫與干物質(zhì)積累溫度決定夜間呼吸作用的強度。呼吸作用強，則白天儲存物質(zhì)下 中草藥：成分，在不同的條件下，其有效成分含量，活性不同。,.,（五）物候節(jié)律： 物候：動植物的生長，發(fā)育，活動規(guī)律與非生物的變化對節(jié)候的反映。確定農(nóng)作物栽培技術(shù)，預(yù)報天氣，反應(yīng)氣候變化。 生物的發(fā)育節(jié)律隨氣候的變化而改變，具有遺傳性，是生物長期適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。故生物的發(fā)育節(jié)律也可反映氣候變化。,.,（六）休眠： 休眠指生物的潛伏、蟄伏或不活動狀態(tài)，是抵御不利環(huán)境的一種有效的生理機制。生物的休眠在使其持續(xù)占有一個生境方面起重要作用，是對不利環(huán)境適應(yīng)的極為有效的方式。 類型：多年生植物芽休眠，一年生種子植物種子休眠（發(fā)展落后于動物）,.,三水因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng) （一）水的存在形式及分布 .水圈 2水存在形式：可見水汽、不可見水汽。,.,1）氣態(tài)水 濕度：濕度是指空氣中水蒸汽的含量， 濕度指標(biāo)（常用的指標(biāo)有）： 絕對濕度(absolution humidity)g/m3, 相對