第二章+生態(tài)因子的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)

.,第二章生態(tài)因子的作用與生物的適應(yīng),能量環(huán)境、物質(zhì)環(huán)境,.,一、光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng)二、溫度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)三、水的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)四、土壤因子對生物的影響五、風(fēng)對生物的作用及防風(fēng)林六、火作為生態(tài)因子對于生物的影響及管理七、指示生物,.,第一節(jié)光因子的生態(tài)作用及生物的適應(yīng),光是一個十分復(fù)雜而重要的生態(tài)因子，通過以下三個方面對生物產(chǎn)生影響，即光質(zhì)、光強和光照時間。,.,1/2000000000,1/1000,地球?qū)μ柟獾睦冒俜直?.,光譜范圍,Spectrum:380760nm,.,1）大氣中各種成分對太陽光的吸收、反射和散射，最后到達地球表面的僅占太陽輻射的47%；2）太陽高度角影響了太陽輻射強度；3）地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)引起不同緯度地區(qū)在不同季節(jié)每天所接受的太陽輻射呈周期性變化；4）地面因素引起太陽輻射強度和日照時間的變化。,地球表面太陽輻射的主要影響因素：,.,1）光質(zhì)2）日照時間3）地表光照強度隨時間和空間的變化；4）水體中太陽輻射的情況,太陽光在地球上的分布特點,.,光質(zhì)對植物光合作用的影響光合作用的光譜范圍只是可見光區(qū)，其中紅橙光主要被葉綠素吸收，藍紫光也能被葉綠素和類胡羅卜素所吸收，這部分輻射稱為生理有效輻射。光質(zhì)對植物光合作用產(chǎn)物的影響長波光有利于糖的合成，短波光有利于蛋白質(zhì)的合成。光質(zhì)對植物形態(tài)的影響長波光抑制植物的加粗生長，促進高生長。短波光相反。,（一）光質(zhì)的生態(tài)作用與生物的適應(yīng),.,實驗研究表明：植物栽培中，用淺藍色薄膜育秧與無色薄膜相比，淺藍色薄膜秧苗根系較粗壯，插后成活快，生長茁壯，葉色濃綠，鮮重和干重都有增加，測定的淀粉、蛋白質(zhì)含量較高，主要因為太陽光通過有色薄膜時，被選擇透過和吸收，這樣薄膜內(nèi)的光質(zhì)因薄膜顏色不同而發(fā)生變化。如淺藍色薄膜可以大量透過光合作用所需的380-490nm的光（透過率60%以上），因而有利于植物的光合過程和代謝過程。,.,光質(zhì)對動物的影響可見光對動物生殖、體色變化、遷徙、羽毛更換、生長和發(fā)育都有影響。不可見光：大多數(shù)脊椎動物的可見光波范圍與人接近，但昆蟲則偏于短波光，大致在250-700nm之間，它們看不見紅外光，卻看得見紫外光。而且許多昆蟲對紫外光有趨光性，這種趨光現(xiàn)象已被用來誘殺農(nóng)業(yè)害蟲。,.,（二）光強的生態(tài)作用與生物的適應(yīng)影響光照強度的因素：緯度、海拔、坡向、坡度、季節(jié)、植被等。光照強度與植物的光合作用光補償點：當(dāng)光合作用固定的CO2恰與呼吸作用釋放的CO2相等時的光強。光飽和點：光合作用中，隨著光照強度的加大，凈光合速率逐漸減慢，直到光合產(chǎn)物不再增加時的光強。光照強度對生物的生長發(fā)育和形態(tài)建成的作用黃化現(xiàn)象,.,植物對光照強度的適應(yīng)類型陽性植物，陰性植物，中性植物。,.,Shadeplants,.,Sunplants,.,Sunplant(Bruguieragymnorrhiza)underlowlightintensity,.,Shadeenduringplant,.,Sunplantvsshadeplant,.,Sunplantvsshadeplant,.,（三）生物對光周期的適應(yīng)光周期現(xiàn)象植物和動物對晝夜長短日變化和年變化的反應(yīng)。植物光周期的反應(yīng)主要是誘導(dǎo)花芽的形成和開始休眠；動物光周期的反應(yīng)主要是調(diào)整代謝活動和進入繁殖期。,.,植物的光周期根據(jù)植物開花所需要的日照長度，可區(qū)分為長日照植物、短日照植物和中日照植物。長日照植物：較長日照條件下促進開花的植物，日照短于一定長度則不能開花或推遲開花。通常需要14小時以上的光照才能開花。例如：菠菜、紫菀。短日照植物：較短日照條件下促進開花的植物，日照超過一定長度便不開花或明顯推遲開花。一般需要14小時以上的黑暗才能開花。深秋或早春開花的植物多屬此類。如牽牛、菊類。中日照植物：花芽形成需要中等日照時間的植物。例如甘蔗。還有一類植物，在什么日照條件下都能開花，稱為日中性植物，如黃瓜等,.,動物的光周期許多動物的行為對日照長短也表現(xiàn)出周期性。鳥、獸、魚、昆蟲等的繁殖，以及鳥、魚的遷移活動，都受日照長短的影響（如延長光照時間，可提高母雞產(chǎn)蛋量）。日照長度對哺乳動物生殖：長日照獸類：某些野生哺乳動物（特別是高緯度地區(qū)的種類）都是隨著春天日照長度的逐漸增加而開始生殖，如雪貂、野兔等。短日照獸類：有些哺乳動物總是隨著秋天短日照的來到而進入生殖期，如綿羊、鹿等。,.,作業(yè)1,喜陽、喜陰植物在結(jié)構(gòu)特征上的區(qū)別？,.,第二節(jié)溫度的生態(tài)作用與生物的適應(yīng),地球上溫度的變化1）地表大氣溫度的分布與變化；2）土壤溫度的變化；3）水體溫度的變化,.,（一）溫度因子的生態(tài)作用溫度與生物生長三基點溫度：最適溫度、低溫限度和高溫限度。在一定溫度范圍內(nèi)，生物的生長速率與溫度成正比。范霍夫定律：指溫度每升高10，化學(xué)過程的速率即加快23倍。公式如下。其中Q10是溫度系數(shù)，t1、t2是溫度，R1、R2為該溫度下某生理過程的速率。,.,溫度與生物發(fā)育有效積溫有效積溫法則：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)。,.,有效積溫法則在實際應(yīng)用中。,1）預(yù)測生物發(fā)生的世代數(shù)。例如，小地老虎（Agrotisypsilon)完成一個時代所需積溫為K1=504.7度，南京地區(qū)統(tǒng)計的該昆蟲發(fā)育的年總積溫為K=2220.9日度，則可發(fā)生的世代數(shù)K/K1=4.54代。實際每年發(fā)生4-5代。,.,2）預(yù)測生物地理分布的北界一種生物分布區(qū)的全年有效總積溫必須滿足該生物完成一個時代所需要的K值，否則該生物就不會分布于此。,.,3）預(yù)報農(nóng)時根據(jù)作物的有效積溫和當(dāng)?shù)貢r令、苗情以及氣溫資料，可以估計該作物的成熟收割期，以便制定整個栽培措施。,.,4）制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物如馬鈴薯約需1000-1600日度，玉米2000-4000，柑橘需4000-4500日度。合理安排作物，適時適地種植，有目的的調(diào)種、引種，合理搭配品種。據(jù)了解，上世紀(jì)80年代，我國貴州、云南、四川、廣西等地大量引進楊梅試種成功。尤其是四川，春季雨量少，夏季雨量較多的自然條件，更適宜楊梅的生長和結(jié)果。定海區(qū)農(nóng)林局林業(yè)站副站長邱立軍告訴記者，晚稻楊梅屬于喬木類，耐寒耐瘠，土壤只要能保證其有效根系在0.5米就可以生長，適應(yīng)能力非常強。四川盆地植被較好，由于北部有高山阻擋冷空氣，越冬條件好，土壤有機質(zhì)豐富，加上四季分明，雨量充沛，氣候宜人，這些都具備種植晚稻楊梅的基本條件。,.,作業(yè)2,有效積溫法則在某種生物研究中的應(yīng)用,.,（二）生物對極端溫度的適應(yīng)低溫的危害臨界溫度：溫度低于一定數(shù)值，生物便會受害。寒害:是指溫度在0以上對喜溫生物造成的傷害凍害: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，芽具有鱗片，器官的表面有蠟粉和密毛，樹皮有較發(fā)達的木栓組織，植株矮小，常呈匍匐、墊狀或蓮座狀；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)：通過休眠來增加抗寒能力。,.,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勢。（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。,.,北極狐,赤狐,大耳狐,Allenslaw,.,動物對低溫的適應(yīng)生理適應(yīng)：增加體內(nèi)產(chǎn)熱量來增強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。行為適應(yīng)：休眠（抗寒）和遷徙（避寒）,.,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，溫度越高對生物的傷害作用越大。高溫對植物的危害：高溫可減弱光合作用，增強呼吸作用，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。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。動物對高溫的忍受能力因種而異，一般哺乳動物不能忍受42度以上高溫；鳥類不能忍受48度以上高溫。,.,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。動物對高溫的適應(yīng)夏眠，穴居，晝伏夜出。,溫度與動物類型,.,（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1000-1200米以下，這個界限的上部為黃山松，是因為在海拔1000-1200米是馬尾松的低溫界限，又是黃山松的高溫界限。,.,.,.,.,（四）變溫與溫周期現(xiàn)象溫周期現(xiàn)象：由于地表太陽輻射的周期性變化產(chǎn)生溫度有規(guī)律的晝夜變化。變溫對生物的影響：生物的生長：植物生長往往要求溫度因子有規(guī)律的晝夜變化的配合干物質(zhì)積累：白天適當(dāng)高溫有利于光合作用，夜間適當(dāng)?shù)蜏厥购粑饔脺p弱，光合產(chǎn)物消耗