生態(tài)學(xué)生物與光課件

第1部分有機體與環(huán)境

(個體生態(tài)學(xué))

OrganismandEnvironment(IndividualEcology,Autecology)第1部分有機體與環(huán)境

(個體生態(tài)學(xué))

Organisma1第一部分內(nèi)容提要第1章生物與環(huán)境第2章生物與光第3章生物與溫度第4章生物與水第5章生物與土壤第6章生物與營養(yǎng)物具體的生態(tài)因子第一部分內(nèi)容提要第1章生物與環(huán)境具體的生態(tài)因子2第1章生物與環(huán)境1.1環(huán)境與生態(tài)因子1.1.1什么是環(huán)境環(huán)境的概念、類型和分類1.1.2什么是生態(tài)因子概念、分類、生態(tài)因子作用的規(guī)律1.2生物與環(huán)境的相互作用1.2.1環(huán)境對生物的作用1.2.2生物對環(huán)境的反作用1.3生態(tài)因子的限制性作用1.3.1限制因子1.3.2李比希(Liebig)最小因子定律1.3.3耐受限度與生態(tài)幅

謝爾福德耐受性定律(Shelford’slawoftolerance)

生態(tài)幅(ecologicalamplitude)或生態(tài)價(ecologicalvalence)

生物對耐受限度的調(diào)整

生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)及其保持機制第1章生物與環(huán)境1.1環(huán)境與生態(tài)因子3第2章生物與光2.1太陽輻射及其變化規(guī)律2.2光質(zhì)變化對生物的影響2.3光強度變化對生物的影響2.4生物的光周期現(xiàn)象

生態(tài)熱點：臭氧問題第2章生物與光2.1太陽輻射及其變化規(guī)律42.1太陽輻射及其變化規(guī)律

l地球自轉(zhuǎn)時,赤道附近照射的時間長(日周期)l地球公轉(zhuǎn)時,夏天北半球照射的時間長;冬天南半球照射的時間長(季節(jié)周期)l低緯度地區(qū)有較為恒定的熱量,高緯度比低緯度地區(qū)接受的能量更少2.1太陽輻射及其變化規(guī)律

l地球自轉(zhuǎn)時,赤道附近照射的時5太陽輻射光譜主要由短波(紫外線、波長小于380nm)、可見光(波長380-760nm)和紅外線(波長大于760nm)組成,是波長150-4000nm的電磁波。其中,可見光包括紅、橙、黃、綠、青、籃、紫7色,之外的為不可見光(紅外光、紫外光)。太陽輻射中,紅外光占50-60%,紫外光占1%,其余為可見光。波長越長,能量越大;紫外光具殺傷和至癌作用(臭氧層吸收290nm以下的部分,290-380nm部分才能到達地球表面)。太陽輻射光譜主要由短波(紫外線、波長小于380nm)、可見光6植物葉綠素主要吸收可見光中的紅光(760-620nm)和藍光(490-435nm),因此,可見光具有最大的生態(tài)學(xué)意義。植物葉綠素主要吸收可見光中的紅光(760-620nm)和藍光72.2光質(zhì)變化對生物的影響

2.2.1光質(zhì)變化空間變化：短波光隨緯度增加而減少,隨海拔升高而增加。時間變化：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。2.2.2光質(zhì)變化對生物的影響2.2光質(zhì)變化對生物的影響

2.2.1光質(zhì)變化8L對海洋植物的影響—光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性:淺海(幾米處)：紅外光被完全吸收。淺海植物光合色素吸收藍、紅光,與陸生植物很相似;深海：紫和籃光等短波光被反射,只有綠光占優(yōu)勢。深海植物光合色素有效地利用綠光。L對高山植物的影響—對紫外光作用的適應(yīng),發(fā)展了特殊的蓮座狀葉叢;不利于植物散布。L對動物的影響—

不同動物發(fā)展不同的色覺。L對海洋植物的影響—光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性:92.3光強度變化對生物的影響

2.3.1光照強度的變化緯度變化：光照在赤道地區(qū)最大,隨緯度的增加而逐漸減弱。海拔變化：隨海拔高度的增加而增強。坡向、坡度變化：南坡光照比北坡強,坡度小的比坡度大的強。四季、一天變化：夏季及中午最大,冬季及早晚最小。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)變化：自上而下減弱;自清澈靜止至流動混濁而少。(水生植物光合作用的限制)2.3光強度變化對生物的影響

2.3.1光照強度的變化102.3.2光強度與水生植物光補償點：植物光合作用量與其呼吸作用消耗相平衡的光照強度。水生植物在水中的分布與光照強度密切有關(guān)。水的深度影響光照強度,從而影響水生植物的分布。2.3.2光強度與水生植物112.3.3光強度與陸生植物植物光合作用率在光補償點附近與光強度成正比,但達光飽和點后,不隨光強增加。光飽和點：植物光合產(chǎn)物不再增加或增加很少處的光照強度。陸生植物依據(jù)對光強的依賴程度分為：陽性植物、陰性植物和耐陰性植物。陽性植物(cheliophytes)：對光要求比較迫切,只有在足夠光照條件下才能進行正常生長。陰性植物(sciophytes)：對光的需要遠較陽性植物低,光補償點低,呼吸作用、蒸騰作用都較弱,抗高溫和干旱能力較低。2.3.3光強度與陸生植物12耐陰性植物(shadeplant)：對光照具有較廣泛的適應(yīng)能力,對光的需要介于前兩類植物之間。黃花現(xiàn)象(eitiolationphenomenon)：一般植物在黑暗中不能合成葉綠素,但能形成胡蘿卜素,導(dǎo)致葉子發(fā)黃的現(xiàn)象。2.3.4光強度與動物的行為光照強度直接影響動物的行為(取食、交配、洄游等)。晝行性動物(廣光性性動物)在白天強光下活動,夜行性動物(狹光性動物)在夜晚或弱光下活動。耐陰性植物(shadeplant)：對光照具有較廣泛的適應(yīng)132.4生物的光周期現(xiàn)象Garner等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相暗相的交替與長短對植物的開花結(jié)實有很大的影響。植物對自然界晝夜長短規(guī)律性變化的反應(yīng),稱光周期現(xiàn)象(photoperiodism)。光周期不僅植物中普遍存,在動物中也普遍存在。2.4生物的光周期現(xiàn)象Garner等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相142.4.1植物的光周期現(xiàn)象根據(jù)植物對日照長短的反應(yīng),區(qū)分為4種類型：長日照植物(longdayplant)：日照時間超過一定數(shù)值或黑夜小于某一數(shù)字才能開花,否則只進行營養(yǎng)生長,不能開花的植物。如蘿卜、菠菜、牛蒡、鳳仙花、冬小麥、油菜等,在全年日照較長時間里開花。人為延長光照時間可促進提前開花。短日照植物(shortdayplant)：日照時間短于一定數(shù)值或黑夜長于某一數(shù)字才能開花,否則只行營養(yǎng)生長而不開花的植物。通常是早春或深秋植物,如蒼耳、牽牛、菊類、水稻、玉米、高梁、棉花、大豆等。人為縮短光照時間可促進開花。多起源和分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。2.4.1植物的光周期現(xiàn)象15中日照植物(dayintermediataplant):晝夜長度接近相等時才開花的植物,如甘蔗只在12.5h的光照下才開花。僅少數(shù)熱帶植物。中間(日中)性植物(dayneutralplant)：只要其它條件合適,在什么日照條件下都能開花。如黃瓜、四季豆、蒲公英、番茄及番薯等。植物光周期現(xiàn)象對引種馴化和園藝工作中花期調(diào)控的重要性。中日照植物(dayintermediataplant):162.4.2動物的光周期現(xiàn)象根據(jù)光照對動物遷徙、繁殖等行為的影響,區(qū)分為長日照動物和短日照動物

。長日照動物(long-dayanimals)：在溫帶和高緯度地區(qū)許多鳥獸在春夏之際白晝逐漸延長的季節(jié)繁殖后代,稱長日照動物。如雪貂、野兔、刺猬。短日照動物(short-dayanimals)：一些動物只有在白晝逐步縮短的秋冬之際才開始性腺發(fā)育和進行繁殖,稱短日照動物。如綿羊、山羊和鹿等。2.4.2動物的光周期現(xiàn)象17魚類的生殖和遷移與光密切相關(guān)昆蟲的冬眠和滯育主要與光周期的變化有關(guān)(還與溫度、濕度和食物有關(guān))動物光周期現(xiàn)象的應(yīng)用：延長光照可以：增加雞蛋產(chǎn)量;提高魚鮭(salmon-大馬哈魚)的生殖能力。魚類的生殖和遷移與光密切相關(guān)18植物與光●不同波長的光對植物的不同作用●生理有效光與生理無效光●光補償點、光飽和點●陽性植物、陰性植物與中性植物●黃化現(xiàn)象光質(zhì)光強植物與光●不同波長的光對植物的不同作用光質(zhì)光強19總之,光質(zhì)和光強對生物,尤其是植物的生長、發(fā)育、行為和形態(tài)建成等起重要作用;同時生物經(jīng)過長期的進化,形成了多種適應(yīng)策略。總之,光質(zhì)和光強對生物,尤其是植物的生長、發(fā)育、行為和形態(tài)建20植物光周期現(xiàn)象植物光周期現(xiàn)象21生態(tài)熱點：臭氧問題什么是臭氧？為什么臭氧會成為人們關(guān)注的問題？為解決這個問題已經(jīng)采取了哪些措施,成效如何？生態(tài)熱點：臭氧問題什么是臭氧？22臭氧層—地球的“保護傘”距地球表面25-50km處有一臭氧層。臭氧是地球大氣層中的一種微量氣體,它是由三個氧原子(O3)結(jié)合在一起的藍色、有刺激性的氣體。它卻能吸收太陽輻射出的99%的紫外線。就像地球的一道天然保護屏障,使地球上的萬物免遭紫外線的傷害。因此,臭氧層也被譽為是地球的“保護傘”。臭氧層正在減少近年來,北極上空臭氧層也減少了20%。在被稱為是世界上“第三極”的青藏高原,中國大氣物理及氣象學(xué)者的觀測也發(fā)現(xiàn),青藏高原上空的臭氧正在以每10年2.7%的速度減少。根據(jù)全球總臭氧觀測的結(jié)果表明,除赤道外,1978-1991年總臭氧每10年間就減少1%-5%。臭氧層—地球的“保護傘”23英國科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去

10-15年間、每到春天南極上空的臭氧濃度就會減少約

30%,有近

95%的臭氧被破壞。

南極上空的臭氧空洞英國科學(xué)家法爾曼等人在南極哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去10-124臭氧層減少的原因自30年代以來,氟氯碳(CFC)被廣泛用作冰箱、冷凍機。空調(diào)等設(shè)備的制冷劑,聚氨醋泡沫和聚乙烯/聚苯乙烯泡沫中的發(fā)泡劑,氣霧劑制品中的推進劑,電子線路板、精密金屬零部件等的清洗劑及煙絲的膨脹劑等。哈龍則主要用作滅火器中的滅火劑。上述化學(xué)物質(zhì)非常穩(wěn)定,排到大氣中可存留數(shù)十年,甚至100年左右,因此最終會破壞臭氧層。臭氧層減少的原因25臭氧層減少的危害＊皮膚癌患者每年增加30萬,

白內(nèi)障患者每年增長170萬;＊農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降;＊水體浮游生物生長受破壞;＊引起光化學(xué)煙霧污染。

臭氧層減少的危害26保衛(wèi)地球的15年(1985-2000)1985年3月,21個國家的政府代表在奧地利首都維也納簽署了《關(guān)于保護臭氧層的維也納公約》,標志著保護臭氧層國際統(tǒng)一行動的開始。1987年9月16日,24個國家簽署了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》?！蹲h定書》的締約方截止到2002年6月已達到183個,成為最為廣泛接受的國際公約?？茖W(xué)觀測表明,在低層大氣中所有消耗臭氧層物質(zhì)的總濃度自1994年已持續(xù)緩慢下降,而CFC替代品的濃度則不斷上升。這證明《蒙特利爾議定書》所采取的控制措施已初見成效。

保衛(wèi)地球的15年27第1部分有機體與環(huán)境

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OrganismandEnvironment(IndividualEcology,Autecology)第1部分有機體與環(huán)境

(個體生態(tài)學(xué))

Organisma28第一部分內(nèi)容提要第1章生物與環(huán)境第2章生物與光第3章生物與溫度第4章生物與水第5章生物與土壤第6章生物與營養(yǎng)物具體的生態(tài)因子第一部分內(nèi)容提要第1章生物與環(huán)境具體的生態(tài)因子29第1章生物與環(huán)境1.1環(huán)境與生態(tài)因子1.1.1什么是環(huán)境環(huán)境的概念、類型和分類1.1.2什么是生態(tài)因子概念、分類、生態(tài)因子作用的規(guī)律1.2生物與環(huán)境的相互作用1.2.1環(huán)境對生物的作用1.2.2生物對環(huán)境的反作用1.3生態(tài)因子的限制性作用1.3.1限制因子1.3.2李比希(Liebig)最小因子定律1.3.3耐受限度與生態(tài)幅

謝爾福德耐受性定律(Shelford’slawoftolerance)

生態(tài)幅(ecologicalamplitude)或生態(tài)價(ecologicalvalence)

生物對耐受限度的調(diào)整

生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)及其保持機制第1章生物與環(huán)境1.1環(huán)境與生態(tài)因子30第2章生物與光2.1太陽輻射及其變化規(guī)律2.2光質(zhì)變化對生物的影響2.3光強度變化對生物的影響2.4生物的光周期現(xiàn)象

生態(tài)熱點：臭氧問題第2章生物與光2.1太陽輻射及其變化規(guī)律312.1太陽輻射及其變化規(guī)律

l地球自轉(zhuǎn)時,赤道附近照射的時間長(日周期)l地球公轉(zhuǎn)時,夏天北半球照射的時間長;冬天南半球照射的時間長(季節(jié)周期)l低緯度地區(qū)有較為恒定的熱量,高緯度比低緯度地區(qū)接受的能量更少2.1太陽輻射及其變化規(guī)律

l地球自轉(zhuǎn)時,赤道附近照射的時32太陽輻射光譜主要由短波(紫外線、波長小于380nm)、可見光(波長380-760nm)和紅外線(波長大于760nm)組成,是波長150-4000nm的電磁波。其中,可見光包括紅、橙、黃、綠、青、籃、紫7色,之外的為不可見光(紅外光、紫外光)。太陽輻射中,紅外光占50-60%,紫外光占1%,其余為可見光。波長越長,能量越大;紫外光具殺傷和至癌作用(臭氧層吸收290nm以下的部分,290-380nm部分才能到達地球表面)。太陽輻射光譜主要由短波(紫外線、波長小于380nm)、可見光33植物葉綠素主要吸收可見光中的紅光(760-620nm)和藍光(490-435nm),因此,可見光具有最大的生態(tài)學(xué)意義。植物葉綠素主要吸收可見光中的紅光(760-620nm)和藍光342.2光質(zhì)變化對生物的影響

2.2.1光質(zhì)變化空間變化：短波光隨緯度增加而減少,隨海拔升高而增加。時間變化：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。2.2.2光質(zhì)變化對生物的影響2.2光質(zhì)變化對生物的影響

2.2.1光質(zhì)變化35L對海洋植物的影響—光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性:淺海(幾米處)：紅外光被完全吸收。淺海植物光合色素吸收藍、紅光,與陸生植物很相似;深海：紫和籃光等短波光被反射,只有綠光占優(yōu)勢。深海植物光合色素有效地利用綠光。L對高山植物的影響—對紫外光作用的適應(yīng),發(fā)展了特殊的蓮座狀葉叢;不利于植物散布。L對動物的影響—

不同動物發(fā)展不同的色覺。L對海洋植物的影響—光合作用色素對光譜變化具有明顯的適應(yīng)性:362.3光強度變化對生物的影響

2.3.1光照強度的變化緯度變化：光照在赤道地區(qū)最大,隨緯度的增加而逐漸減弱。海拔變化：隨海拔高度的增加而增強。坡向、坡度變化：南坡光照比北坡強,坡度小的比坡度大的強。四季、一天變化：夏季及中午最大,冬季及早晚最小。生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)變化：自上而下減弱;自清澈靜止至流動混濁而少。(水生植物光合作用的限制)2.3光強度變化對生物的影響

2.3.1光照強度的變化372.3.2光強度與水生植物光補償點：植物光合作用量與其呼吸作用消耗相平衡的光照強度。水生植物在水中的分布與光照強度密切有關(guān)。水的深度影響光照強度,從而影響水生植物的分布。2.3.2光強度與水生植物382.3.3光強度與陸生植物植物光合作用率在光補償點附近與光強度成正比,但達光飽和點后,不隨光強增加。光飽和點：植物光合產(chǎn)物不再增加或增加很少處的光照強度。陸生植物依據(jù)對光強的依賴程度分為：陽性植物、陰性植物和耐陰性植物。陽性植物(cheliophytes)：對光要求比較迫切,只有在足夠光照條件下才能進行正常生長。陰性植物(sciophytes)：對光的需要遠較陽性植物低,光補償點低,呼吸作用、蒸騰作用都較弱,抗高溫和干旱能力較低。2.3.3光強度與陸生植物39耐陰性植物(shadeplant)：對光照具有較廣泛的適應(yīng)能力,對光的需要介于前兩類植物之間。黃花現(xiàn)象(eitiolationphenomenon)：一般植物在黑暗中不能合成葉綠素,但能形成胡蘿卜素,導(dǎo)致葉子發(fā)黃的現(xiàn)象。2.3.4光強度與動物的行為光照強度直接影響動物的行為(取食、交配、洄游等)。晝行性動物(廣光性性動物)在白天強光下活動,夜行性動物(狹光性動物)在夜晚或弱光下活動。耐陰性植物(shadeplant)：對光照具有較廣泛的適應(yīng)402.4生物的光周期現(xiàn)象Garner等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相暗相的交替與長短對植物的開花結(jié)實有很大的影響。植物對自然界晝夜長短規(guī)律性變化的反應(yīng),稱光周期現(xiàn)象(photoperiodism)。光周期不僅植物中普遍存,在動物中也普遍存在。2.4生物的光周期現(xiàn)象Garner等人(1920)發(fā)現(xiàn)明相412.4.1植物的光周期現(xiàn)象根據(jù)植物對日照長短的反應(yīng),區(qū)分為4種類型：長日照植物(longdayplant)：日照時間超過一定數(shù)值或黑夜小于某一數(shù)字才能開花,否則只進行營養(yǎng)生長,不能開花的植物。如蘿卜、菠菜、牛蒡、鳳仙花、冬小麥、油菜等,在全年日照較長時間里開花。人為延長光照時間可促進提前開花。短日照植物(shortdayplant)：日照時間短于一定數(shù)值或黑夜長于某一數(shù)字才能開花,否則只行營養(yǎng)生長而不開花的植物。通常是早春或深秋植物,如蒼耳、牽牛、菊類、水稻、玉米、高梁、棉花、大豆等。人為縮短光照時間可促進開花。多起源和分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。2.4.1植物的光周期現(xiàn)象42中日照植物(dayintermediataplant):晝夜長度接近相等時才開花的植物,如甘蔗只在12.5h的光照下才開花。僅少數(shù)熱帶植物。中間(日中)性植物(dayneutralplant)：只要其它條件合適,在什么日照條件下都能開花。如黃瓜、四季豆、蒲公英、番茄及番薯等。植物光周期現(xiàn)象對引種馴化和園藝工作中花期調(diào)控的重要性。中日照植物(dayintermediataplant):432.4.2動物的光周期現(xiàn)象根據(jù)光照對動物遷徙、繁殖等行為的影響,區(qū)分為長日照動物和短日照動物

。長日照動物(long-dayanimals)：在溫帶和高緯度地區(qū)許多鳥獸在春夏之際白晝逐漸延長的季節(jié)繁殖后代,稱長日照動物。如雪貂、野兔、刺猬。短日照動物(short-dayanimals)：一些動物只有在白晝逐步縮短的秋冬之際才開始性腺發(fā)育和進行繁殖,稱短日照動物。如綿羊、山羊和鹿等。2.4.2動物的光周期現(xiàn)象44魚類的生殖和遷移與光密切相關(guān)昆蟲的冬眠和滯育主要與光周期的變化有關(guān)(還與溫度、濕度和食物有關(guān))動物光周期現(xiàn)象的應(yīng)用：延長光照可以：增加雞蛋產(chǎn)量;提高魚鮭(salmon-大馬哈魚)的生殖能力。魚類的生殖和遷移與光密切相關(guān)45植物與光●不同波長的光對植物的不同作用●生理有效光與生理無效光●光補償點、光飽和點●陽性植物、陰性植物與中性植物●黃化現(xiàn)象光質(zhì)光強植物與光●不同波長的光對植物的不同作用光質(zhì)光強46總之,光質(zhì)和光強對生物,尤其是植物的生長、發(fā)育、行為和形態(tài)建成等起重要作用;同時生物經(jīng)過長期的進化,形成了多種適應(yīng)策略?？傊?光質(zhì)和光強對生物,尤其是植物的生長、發(fā)育、行為和形態(tài)建47植物光周期現(xiàn)象植物光周期現(xiàn)象48生態(tài)熱點：臭氧問題什么是臭氧？為什么臭氧會成為人們關(guān)注的問題？為解決這個問題已經(jīng)采取了哪些措施,成效如何？生態(tài)熱點：臭氧問題什么是臭氧？49臭氧層—地球的“保護傘”距地球表面25-50km處有一臭氧層。臭氧是地球大氣層中的一種微量氣體,它是由三個氧原子(O3)結(jié)合在一起的藍色、有刺激性的氣體。它卻能吸收太陽輻射出的99%