森林生態(tài)學教案

《森林生態(tài)學》教案開課班級：2012級森林保護專業(yè)?？瓢嗳握n教師：江川2014年3月5日第一章緒論（2學時）教學目的與要求：學生通過學習，能掌握生態(tài)學及森林生態(tài)學的概念，了解生態(tài)學的研究對象、分支學科與研究方法，了解森林生態(tài)學的研究內(nèi)容和范圍及其發(fā)展簡史，理解可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵及森林在可持續(xù)發(fā)展中的作用。教學內(nèi)容：生態(tài)學的概念、研究對象、分支學科、研究方法、研究內(nèi)容及范圍、發(fā)展概況以及森林可持續(xù)經(jīng)營等內(nèi)容。重點與難點：本次課重點是生態(tài)學的概念及其研究方法；難點是生態(tài)學的研究內(nèi)容及范圍、森林的可持續(xù)經(jīng)營。教學方法：講授法、討論法。教學手段：多媒體講解。教學過程：（一）生態(tài)學的研究對象與分支學科1、生態(tài)學的概念：生態(tài)學是研究生物有機體與其周圍環(huán)境（包括生物環(huán)境和非生物環(huán)境）相互關(guān)系的科學。2、研究對象：現(xiàn)代生態(tài)學研究的范疇按生物組織水平分為：分子、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀和全球生態(tài)學；按研究對象分為：動物、植物、微生物生態(tài)學等；按棲息地類型分為：森林生態(tài)學、草地生態(tài)學、海洋生態(tài)學、淡水生態(tài)學等；按與其他學科相互交叉形成的分支學科分為：數(shù)學、化學、生理、經(jīng)濟、進化生態(tài)學等；按生態(tài)學應用的門類分為：農(nóng)業(yè)生態(tài)學、資源生態(tài)學、污染生態(tài)學等；按研究方法分為：理論生態(tài)學、野外生態(tài)學、實驗生態(tài)學等。3、分支學科：生態(tài)學的各個分支分別研究不同的生物學組織水平。個體生態(tài)學：對個體生物或某一物種的生活史以及它們對其環(huán)境的反應進行研究的學科。種群生態(tài)學：對同類生物群（單物種種群）的多度、分布、生產(chǎn)力或動態(tài)進行研究的學科。群落生態(tài)學：對不同生物種形成的某一自然集合的某些方面進行定性或定量分析的學科。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學：同時研究生物群落及其非生物環(huán)境的有關(guān)學科。（二）研究方法：1、野外觀察和定位站2、實驗方法3、數(shù)學模型與數(shù)量分析（三）生態(tài)學的發(fā)展生態(tài)學的發(fā)展可分為經(jīng)典生態(tài)學和現(xiàn)代生態(tài)學兩個時期。其分界線是20世紀60年代。經(jīng)典生態(tài)學經(jīng)典生態(tài)學經(jīng)歷了建立前期和成長期兩個階段。公元前5世紀到公元16世紀是生態(tài)學的萌芽期；20世紀初生態(tài)學有了蓬勃發(fā)展；20世紀30-50年代生態(tài)學已日趨成熟。2現(xiàn)代生態(tài)學現(xiàn)代生態(tài)學的發(fā)展始于20世紀60年代，其發(fā)展特點和趨勢主要有以下幾點：一是生態(tài)學的研究有越來越向宏觀發(fā)展的趨勢，二是系統(tǒng)生態(tài)學的產(chǎn)生和發(fā)展，是生態(tài)學方法論上的突破，三是新興的分支學科不斷出現(xiàn)，四是分子生態(tài)學的興起是生態(tài)學發(fā)展的重要特征，應用生態(tài)學的發(fā)展是現(xiàn)代生態(tài)學的重要特色。（四）森林生態(tài)學的研究內(nèi)容和范圍1、森林生態(tài)學的概念：森林生態(tài)學是研究森林中喬木樹種之間、喬木樹種與其他生物之間，以及與其所處的外在環(huán)境之間相互關(guān)系的學科。2、研究內(nèi)容：個體生態(tài)——研究構(gòu)成森林的各樹木與環(huán)境的生態(tài)關(guān)系；種群生態(tài)——研究森林生物種群的形成與變化規(guī)律；群落生態(tài)——研究研究群落的形成和變化與環(huán)境條件的關(guān)系；森林生態(tài)系統(tǒng)——研究輻射。光合有效輻射的波長約為380-740nm，與可見光波段基本相符，對植物有重要意義。紅橙光是被植物葉綠素吸收最多的部分，具有最大的光合活性，而綠光利用最少。紅光有利于碳水化合物的合成，藍光有利于蛋白質(zhì)的合成。藍紫光和青光對植物伸長及幼芽形成有抑制作用，使其形成矮態(tài)，還能引起植物向光性敏感，并能促進花青素的形成；紅光影響植物的開花、莖的伸長和種子萌發(fā)。光照強度的生態(tài)作用對光合作用的影響：葉片吸收的全部太陽輻射中，約1%-2%用于光合作用，其余轉(zhuǎn)化為熱能消耗與蒸散及用于增加葉溫與周圍空氣進行熱交換。光合速率隨光照強度的增加而增加，直到達到最大值。光補償點：當光合作用吸收的二氧化碳與呼吸放出的二氧化碳相等時的光照強度稱為光補償點（CP）。光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加而增加，光合速率達到光飽和時的光照強度稱為光飽和點（SP）。喜光植物：適應于強光地段的植物，其光補償點和光合速率及代謝速率都較高。耐蔭植物：適應于弱光地段的植物，其光補償點和光合速率及呼吸速率都較低。對葉片的影響：由于葉片所在生境光照強度不同其形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特征往往產(chǎn)生適應光的變異稱為葉片適光變態(tài)。同一樹種，強光下發(fā)育的葉片稱為陽生葉，弱光下發(fā)育的葉片稱為陰生葉。喜光樹種的葉片主要具有陽生葉的特征。對植物發(fā)育的影響：光是光合作用能量的來源，光合產(chǎn)物是植物生長的物質(zhì)基礎。因此，光強關(guān)系到植物體各組織器官的正常發(fā)育。具體表現(xiàn)在對樹木花芽分化的影響：強光可使花芽分化良好，提高種子產(chǎn)量。強光還可提高果實含糖量及耐儲性，促進花青素合成，果實著色好。光照充足，可形成較大根莖比。光照時間的生態(tài)作用光周期現(xiàn)象：指動植物對晝夜長短日變化和年變化的反應。植物的光周期反應主要是誘導花芽形成和轉(zhuǎn)入休眠；動物的光周期反應主要是調(diào)整代謝活動和進入繁殖期。日照生態(tài)類型：根據(jù)對日照長度的反應差異可把植物分為4種類型：一是長日照植物，即日照長度超過其臨界日長才能開花的植物，常需14h以上才能開花，如落葉松、楊、柳、榆等。二是短日照植物，即日照長度短于其臨界日長才能開花的植物，需10h以下日長才能開花，如牽?；?、紫杉等。三是中日照植物，即晝夜長度相近才能開花的植物，開花需12.5h日長。四是中性植物，即開花受日照長度影響較小的植物，如蒲公英、黃瓜、四季豆、番茄等。光周期的影響：光照時間長短影響植物的生長發(fā)育、開花、休眠、地理分布和生態(tài)習性等。樹種的耐蔭性類型：根據(jù)樹種的耐蔭程度，可分為喜光樹種、耐蔭樹種和中性樹種。喜光樹種需在全光下才能正常生長發(fā)育，不耐蔭，林冠下不能更新，如落葉松、水杉、楊、柳等。耐蔭樹種能耐蔭，在林冠下可更新，甚至有些樹種只能在林冠下才能更新，如鐵杉、云杉、冷杉等。中性樹種需光量介于兩者之間，在全光下生長較好，也能忍受一定蔭蔽，如紅松、側(cè)柏、椴樹等。鑒別：林冠下能否完成更新過程和正常生長是鑒別樹種耐蔭性的主要依據(jù)。根據(jù)樹種光補償點和光飽和點判斷樹種耐蔭性是現(xiàn)代植物生理學的常用方法。影響耐蔭性的因素：樹種不同，耐蔭性不同，此外還與樹種的生理狀態(tài)、年齡和生境有關(guān)。同一樹種的耐蔭性取決于樹齡、氣候、土壤等。一般樹木幼年耐蔭性較強，隨著樹齡增加，耐蔭性減弱；在溫暖濕潤氣候下樹種的耐蔭性較干旱寒冷的氣候條件強；生長在濕潤肥沃土壤的樹種耐蔭性較生長在干旱貧瘠土壤的樹種強。作業(yè)與思考題名詞解釋：森林、環(huán)境、生態(tài)因子、光周期現(xiàn)象、光補償點、光飽和點、光合有效輻射。教學后記第二章森林與環(huán)境（4、5、6節(jié)，2學時）教學目的與要求：學生通過學習，能了解溫度對植物的影響及樹種對極端溫度的適應，掌握水分和大氣成分的生態(tài)作用，理解植物對水分脅迫的適應、森林對水分的調(diào)節(jié)作用、大氣污染與植物的生態(tài)關(guān)系等。教學內(nèi)容：溫度的變化規(guī)律、溫度對植物的影響、樹種對極端溫度的適應、水分的生態(tài)意義、植物對水分脅迫的適應、森林對水分的調(diào)節(jié)作用、大氣成分的生態(tài)作用、大氣污染與植物的生態(tài)關(guān)系等。教學重點與難點：本次課的教學重點是溫度對植物的影響、水分的生態(tài)意義、植物對水分脅迫的適應、森林對水分的調(diào)節(jié)作用、大氣污染與植物的生態(tài)關(guān)系。難點是植物對水分脅迫的適應、大氣污染與植物的生態(tài)關(guān)系。教學方法：講授法、討論法。教學手段：多媒體講解教學過程：溫度的變化規(guī)律溫度的空間變化：緯度：緯度每增加1度，氣溫約下降0.5-0.6℃。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。海陸位置：我國大陸性氣候特點顯著，夏季酷熱，冬季嚴寒漫長，溫度年較差大。地形和海拔：巨大山體阻擋氣團運行，影響熱量傳遞和濕潤狀況地區(qū)分配，局部的山谷、盤地影響溫度的晝夜變化規(guī)律，形成霜穴、暖帶，出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象。坡向影響熱量分配，在北半球的南坡空氣和土壤溫度都較北坡高。山地溫度隨海拔升高而降低，海拔每升高100m，氣溫下降0.5-0.6℃，春節(jié)推遲2-2.5天。溫度的時間變化：季節(jié)變化：大陸性氣候區(qū)溫度變化較海洋性氣候區(qū)劇烈，溫帶和寒帶氣溫較熱帶變化劇烈。晝夜變化：一天中，氣溫最低值出現(xiàn)在將近日出的時候，最高值出現(xiàn)在13:00-14:00間。溫度對植物的影響生理代謝：溫度對光合作用和呼吸作用的影響是借助酶和溫度的關(guān)系實現(xiàn)的：在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，反應加快，光合和呼吸作用增強。生長發(fā)育：陸生維管束植物維持生命的溫度范圍在-5-55℃，但在5-40℃間才能正常生長發(fā)育。溫周期現(xiàn)象：植物對溫度晝夜變化和季節(jié)性變化的反應稱為溫周期現(xiàn)象。植物長期適應于一年中溫度、水分節(jié)律性變化，形成與此相適應的植物發(fā)育節(jié)律稱為物候。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)育階段稱為物候期。非節(jié)律性變溫低溫危害：寒害，指氣溫降到0℃以上植物受到的傷害。凍害，指溫度降到0℃以下植物組織冰凍引起的傷害。生理干旱，指冬季或早春土壤凍結(jié)，樹木根系不活動時，如果氣溫過暖，地上部分蒸騰失水，而根系又不能吸水加以補充，時間長了就會枝葉干枯和死亡。高溫危害：皮燒，強光使樹木形成層和樹皮組織局部死亡。根頸灼燒，土表溫度過高，灼燒幼苗根頸。樹種對極端溫度的適應樹種對低溫的適應樹種對低溫的忍耐和抵抗的特性稱為樹種的抗寒性。長期生活在低溫環(huán)境中的植物通過自然選擇，在形態(tài)、生理和行為方面表現(xiàn)出明顯的適應特征。樹種對高溫的適應樹種對高溫的適應性于原產(chǎn)地密切相關(guān)。旱生樹種比中生樹種抗高溫。樹種對高溫的適應主要表現(xiàn)在形態(tài)和生理兩方面。水的生態(tài)意義水是生物體的重要組成部分，植物體內(nèi)一般含水量為60%-80%，風干種子的含水量在6%-10%，一些水果的含水量高達92%-95%。植物的一切代謝活動，養(yǎng)分的吸收、運輸、利用，廢物的排出和激素的傳遞都必須借助于水才能進行。蒸騰作用消耗大量的水分，調(diào)節(jié)緩和了植物體表溫度狀況。植物水分的生態(tài)類型水生植物：沉水植物，整株植物沉于水下；浮水植物，葉片漂浮于水面；挺水植物，植物體大部分挺出水面。陸生植物：濕生植物，不能長時間忍受缺水；中生植物，適于生長在水濕條件適中的生境，介于濕生和旱生植物之間；旱生植物，泛指生長在干旱環(huán)境，能長時間忍耐干旱的一類植物。植物對水分脅迫的適應植物對水分不足的適應避旱植物：以種子或孢子避開干旱的影響。抗旱植物：表現(xiàn)為高水勢延遲脫水耐旱和低水勢脫水耐旱兩種方式。植物對水分過剩的適應：具有氣室、通氣組織、不定根（通氣根）。森林對水分的調(diào)節(jié)作用林冠截留：滴落量、莖流量和穿透雨量之和為林內(nèi)雨量；林冠上方或曠地雨量為林外雨量。林外雨量減去林內(nèi)雨量等于林冠截留量（含降雨期間林冠的蒸發(fā)量）。入滲土壤水：林地土壤結(jié)構(gòu)好，孔隙度大，入滲率高，可減少流量增加植物可利用水量。蒸發(fā)散：土壤水經(jīng)森林植被蒸騰和林地表蒸發(fā)而進入大氣，森林這種作用稱為蒸發(fā)散。地表徑流：降水或融雪強度一旦超過下滲強度，多余水量可能暫時留在地表，當?shù)乇碣A流量達到一定限度時，即向低流動成為地表水匯入溪流，這個過程稱為地表徑流。森林可顯著減少地表徑流。森林涵養(yǎng)水源和保持水土的作用：森林起到貯存降水、補充地下水和緩慢進入河流或水庫、調(diào)節(jié)河川徑流量、在枯水期仍能保持一定水位的作用。這種功能叫做涵養(yǎng)水源。大氣成分的生態(tài)作用二氧化碳的生態(tài)作用：光合作用的原料、溫室氣體。氧氣的生態(tài)作用：呼吸作用的原料。大氣污染與植物的生態(tài)關(guān)系森林受害機制及其癥狀：大氣污染物毒性最大的有氟化氫、二氧化硫、臭氧、氯氣等，它們影響植物的氣孔開閉、光合作用、蒸騰作用、呼吸作用，破壞酶活性，損壞葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。森林受害的環(huán)境條件：風、光照、降雨和大氣濕度、地形。森林的抗性：取決于葉片結(jié)構(gòu)和生理生化特性，抗性由大到小順序為：常綠闊葉樹、落葉闊葉樹、針葉樹。森林的凈化作用：吸收有毒氣體、滯塵作用、殺菌作用、吸收二氧化碳放出氧氣、減噪作用。風與植物的生態(tài)關(guān)系風對植物的影響：影響植物的生長、生理活動和形態(tài)；影響植物繁殖；具破壞力。森林的防風效應：減弱風力，降低風速。作業(yè)與思考題名詞解釋：生理干旱、截留量。簡述樹種抗旱性的機理。指出水生植物的生態(tài)類型。教學后記第二章森林與環(huán)境（7、8、9節(jié)，2學時）教學目的與要求：學生通過學習，能了解土壤與植物的相互影響、地形因子的生態(tài)意義、火對土壤的影響，掌握地形對森林的影響、火對植物的影響和植物的適應，理解火對生態(tài)系統(tǒng)的影響。教學內(nèi)容：土壤對林木的影響、森林對土壤的影響、地形的概念及其生態(tài)意義、地形對森林的影響、火的發(fā)生條件和林火類型、火對土壤的影響、火對植物的影響和植物的適應、火對生態(tài)系統(tǒng)的影響等。教學重點與難點：本次課的教學重點是土壤與植物的相互影響、地形對森林的影響、火對植物的影響和植物的適應。難點是地形對森林的影響、火對植物的影響和植物的適應。教學方法：講授法、討論法。教學手段：傳統(tǒng)教學方式講授。教學過程：（一）土壤對林木的影響1、土壤的物理性質(zhì)與林木的生長（1）母巖：土壤是由母巖分化形成的，母巖影響土壤的理化性質(zhì)，如土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、水分、空氣、熱量、養(yǎng)分和ph值等。（2）土層厚度：土層厚度影響土壤養(yǎng)分、水分和根系分布范圍，所以土層厚度是決定森林生產(chǎn)力的重要因素。土層厚度影響森林組成、結(jié)構(gòu)、林木生長和生產(chǎn)力。（3）土壤質(zhì)地：指組成土壤礦質(zhì)顆粒的相對比例或重量百分比，分為砂土、壤土匯入黏土3類。（4）土壤結(jié)構(gòu)：指土壤顆粒的排列方式或狀況，如團粒狀、塊狀、柱狀、核狀和碎屑狀等。其中，團粒狀結(jié)構(gòu)最為理想，可協(xié)調(diào)土壤水分、空氣、養(yǎng)分的關(guān)系，改善土壤理化性質(zhì)。（5）土壤水分：為林木生長所必須，且養(yǎng)分必需溶于水才能被吸收。土壤水分過多或過少都會抑制植物生長。（6）土壤空氣：影響植物根系呼吸、生理機能和土壤微生物的種類、數(shù)量和分解。（7）土壤溫度：影響植物根系生長、吸水力，制約土壤中生化反應和生物作用速度，間接影響植物生長。2、土壤化學性質(zhì)與林木生長（1）土壤酸堿度：對土壤中各種營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化和釋放、土壤有機質(zhì)的合成和分解、土壤微生物的活動和土壤動物都有重要影響。土壤酸堿度常用PH值表示，分為酸性土（PH﹤6.5）、中性土（PH6.5-7.5）和堿性土（PH﹥7.5）（2）土壤無機元素：包括7種大量元素（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe）和6種微量元素（B、Cu、Zn、Mo、Mn、Cl），主要來源于土壤礦物質(zhì)和有機質(zhì)的分解，腐殖質(zhì)是無機元素的儲存庫，通過礦化過程從腐殖質(zhì)中緩慢釋放無機元素。（3）土壤有機質(zhì)：是由生物遺體、分泌物、排泄物以及它們的分解產(chǎn)物組成，包括非腐殖質(zhì)和腐殖質(zhì)兩類。腐殖質(zhì)是土壤微生物在分解有機質(zhì)時，重新合成的相對穩(wěn)定的多聚體化合物，是植物營養(yǎng)的重要碳源和氮源，也是礦質(zhì)元素的重要來源，是土壤肥力的重要指標。3、土壤生物與林木生長（1）土壤微生物：含土壤中的細菌、真菌、放線菌和藻類，是生態(tài)系統(tǒng)的分解者和還原者，它們使有機質(zhì)腐爛，釋放養(yǎng)分，促進養(yǎng)分循環(huán)；某些細菌和真菌和某些植物根系形成根瘤和菌根，能改善土壤營養(yǎng)狀況。（2）土壤動物：分為大型（體長﹥10mm）、中型（體長在0.2-10mm間）和小型（體長﹤0.2mm）土壤動物，其作用主要是機械粉碎，纖維素和木質(zhì)被爵食后可供微生物再利用。（3）植物根系：根系死亡后可增加土壤下層的有機質(zhì)和陽離子交換，促進土壤結(jié)構(gòu)形成；腐爛后的孔道可改善土壤透氣性，利用重力水下排；根系分泌物和根圍微生物能促進礦物和巖石分化。（二）森林對土壤的影響1、森林土壤的形成與剖面構(gòu)造森林土壤的形成依賴于母巖、氣候、生物、地形和時間五大自然成土因素，還決定于三大特有因素即森林凋落物、林木根系和森林土壤生物。土壤剖面指從地表向下挖掘一直到母質(zhì)的一段垂直剖面。典型的森林土壤剖面從上往下分為O、A、B、C4個層次。O層為枯落物層，A層為腐殖質(zhì)層，B層為沉積層，C為母巖層。2、森林凋落物和死地被物對土壤的影響（1）森林凋落物：一年中凋落到地面的葉、枝、花、果、樹皮及森林其他殘體的統(tǒng)稱。是土壤有機質(zhì)的主要來源。（2）森林死地被物：由森林當年的、累積的凋落物、生物殘骸和某種程度上已分解的有機殘余物組成。含有大量有機質(zhì)、氮和礦質(zhì)元素，是土壤養(yǎng)分的主要來源。（三）地形的概念及其生態(tài)意義地形的概念：是指地球表面的形態(tài)特征。有陸地和海洋之分。陸地地形分為山地、丘陵、高原、平原和盆地5種。實踐中，按地形面積大小分為巨地形、大地形、中地形、