2生态学2能量环境教程文件.ppt

2 能量环境2.1 光的生态作用及生物对光的适应2.2 生物对温度的适应2.3 风对生物的作用及防风林2.4 火作为生态因子对于生物的影响及管理2.1.1地球上光的分布（1）太阳辐射及其光谱组成（2） 地球上光的分布规律2.1光的生态作用及生物对光的适应（2）影响太阳辐射的因素和光的分布规律v影响地表太阳辐射的因素大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向v光质(光谱成分)低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多v日照时间夏季昼长夜短、冬季昼短夜长纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜v光照强度低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱(北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱地球表面的太阳辐射地球表面的太阳辐射地球自转地球绕日公转2.1.2光质的生态作用及生物的适应 植物的生长发育是在日光的全光谱照射下进行的但是，不同光质对植物的光合作用，色素形成，向光性，形态建成的诱导等影响不同 光合作用的光谱范围只是可见光区(380760nm)，其中，红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素的形成有促进作用；蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，这部分辐射称生理有效辐射。

绿光则很少被吸收利用v叶绿素的吸收光谱蓝紫光：430450nm 红光：640660nmv不同光质的作用蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成v青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感v紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的合成v红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和能量代谢有决定性作用光质的生态作用和生物的适应蓝紫绿橙紅红外线400 500 600 700波长nm相对吸收叶绿素的吸收光谱v太阳鱼视力的灵敏峰值为500530nmv绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异v高山植物含花青素、页面积缩小、毛绒发达v影响动物的生长发育v影响动物的体色v影响植物叶绿素的形成黄化现象v影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化v影响植物花果的数量和质量2.1.3光照强度的生态作用及生物的适应（对生物生长发育和形态建成的作用）2.1.3光照强度的生态作用及生物的适应 （植物对光照强度的适应）v植物的向光性v植物秋季落叶vC3植物和C4植物v阳性植物和阴性植物、耐阴植物生理差异形态差异2.1.3光照强度的生态作用及生物的适应 （动物对光照强度的适应）v依活动时间的动物分类v动物开始活动的时间2.1.4 生物对光周期的适应v生物的昼夜节律光的周期性生物的昼夜节律外源性周期和内源性周期v生物的光周期现象植物的光周期现象v植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物v植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植动物的光周期现象v动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义v昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期2.1.4生物对光周期的适应 植物开花对日照长度的反应v长日照植物：小麦、油菜、菠菜、萝卜等（通常在日照时间超过一定数值才开花 ）v短日照植物：菊类、水稻、玉米、大豆、烟草、棉、麻等（通常在日照时间短于一定数值才开花 ）v中日照植物：甘蔗等少数热带植物v日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄（只要其他条件合适，什么日照条件下都能开花） 2.2.1地球上温度的分布（1）大气温度的分布与变化（2）土壤温度的分布与变化（3）水体温度的分布与变化2.2 生物对温度的适应中学气象园平面图20M16M123456789N注:1.风向风速仪2.备用百叶箱3.小百叶箱4.大百叶箱5.雨量筒(器)6.蒸发皿7.日照计8.地表温度场9.地下温度场（1）地表大气温度的分布与变化v空间分布与变化纬度升高1，气温降低0.5沿海地区气温变化小，内陆地区变化大南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.61逆温现象v时间变化日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大 表征温度变化的几个物理量表征温度变化的几个物理量 较差：较差：指一定周期内，温度最高值与最低值之差。

指一定周期内，温度最高值与最低值之差 日较差：日较差：一日内最高温度与最低温度之差一日内最高温度与最低温度之差 年较差：年较差：一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差 绝热与非绝热变化绝热与非绝热变化绝热变化：空气内能变化过程中，绝热变化：空气内能变化过程中，未与未与外界进行热量交换外界进行热量交换非绝热变化：空气内能变化过程中，非绝热变化：空气内能变化过程中，与与外界进行热量交换外界进行热量交换 近地层气温的日变化近地层气温的日变化 极值温度出现的时间极值温度出现的时间 影响气温日较差的因子影响气温日较差的因子 纬度：随纬度增加而减小纬度：随纬度增加而减小季节季节最高气温最高气温最低气温最低气温夏季夏季141415h15h050506h06h冬季冬季131314h14h040405h05h 天气状况：天气状况：陆地海洋陆地海洋裸地覆盖地裸地覆盖地沙土、深色土、干松土粘土、浅色土、潮湿土沙土、深色土、干松土粘土、浅色土、潮湿土 下垫面性质下垫面性质：晴天阴天晴天阴天 近地层气温的年变化近地层气温的年变化 最冷、最热月出现的时间最冷、最热月出现的时间 最热月最热月最冷月最冷月大陆性气候区大陆性气候区季风气候区季风气候区7 7月月1 1月月海洋性气候区海洋性气候区8 8月月2 2月月 地形：凹地地形：凹地平地平地 凸地凸地 季节：夏季季节：夏季冬季，一年中春季气温日较差最大冬季，一年中春季气温日较差最大。

气温的空间变化气温的空间变化 近地层气温的水平分布近地层气温的水平分布 等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西向排列等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西向排列， 气温从赤道向两极逐渐降低气温从赤道向两极逐渐降低 冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大 致凸向极地，而夏季则相反致凸向极地，而夏季则相反 最高温度不位于赤道，冬季在最高温度不位于赤道，冬季在5 510N10N，夏季在夏季在20 20 N N 赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年变化幅度增加变化幅度增加 世界冷极在南极，为世界冷极在南极，为90 90 （乔治峰），热极在索（乔治峰），热极在索马里境内，为马里境内，为63 63 近地气层温度的垂直分布近地气层温度的垂直分布 近地层气温的垂直分布近地层气温的垂直分布 日射型日射型：图中图中1212时时 辐射型辐射型：图中图中0 0时时 上午转变型上午转变型：图中图中0606时时 傍晚转变型傍晚转变型：图中图中1818时时（2）土壤温度的分布与变化v土壤温度与气温相关v土壤温度变化与深度有关v土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关v温度变化周期与深度相关v土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤与空气温度变化比较地面温度和热量收支的关系地面温度和热量收支的关系地面温度变化与地面热量收支示意图地面温度变化与地面热量收支示意图1 1地面温度日变化曲线；地面温度日变化曲线；2 2地面热量支出日变化曲线；地面热量支出日变化曲线；3 3地面热量收入日变化曲线。

地面热量收入日变化曲线TmTm：地面最低温度；：地面最低温度；TMTM：地面最高温度：地面最高温度 一天中地面最高温度、地一天中地面最高温度、地 面最低温度出现在地面热面最低温度出现在地面热 量收支相抵（平衡）的时量收支相抵（平衡）的时 刻 对于北半球而言对于北半球而言, ,一年中一年中 地面最热月温度，一般出地面最热月温度，一般出 现在月或月，地面最现在月或月，地面最 冷月温度一般出现在月冷月温度一般出现在月 或月 土壤温度的变化土壤温度的变化 时间变化时间变化 日变化日变化 日恒温层日恒温层（土温日不变层）土温日不变层）：土壤温度日较差为零时的深度土壤温度日较差为零时的深度 日恒温层深度：日恒温层深度：一般深度约为一般深度约为40408080，平均为，平均为6060 日恒温层的影响因子：日恒温层的影响因子：纬度、季节、土壤热特性纬度、季节、土壤热特性 土温垂直分布土温垂直分布 日垂直分布日垂直分布 日射型日射型（受热型）受热型）：土壤温度垂直分布土壤温度垂直分布图中图中1313时时 辐射型辐射型（放热型）放热型）：图中图中0101时时 上午转变型上午转变型（由辐（由辐射型向日射型过渡射型向日射型过渡）：图中图中0707时时 傍晚转变型傍晚转变型（由日射型向辐射型过渡（由日射型向辐射型过渡）：图中图中1919时时（3）水体温度的分布与变化v水温的时间变化变化幅度较气温小不同深度水体的日变化不同深度水体的年变化v水温的成层现象水温分层：上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层春季环流和秋季环流低纬度地区：雨季和干季海洋：低纬度水域、中纬度水域温带深水湖水温垂直变化 水体温度的变化水体温度的变化 时间变化时间变化 日变化日变化： 水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后151516h16h，最低温度，最低温度出现在日出后的出现在日出后的2 23h3h内。

内 年变化年变化： 水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在8 8月，最低温度则出月，最低温度则出现在现在2 23 3月 日、年较差：日、年较差：均小于陆地均小于陆地 位相位相： 一年中最高温度和最低温度出现的时间，大一年中最高温度和最低温度出现的时间，大约每深入约每深入6060落后一个月落后一个月 垂直变化垂直变化 琵琶湖水温的垂直分琵琶湖水温的垂直分布布 夏季：夏季：水表层趋于等温分水表层趋于等温分布在等温层以下有一个跃布在等温层以下有一个跃变层跃变层以下是等温层变层跃变层以下是等温层 冬季：冬季：水温的垂直分布水温的垂直分布几乎呈等温状态当水面几乎呈等温状态当水面温度降到温度降到44以下时，表层以下时，表层冷水不再下沉，使水面以冷水不再下沉，使水面以下的水温在下的水温在44左右 2.2.2温度与动物类型v常温动物v变温动物v外温动物v内温动物（1）酶反应速率与温度阈（2）生物发育和生长速率（3）驯化和气候驯化2.2.3 生物对温度的反应（1）酶反应速率与温度阈温度系数Q10高温对生物的伤害高温的伤害：蛋白质(酶)变性、有机体脱水不同物种对高温的耐受性不同低温对生物的伤害低温的伤害：冻害（freeze injury）、冷害 (chilling injury)不同物种对低温的耐受性不同生物的抗寒锻炼（2）生物发育和生长速率v发育阈温度(生物学零度)v总积温(有效积温)：K=N(T-C)v发育历期和发育速率效积温法则 ：KN（TC） K代表该生物所需的有效积温，它是个常数；T为当地该时期的平均温度，；C为该生物生长活动所需最低临界温度（生物零度），；N为天数，d。

例1： 地中海果蝇在26下，20 d内完成生长发育，而在19.5则需要41.7d求它的生长发育最低临界温度 20（26C）41.7（19.5C） C13.5K250d例2： 棉花从播种到出苗，当日平均温度为15时需要15d才能出苗，当日平均温为20，只要7d就能出苗15（15C）7（20C）C10.6K15（1510.6）66d 同样，昆虫或是鸟类卵的孵化，不仅需要发育的最低温度（生物零度）而且还需要一定的有效积温 发育速度V，应是N天数的倒数，即V1/N KN（TC）K/NTCT= K/N+ C T= KV+ C有效积温的意义： 有效积温及以上双曲线关系，在农业生产上有很重要的意义，全年的农作物茬口安排必须根据当地的平均温度和每一作物所需的总有效积温；否则，将是十分盲目一种可能是土地得不到充分利用，另一种可能是作物尚未成熟面低温已经降临，甚至可能颗粒无收 积温在农业生产的应用（1）鉴定各地的热量资源（常用年活动 积温）；（2）。