第二章森林环境

第二章 森林环境 一、环境的概念及其类型n 环境（ environment）是指生物（个体或群体）生活空间的外界自然条件的总和。包括生物存在的空间及维持其生命活动的物质和能量。 n 森林环境（ forest environment）是指森林生活空间 (包括地上空间和地下空间 )外界自然条件的总和。包括对森林有影响的种种自然环境条件以及生物有机体之间的相互作用和影响。环境的类型 按环境的 范围大小 ，可将环境分为 :宇宙环境、地球环境、区域环境、生境、微环境和体内环境。 l1.宇宙环境 （ space environment）是指大气层以外的宇宙空间。也有人称之为星际环境或空间环境。 l2.地球环境 （ global environment）是指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈，又称为全球环境。 大气圈是指地球表面的大气层。它的厚度虽然有 1000km以上，但直接构成植物气体环境的对流层厚度只有约 16km。 水圈是指地球表面的海洋、内陆淡水水域及地下水等。 岩石圈是指地球表面 30 40km厚的地壳。 生物圈（ biosphere）是指地球上生活物质及其生命活动产物所集中的部位。包括整个水圈、土壤圈、岩石圈上层（风化层）及大气圈下层（对流层）。根据生物分布的幅度，生物圈的上限可达海平面以上 10km的高度，下限可达海平面以下 12km的深处。生物圈中的植物层称为植被。植被占地球上总生物生产量的 99。土壤圈是指岩石圈表面风化壳上发育的土壤。 l3.区域环境 （ regional environment）是指占有某一特定地域空间的自然环境。 l4.生境 （ habitat）是指植物或群落生长的具体地段的环境因子的综合。 l5.微环境和体内环境 （ micro-environment and inner environment）。微环境是指接近植物个体表面，或个体表面不同部位的环境。 按环境的 主体 分人类环境和生物环境。 l人类环境 是以人为主体，其它的生命物质和非生命物质都被视为人类环境要素。 l生物环境 是以生物为主体，生物体以外的所有环境要素均称为生物环境。 按环境的 性质 分人工环境、自然环境、社会环境。 l 人工环境 也称半自然环境，广义地讲包括所有的栽培植物，引种驯化及农作物所需环境和人工经营森林、草地、绿化造林，甚至自然保护区内一些控制、防治等措施。 狭义地讲，人工环境指在人为控制下的植物环境。 l 自然环境 就是指前述的环境。 l 社会环境 一般指人类社会的经济状况、文化、宗教等。 二、生态因子概念及分类生态因子（ ecological factors）指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接和间接影响的环境要素。对森林产生各种影响的环境因子称 森林生态因子 。生态因子中生物生存所不可缺少的环境条件也称为生物的生存条件。所有生态因子构成生物的生态环境（ ecological environment） 生态因子的分类 l一般根据生态因子的性质将其归纳为五类： l气候因子：光能、空气、水、风、雷电、气压等； l土壤因子：土壤结构、土壤的理化性质和土壤生物等；l地形因子：地表起伏、地貌、山体海拔、坡向、坡度、坡位； l生物因子：生物间各种相互关系和生物对环境的影响； l人为因子：三、生态因子作用的一般特征 l1. 综合性 l生境是由许多生态因子构成的综合体，因而对植物起着综合生态作用。环境中各个生态因子不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。一个因子变化会引起另一个因子不同程度的变化。一个因子的生态作用需要有其它因子配合才能表现出来，同样强度的因子，配合不同，生态效应不同。不同生态因子的综合，可产生相似或相同的生态效应。 l2 非等价性 l组成生境所有的生态因子，都是植物直接或间接所必需的，但在一定条件下必然有一个或两个是起主导作用的，这种起主要作用的因子就是主导因子。 l植物的生存条件，即光、热、水、空气、无机盐类等因子，对植物的作用虽不是等价的，但同等重要而且不可缺少，若缺少任一生态因子，植物的生长发育受阻，且任一因子都不能由另一因子所取代。但在一定的条件下，某一因子量的不足，可由另一因子增加而得到调剂，仍会获得相似的生态效应。 l3 不可代替性和互补性 l4 限定性 l生物生长发育不同阶段中往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。 l5 直接作用性与间接作用性四、光因子1、光的性质光是以电磁波的形式投射到地表的辐射线。主要波长范围在 150 4000nm。分为可见光和不可见光。可见光波长为 380760nm。波长小于 380nm 的是紫外光，波长大于 760nm 的是红外光，紫外光和红外光是不可见光。光通过大气层后，一部分被反射，一部分被大气层吸收，只有一部分投射到地球表面。 2、 光谱成分对植物的作用 光主要由紫外线、可见光和红外线三部分组成 。 紫外线能抑制植物的生长 。 红外线促进植物的生长和发育，提高植物体的温度 。 可见光是植物色素吸收利用最多的光波段 。 在太阳辐射中，植物光合作用和色素吸收，具有生理活性的波段称生理有效辐射或光合有效辐射 （ photosynthetically active radiation）。红光有助于叶绿素的形成，促进 CO2的分解与碳水化合物的合成，影响植物的开花、茎的伸长和种子萌发；蓝光有助于有机酸和蛋白质的合成；绿光及黄光则大多被叶子所反向或透过，很少被利用；青蓝紫光能引起植物向光的敏感性，促进剂花青素等色素的形成。 3、光照强度对植物的影响n 光合作用光合作用吸收 CO2与呼吸作用放出 CO2相等时的光照强度称为光补偿点 。光合速率达到光饱和时的光照强度称为光饱和点。根据光饱和点和光补偿点的不同，可将树种分为 3种不同的生态类型：n 喜光树种也称阳性树种，光饱和点和光补偿点都比较高，只有在全光照条件下才能正常生长发育。常见落叶松属、桦木属、松属、杨属等。 n 耐荫树种，光饱和点和光补偿点都比较低，在较弱的光照条件下比在全光照下生长良好。云杉、冷杉、人参。n 中性树种，介于上两者之间。在幼年期能忍耐一定程度的庇阴，但随着年龄的增长而耐阴力减小，对光照的需要越来越大，但能忍耐一定程度的侧方庇阴。如红松，华山松、榆属、侧柏等。 3、光周期对植物的影响n 光周期现象是指植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应。 n 根据植物对光周期的不同反应，可将植物归纳为 4类： n 长日照植物：植物开花之前的一段时间内，每日日照时数进过某一临界值（ 14h）才能正常开花。杨树、柳树、榆树、樟子松。n 短日照植物：每日日照时数少于某一临界值（ 12h）才能正常开花。菊花、烟草、牵牛。n 中日照植物：只有当昼夜长短相当时才能正常开花。甘蔗。n 中性植物：对光照与黑暗的长短没有严格的要求，只要发育成熟，无论长日照还是短日照条件都能正常开花结实。棉花、番茄等很多蔬菜和一些四季开花的花卉。 五、温度因子1、温度对植物生理代谢的影响光合作用、呼吸作用、蒸腾作用2、温度对生长发育的影响陆生维管束植物维持生命的温度范围从 -5 55 ，但在 5 40 间才能正常生长和具有繁殖能力。种子发芽。温带和寒温带许多植物种子需要经过一段低温期，才能顺利萌发。另外，变温也对种子萌发有利。多数植物在 0 35 的温度范围内，温度上升 ,生长加速。 3、节律性变温对树木的影响n 节律性变温包括昼夜变温和季节变温。n 昼夜变温指一天内温度的昼夜变化，它对植物生长、发育和产品质量影响很大。一定范围内，昼夜温差较大，对植物生长、品质影响良好。n 植物长期适应于一年中温度、水分节律性变化，形成与此相适应的植物发育节律称为物候。发芽、生长、现蕾、开花、结实、果实成熟、落叶休眠等生长发育阶段称为物候期。 4、非节律性变温对树木的影响（ 1） 低温危害 寒害 又称冷害，指气温降至 0 以上植物所受到的伤害。 冻害 温度降低到冰点以下，植物组织发生冰冻而引起的伤害称冻害。 冻举 又称冻拔 ,由土壤反复、快速冻结和融化引起。 冻裂 :多发生在日夜温差大的西南坡上的林木。生理干旱 （ 2） 高温危害 n 皮烧 :强烈的太阳辐射，使树木形成层和树皮组织局部死亡。n 根颈灼伤 :土表温度增高，灼伤幼苗根茎。5、温度与植物分布 n 根据植物对温度变幅的适应能力将植物分为广温植物和窄温植物两大类。 n 广温植物能适应较大的温度变幅，如松、桦、栎能在 -5 55 温度范围内生活。 n 窄温植物又分为高温窄温植物和低温窄温植物。 地球上的温度是成带分布的，植物也随着温度变化构成不地球上的温度是成带分布的，植物也随着温度变化构成不同类别，每个带内都有其相应的植物和植被类型，高山随同类别，每个带内都有其相应的植物和植被类型，高山随着海拔升高，温度逐渐降低，构成垂直地带分布。着海拔升高，温度逐渐降低，构成垂直地带分布。六、水分因子1水分在生命活动中的意义n 水是蛋白质的主要成分；n 水是代谢过程的反应物；n 水分是植物对物质吸收和运输的溶剂；n 水分保持植物的固有姿态； 2、植物适应水分的类型根据树木对水分条件的适应情况，可分为三类：旱生树种：在长期的干旱条件下，能忍耐水分不足，维持正常生长发育的树种为旱生树种，如樟子松，蒙古栎等等。植物适应旱生条件的主要方式有三方面： a. 通过降低水势和扩大根系来改进从土壤中吸收水分的能力； b. 及时关闭气孔以减少水分的散失，利用角质层防止水分蒸发，同时缩小蒸腾面积； c. 在植物体内贮存水分并提高疏导能力，因此，旱生植物具有如下特征：渗透压高、根系发达和叶器官退化，不发达。湿生树种：即生长在土壤含水量很高，甚至水分过高，大气湿度较大的环境中的植物，如赤杨，柳树，落叶松等中生树种：即生长在中等水湿条件下，不能忍受过湿的水分条件，大部分森林植物属于此类。 3.森林对水分循环中的作用地球上的水分循环可分为两部分即水分大循环和水分小循环。所谓 水分大循环 是指海洋蒸发的水汽有一部分经大气环流输送到大陆，并成为降水，大陆上的降水一部分蒸发成水汽，一部分渗入土中，一部分又经河流流回海洋，这种海洋与大陆之间的水分交换称为大循环。 小循环 是指海洋或陆地水蒸发后凝云致雨，并复归原来的海洋与陆地。 森林在水分循环中起着 收与支 的作用。收 指林地的蓄水作用；支 指林木的蒸腾作用。七、大气因子大气是指地球表面到高空 1110km或 1400km范围内的空气层。1、大气的组成及其生态意义干洁空气中，氮：含量最多（ 78%）是生物体的基本成分；氧：含量第二（ 21%）是人类和一切生物维持生命活动必需的物质；二氧化碳： 0.032%，光合作用的重要原料，对地面有保温作用；以及一些氢、氖、氦、臭氧等稀有气体。2、风对树木的影响有利影响：降低空气温度和湿度，提高树木的蒸腾速率；降低高温生境 树木的温度；有利于促进水分、矿物质的运输；影响树木繁殖。不利影响：风较大时蒸腾作用过分加强，耗水过多，光合生产受到抑制；导致落花、落果现象的发生；对林木产生强烈的破坏作用。八、土壤因子1、土壤母质对树木的影响 在相同气候和地形条件下，不同土壤母质会形成具有不同理化性质特点的土壤，最终体现在不同的森林类型的分布和生长发育上。2、 土层厚度 对森林的影响土层厚度影响土壤养分、水分总贮量和根系分布的空间范围。 3、 土壤质地 和土壤结构对森林的影响组成土壤矿质颗粒的相对比例或重量百分比称为土壤质地。根据质地可将土壤区分为砂土、壤土和粘土三大类。土壤结构是指土壤颗粒排列的状况，如团粒、片状、柱状等，团粒结构是对林木生长最有利的土壤结构。 4、土壤水气条件和土壤温度对森林的影响、土壤水气条件和土壤温度对森林的影响土壤水分不仅为植物本身不可缺少，而且林木所需要土壤水分不仅为植物本身不可缺少，而且林木所需要的养分只有溶于水中才能被垦荒运输到树体各个部分。的养分只有溶于水中才能被垦荒运输到树体各个部分。 土壤空气影响根系呼吸、生理机能、和土壤微生物的土壤空气影响根系呼吸、生理机能、和土壤微生物的种类、数量和分解。种类、数量和分解。 土温直接影响植物根系生长、吸水力，从而影响全株土温直接影响植物根系生长、吸水力，从而影响全株生长。土温还制约着土壤中多种理化和生物作用的速度，生长。土温还制约着土壤中多种理化和生物作用的速度，从而间接影响植物生长。从而间接影响植物生长。5、森林对土壤的影响、森林对土壤的影响枯落物和森林活体对土壤性质的影响，以及森林在矿枯落物和森林活体对土壤性质的影响，以及森林在矿质元素循环中的作用。质元素循环中的作用。 九、地形因子n 地形是间接的生态因子，它通过对光、温度、水分、养分等的重新分配而起作用。n 海拔：海拔影响温度和水分条件的变化。n 坡度：影响土层厚度、水分截留、土层养分等因子。n 坡向：山坡的光、温、水分状况还与坡向有关。n 坡位：一般从上坡到下坡光照强度递减，而土层厚度、土壤肥力、土壤水分和空气湿度递增，森林生产力也递增。十、生物因子n 1、森林植物间的关系n 森林植物之间存在有相互有利或不利的关系，或对一方在害或相互有害，这种利害关系可能发生在种内个体间，也可能发生在种间。n 直接关系：n （ 1）寄生关系。菟丝子（寄生于赤杨、柳树、杨树等树种上）n （ 2）附生关系。一种植物的器官成为另外一些较小植物园居住地。苔藓、地衣和一些蕨类植物。n （ 3）共生关系。副科植物和根瘤菌n （ 4）根系连生。大多发生在同一树种