能量环境.ppt

1 第2章能量环境 2 一 光的生态作用及生物对光的适应二 生物对温度的适应三 风对生物的作用四 火对生物的影响及管理 3 1 地球上光的分布 一 光的生态作用及生物对光的适应 太阳辐射到地球能量分配 太阳的辐射能的1 20亿 4 2 光质的生态作用和生物的适应 光合有效辐射380 710nm叶绿素的吸收光谱蓝紫光 430 450nm红光 640 660nm不同光质的作用蓝紫光 促进蛋白质合成红光 促进糖合成青光 蓝紫光等短波抑制植物的伸长生长 青蓝紫光使植物向光性更敏感 促进色素形成 紫外线杀菌 损伤生物体 促进VD的合成长波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 5 3 光照强度的生态作用和生物的适应 光照强度的生态作用影响动物的生长发育 蛙卵在有光环境孵化和发育的快些影响动物的体色 影响植物叶绿素的形成黄化现象影响植物细胞的增长和分裂 组织器官的生长和分化影响植物花果的数量和质量 苹果 梨等在强光照下含糖量高耐贮性强 色泽性好 6 1 植物对光照强度的适应 向光性 秋季落叶C4植物和C3植物C4光和能力强 因利用低CO2浓度能力强阳性植物 阴性植物生理差异形态差异 阴 叶子水平 单层阳 叶子多层 7 2 动物对光照强度的适应 适应强光下活动的动物多数鸟类 少数兽类适宜于晚上或弱光下活动的动物家鼠 刺猬 蝙蝠动物开始活动的时间美洲飞鼠在夜幕降临前开始活动 8 4 生物对光周期的适应 生物的昼夜节律生物的昼夜节律 月节律外源性周期 光 温度 和内源性周期 生物钟 生物的光周期现象植物的光周期现象 长日照 短日照 中日照和日中性植物植物光周期的应用 杂交 抗性选育 异地种植动物的光周期现象 9 1 植物光周期 长日照植物 萝卜 菠菜 小麦 凤仙花 牛蒡等 分布温带和寒温带 短日照植物 玉米 高粱 水稻 棉花 牵牛等 分布热带 亚热带 中纬度也有分布 中日照植物 甘蔗等少数热带植物 少数中热带植物 日中性植物 开花不受日照长度 蒲公英 四季豆 黄瓜 番茄 10 2 动物的光周期 长日照动物温带 高纬度鸟兽水貂 刺猬 田鼠 雉短日照动物秋季交配 羊 鹿 麝昆虫滞育 梨小食心虫幼虫在13 14h d全部休眠换毛换羽和迁徙光周期 11 二 生物对温度的适应 一 地球上温度的分布 二 温度与动物类型 三 生物对温度的反应 四 生物对极端温度的适应 五 生物对周期性温度的适应 六 物种分布与环境温度 12 一 地球上温度的分布 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 6 1 逆温现象 盆地等随着高度增加温度增加时间变化日较差 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 1 地表大气温度的分布与变化 13 2 土壤温度的分布与变化 土壤表层温度比气候温度变化剧烈 随土壤深度加深变化幅度减少1m以下无昼夜变化 30m以下无季节变化随土壤深度加深 土壤最高温度和最低温度出现的时间较气温滞后 且与深度成正比温度变化的短周期变化出现土壤上层 长周期变化在较深的位置日变幅减少1 2 出现在12cm 年变幅1 2 229cm中纬度土壤温度的年变化较大 高纬度海拔与积雪有关 14 可长植物的沙漠地区在晴天时土壤与空气温度变化比较 15 3 水体温度的分布与变化 水温的时间变化 变化幅度较气温小海洋日变化 4 15m无昼夜 140m无季节水温的成层现象中 高纬度淡水湖 上湖层 斜温层 下湖层低纬度地区 雨季破坏斜温层表水温变凉和干季斜温层表水温变温海洋 低纬度水域全年 中纬度水域夏季出现 16 温带深水湖水温垂直变化 17 二 温度与动物类型 常温动物内温动物变温动物外温动物 异温动物 体温调节机制介乎变温动物和恒温动物之间 如刺猬 非冬眠期体温能维持相当恒定的状态 冬眠状态下 体温维持在环境温度之上约2 随环境的变化而变化 18 1 酶反应速率与体温阈 温度系数Q10 t 体温时代谢率 t 10 时代谢率 2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冻害 freezeinjury 低于 1 细胞膜破裂酶失活冷害 chillinginjury 0 以上生理活动降低不同物种对低温的耐受性不同 热带丁香气温 6 1 叶子死亡 热带魟鱂水温 10 死亡 小叶蜂可在 30 25 下越冬 19 2 温度和生长发育 发育阈温度 生物学零度 总积温 有效积温 K N T C K 完成某阶段发育总热量 日度N 发育历期 完成某阶段发育需要的天数T 环境平均温度C 发育域温度小麦1 1 6k日度 玉米2 3k日度椰子5k日度日度发育速率 1 N 温度对速度 温度对发育历期 20 有效积温的应用 1 地中海果蝇26 发育需20d 19 5 需41 7d20 26 C 41 7 19 5 C C 13 5 K 250日度2 小地老虎完成1个世代需K1 504 7日度 南京地区对该虫的年总积温统计为K 2220 9日度K K1 2220 9 504 7 4 54代3 计算出某一地区各种害虫发生的世代4 计算出益虫的释放时间 21 3 驯化和气候驯化 春化 vernalization 植物在发芽前需要一个寒冷期 由低温诱导开花 驯化 acclimation 和气候驯化 acclimatization 驯化 acclimation 经过实验诱导生物对新环境的适应 气候驯化 acclimatiztion 在自然界中因气候变化产生对新环境的适应 2 5 34 22 四 生物对极端温度的适应 植物形态结构 油脂 鳞片 粗短弯 匍匐状 厚皮生理适应 细胞内水减少 糖类 脂肪 色素增加动物形态 贝格曼规律 阿仑规律 羽 毛的质量 脂肪层厚度 逆流热交换 鸟脚 生理 鱼类 同工酶调节代谢 小型兽类 非颤抖性产热 褐色脂肪 身体不同部位异温 时间性异温 行为 迁徙 集群 活动位置 1 生物对低温的适应 23 增加产热 对低温的代谢反应冷适应产热多的动物并非是适应好的动物 北极狐 红狐热中性宽 下临界点点温度低几内亚飞狐热中性窄 下临界温度高 24 2 生物对高温的适应 植物形态适应 叶片毛 鳞片 颜色 排列生理适应 细胞内水 代谢强度 蒸腾作用 糖 盐浓度 动物形态适应 羽 毛皮性质和颜色变淡有光泽生理适应 体温有较大的波动幅度 特殊结构行为适应 栖居地点 活动时间 夜出穴居 夏眠 25 五 生物对周期性变温的适应 生物与昼夜变温昆虫的发育历期 加拿大黑蝗35 完成发育5天 自然环境昼夜变温仅需3天植物的产量与品质 在变温中提高动物的活动规律 节律活动物侯 生物与季节变温植物春花秋实动物休眠 换毛换羽 迁徙 回游 繁殖季节 26 六 物种分布与环境温度 生物群落分布与温度带低温的限制作用 致死长江流域马尾松分布上线1000 1200m柑橘不能在北方种植高温的限制作用苹果 梨 桃 小麦不能在南方种植 不开花长江流域华山松分布下线1000 1200m温度与其它生态因子的综合作用 27 三 风对生物的作用及防风林 一 风对生物生长及形态的影响对植物的影响强风能降低植物的生长高度当风速为10m s 1时 树木的高生长量比风速为5m s 1少1 2 比静风区少2 3形成畸形树冠 旗形树 迎客松强风使植物的树皮增厚 叶小而坚硬 减少蒸腾对鸟兽体表特征的影响多风开阔地的鸟兽 致密的外表 羽 毛较短 紧贴体表 有利于当风 丛林或风力小 疏松 长而柔软 28 二 风是传播运输工具传播花粉和种子影响飞行动物类群的地理分布在海岛上 只有最会飞或不会飞的种类才能生存动物物种传播及运输的重要工具休眠期的原虫 迁飞的昆虫 粘虫 粘虫危害河北东北12传播化学信息羽化的蚊子能嗅到高于山谷30 50m地方吹来哺乳动物的气味 飞往吸血 29 三 风的破坏作用对植物机械破坏作用当风速 17m s 1 树枝 树干被折断使作物倒伏减产使植物蒸发量大于跟不吸水量 枯黄直至死亡动物被抛向天空 四 防风林削弱风力 降低风速从狂野吹来的具林缘100m降为68 5m32 防风效果与植物群落的结构 紧密程度 高度 宽度 横断面积等有关 还与风速和风向有关 30 防风林 31 四 火对于生物的影响及管理 林冠火crownfire破坏性大 毁地面全部动 植物 恢复期长地面火surfacefire毁灭幼苗 抗火差植物 对抗火性强的树种有力 32 一 火的生物作用 有益作用 野火吹不尽 春风吹又生促进物质循环促进短叶松 五针松种子释放促进大多数松柏类幼苗生长有害作用破坏生态平衡 改变了群落组成改变土壤的结构和成分 降低保水能力破坏了家园 33 二 防火管理 开展生物工程防火 建立火灾阻隔体系耐火树种 桉树 白杨树 营造防火林河流 农田 公路 铁路开展计划烧除 加强可燃管理加强防火管理 34 蓝 紫 绿 橙 紅 红外线 400500600700波长nm 相对吸收 叶绿素 的吸收光谱 35 阴性植物与阳性植物对光照强度的适应 36 小时 植物光合作用的昼夜变化 37 不同物种对高温的耐受性 水生植物 30 40 旱生植物 50 60 兽类 42 鸟类 46 48 爬行类 45 生活在温泉中的斑鳉 52 38 贝格曼规律 Bergmann srule 内容 高纬度的恒温动物比低纬度的相似种类个体要大 如东北虎颅骨长331 345mm 大于华南虎颅骨长283 318mm 原因 一般认为 动物个体大则相同质量所对应的体表面积就小 对恒温动物来说在竞争中应付体表散热所损失的能量相对较少 在进化选择中是有利的 39 阿仑规律 Allen srule 内容 在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢 耳 鼻 尾均有明显缩短的趋势 原因 寒冷地区对哺乳动物的主要生态问题是保持体温 躯体突出部分缩短可减少散热 对动物在环境中竞争显然是有利的 40 脂肪层加厚 异温性 41 时间性异温 内温动物 变温动物 休眠 适应性低体温外温动物 冬眠 休眠 滞育 42 体温波动幅度大 特殊结构 43 我国粘虫季节性远距离迁飞模式图 44 本章小结 地球上光的分布 水陆分布 维度 海拔生物对光的适应性 1对光质的选择性适应 多数脊椎动物和人可见光 植物380 710nm尤其红光 蓝紫光 2对光照强度的适应 阴性 阳性植物 C4 C3植物 3生物随光照长度的日周期 年周期变化温度对生物的影响 1致死 2有效积温生物低温度适应 形态 植物的芽 叶片常有油脂类 树干粗短 树皮坚厚状 内温动物 贝格曼规律 阿伦规律 45 生理 植物减少细胞中水分 增加糖类 脂肪和色素 内温动物主要增加体内产热量 逆流热交换 局部异温性行为 迁徒和集群 生物对高温的适应植物降低细胞含水量 增加糖或盐的浓度 增加蒸腾作用避免植物体过热 动物适当放松恒温性 贮存热量 升高体温 等夜间再通过对流 传导和辐射等方式将热量释放出去 夜出加穴居式的适应方式 夏眠或夏季滞育 迁移 也是动物渡过干热季节的一种适应 46 许多生物在昼夜变温环境中比在恒温环境中