第二讲-森林环境学之光

森林环境学,主讲教师:周洲电子邮箱:zhouzhou_caf,光及其生态作用,第二讲,(一)光谱成分及生态作用(二)光照强度的生态作用(三)日照时间的生态作用,（一）光谱成分及生态作用,1.光谱组成,可见光在太阳辐射中，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（photosyntheticallyactiveradiation）。光合有效辐射中的波长约为380760nm，与可见光波段基本相符，对植物有重要意义。红、橙光是被叶绿素吸收最多的部分，具有最大的光合活性。蓝、紫光也能被叶绿素、类胡萝卜素所吸收。光合作用很少利用绿光，绿光主要被叶片透射和反射，不被植物吸收称“生理无效光”。不同波长的光对光合产物的成分也有影响。红光有利于碳水化合物的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。,2光谱成分的生态作用,紫外线UV紫外线能促进维生素D的合成，波长360nm有杀菌作用，在340nm240nm的辐射条件下，可使细菌、真菌、线虫的卵和病毒等停止活动。200300nm的辐射下，杀菌力强，能杀灭空气中、水面和各种物体表面的微生物，这对于抑制自然界的传染病病原体是极为重要的。,红外线1.有热效应2.穿透云雾的能力强,（二）光照强度的生态作用,表示光效应的物理量称为光照强度，简称照度。光照强度是指物体被可见光照明的强度，单位是勒克斯（lx）。在森林生态系统内，光照强度将会自上而下逐渐减弱，由于树冠吸收了大量的光能，使下层植物对日光能的利用受到限制，因此，森林生态系统的垂直分层现象既决定于群落本身，也决定于所接受的光能总量。,光照强度的生态作用,1影响植物叶片的形态2影响植物的发育与结实3植物光合作用的适应4影响动物的行为,生长在黑暗或光照强度很弱条件下的植物，影响叶绿素的形成，叶片呈现黄色和其他变态特征的现象。在植物栽培上，利用这个特点，可栽培韭黄、蒜黄和豆芽菜，也可用培土方法栽培葱白等以提高经济价值。,1影响植物叶片的形态,同一树种，强光下发育的叶片称为阳生叶，弱光下发育的叶片称为阴生叶。一般阳性树种的叶片主要具有阳生叶的特征。耐荫树种适应光照强度的范围较广，树冠的阳生叶和阴生叶分化明显，树冠下或阴性植物的叶片主要具阴生叶的特征，而树冠外围特别是向光处的叶片主要具有阳生叶的特征（表2-1）。,叶片适光变态,光照强度对植物发育的作用表现为对树木花芽分化形成的影响。强光可加强树木生理活动机能，改善树木有机营养，使枝叶生长健壮，花芽分化良好，而且可提高种子产量。树冠内部常因光照强度较弱，开花结实少，种子质量低。光还可改善果实品质，强光可提高果实含糖量及耐贮性，果实着色好。光照充足，可形成较大的根茎比。,2影响植物的发育与结实,树木叶片所吸收的全部太阳辐射，约1%2%通过光合作用转变为化学能贮存在有机物质中，其余转化为热能消耗于蒸散过程，以及用于增加叶温与周围空气进行热量交换。,光合作用,3植物光合作用的适应,光合作用与光照强度的关系,呼吸作用,光合作用率,光合作用率,光强度,光强度,净生产力,光合作用,呼吸作用,A,B,A,B,A,CP,光补偿点,CP,CP,a,b,sp,sp,光饱和点,B,光饱和点(saturationpoint):当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光饱和点。光补偿点(compensationpoint)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处的光强度为光补偿点；,植物的物质积累(Emberlin,1983),sp,陆生植物对不同光照强度的适应产生阳生植物和阴生植物。阳性植物（或树种），该类植物光补偿点的位置较高（a），光合速率和代谢速率都较高，常见种类有蒲公英、蓟、杨、柳、桦、槐、松、杉和栓皮栎阴性植物，该类植物光补偿点位置较低（b），光合速率和呼吸速率都较低。该类植物生长在阴暗潮湿的地方或密林内，常见种类有山酢浆草、连线草、铁杉、紫果云杉和红豆杉、人参、三七、半夏,树木一般都需要在充足光照条件下完成生长发育过程，但是不同树种，尤其是幼龄阶段，对光照强度的适应范围，特别是对弱光的适应能力有明显的差异。根据树种耐荫的程度，可把树种分为喜光树种、耐荫树种和中性树种三类。,树种的耐荫性,树种的耐萌性及其类型,喜光树种也称阳性树种，在全光下正常生长发育，不能忍耐庇荫，在林冠下一般不能完成更新过程。如落叶松、松属（红松、华山松除外），水杉、桦木属、杨树、柳属、栎属（多种）、臭椿、泡桐及草原、沙漠和旷野中的一些树种。,耐荫树种，能够忍耐庇荫，在林冠下可正常更新，甚至有些耐荫树种只能在林冠下完成更新。如铁杉、云杉、冷杉、红豆杉等。,中性树种，需光量介于阳性树种和耐荫树种之间。在全光下生长较好，但亦能忍受一定程度的庇荫；或在生育期随年龄、环境条件不同，表现出不同程度的偏耐荫或偏阳性的特征。其幼苗幼树可在林冠下生长，但不能完成更新全过程。例如红松、水曲柳、椴树和侧柏等。,林冠下能否完成更新过程和正常生长是鉴别树种耐荫性的主要依据。耐荫树种能在喜光树种或本树种组成的林冠下完成更新过程并正常生长，尤其在幼龄阶段要求适当庇荫。如云杉、冷杉等。这类树种属于林冠下更新的树种，林分复层异龄性较强，结构复杂，比较稳定。喜光树种则不能在林冠下完成更新过程和正常生长，只能在迹地、空旷地更新，也称先锋树种，幼树生长需要充足的光照，这类树种多形成单层同龄林，林下即使有同种更新的幼苗幼树也难于生长，相反，往往有耐荫树种的更新，故林分稳定性差。根据树种光补偿点和光饱和点判断树种的耐荫性是现代植物生理生态学常采用的方法。利用现代植物光合作用测定仪，在短时间内可以测定供试植物的光响应曲线，求出光补偿点和光饱和点。,树种耐荫性的鉴别,同一树种而言，其耐荫性取决于树龄、气候、土壤。一般树木幼年耐荫性较强，随着树龄增加，耐荫性逐渐减弱。在湿润温暖的气候条件下，树种耐荫性较干旱寒冷的气候条件强；所以同一树种在其分布区南界表现更耐荫，在其分布区北界，多趋于喜光。生长在湿润肥沃土壤的树种，耐荫性较强，相反生长在干旱贫瘠的土壤，耐荫性较差。,影响耐荫性的因素,日照时间：是指从日出到日落之间太阳照射的时间，日照时数，h。,（三）日照时间的生态作用,光周期现象,Photoperiodism对周期性的、特别是昼夜间的光暗变化及光暗时间长短的生理响应特点。尤指某些植物要求经历一定的光周期才能形成花芽的现象。,植物光周期的发现,美国园艺学家W.W.加纳与H.A.阿拉德。他们在1920年发现，将在美国南部正常开花的烟草（Nicotia-natabacumcv.MarylandMammoth品种）移至美国北部栽培时，夏季只长叶不开花。在北方夏季用遮光办法缩短日照时数到每天14小时以下，也可使它开花。,根据对日照长度的反应差异可把植物分为四种生态类型。（1）长日照植物是指日照长度超过其临界日长才能开花的植物。通常需要14h以上的日照时间才能开花。如落叶松、杨树、柳树、榆树、樟子松、油松、紫菀、凤仙花等。（2）短日照植物是指日照长度短于其临界日长才能开花的植物。一般需要10h以下的日照时间才能开花。如山茶、牵牛花、紫杉等。（3）中日照植物是指昼夜长短比例近于相等才能开花的植物。如甘蔗中的某些品种，开花需要12.5h的日照时间。（4）中性植物是指开花受日照长短影响较小，只要其它条件适宜便能开花的植物。如月季、蒲公英、黄瓜、四季豆、蕃茄等。,日照生态类型,生态学意义,在温带，温度的季节性变化幅度很大，随纬度增高而冬季延长。植物如不能在低温、霜冻到来之前形成种子，就不能繁殖后代。许多植物在长期适应过程中形成了以受气候条件影响较小的昼夜长短来感应季节的本领。,在北半球短日照植物分布在南方，长日照植物分布在北方。短日照可促使植物转入休眠状态，如落叶松、刺槐、柳树和槭树，给予落叶松7个短日照处理，即可诱导落叶松形成顶芽；长日照能促进营养生长，如松、云杉幼苗进行长日照处理，可推迟休眠，提高树高生长量。了解植物对光周期反应的特点，对引种、控制开花、结实和生长甚为重要。一般短日照植物由南向北引种，由于生长季日照时数延长，结果营养生长期增加，易受冻害；长日照植物由北向南引种，虽能生长，但由于生长日照缩短可能提早休眠，发育期延迟，甚至不开花