3-第二部分-植物生态生物与环境-2-能量环境与物质环境2.ppt

植物生态学,李俊清,北京林业大学林学院,第3章能量环境,1.太阳辐射2.生物与环境的相互作用3.能量环境4.物质环境,1.太阳辐射,一、能量来源太阳辐射,太阳以电磁波形式发射辐射能。太阳辐射能的40-50%是可见光谱，其余大部分是红外线，紫外线较少。,地球表面接受的能量并不均匀,二、太阳辐射光谱的生态效应,太阳辐射主要成分紫外线、可见光和红外线光因子的生态意义植物光合作用是地球能量主要固定方式生物生活的环境生命周期的信号生物钟,光质1光合作用：,光因子对生物的影响,生理有效辐射：太阳连续光谱中，植物光合作用利用和色素吸收，具有生理活性的波段称生理有效辐射。生理有效辐射中，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、类胡罗卜素所吸收。绿光为生理无效光,2对植物形态的作用：,短波光，如蓝紫光、紫外线，能抑制植物的伸长生长，而使植物形成矮粗的形态。紫外线能促进花青素的形成。波长短于290nm的紫外线对生物具有伤害作用，被大气O3层吸收。长波光，如红光、红外线，有促进延长生长的作用。,3对植物光合作用产物的影响：,当使短波光占优势并增多氮素营养时，促使碳素朝向氨基酸和蛋白质的合成。当提高光强度并使长波光占优势时，碳素向糖类的转变的过程加强，从而促进糖类的合成。,（一）光强对光合作用的影响,光强,光饱和点：光照强度增加到一定程度后，光合作用增加的幅度逐渐减慢，最后不再随光强而增加，这时的光照强度为光饱和点。光补偿点：当光合作用固定的CO2恰与呼吸作用释放的CO2相等时的光照强度。,光合作用强度,耐荫植物和不耐荫植物的光合作用差异,森林植物的耐阴性,在森林中，多种树木和植物生长在一起，相互遮蔽，不同的树种形成不同的耐阴性，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别。有些树种能适应较弱的光照，另一些树种需在较强的光照条件下，才能正常生长发育。树种耐阴性是指树种忍耐庇阴的能力，即在林冠庇荫下，能否完成更新和正常生长的能力。根据树种耐阴性的差异，可把树种划分为三类：,（1）阳性树种（喜光树种），只能在全光照条件下才能正常生长发育，不能忍耐庇荫，林冠下幼苗不能生长，不能完成更新过程。这些树种有：落叶松、油松、马尾松、樟子松、白桦、杨树、柳树、桉树、相思树、刺槐、臭椿等。（2）耐阴树种，能忍耐庇荫，林冠下可以正常更新，一些强耐阴树种，只有在林冠下才能完成更新过程。这些树种有：云杉、冷杉、杜英、甜槠、白楠、建柏、竹柏、紫杉、红豆杉等。但成年树木在全光照条件下生长良好，甚至可以进行全光育苗（如云杉、冷杉），这与阴性植物不同，所以不能称为“阴性树种”。（3）中性树种，介于以上二者之间的树种，包括范围较广，大多树种属于此类，这些树种有：红松、椴树、榆、水曲柳、杉木、毛竹、侧柏、香樟、榕树等。中性树种对光照的适应特性与耐阴植物相似,（二）光强对形态的影响,光照不足时植物形态：黄化：节间长，叶子不发达，侧枝不发育，植物体水分含量高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。光照较强时：树干较粗，尖削度大，机械组织发达，分枝多，树冠庞大。叶的细胞和气孔通常小而多，细胞壁与角质层厚，叶片硬，叶绿素较少。根系发达，分布较深。,表1不同纬度地区的日照时间单位：h,光周期现象生物对光的生态反应与适应,光周期性：植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应。生物和许多周期现象是受日照长短控制的，光周期是生命活动的定时器和启动器。,植物的光周期,短日照植物如水稻、菊、大豆和烟草等长日照植物如小麦、萝卜、菠菜等中日照植物如甘蔗日中性植物如番茄,植物光周期的反应主要是诱导花芽的形成和开始休眠。,Q：光周期有何实践意义？,动物的光周期,昼夜光周期季节光周期季节性光周期繁殖的光周期昆虫的滞育换毛和换羽动物的迁徙,动物的光周期,季节光周期季节性光周期繁殖的光周期昆虫的滞育换毛和换羽动物的迁徙,三、地表热量平衡与温度,地面的辐射收入太阳直接辐射散射辐射大气逆辐射支出地面辐射地面对太阳辐射的反射,影响地表温度的因素很多,全球地表温度,温度带与植被分布,四、温度因子,温度因子的生态效应生物分布的范围受温度影响生物体内的生物化学过程生物发育与温度密切相关,温度对动物的影响,温度对植物的影响,对植物生长的影响生长期：树木从树液流动开始，到落叶为止的日数。一般植物在035度温度范围内，随温度上升生长加快。对植物发育的影响植物种子只有在一定温度条件下才能萌发。温带和寒温带许多植物种子，还需要经过一段低温期，才能顺利萌发。低温对开花的诱导效应：某些植物的开花结果需要一定时间低温的刺激，这个过程称为春化过程。如冬小麦。,温度对植物的影响,温周期现象植物对温度的日变化和季节变化比较敏感，而且只有在已适应的昼夜和季节温度变化的条件下，才能正常生长。昼夜变温与种子萌发昼夜变温与生长发育,Q：温周期现象有何实践意义？,动物对温度的适应,生理性适应：包括蛰伏、冬眠、降低细胞冰点和减少散热等。形态适应：动物毛皮、羽毛、皮下脂肪冬季加厚，夏季变薄等。行为适应：调节体温的短距离迁移和季节性的长距离迁移等。,动物对温度的进化反应,阿伦法则：来自寒冷气候的内温动物和来自温暖气候的内温动物相比，其趋向有更短的肢体末端（耳和四肢）。,中国南北方几种兽类颅骨长度的比较,贝格曼规律：生活在寒冷地区的鸟类和哺乳动物的个体比温暖地区的个体更大。,有效积温法则,植物在生长发育过程中，必须从环境中摄取一定的热量才能完成某一阶段，而且各个发育阶段所需要的总热量为一个常数N*T=K,昆虫等也符合这一规律，但昆虫的发育是从某个温度开始的（不是0度），只有发育起点温度以上的积温对发育才是有效。N(T-C)=K,Q：有效积温法则有何实践意义？,五、气候图,4.物质环境,水空气土壤生物综合作用,一、水因子,生物起源于水，生物演化90%时间在水中进行，生物体含水60-80%生物生活需要水生物的代谢活动依赖于水陆生生物的热能调节和热能代谢借助于水,生物对水的适应水生植物,沉水植物浮水植物挺水植物,陆生植物,湿生植物中生植物旱生植物,土壤中的水,同种植物对不同水份条件下形态和生理调节,不同水份环境中植物根冠比变化,Q：水因子对植物是环境还是资源？,二、空气因子,陆地生命的环境水生生命的资源能量流动的基础物质循环的载体,大气成分与光合作用,6CO2+12H2O=C6H12O6+6H2O+6O2,植物的光合作用器官：叶、叶面积指数,植物是三维空间的立体结构，叶面积远远大于占据的地表面积。如地表面积80M2，而叶面积315M2。,最佳叶子大小模型,风：重要的生态因素,风的形成：地球表面不同地区，太阳辐射能数量及其被大气层和地表吸收的比例有很大差异，导致大气和近地层温度的不同和大气压差，从而产生大气运动，形成风。,沙尘暴,大气污染,三、土壤因子,陆地生命的基质一些生物稳定的生活环境陆地生态系统的生产物质基础物质循环的重要场所,理想的土壤剖面,土壤质地,砂土壤土粘土,土壤结构,土壤结构组成土壤颗粒排列形式孔隙度大小分布团聚体大小数量,土壤结构类型微团粒结构(10mm),土壤性质,土壤物理性质土壤三相比土壤湿度土壤温度,土壤化学性质PH有机质含量无机元素含