生物与环境因子的作用及适应光温度

一．光因子生态作用及生物适应二、温度因子生态作用及生物生态适应三．水因子生态作用及生物适应四、土壤因子生态意义及生物适应第四节生态因子生态作用及生物适应1/48

一、光因子生态作用及生物适应光生态意义及其性质光改变对生物影响以光为主导因子生物生态类型怎样提升植物光能利用率2/481、光生态意义及其性质1）太阳辐射生态意义：太阳辐射是地球上一切生物能量源泉，为维持生命环境创造了必要条件；是生物一个主要生态因子，对植物生态作用是由光强、光照时间、光谱组成三者对比关系组成；光能条件直接影响植物生物学产量，因为光是一切绿色植物进行光合作用能量起源；光因子还是生命活动周期性节律触发器。3/48

2）光性质a、太阳辐射:太阳表面以电磁波形式不停释放能量，其中抵达地球表面能量仅为太阳辐射总量1/22亿。4/48

光效应:米烛光或勒克司(Lux)，普通以1卡/cm2/分钟=7万米烛光=7万勒克司(Lux)来换算。

太阳常数(表示太阳辐射能量物理量)

定义为：在地球距离太阳1个天文单位处，且没有大气吸收情况下，垂直于太阳光线每1cm2、1min（分钟）内所接收辐射量，普通采取：1.95卡/厘米2/分钟（1.95卡/cm2/min）.因为太阳周期性活动，该数值可能有1~2%改变。5/48b、光谱组成：红外光(>760nm热效应)51%，可见光(380-760nm)40%，紫外光（<290nm）9%生理有效光辐射：红橙光(620-760nm)叶绿素a，有利于碳水化合物形成；兰紫光（490-435nm）叶绿素b，有利于蛋白质形成。6/48光谱组成在时间和空间上改变规律随空间发生改变普通规律是：短波光随纬度增加而降低，随海拔升高而增加。在时间改变上：冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多。在水体中，红外光仅在几米深处就会被完全吸收；紫和蓝色等短波光轻易被水散射，不能潜入刀痕深深海水中；在较深水层中只有绿光占有较大优势。7/48c、日照长度：主要指天天太阳可照时数，即昼长。

除两级外，春分秋分全球都是昼夜分；日照长度在不一样纬度和季节里是有规律地改变：在纬度为零赤道附近，终年昼夜等分；在高纬度地带，随纬度增高，昼夜长短改变增大，纬度越高，夏六个月昼越长，也越短；冬六个月夜越长，昼越短。在北极地域则夏季全是白天，冬季全是黑夜，即出现极昼极夜现象。8/483)影响地表太阳辐射原因a.大气圈对太阳辐射减弱作用b.太阳高度角对太阳辐射强度影响(0°-90°)c.日照长度改变d.地形原因影响：朝向、坡度、海拔高度e.不一样生境对太阳辐射影响9/48

２．光改变及生物适应

１）光照强度生态作用及生物适应

10/48a．光强对生物生长发育和形态建成有主要作用

光照强度对植物细胞增加和分化、体积增加和重量增加有主要影响，光还促进组织和器官分化，制约着器官生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上正常百分比。

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b．光照强度与水生植物光穿透性限制着植物在海洋中分布，只有在海洋表层透光带(euphoticzone)内，植物光合作用量才能大于呼吸量。在透光带下部，植物光合作用量刚好与植物呼吸消耗相平衡之处，就是所谓赔偿点。假如海洋中浮游藻类沉降到赔偿点以下或者被洋流携带到赔偿点以下而又不能很快回升表层时，这些藻类便会死亡。

12/48c．植物对光照强度适应类型不一样植物对光强反应也是不一样。阳地植物适应于强光照地域生活植物称阳地植物，这类植物赔偿点位置较高，光合作用速率和代谢速率都比较高。阴地植物适应于弱光照地域生活植物称阴地植物，这类植物光赔偿点位置较低，其光合速率和呼吸速率都比较低。阴地植物多生长在潮湿背阴地方或密林内。13/48图中光合作用率(实线)和呼吸作用率(虚线)两条线交叉点就是所谓光赔偿点，此处光照强度是植物开始生长和进行净生产所需要最小光照强度；今后，光合作用强度随光照强度增加而增加；抵达一定强度后，倘若继续增加光强，光合作用效率不再提升，这一点称之为光饱和点。

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２）光质生态作用及生物适应：对植物：红橙光（主要被叶绿素吸收，促进碳水化合物形成）、蓝紫光（主要被叶绿素和类胡萝卜素吸收，促进蛋白质合成）为生理有效光。绿光极少被吸收利用，称为生理无效光。对动物：可见光影响动物生殖、迁徙、羽毛更换、生长、发育等。紫外光含有致死作用。15/48

3)生物对光周期适应①昼夜节律：大多数生物活动表现出昼夜节律，即24h循环一次现象。动物行为习性常表现出显著昼夜节律，植物光合作用、蒸腾作用也表现出有规律昼夜改变。②光周期现象：生物对白天黑夜相对长度反应称为光周期现（photoperiodism）。生物光周期现象常表现在：日照长短与植物开花、种子萌发、地下部分生长、动物生殖、休眠等。16/48植物光周期现象：即植物开花对日照长度反应。常依据植物开花对日照长度反应类型将植物分为：长日照植物、短日照植物、中日照植物及中间性植物。

17/48美国科学家加纳尔（W.W.Garner,1920年）等人为假定以12小时为长日照植物和短日照植物是否开花临界日长，即诱导长日照植物开花所需最短日照时数，或诱导短日照植物开花所需最长日照时数，并假定每日在短于12小时日照下才开花植物叫做短日照植物（short-dayplant）；每日在长于12小时日照下才开花植物叫做长日照植物（long-dayplant）；要求昼夜长短靠近于相等时才开花植物称为中日照植物。18/48动物光周期现象在脊椎动物中，鸟类光周期现象最为显著，很多鸟类迁徙都是由日照长短改变所引发。一样，各种鸟类每年开始生殖时间也是由日照长度改变决定。鸟类生殖腺年周期发育是与日照长度周期改变完全吻合。日照长度改变对哺乳动物换毛和生殖也含有十分显著影响。

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3.以光为主导因子划分植物生态类型比较以光为主导因子划分植物生态类型特征：1)依据植物对光强适应:阳生植物、阴生植物（生境、形态、结构、生理功效）2)依据植物对日照长度适应:长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间植物（各自特点）

思索：谈谈光对植物生态作用及植物对光适应。

20/48二、温度因子生态作用及生物生态适应1、地球上环境温度分布及其改变规律2、温度生态作用3、极端温度对生物影响及生物适应4、温度与生物地理分布5、物候节律21/48

1、地球上环境温度分布及其改变规律决定地球上温度分布主要原因是：入射太阳辐射和地球表面水陆分布。环境温度改变幅：水环境：淡水湖水温大于0ºC，海洋不低于-2.5ºC。大洋海水温度最高纪录时36ºC，朝间带或小型淡水湖泊水温可达40-45ºC。水环境温度变幅普通只有40-45ºC。大陆气温：大陆上最低气温统计是-88.3ºC(南极大陆)，沙漠中夏季中午最高气温统计可达60-80ºC。大陆温度变幅可达130-150ºC。22/48

温度在空间上改变：温度随纬度不一样改变（水平改变）

年均温20℃，最热月10℃，极地划分热带、温带和寒带；北半球纬度每增加1℃，年平均气温下降0.5℃

随海拔高度不一样改变（垂直改变）

海拔高度每增加100米，气温降低0.5-1℃；山坡不一样坡向，热量分配不均匀，坡向气温差异伴随海拔高度增加而降低。23/48

温度随时间改变昼夜改变：温度日较差(日变幅)：指昼夜间最高气温与最低气温差值，是气温日改变量度。海洋水温昼夜改变不超出4℃，随深度增加，变幅降低，15米以下，无昼夜改变；大陆气温昼夜变幅普通为17℃，沙漠带最高可达40℃。

季节改变：温度年较差(年变幅)：指一年内最热月与最冷月平均温度差值，是温度季节改变主要指标，其大小受纬度与海陆位置、地形等许多原因影响。海洋温度季节改变特点：赤道和两极海洋，水温年较差不超出5℃；温带海洋水温年较差为10-15℃；伴随深度增加，水温年较差降低；通常在140米以下，水温无季节性改变，即深海中水温是终年不变，普通在-0.5-4℃之间。大陆气温季节性改变

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2、温度因子生态作用

任何生物都生活在一定温度外界环境中并受着温度改变（空间、时间、海拔）影响（直接、间接）。温度直接影响生物体体温。体温高低又决定了生物体代谢过程强度和特点。体内生理生化反应要求有一定温度范围（基点温度：最高、最适、最低）。25/48不一样生物及同一生物在不一样发育阶段所能忍受温度范围有很大不一样（对温度耐受程度）。温度改变会引发其它生态因子改变。26/48

1）温度与生物生长生物生长三基点（最高温、最低温、最适温）。不一样生物“三基点”是不一样。普通地说，生长在低纬度生物高温阈值偏高，而生长在高纬度生物低温阈值偏低。在一定温度范围内，生物生长速率与温度成正比。27/48

2）温度与生物发育：a.有效积温法则：植物在生长发育过程中，必须从环境摄取一定热量才能维持其正常生长发育，而且植物各发育阶段所需总热量是一常数。K=N(T-T0)

k为该生物生长发育所需有效积温，以“日度”表示，为常数；T为生长发育期内日平均温度；T0为该生物生长活动所需最低临界温度（生物学零度）；N为天数。

28/48一些概念：积温:要求时间内,符合特定条件各日平均温度或有效温度总和.生物学零度：生物发育起点温度，生物学零度≥10℃

有效温度：实际温度中对植物生长发育起主动作用那部分温度，即实际温度与生物学零度之差。比如：某农作物生物学最低温度10℃，而某天平均气温为15℃，则15℃-10℃=5℃为有效温度。有效积温：植物某一生长发育期或全部生长久中有效温度总和，即为有效积温。29/48b.有效积温法则应用：预测某个地域某种生物可能发生世代数,并绘出生物世代分布图。即：发生世代数=K/K1=(地域适于生物发育年总积温)/(生物完成1世代需要积温)。预测生物地理分布北界推算生物年发生历，益虫保护和利用，害虫预防和防治。可依据有效积温制订农业气候区划，合理安排作物。应用积温预报农时。30/48C.有效积温法则不足：在自然条件下，生物进行发育所处温度不是固定不变，而是经常有改变，假如温度波动不太猛烈，变温能促使发育加速。在自然条件下，发育速度不但取决于温度，还依赖于其它条件，即研究发育速度必须考虑生态因子综合作用问题。有效积温法则是以发育速度与温度呈线性关系为前提，但实际上，发育速度与温度间更确切是“S”型，所以，有效积温法则只适合用于一定温度范围之内。31/48

3、极端温度对生物影响及生物对极端温度适应

极端温度:危及生物生命功效温度称为极端温度.

1)低温对生物影响及生物对低温环境适应：a.极端低温对生物影响：b.生物对极端低温适应：32/48

a.极端低温对生物影响临界温度：温度低于一定数值时生物体受到伤害。冷害：喜温生物在零度以上条件下受害或死亡。喜温生物向北方扩展或扩展其分布范围主要障碍。霜害：（霜：大气中水汽到达饱和状态，冷凝为露珠，结晶形成冰晶）因为霜冻而对生物所造成伤害。冻害：零度以下低温使生物体内形成冰晶而造成损害。（对生物影响：使质膜破裂，蛋白质失活变性；因为生理干燥和水化层破坏而引发植物受害。）

33/48低温致死原因冰结晶使原生质破裂，损坏了细胞内和细胞间细微结构；溶剂水结冰时，电解质浓度发生改变，引发细胞渗透压改变，造成蛋白质变性；脱水使蛋白质沉淀；代谢失调，乃至停顿34/48b、生物对极端低温适应：形态：

植物：植株矮小并成匍匐状、垫状或莲座状等，芽具鳞片，体表被毛、蜡质、革质化。有利于植物保持较高温度，减轻严寒影响。

动物：贝格曼（Bergman:生活在高纬度地域恒温动物，其个体往往比生活在低纬地域同类个体大，因为个体大个体，其单位体重散热量相对较少）、阿伦（Allen:较为严寒地带哺乳动物，其四肢、耳朵和尾有显著趋于缩短现象）定律。用皮毛或增加皮下脂肪厚度来提升身体隔热性能35/48生理：细胞液（原生质、液泡）浓度上升（降低细胞中水分，增加细胞中糖类、脂肪和色素等物质），冰点降低（植物）。（动物）过冷现象：外界温度很低，在动物体液凝结过程中释放凝结热，若温度不再下降，则可能复苏。36/482）高温对生物影响及生物对高温环境适应a高温对生物影响：植物：减弱光合作用，增强呼吸作用，使此两个主要过程失调，造成植物饥饿现象;破坏植物水分平衡，促使蛋白质凝固，造成有害物质积累。（分解过程中间产物积累在体内）动物：破坏酶活性，使蛋白质凝固变性，缺氧，排泄功效失调，神经系统麻痹。

37/48b生物对高温环境适应：生物对高温环境适应表现在形态、生理和行为3个方面.植物形态上适应：有些植物生有密绒毛和鳞片，能过滤一部分阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射一大部分阳光，使植物体免受热伤害；有些植物叶片垂直排列使叶缘向光或在高温条件下叶片折叠，降低光吸收面积；还有些植物树干和根茎生有很厚木栓层，含有绝热和保护作用。

38/48植物对高温生理适应主要是降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，这有利于减缓代谢速率和增加原生质抗凝结力。其次是靠旺盛蒸腾作用防止使植物体因过热受害。还有一些植物含有反射红外线能力，夏季反射红外线比冬季多，这也是防止使植物体受到高温伤害一个适应。动物对高温环境一个主要生理适应就是适当放松恒温性，使体温有较大变幅，这么在高温酷热时刻身体就能暂时吸收和贮存大量热并使体温升高，之后在环境条件改进时或躲到阴凉处时再把体内热量释放出去，体温也会随之下降。39/48沙漠中啮齿动物对高温环境经常采取行为上适应对策，即夏眠、穴居和白天躲入洞内夜晚出来活动。有些黄鼠(Citells)不但在冬季进行冬眠，还要在酷热干旱夏季进行夏眠。昼伏夜出是躲避高温有效行为适应，因为夜晚温度低，可大大降低蒸发散热失水，尤其是在地下巢穴中，这就是所谓夜出加穴居适应对策。

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4、温度与生物地理分布决定某种生物分布区因子，绝不但仅是温度因子，但它是主要生态因子。动物：温度作为动物限制因子，普通不是各地平均温度，更主要是极端温度；对于常温动物，温度直接限制比较少。植物：有些植物种分布受到极端温度限制；而有些种分布是受到有效积温限制。41/482）生物向极地或高海拔