能量環(huán)境4、5

1、能量環(huán)境 太陽表面以電磁波的形式不斷釋放的能量，即太陽輻射或太陽光。綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存于植物體內(nèi)，這一過程是生物圈與太陽能發(fā)生聯(lián)系的唯一環(huán)節(jié)，也是生物圈賴以生存的基礎(chǔ)。太陽輻射又溫暖了地球表面，使生物能夠生長(zhǎng)、發(fā)育和繁衍，并對(duì)生物的分布起了重要作用。因此，光和溫度組成了地球上的能量環(huán)境。第四章第四章-生物與光生物與光 一、光是電磁波（光的組成和主要作用） 二、光質(zhì)的變化及其對(duì)生物的影響 三、光照強(qiáng)度及其對(duì)生物的影響 四、日照長(zhǎng)度的變化與生物的光周期現(xiàn)象一、光的組成及主要作用光是由波長(zhǎng)范圍很廣的電磁波組成的，主要波長(zhǎng)范圍是1504000nm，其中人眼可見光的波長(zhǎng)在380760nm之

2、間。 紫外光：波長(zhǎng)紫外光：波長(zhǎng)380nm760nm760nm二、光質(zhì)的變化及其對(duì)生物的影響光質(zhì)的（光譜成分）的一般規(guī)律空間 短波光隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加時(shí)間 冬季長(zhǎng)波光增多，夏季短波光增多；一天之內(nèi)中午短波光較多，早晚長(zhǎng)波光較多高山植物特點(diǎn)光質(zhì)不同對(duì)植物形態(tài)建成、向光性及色素形成的影響也不同。 藍(lán)紫光與青光能抑制植物伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，使植 物成矮小形態(tài) 藍(lán)紫光能使植物向光性更敏感，促進(jìn)植物色素的形成。 高山上的短光波較多，植物的莖葉含花青素，這是避免紫外線損傷的一種保護(hù)性適應(yīng)。高山植物呈現(xiàn)出莖干粗短，葉面縮小，毛絨發(fā)達(dá)的生長(zhǎng)型，也是對(duì)高山多短光波的適應(yīng)。三、光照強(qiáng)度及其對(duì)生物的影響光照強(qiáng)度

3、的變化光照強(qiáng)度的變化光照強(qiáng)度在赤道地區(qū)最大，隨緯度的增加而光照強(qiáng)度在赤道地區(qū)最大，隨緯度的增加而逐漸減弱。逐漸減弱。光照強(qiáng)度還隨海拔高度的增加而增強(qiáng)。光照強(qiáng)度還隨海拔高度的增加而增強(qiáng)。山的坡向和坡度對(duì)光照強(qiáng)度也有很大影響。山的坡向和坡度對(duì)光照強(qiáng)度也有很大影響。在一年中，夏季光照強(qiáng)度最大，冬季最小。在一年中，夏季光照強(qiáng)度最大，冬季最小。在一天中，中午的光照強(qiáng)度最大，早晚的光照在一天中，中午的光照強(qiáng)度最大，早晚的光照強(qiáng)度最小。強(qiáng)度最小。光照強(qiáng)度在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部也有變化。一光照強(qiáng)度在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部也有變化。一般來說，光照強(qiáng)度在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部將會(huì)自上而般來說，光照強(qiáng)度在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部將會(huì)自上而下逐漸遞

4、減。（使得生態(tài)系統(tǒng)的垂直分層現(xiàn)象下逐漸遞減。（使得生態(tài)系統(tǒng)的垂直分層現(xiàn)象既取決于群落本身，也取決于所接受的日光能既取決于群落本身，也取決于所接受的日光能總和。）總和。）在水體生態(tài)系統(tǒng)中，光照強(qiáng)度將隨水深的增在水體生態(tài)系統(tǒng)中，光照強(qiáng)度將隨水深的增加而迅速遞減。加而迅速遞減。光照強(qiáng)度與水生植物光照強(qiáng)度與水生植物 光的穿透性限制著植物在海洋中的分布，光的穿透性限制著植物在海洋中的分布，只有在海洋表層的只有在海洋表層的透光帶透光帶內(nèi)，植物的光合內(nèi)，植物的光合作用量才能大于呼吸量。在透光帶的下部，作用量才能大于呼吸量。在透光帶的下部，植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消耗植物的光合作用量剛好與植物的呼吸消

5、耗相平衡之處，就是所謂的相平衡之處，就是所謂的補(bǔ)償點(diǎn)補(bǔ)償點(diǎn)。光照強(qiáng)度與陸生植物適應(yīng)于強(qiáng)光照地區(qū)生活的植物稱陽地植物，這類植物補(bǔ)償點(diǎn)的位置較高，光合速率和代謝速率都比較高，常見種類有蒲公英、楊、柳、樺、槐、松、杉等適應(yīng)于弱光照地區(qū)生活的植物稱陰地植物，這類植物的光補(bǔ)償點(diǎn)位置較低，其光合速率和呼吸速率都比較低。陰地植物多生長(zhǎng)在潮濕背陰的地方或密林內(nèi)，常見種類有連錢草，觀音坐蓮、鐵杉、紅豆杉等，光照強(qiáng)度在光補(bǔ)償點(diǎn)以下，植物的呼吸消耗大于光合作用生產(chǎn)，因此不能積累干物質(zhì)；在光補(bǔ)償點(diǎn)處，光合作用固定的有機(jī)物質(zhì)剛好與呼吸消耗相等在光補(bǔ)償點(diǎn)以上，隨著光照強(qiáng)度的增加，光合作用增強(qiáng)逐漸提高并超過呼吸強(qiáng)度，于是在

6、植物體內(nèi)積累干物質(zhì)，但當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定水平后，光合產(chǎn)物也就不再增加或增加的很少，該處的光照強(qiáng)度就是光飽和點(diǎn)。各種植物的光飽和點(diǎn)也不相同植物生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段光飽和點(diǎn)也不相同光照強(qiáng)度與動(dòng)物的行為 光是影響動(dòng)物行為的重要生態(tài)因子，很多動(dòng)物的的活動(dòng)都與光照強(qiáng)度有著密切的關(guān)系。有些動(dòng)物適應(yīng)于在白天的強(qiáng)光下活動(dòng)，如大多數(shù)鳥類，哺乳動(dòng)物中的靈長(zhǎng)類、有蹄類、松鼠、旱獺和黃鼠，爬行動(dòng)物中的蜥蜴和昆蟲中的蝶類、蠅類和虻類等，這些動(dòng)物被稱為晝行性動(dòng)物。 另一些動(dòng)物則適應(yīng)于在夜晚或晨昏的弱光下活動(dòng)，如夜猴、蝙蝠、家鼠、夜鷹、壁虎和蛾類等，這些動(dòng)物被稱為夜行性動(dòng)物或晨昏性動(dòng)物，因其只適應(yīng)于在狹小的光照范圍內(nèi)活動(dòng)，所

7、以又稱為狹光性種類。晝行性動(dòng)物所能耐受的光照范圍較廣，故又稱為廣光性種類。還有一些動(dòng)物既能適應(yīng)于弱光也能適應(yīng)于強(qiáng)光，它們白天黑夜都能活動(dòng)，常不分晝夜地表現(xiàn)出活動(dòng)與休息的不斷交替。如很多種類的田鼠，它們也屬于廣光性種類。土壤和洞穴中的動(dòng)物幾乎總是生活在完全黑暗的環(huán)境中并極力躲避光照，因?yàn)楣鈱?duì)它們就意味著致命的干燥和高溫。幼鰻的溯河性回游則是選擇在白天進(jìn)行，一到夜間便停止回游并躲藏起來?；认x的群體遷飛也是發(fā)生在日光充足的白天，如果烏云遮住了太陽使天色變暗，它們馬上就會(huì)停止飛行。在自然條件下動(dòng)物每天開始活動(dòng)的時(shí)間常常是由光照強(qiáng)度決定的，當(dāng)光照強(qiáng)度上升到一定水平（晝行性動(dòng)物）或下降到一定水平（夜行性動(dòng)

8、物）時(shí)，它們才開始一天的活動(dòng)，因此這些動(dòng)物將隨著每天日出日落時(shí)間的季節(jié)性變化而改變其開始活動(dòng)的時(shí)間。四、日照長(zhǎng)度的變化與生物的光周期現(xiàn)象 日照長(zhǎng)度是指白晝的持續(xù)時(shí)數(shù)或太陽的可照時(shí)數(shù)。在北半球從春分到秋分是晝長(zhǎng)夜短，夏至?xí)冏铋L(zhǎng)；從秋分到春分是晝短夜長(zhǎng)，冬至夜最長(zhǎng)。在赤道附近，終年晝夜平分。 日照長(zhǎng)度的變化對(duì)動(dòng)植物都有重要的生態(tài)作用，由于分布在地球各地的動(dòng)植物長(zhǎng)期生活在具有一定晝夜變化格局的環(huán)境中，借助于自然選擇和進(jìn)化而形成了各類生物所特有的對(duì)日照長(zhǎng)度變化的反應(yīng)方式，這就是在生物中普遍存在的光周期現(xiàn)象。植物的光周期現(xiàn)象 根據(jù)對(duì)日照長(zhǎng)度的反應(yīng)類型可把植物分為長(zhǎng)日照植物和短日照植物。長(zhǎng)日照植物通常是在

9、日照時(shí)間超過一定數(shù)值才開花，否則便只進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，不能形成花芽。較常見的長(zhǎng)日照植物有紫菀、鳳仙花和除蟲菊等，作物中有冬小麥、大麥、油菜、菠菜、甜菜、甘藍(lán)和蘿卜等。人為延長(zhǎng)光照時(shí)間可促使這些植物提前開花。 短日照植物通常是在日照時(shí)間短于一定數(shù)值才開花，否則就只進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)而不開花，這類植物通常是在早春或深秋開花。常見種類有牽牛、蒼耳和菊類，作物中則有水稻、玉米、大豆、煙草、麻、棉等。 中日照植物是晝夜長(zhǎng)度接近相等時(shí)才開花的植物。 還有植物只要其他條件合適，在什么日照條件下都能開花，如黃瓜、番茄、番薯、四季豆和蒲公英等，這類植物可稱中間性植物動(dòng)物的光周期現(xiàn)象 動(dòng)物的光周期現(xiàn)象 在脊椎動(dòng)物中，鳥類的

10、光周期現(xiàn)象最為明顯，很多鳥類的遷移都是由日照長(zhǎng)短的變化所引起，由于日照長(zhǎng)短的變化是地球上最嚴(yán)格和最穩(wěn)定的周期變化，所以是生物節(jié)律最可靠的信號(hào)系統(tǒng)，鳥類在不同年份遷離某地和到達(dá)某地的時(shí)間都不會(huì)相差幾日，如此嚴(yán)格的遷飛節(jié)律是任何其他因素（如溫度的變化、食物的缺乏等）都不能解釋的，因?yàn)檫@些因素各年相差很大。 日照長(zhǎng)度的變化對(duì)哺乳動(dòng)物的生殖和換毛也具有十分明顯的影響。很多野生哺乳動(dòng)物（特別是生活在高緯度地區(qū)的種類）都是隨著春天日照長(zhǎng)度的逐漸增加而開始生殖的，如雪貂、野兔和刺猬等，這些種類可稱為長(zhǎng)日照獸類。還有一些哺乳動(dòng)物總是隨著秋天短日照的到來而進(jìn)入生殖期，如綿羊、山羊和鹿，這些種類屬于短日照獸類。

11、魚類的生殖和遷移活動(dòng)也與光有著密切的關(guān)系，而且也常表現(xiàn)出光周期現(xiàn)象，特別是那些生活在光照充足的表層水的魚類。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，光可以影響魚類的生殖器官，人為延長(zhǎng)光照時(shí)間可以提高鮭魚的生殖能力，這一點(diǎn)已在養(yǎng)鮭實(shí)踐中得到了應(yīng)用。日照長(zhǎng)度的變化通過影響內(nèi)分泌系統(tǒng)而影響魚類的遷移。昆蟲的冬眠和滯育主要與光周期的變化有關(guān)，但溫度、濕度和食物也有一定影響 例如秋季的短日照是誘發(fā)馬鈴薯甲蟲在土壤中冬眠的主要因素，而玉米螟（老熟幼蟲）和梨劍紋夜蛾（蛹）的滯育率則決定于每日的日照對(duì)數(shù)，同時(shí)也與溫度有一定關(guān)系。五、植物對(duì)紫外線輻射的防護(hù) 太陽紫外光（UV)輻射對(duì)地球上的生物有致癌和殺傷作用，但其大部分被大氣平流層中的臭氧

12、所吸收。 紫外光分為兩種類型，波長(zhǎng)范圍從315nm到380nm的紫外光屬于UV-A，而波長(zhǎng)范圍從280nm-315nm的紫外光屬于UV-B 太陽UV-B輻射從熱帶地區(qū)到兩級(jí)地區(qū)隨著緯度的增加而減弱。 UV-B輻射強(qiáng)度的增加對(duì)動(dòng)物的影響比對(duì)植物的影響更大。光色素生物尤其敏感，特別是人類，易誘發(fā)人患皮膚癌。 UV-B輻射可使DNA受到損傷、抑制植物的光合作用、改變植物的生長(zhǎng)型和減緩植物的生長(zhǎng)。第五章、生物與溫度 一、溫度的生態(tài)意義 二、極端溫度對(duì)生物的影響 三、生物對(duì)極端溫度的適應(yīng) 四、溫度與生物發(fā)育的關(guān)系有效積溫法則 五、溫度與生物的分布一、溫度的生態(tài)意義 溫度是一種無時(shí)無處不在起作用的重要生態(tài)

13、因子，地球表面的溫度條件總是在不斷變化的，在空間上它隨緯度、海拔高度、生態(tài)系統(tǒng)的垂直高度和各種小生境而變化。 溫度影響著生物的生長(zhǎng)和生物的發(fā)育，并決定著生物的地理分布。 任何一種生物都必須在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常生長(zhǎng)發(fā)育。當(dāng)環(huán)境溫度高于或低于生物所能忍受的溫度范圍時(shí)，生物的生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受阻，甚至造成死亡。此外，地球表面的溫度在時(shí)間上有四季變化和晝夜變化，溫度的這些變化都能給生物帶來多方面的深刻的影響二、極端溫度對(duì)生物的影響 低溫對(duì)生物的影響 溫度低于一定的數(shù)值，生物便會(huì)因低溫而受害，這個(gè)數(shù)值便稱為臨界溫度。在臨界溫度以下，溫度越低生物受害越重。低溫對(duì)生物的傷害可分為冷害、霜害和凍害三種。 冷

14、害是指喜溫生物在零度以上的溫度條件下受害或死亡。 例如海南島的熱帶植物丁子香在氣溫降至6.1時(shí)葉片便受害，降至3.4時(shí)頂梢干枯。 熱帶魚，如鳉，在水溫10時(shí)就會(huì)死亡。 冷害是喜溫生物向北方引種和擴(kuò)展分布區(qū)的主要障礙。凍害是指冰點(diǎn)以下的低溫使生物體內(nèi)（細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙）形成冰晶而造成的損害 冰晶的形成會(huì)使原生質(zhì)膜發(fā)生破裂和使蛋白質(zhì)失活與變性。 當(dāng)溫度不低于-3或-4時(shí)，植物受害主要是由于細(xì)胞膜破裂引起的：當(dāng)溫度下降到-8或-10時(shí)，植物受害則主要是由于生理干燥和水化層的破壞引起的。例如：小繭（jian)峰動(dòng)物避免低溫傷害 1、耐受凍結(jié) 動(dòng)物對(duì)低溫的耐受性（即臨界溫度）隨種而異，少數(shù)動(dòng)物能夠耐受一

15、定程度的身體凍結(jié)，這是動(dòng)物避免低溫傷害的一種適應(yīng)方式。例如：搖蚊、潮間帶動(dòng)物。 2、過冷現(xiàn)象 動(dòng)物避免低溫傷害的另一種適應(yīng)方式是存在過冷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象最早是在昆蟲中發(fā)現(xiàn)的。高溫對(duì)生物的影響 溫度超過生物適宜溫區(qū)的上限后就會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生有害影響，溫度越高對(duì)生物的傷害作用越大。 高溫可減弱光合作用，增強(qiáng)呼吸作用，使植物的這兩個(gè)重要過程失調(diào)。 高溫還可破壞植物的水分平衡，加速生長(zhǎng)發(fā)育，促使蛋白質(zhì)凝固和導(dǎo)致有害代謝產(chǎn)物在體內(nèi)的積累。 水稻開花期間如遇高溫就會(huì)使受精過程受到嚴(yán)重傷害，因?yàn)楦邷乜蓚π坌云鞴?，使花粉不能在柱頭上發(fā)育， 高溫對(duì)動(dòng)物的有害影響主要是破壞酶的活性，使蛋白質(zhì)凝固變性，造成缺氧、排泄功

16、能失調(diào)和神經(jīng)系統(tǒng)麻痹等。動(dòng)物對(duì)高溫的忍受能力依種類而異 哺乳動(dòng)物一般都不能忍受42以上的高溫；鳥類體溫比哺乳動(dòng)物高，但也不能忍受48以上的高溫。多數(shù)昆蟲、蜘蛛和爬行動(dòng)物能忍受45以下的高溫，溫度再高就有可能引起死亡。 除了火山口動(dòng)物外，50為臨界溫度。三、生物對(duì)極端溫度的適應(yīng) （一）生物對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng) 長(zhǎng)期生活在低溫環(huán)境中的生物通過自然選擇，在形態(tài)、生理和行為方面表現(xiàn)出很多明顯的適應(yīng)。 在形態(tài)方面，北極和高山植物的芽和葉片常受到油脂類物質(zhì)的保護(hù)，芽具鱗片，植物體表面生有蠟粉和密毛，植物矮小并常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等，這種形態(tài)有利于保持較高的溫度，減輕嚴(yán)寒的影響。生活在高緯度地區(qū)的恒溫動(dòng)物，

17、其身體往往比生活在低緯度地區(qū)的同類個(gè)體大，因?yàn)閭€(gè)體大的動(dòng)物，其單位體重散熱量較少，這就是Bergman規(guī)律 另外，恒溫動(dòng)物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環(huán)境中有變小變短的趨勢(shì)，這也是減少散熱的一種形態(tài)適應(yīng)，這一適應(yīng)常被稱為Allen規(guī)律。 例如北極狐的外耳明顯短于溫帶的赤狐，赤狐的外耳又明顯短于熱帶的大耳狐。 恒溫動(dòng)物的另一種形態(tài)適應(yīng)是在寒冷地區(qū)和寒冷季節(jié)增加毛和羽毛的數(shù)量和質(zhì)量或增加皮下脂肪的厚度，從而提高身體的隔熱性能。在生理方面，生活在低溫環(huán)境中的植物常通過減少細(xì)胞中的水分和增加細(xì)胞中的糖類、脂肪和色素等物質(zhì)來降低植物的冰點(diǎn)，增加抗寒能力 動(dòng)物則靠增加體內(nèi)產(chǎn)熱量來增強(qiáng)御寒能力和

18、保持恒定的體溫，但寒帶動(dòng)物由于有隔熱性能良好的毛皮，往往能使其在少增加（紅狐和雷鳥）甚至不增加（北極狐）代謝產(chǎn)熱的情況下就能保持恒定的體溫。動(dòng)物對(duì)低溫環(huán)境的適應(yīng)主要表現(xiàn)在熱中性區(qū)寬、下臨界點(diǎn)溫度低和在下臨界點(diǎn)溫度以下的曲線斜率小。例如北極狐和生活在阿拉斯加的紅狐，其熱中性區(qū)都很寬，下臨界點(diǎn)溫度可低到-10以下，即使在下臨界點(diǎn)溫度以下代謝率的增加也很緩慢（紅狐）甚至不增加（北極狐）。生物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng) 生物對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)也表現(xiàn)在形態(tài)、生理和行為三個(gè)方面。 就形態(tài)來說，有些植物生有密絨毛和鱗片，能過濾一部分陽光； 有些植物體呈白色、銀白色，葉片革質(zhì)發(fā)亮，能反射一大部分陽光，使植物體免受熱傷害；

19、 有些植物葉片垂直排列使葉緣向光或在高溫條件下葉片折疊，減少光的吸收面積； 還有些植物的樹干和根莖生有很厚的木栓層，具有絕熱和保護(hù)作用植物對(duì)高溫的生理適應(yīng)主要是降低細(xì)胞含水量，增加糖或鹽的濃度，這有利于減緩代謝速率和增加原生質(zhì)的抗凝結(jié)力 其次是靠旺盛的蒸騰作用避免使植物體因過熱受害。 還有一些植物具有反射紅外線的能力，夏季反射的紅外線比冬季多，這也是避免使植物體受到高溫傷害的一種適應(yīng)。在行為方面，動(dòng)物對(duì)高溫環(huán)境的一個(gè)重要適應(yīng)就是適當(dāng)放松恒溫性，使體溫有較大的變幅，這樣在高溫炎熱的時(shí)刻身體就能暫時(shí)吸收和貯存大量的熱并使體溫升高，而后在環(huán)境條件改善時(shí)或躲到陰涼處時(shí)再把體內(nèi)的熱量釋放出去，體溫也會(huì)隨

20、之下降。 例如：沙漠中的嚙齒動(dòng)物對(duì)高溫環(huán)境常常采取行為上的適應(yīng)對(duì)策，即夏眠、穴居和白天躲入洞內(nèi)夜晚出來活動(dòng)。四、溫度與生物發(fā)育的關(guān)系有效積溫法則 溫度與生物發(fā)育的關(guān)系比較集中地反映在溫度對(duì)植物和變溫動(dòng)物（特別是昆蟲）發(fā)育速率的影響上，即反映在有效積溫法則上。 有效積溫法則最初是在研究植物發(fā)育時(shí)總結(jié)出來的，其主要含意是植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中必須從環(huán)境攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個(gè)發(fā)育階段所需要的總熱量是一個(gè)常數(shù)，因此可用公式NT=K表示，其中N為發(fā)育歷期即生長(zhǎng)發(fā)育所需時(shí)間，T為發(fā)育期間的平均溫度，K是總積溫（常數(shù)）。有效積溫法則的實(shí)際應(yīng)用可包括以下幾個(gè)方面：1預(yù)測(cè)生物發(fā)生的世代數(shù)2.預(yù)測(cè)生物地理分布的北界3.預(yù)測(cè)害蟲來年發(fā)生程度4.推算生物的年發(fā)生歷5.可根據(jù)有效積溫制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，合理安排作物6. 應(yīng)用積溫預(yù)報(bào)農(nóng)時(shí)有效積溫法則的應(yīng)用也有一定的局限性 如發(fā)育起點(diǎn)溫度通常是在恒溫條件下測(cè)得的，這與昆蟲在自然變溫條