1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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 无机元素含量,植物对土壤因子的适应,酸碱度：酸性土植物、 中性土植物、 碱性土植物 土壤含盐量：盐土植物、碱土植物 土壤中矿质盐类：钙质土植物、嫌钙植物,Q：土壤与陆生植物的关系？,五、环境因子的综合作用与生物分布,世界主要生态系统类型的分布,全球环境因子与生物生产力分布,小结：,环境与生态因子 生物对环境的适应 光 温度 水 空气 土壤,
