森林生态学教案

《森林生态学》教案开课班级：2012级森林保护专业专科班任课教师：江川2014年3月5日\n第一章绪论（2学时）一、教学目的与要求：学生通过学习，能掌握生态学及森林生态学的概念，了解生态学的研究对象、分支学科与研究方法，了解森林生态学的研究内容和范围及其发展简史，理解可持续发展的内涵及森林在可持续发展中的作用。二、教学内容：生态学的概念、研究对象、分支学科、研究方法、研究内容及范围、发展概况以及森林可持续经营等内容。三、重点与难点：本次课重点是生态学的概念及其研究方法；难点是生态学的研究内容及范围、森林的可持续经营。四、教学方法：讲授法、讨论法。五、教学手段：多媒体讲解。六、教学过程：（一）生态学的研究对象与分支学科1、生态学的概念：生态学是研究生物有机体与其周围环境（包括生物环境和非生物环境）相互关系的科学。2、研究对象：现代生态学研究的范畴按生物组织水平分为：分子、个体、种群、群落、生态系统、景观和全球生态学；按研究对象分为：动物、植物、微生物生态学等；按栖息地类型分为：森林生态学、草地生态学、海洋生态学、淡水生态学等；按与其他学科相互交叉形成的分支学科分为：数学、化学、生理、经济、进化生态学等；按生态学应用的门类分为：农业生态学、资源生态学、污染生态学等；按研究方法分为：理论生态学、野外生态学、实验生态学等。3、分支学科：生态学的各个分支分别研究不同的生物学组织水平。个体生态学：对个体生物或某一物种的生活史以及它们对其环境的反应进行研究的学科。种群生态学：对同类生物群（单物种种群）的多度、分布、生产力或动态进行研究的学科。群落生态学：对不同生物种形成的某一自然集合的某些方面进行定性或定量分析的学科。生态系统生态学：同时研究生物群落及其非生物环境的有关学科。（二）研究方法：1、野外观察和定位站2、实验方法3、数学模型与数量分析（三）生态学的发展生态学的发展可分为经典生态学和现代生态学两个时期。其分界线是20世纪60年代。1、经典生态学经典生态学经历了建立前期和成长期两个阶段。公元前5世纪到公元16世纪是生态学的萌芽期；20世纪初生态学有了蓬勃发展；20世纪30-50年代生态学已日趋成熟。2现代生态学现代生态学的发展始于20世纪60年代，其发展特点和趋势主要有以下几点：一是生态学的研究有越来越向宏观发展的趋势，二是系统生态学的产生和发展，是生态学方法论上的突破，三是新兴的分支学科不断出现，四是分子生态学的兴起是生态学发展的重要特征，应用生态学的发展是现代生态学的重要特色。（四）森林生态学的研究内容和范围1、森林生态学的概念：森林生态学是研究森林中乔木树种之间、乔木树种与其他生物之间，以及与其所处的外在环境之间相互关系的学科。2、研究内容：个体生态——研究构成森林的各树木与环境的生态关系；种群生态——研究森林生物种群的形成与变化规律；群落生态——研究研究群落的形成和变化与环境条件的关系；森林生态系统——\n研究系统中物质与能量的循环与转化。3、森林生态学的任务：从树木与环境间的相互关系规律出发，在调节和控制树木与环境之间的关系中更好发挥作用；要充分发挥树木的生态适应性，根据环境条件进行科学管理，使其最大限度利用环境，从而扩大森林资源和提高森林生产力；要有意识地利用森林改造环境，调节人类与环境之间的物质能量交换，以利于维持自然界的平衡。4、可持续林业与森林的可持续经营可持续林业：是对森林生态系统在确保其生产力和可更新能力和森林生态系统的物种和生态多样性不受损害的前提下的林业实践活动。森林的可持续经营：通过科学管理和合理经营维持森林生态系统的健康和活力，维护生物多样性及其生态过程，以此满足人类对森林产品及其环境服务功能的需求，保障社会经济可持续发展。5、森林在可持续发展中的作用：①森林是生态平衡的主要调节器，是实现自然生态系统和社会经济协调发展的重要纽带。②森林能有效控制污染和酸沉降，改善人类和其他生物生存环境。③森林能有效保护生物多样性。④森林能有效防治土壤流失和退化。⑤森林可以涵养水源。⑥森林可有效防治土地荒漠化。⑦森林能有效缓解温室效应，维护全球碳循环。⑧森林能防灾减灾，保护农牧业稳产高产。七、作业与思考题1、什么是生态学？其主要研究方法有哪些？2、什么是森林生态学？其研究内容包括哪些？3、森林在可持续发展中的作用有哪些？八、教学后记\n第二章森林与环境（1、2、3节，2学时）一、教学目的与要求：学生通过学习，能掌握森林和环境的概念以及环境的类型，理解生态因子的概念、分类和生态因子作用的一般特征，掌握光因子的生态作用，了解光的性质及其变化规律，对树种的耐荫性有一定的认识。二、教学内容：森林和环境的概念以及环境的类型，生态因子的概念、分类和生态因子作用的一般特征，光的性质及其变化规律，光因子的生态作用，树种的耐荫性等内容。三、重点与难点：本次课的重点是森林和环境的概念，环境的类型，生态因子的概念、分类，光因子的生态作用；难点是光因子的生态作用。四、教学方法：讲授法、讨论法。五、教学手段：多媒体讲解。六、教学过程：（一）森林、环境的概念与类型1、森林的概念：森林是指一个以木本植物为主体，包括乔木、灌木、草本植物以及动物、微生物等其他生物，占有相当大的空间，并显著影响周围环境的生物群落复合体。2、环境的概念：环境是指生物（个体或群体）生活空间的外界自然条件的总和，包括生物存在的空间及维持其生命活动的物质和能量。环境总是针对某一特定主体或中心而言，因此，环境只有相对意义。3、环境的类型：①按其范围大小分：宇宙环境、地球环境、区域环境、生境、微环境、体内环境。②按其主体分：人类环境和生物环境。③按其性质分：人工环境、自然环境、社会环境。（二）生态因子的作用分析1、生态因子的概念：是指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。如温度、湿度、氧气等。2、生态因子的分类：一般根据生态因子的性质将其归纳为5类：①气候因子：光、温、水、空气、风、雷电、气压等。②土壤因子：土壤结构、土壤有机或无机成分的理化性质、土壤生物等。③地形因子：地貌、海拔、坡向、坡度、坡位、地表起伏。④生物因子：生物间的相互关系，如捕食、共生、竞争等，生物对环境的影响。⑤人为因子：人类对植物资源的利用、改造、发展、破坏过程中的作用及环境污染的危害作用。（三）光因子1、光的性质及其变化规律①光的性质光是以电磁波的形式投射到地表的辐射线。主要波长范围在150-4000nm，根据人眼对光谱段感受的差异分为可见光和不可见光。可见光波长在380-760nm，波长由长到短分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光。不可见光分别是红外光和紫外光。②光的变化地表光照强度随纬度增加而降低，随海拔增加而增强；一年中光照强度时夏强冬弱，一天中是中午光照强早晚弱；在森林生态系统内，光强自上而下减弱。太阳高度角增大，短波光比例增加，长波光比例减少；低纬度和高海拔地区短波光较多；夏季短波光多，冬季长波光多；一天中，中午短波光多，早晚长波光多。2、光的生态作用①光谱成分的生态作用\n紫外光能抑制植物的生长，红外光能促进植物的生长发育，提高植物体的温度。可见光是植物色素利用最多的波段。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为生理有效辐射或光合有效辐射。光合有效辐射的波长约为380-740nm，与可见光波段基本相符，对植物有重要意义。红橙光是被植物叶绿素吸收最多的部分，具有最大的光合活性，而绿光利用最少。红光有利于碳水化合物的合成，蓝光有利于蛋白质的合成。蓝紫光和青光对植物伸长及幼芽形成有抑制作用，使其形成矮态，还能引起植物向光性敏感，并能促进花青素的形成；红光影响植物的开花、茎的伸长和种子萌发。①光照强度的生态作用对光合作用的影响：叶片吸收的全部太阳辐射中，约1%-2%用于光合作用，其余转化为热能消耗与蒸散及用于增加叶温与周围空气进行热交换。光合速率随光照强度的增加而增加，直到达到最大值。光补偿点：当光合作用吸收的二氧化碳与呼吸放出的二氧化碳相等时的光照强度称为光补偿点（CP）。光饱和点：光合速率不再随光照强度增加而增加，光合速率达到光饱和时的光照强度称为光饱和点（SP）。喜光植物：适应于强光地段的植物，其光补偿点和光合速率及代谢速率都较高。耐荫植物：适应于弱光地段的植物，其光补偿点和光合速率及呼吸速率都较低。对叶片的影响：由于叶片所在生境光照强度不同其形态结构和生理特征往往产生适应光的变异称为叶片适光变态。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。喜光树种的叶片主要具有阳生叶的特征。对植物发育的影响：光是光合作用能量的来源，光合产物是植物生长的物质基础。因此，光强关系到植物体各组织器官的正常发育。具体表现在对树木花芽分化的影响：强光可使花芽分化良好，提高种子产量。强光还可提高果实含糖量及耐储性，促进花青素合成，果实着色好。光照充足，可形成较大根茎比。②光照时间的生态作用光周期现象：指动植物对昼夜长短日变化和年变化的反应。植物的光周期反应主要是诱导花芽形成和转入休眠；动物的光周期反应主要是调整代谢活动和进入繁殖期。日照生态类型：根据对日照长度的反应差异可把植物分为4种类型：一是长日照植物，即日照长度超过其临界日长才能开花的植物，常需14h以上才能开花，如落叶松、杨、柳、榆等。二是短日照植物，即日照长度短于其临界日长才能开花的植物，需10h以下日长才能开花，如牵牛花、紫杉等。三是中日照植物，即昼夜长度相近才能开花的植物，开花需12.5h日长。四是中性植物，即开花受日照长度影响较小的植物，如蒲公英、黄瓜、四季豆、番茄等。光周期的影响：光照时间长短影响植物的生长发育、开花、休眠、地理分布和生态习性等。1、树种的耐荫性①类型：根据树种的耐荫程度，可分为喜光树种、耐荫树种和中性树种。喜光树种需在全光下才能正常生长发育，不耐荫，林冠下不能更新，如落叶松、水杉、杨、柳等。耐荫树种能耐荫，在林冠下可更新，甚至有些树种只能在林冠下才能更新，如铁杉、云杉、冷杉等。中性树种需光量介于两者之间，在全光下生长较好，也能忍受一定荫蔽，如红松、侧柏、椴树等。②鉴别：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。根据树种光补偿点和光饱和点判断树种耐荫性是现代植物生理学的常用方法。③影响耐荫性的因素：树种不同，耐荫性不同，此外还与树种的生理状态、年龄和生境有关。同一树种的耐荫性取决于树龄、气候、土壤等。一般树木幼年耐荫性较强，随着树龄增加，耐荫性减弱；在温暖湿润气候下树种的耐荫性较干旱寒冷的气候条件强；生长在湿润肥沃土壤的树种耐荫性较生长在干旱贫瘠土壤的树种强。一、作业与思考题名词解释：森林、环境、生态因子、光周期现象、光补偿点、光饱和点、光合有效辐射。二、教学后记\n第二章森林与环境（4、5、6节，2学时）一、教学目的与要求：学生通过学习，能了解温度对植物的影响及树种对极端温度的适应，掌握水分和大气成分的生态作用，理解植物对水分胁迫的适应、森林对水分的调节作用、大气污染与植物的生态关系等。二、教学内容：温度的变化规律、温度对植物的影响、树种对极端温度的适应、水分的生态意义、植物对水分胁迫的适应、森林对水分的调节作用、大气成分的生态作用、大气污染与植物的生态关系等。三、教学重点与难点：本次课的教学重点是温度对植物的影响、水分的生态意义、植物对水分胁迫的适应、森林对水分的调节作用、大气污染与植物的生态关系。难点是植物对水分胁迫的适应、大气污染与植物的生态关系。四、教学方法：讲授法、讨论法。五、教学手段：多媒体讲解六、教学过程：（一）温度的变化规律1、温度的空间变化：①纬度：纬度每增加1度，气温约下降0.5-0.6℃。从赤道到北极可划分出热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带和寒带。②海陆位置：我国大陆性气候特点显著，夏季酷热，冬季严寒漫长，温度年较差大。③地形和海拔：巨大山体阻挡气团运行，影响热量传递和湿润状况地区分配，局部的山谷、盘地影响温度的昼夜变化规律，形成霜穴、暖带，出现逆温现象。坡向影响热量分配，在北半球的南坡空气和土壤温度都较北坡高。山地温度随海拔升高而降低，海拔每升高100m，气温下降0.5-0.6℃，春节推迟2-2.5天。2、温度的时间变化：①季节变化：大陆性气候区温度变化较海洋性气候区剧烈，温带和寒带气温较热带变化剧烈。②昼夜变化：一天中，气温最低值出现在将近日出的时候，最高值出现在13:00-14:00间。（二）温度对植物的影响1、生理代谢：温度对光合作用和呼吸作用的影响是借助酶和温度的关系实现的：在一定温度范围内，温度升高，反应加快，光合和呼吸作用增强。2、生长发育：陆生维管束植物维持生命的温度范围在-5-55℃，但在5-40℃间才能正常生长发育。3、温周期现象：植物对温度昼夜变化和季节性变化的反应称为温周期现象。植物长期适应于一年中温度、水分节律性变化，形成与此相适应的植物发育节律称为物候。发芽、生长、现蕾、开花、结实、果实成熟、落叶休眠等生长发育阶段称为物候期。4、非节律性变温①低温危害：寒害，指气温降到0℃以上植物受到的伤害。冻害，指温度降到0℃以下植物组织冰冻引起的伤害。生理干旱，指冬季或早春土壤冻结，树木根系不活动时，如果气温过暖，地上部分蒸腾失水，而根系又不能吸水加以补充，时间长了就会枝叶干枯和死亡。②高温危害：皮烧，强光使树木形成层和树皮组织局部死亡。根颈灼烧，土表温度过高，灼烧幼苗根颈。（三）树种对极端温度的适应1、树种对低温的适应树种对低温的忍耐和抵抗的特性称为树种的抗寒性。长期生活在低温环境中的植物通过自然选择，在形态、生理和行为方面表现出明显的适应特征。2、树种对高温的适应树种对高温的适应性于原产地密切相关。旱生树种比中生树种抗高温。树种对高温的适应主要表现在形态和生理两方面。\n（一）水的生态意义1、水是生物体的重要组成部分，植物体内一般含水量为60%-80%，风干种子的含水量在6%-10%，一些水果的含水量高达92%-95%。2、植物的一切代谢活动，养分的吸收、运输、利用，废物的排出和激素的传递都必须借助于水才能进行。3、蒸腾作用消耗大量的水分，调节缓和了植物体表温度状况。（二）植物水分的生态类型1、水生植物：沉水植物，整株植物沉于水下；浮水植物，叶片漂浮于水面；挺水植物，植物体大部分挺出水面。2、陆生植物：湿生植物，不能长时间忍受缺水；中生植物，适于生长在水湿条件适中的生境，介于湿生和旱生植物之间；旱生植物，泛指生长在干旱环境，能长时间忍耐干旱的一类植物。（三）植物对水分胁迫的适应1、植物对水分不足的适应①避旱植物：以种子或孢子避开干旱的影响。②抗旱植物：表现为高水势延迟脱水耐旱和低水势脱水耐旱两种方式。2、植物对水分过剩的适应：具有气室、通气组织、不定根（通气根）。（四）森林对水分的调节作用1、林冠截留：滴落量、茎流量和穿透雨量之和为林内雨量；林冠上方或旷地雨量为林外雨量。林外雨量减去林内雨量等于林冠截留量（含降雨期间林冠的蒸发量）。2、入渗土壤水：林地土壤结构好，孔隙度大，入渗率高，可减少流量增加植物可利用水量。3、蒸发散：土壤水经森林植被蒸腾和林地表蒸发而进入大气，森林这种作用称为蒸发散。4、地表径流：降水或融雪强度一旦超过下渗强度，多余水量可能暂时留在地表，当地表贮流量达到一定限度时，即向低流动成为地表水汇入溪流，这个过程称为地表径流。森林可显著减少地表径流。5、森林涵养水源和保持水土的作用：森林起到贮存降水、补充地下水和缓慢进入河流或水库、调节河川径流量、在枯水期仍能保持一定水位的作用。这种功能叫做涵养水源。（五）大气成分的生态作用1、二氧化碳的生态作用：光合作用的原料、温室气体。2、氧气的生态作用：呼吸作用的原料。（六）大气污染与植物的生态关系1、森林受害机制及其症状：大气污染物毒性最大的有氟化氢、二氧化硫、臭氧、氯气等，它们影响植物的气孔开闭、光合作用、蒸腾作用、呼吸作用，破坏酶活性，损坏叶片内部结构。2、森林受害的环境条件：风、光照、降雨和大气湿度、地形。3、森林的抗性：取决于叶片结构和生理生化特性，抗性由大到小顺序为：常绿阔叶树、落叶阔叶树、针叶树。4、森林的净化作用：吸收有毒气体、滞尘作用、杀菌作用、吸收二氧化碳放出氧气、减噪作用。（七）风与植物的生态关系1、风对植物的影响：影响植物的生长、生理活动和形态；影响植物繁殖；具破坏力。2、森林的防风效应：减弱风力，降低风速。一、作业与思考题名词解释：生理干旱、截留量。简述树种抗旱性的机理。指出水生植物的生态类型。二、教学后记\n第二章森林与环境（7、8、9节，2学时）一、教学目的与要求：学生通过学习，能了解土壤与植物的相互影响、地形因子的生态意义、火对土壤的影响，掌握地形对森林的影响、火对植物的影响和植物的适应，理解火对生态系统的影响。二、教学内容：土壤对林木的影响、森林对土壤的影响、地形的概念及其生态意义、地形对森林的影响、火的发生条件和林火类型、火对土壤的影响、火对植物的影响和植物的适应、火对生态系统的影响等。三、教学重点与难点：本次课的教学重点是土壤与植物的相互影响、地形对森林的影响、火对植物的影响和植物的适应。难点是地形对森林的影响、火对植物的影响和植物的适应。四、教学方法：讲授法、讨论法。五、教学手段：传统教学方式讲授。六、教学过程：（一）土壤对林木的影响1、土壤的物理性质与林木的生长（1）母岩：土壤是由母岩分化形成的，母岩影响土壤的理化性质，如土壤质地、结构、水分、空气、热量、养分和ph值等。（2）土层厚度：土层厚度影响土壤养分、水分和根系分布范围，所以土层厚度是决定森林生产力的重要因素。土层厚度影响森林组成、结构、林木生长和生产力。（3）土壤质地：指组成土壤矿质颗粒的相对比例或重量百分比，分为砂土、壤土汇入黏土3类。（4）土壤结构：指土壤颗粒的排列方式或状况，如团粒状、块状、柱状、核状和碎屑状等。其中，团粒状结构最为理想，可协调土壤水分、空气、养分的关系，改善土壤理化性质。（5）土壤水分：为林木生长所必须，且养分必需溶于水才能被吸收。土壤水分过多或过少都会抑制植物生长。（6）土壤空气：影响植物根系呼吸、生理机能和土壤微生物的种类、数量和分解。（7）土壤温度：影响植物根系生长、吸水力，制约土壤中生化反应和生物作用速度，间接影响植物生长。2、土壤化学性质与林木生长（1）土壤酸碱度：对土壤中各种营养元素的转化和释放、土壤有机质的合成和分解、土壤微生物的活动和土壤动物都有重要影响。土壤酸碱度常用PH值表示，分为酸性土（PH﹤6.5）、中性土（PH6.5-7.5）和碱性土（PH﹥7.5）（2）土壤无机元素：包括7种大量元素（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe）和6种微量元素（B、Cu、Zn、Mo、Mn、Cl），主要来源于土壤矿物质和有机质的分解，腐殖质是无机元素的储存库，通过矿化过程从腐殖质中缓慢释放无机元素。（3）土壤有机质：是由生物遗体、分泌物、排泄物以及它们的分解产物组成，包括非腐殖质和腐殖质两类。腐殖质是土壤微生物在分解有机质时，重新合成的相对稳定的多聚体化合物，是植物营养的重要碳源和氮源，也是矿质元素的重要来源，是土壤肥力的重要指标。3、土壤生物与林木生长（1）土壤微生物：含土壤中的细菌、真菌、放线菌和藻类，是生态系统的分解者和还原者，它们使有机质腐烂，释放养分，促进养分循环；某些细菌和真菌和某些植物根系形成根瘤和菌根，能改善土壤营养状况。（2）土壤动物：分为大型（体长﹥10mm）、中型（体长在0.2-10mm间）和小型（体长﹤0.2mm）土壤动物，其作用主要是机械粉碎，纤维素和木质被爵食后可供微生物再利用。（3）植物根系：根系死亡后可增加土壤下层的有机质和阳离子交换，促进土壤结构形成；腐烂后的孔道可改善土壤透气性，利用重力水下排；根系分泌物和根围微生物能促进矿物和岩石分化。（二）森林对土壤的影响1、森林土壤的形成与剖面构造\n森林土壤的形成依赖于母岩、气候、生物、地形和时间五大自然成土因素，还决定于三大特有因素即森林凋落物、林木根系和森林土壤生物。土壤剖面指从地表向下挖掘一直到母质的一段垂直剖面。典型的森林土壤剖面从上往下分为O、A、B、C4个层次。O层为枯落物层，A层为腐殖质层，B层为沉积层，C为母岩层。2、森林凋落物和死地被物对土壤的影响（1）森林凋落物：一年中凋落到地面的叶、枝、花、果、树皮及森林其他残体的统称。是土壤有机质的主要来源。（2）森林死地被物：由森林当年的、累积的凋落物、生物残骸和某种程度上已分解的有机残余物组成。含有大量有机质、氮和矿质元素，是土壤养分的主要来源。（三）地形的概念及其生态意义1、地形的概念：是指地球表面的形态特征。有陆地和海洋之分。陆地地形分为山地、丘陵、高原、平原和盆地5种。实践中，按地形面积大小分为巨地形、大地形、中地形、小地形和微地形。2、地形因子的生态意义：地形因子主要通过改变光、热、水、土和风等自然条件间接作用于植物。（四）地形对森林的影响1、巨大山脉对森林分布的影响：巨大山脉通过对气团的阻碍和抬升影响地区的温度和降水量。2、山地地形对森林的影响：（1）坡向：坡向不同则日照强度和时数不同，使不同坡向的光、热、水和土壤条件有很大差异、（2）坡位：分为上坡（含山脊）、中坡、下坡，体现了相对高度的差异。山坡有凸形、凹形和直形3种基本形状。（3）坡度：指坡的倾斜程度，分为平坡（5度以下）、缓坡（6-15度）、斜坡（16-25度）、陡坡（26-35度）、急坡（36-45度）和险坡（46度以上）。（4）海拔高度：海拔高度不同，土壤发育条件不同；不同高度山地有不同的气候土壤条件，相应出现不同森林植被，高山上存在树木分布上界（高山树木线）。（5）沟谷宽度：也称山坡的开阔度，即沟谷深度与宽度的比例，分宽谷和峡谷2种。3、河谷地形对植物的影响：河谷扩大了气团的范围，山谷河口是气团的主要通道；河谷是生物隐蔽所和迁徙的通道。（五）火的发生条件和林火的类型1、火的发生条件：林火的发生需具有可燃物、助燃物和火源三要素。2、林火的类型：分为地表火、地下火和林冠火3种。（六）火对土壤的影响1、物理变化：土壤含水率和土壤温度。2、化学变化：PH值、土壤有机质和养分含量和可利用性。3、生物变化：生物数量减少或死亡。（七）火对植物的影响和植物的适应1、火对植物的影响：火影响植物生长发育的各个阶段，从能量分配角度，把耐火树种分为2种类型：再萌芽型和火后大量结实型。2、植物对火的适应：营养阶段：抗火树皮、减少易燃性、保护芽。繁殖阶段：提前开花结实、种子散布。一、作业与思考题：简述森林土壤的基本特征以及森林对土壤的生态影响。简述林火的生态效应。二、教学后记