植物生态学之植物的能量环境( PowerPoint 66页)

第二章植物生长发育的能量环境光温风第一页，编辑于星期四：十二点三分。\n§1.植物与光一、太阳辐射特性及时空变化二、太阳辐射光谱的生态效应三、太阳辐射强度的生态效应四、太阳辐射时间的生态效应五、光因子在林业中的重要性六、小结第二页，编辑于星期四：十二点三分。\n第三页，编辑于星期四：十二点三分。\n第四页，编辑于星期四：十二点三分。\n第五页，编辑于星期四：十二点三分。\n二、太阳辐射光谱的生态效应太阳辐射主要成分：紫外线、可见光和红外线生态作用：1.光合作用：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局部，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。绿光为生理无效光第六页，编辑于星期四：十二点三分。\n2.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。第七页，编辑于星期四：十二点三分。\n3.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。第八页，编辑于星期四：十二点三分。\n三、太阳辐射强度的生态效应光照强度的表示：J／m2·min〔一〕光强对光合作用的影响光饱和点：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。光补偿点和光饱和点随树种、树龄、生理状态和环境条件而变化。第九页，编辑于星期四：十二点三分。\n图2-1阳性植物〔a〕和阴性植物〔b〕的光补偿点位〔Emberlin，1983〕CP为光补偿点第十页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔二〕光强对形态的影响光照缺乏时植物形态：黄化：节间长，叶子不兴旺，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。第十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n光照较强时：树干较粗，尖削度大，机械组织兴旺，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。根系兴旺，分布较深。问题：为什么孤立木比林内树木树冠大、分支多、枝下高底？第十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n第十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n阴生叶和阳生叶第十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n阳生叶阴生叶形态特征叶片厚而小，角质层较厚，栅栏组织发达，气孔数较多，叶脉较密叶片薄而大，角质层较薄，海绵组织发达，气孔数较少，叶脉较稀生理特征chl含量chla/b蒸腾速率呼吸速率水分含量细胞液浓度CPSP＋（低）＋＋（大）＋＋（大）＋＋（大）＋（少）＋＋（高）高高＋＋（高）＋（小）＋（小）＋（小）＋＋（多）＋（低）低低第十五页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔三〕植物对光强的适应长期生长在不同光强环境下的植物在形态结构和生理等方面的适应，形成了：阳生植物：在全光照条件下才能正常生长和发育，不能忍耐庇荫，林冠下不能完成更新过程。如：路边的植物？沙漠植物？杨、柳、白桦等。耐荫树种：在全光照条件生长最好，但也能忍受适度的庇荫或幼苗可以在庇荫环境中生长〔林冠下可以正常更新〕。如：青冈、冷杉、桔梗、侧柏、党参等。阴性植物：在较弱的光照条件下比在强光下生长良好的植物。如铁线蕨、人参、半夏、三七等。第十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n树种耐荫性的鉴别喜光树种特性：树冠稀疏，自然整枝强烈，林分比较稀疏，透光度大，林内较明亮。生长快，开花结实早，寿命短。耐荫树种特性：树冠稠密，自然整枝弱，枝下上下，林分密度大，透光度小，林内阴暗。生长较慢，开花结实晚，寿命长。第十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n影响树种耐荫性的因子：年龄：随着年龄增加，耐荫性逐渐减弱气候：气候适宜时，树木耐荫能力较强土壤：湿润肥沃土壤上耐荫性较强思考：常见的喜光树种和耐荫树种有哪些？第十八页，编辑于星期四：十二点三分。\n光周期现象是指植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反响。植物的光周期反响主要是诱导花芽形成和转入休眠，动物的反响那么主要是调整代谢活动和进入繁殖期。1920年Garner和Allard提出了植物开花的光周期现象，认为对植物开花起决定作用的生态因子是随季节变化的日照长度。四、太阳辐射时间的生态效应第十九页，编辑于星期四：十二点三分。\n短日照植物：较短日照条件下促进开花的植物，日照超过一定长度便不能开花或推迟开花。又称为长夜植物。如水稻、菊、大豆和烟草。中日照植物：花芽形成需要中等日照的植物。如甘蔗。日中性植物：完成开花和其他生命史阶段与日照长度无关的植物。如番茄。第二十页，编辑于星期四：十二点三分。\n思考：能否使植物推迟或提前开花？但是：木本植物的开花结实不仅受光周期控制，而且还有其它影响因素，如营养的积累和光照强度等。许多树种的开花似乎属于日中性。第二十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n光周期现象和植物的地理起源短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带。长日照植物大多数原产于夏季日照时间长的温带和寒带。光周期现象是支配植物的地理分布，特别是高纬度地区栽培极限的重要因素。对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。第二十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n五、植物的光合途径光合作用途径不同，直接影响到初级生产力的上下。绿色植物利用光能固定CO2途径有三种。①C3-戊糖磷酸化途径。由于该途径的最初羧化阶段，形成的3-磷酸甘油分子只有三个碳原子，因此，这个过程称为C3途径，而以C3途径同化CO2的植物，称为C3植物。如小麦、大麦、水稻、棉花、大豆等，许多生存在温凉或湿润环境中的植物均属此类型。由于此类植物有较高的光呼吸率，因而CO2的固定量较低，光合效率低。第二十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n②C4二羧酸途径:这一途径在固定CO2时最初形成4个碳原子的草酰乙酸，故称为C4途径，以这一途径固定CO2的植物称为C4植物。C4植物的光合强度能随光照强度的增加而不断增加，而一般C3植物随光强达20-50klx时，光合强度便不会增加了。因此，C4植物又称为高光效植物。第二十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n③景天酸代谢途径(CAM)：在荒漠日照强烈和干旱条件下生长的许多肉质植物属于这种代谢途径类型。白天由于蒸腾作用强烈，需要防止水分大量消耗。它们的气孔可以完全关闭。夜间才开放气孔吸收CO2，先将它固定于四碳双羧酸中，白天在阳光下，再从四碳二羧酸中释放出来，供光合碳循环同化。第二十五页，编辑于星期四：十二点三分。\n§2.植物与温度1.温度的生态作用2.温度的对植物生长的作用3.生物对温度的适应4.温周期现象5.物候与生长期6.温度与植物分布第二十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n一、温度因子的生态作用任何生物都是在一定的温度范围内活动，温度是对生物影响最为明显的环境因素之一。其主要的生态作用有：〔１〕对植物的生理生化的影响；〔２〕引起其他生态因子如湿度、降水、养分的变化；〔３〕地表的热量来源。第二十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n二、温度的变化规律１.空间变化〔１〕纬度〔２〕海陆位置〔３〕地形和海拔第二十八页，编辑于星期四：十二点三分。\n与纬度的关系与经度的关系与海拔的关系与地貌与地形的关系在土壤中在水体中与植被的关系第二十九页，编辑于星期四：十二点三分。\n典型温带深湖水温垂直分布的季节变化2.　温度在时间上的变化规律----年变化和日变化规律第三十页，编辑于星期四：十二点三分。\n三、温度对植物生长的影响1．温度对生物生长的影响生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50℃左右之间。温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。第三十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n当环境温度在最低和最适温度之间时，生物体内的生理生化反响会随着温度的升高而加快，代谢活动加强，从而加快生长发育速度；当温度高于最适温度后，参与生理生化反响的酶系统受到影响，代谢活动受阻，势必影响到生物正常的生长发育。当环境温度低于最低温度或高于最高温度，生物将受到严重危害，甚至死亡。不同生物的三基点温度是不一样的，即使是同一生物不同的发育阶段所能忍受的温度范围也有很大差异。第三十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n生存界限:活动界限及致死界限第三十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n2.温度对生物发育的影响及有效积温法那么温度与生物发育的关系一方面表达在某些植物需要经过一个低温“春化〞阶段，才能开花结果，完成生命周期；另一方面反映在有效积温法那么上。有效积温法那么的主要含义是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的发育，而且植物各个发育阶段所需要的总热量是一个常数。第三十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n用公式表示：K=N·(T-T0)式中，K为该生物所需的有效积温〔常数〕，N为发育历期即生长发育所需时间，T为发育期间的平均温度，T0为生物发育起点温度〔生物零度：植物或变温动物，其发育都是从某一温度开始的，而不是从0度开始，生物开始发育的温度为发育起点温度〕。发育时间N的倒数为发育速率。第三十五页，编辑于星期四：十二点三分。\nK=N·(T-T0)(1)T=T0+K/N(2)T=T0+KV(1/N=V)(3)第三十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n有效积温法那么不仅适用于植物，还可应用到昆虫和其他一些变温动物。在生产实践中，有效积温可作为:预测生物地理分布北界；预测害虫发生的世代数；来年发生程度以及害虫的分布区危害猖獗区；根据有效积温制定农业规划，合理安排作物和预测农时〔不同作物的有效积温不同).如马铃薯的有效积温为1000-1600度；玉米为2000-4000度；椰子为5000度以上。第三十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n四、生物对极端温度的适应1.生物对低温的适应低温的危害：温度低于一定数值，生物便会受害，这个数值称为临界温度。在临界温度以下，温度越低生物受害越重。低温对生物的伤害可分为寒害和冻害两种。第三十八页，编辑于星期四：十二点三分。\n寒害:是指温度在0℃以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害:是指0℃以下的低温使生物体内〔细胞内和细胞间〕形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。极端低温对动物的致死作用主要是体液的冰冻和结晶，使原生质受到机械损伤、蛋白质脱水变性。第三十九页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔1〕植物对低温的适应形态适应：表现在芽及叶片常有油脂类物质保护，芽具有鳞片，器官的外表有蜡粉和密毛，树皮有较兴旺的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；第四十页，编辑于星期四：十二点三分。\n生理适应：低温环境的植物减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素来降低植物的冰点，增加抗寒能力。如鹿蹄草通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液来降低冰点，可使结冰温度下降到-31度。行为适应：休眠来增加抗寒能力。第四十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔2〕动物对低温的适应*形态结构：贝格曼〔Bergman〕规律：生活在高纬度地区的恒温动物，其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大。因为个体大的动物，其单位体重散热量相对较少。第四十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n第四十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n阿伦规律〔Allen〕恒温动物身体的突出局部如四肢、尾巴和外耳等在低温环境下有变小变短的趋势。北极狐赤狐大耳狐第四十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n北极的北极狐、温带的赤狐、热带大耳狐第四十五页，编辑于星期四：十二点三分。\n*生理适应：增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温；在低温环境下减少身体散热的另一种适应为大大降低身体终端部位的温度，而身体中央的温暖血液很少流到这些部位〔如生活在冰天雪地的北极灰狼，其脚爪可保持在接近冰点的温度；站立在冰面的鸥，其脚掌的温度为0-5度，温度自下而上逐渐升高，到达生有羽毛的胫部为32度，而鸥的体温38-41度。〕第四十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n*行为适应：休眠〔抗寒〕迁徙〔避寒〕第四十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n2.生物对高温的适应温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温对植物的危害：高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。高温对动物的危害：主要是破坏酶的活性，使蛋白质凝固变性，造成缺氧、排泄功能失调和神经系统麻痹等。〔动物对高温的忍受能力因种而异，一般哺乳动物不能忍受42度以上高温；鸟类不能忍受48度以上高温〕第四十八页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔1〕植物对高温的适应形态适应：有些植物体具有密绒毛或鳞片，能过滤一局部阳光；有些植物体呈白色、银白色，叶片革质发亮，能反射大局部光线；有些植物叶片垂直排列，或高温下叶片折叠，减少吸光面积等。生理适应：降低细胞含水量，增加糖或盐的浓度，有利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝结力；蒸腾作用防止值物体因过热受害。第四十九页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔2〕动物对高温的适应夏眠穴居昼伏夜出第五十页，编辑于星期四：十二点三分。\n五、温度与生物的地理分布1.有效总积温：根据生物有效临界温度的天数的日平均温度累计计算。2.极端温度〔最高、最低温度〕植物：高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡；并且植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显，对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温。如：苹果不能在热带栽培，由于高温的限制不能开花结实；可可、椰子只能在热带分布，因为是受低温的限制；垂直分布：长江流域马尾松分布在海拔1000-1200米以下，这个界限的上部为黄山松，是因为在海拔1000-1200米是马尾松的低温界限，而是黄山松的高温界限。第五十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n温度对动物的分布温度的直接限制作用:如昆虫生存地区有效积温少于发育所需的积温时，昆虫不能完成生活史。玉米螟生物学0度为15度，假设气温15度以上的日子少于70天，它就不能持久生存。温度对恒温动物分布的直接限制较小，常常是通过其他生态因子〔如食物〕而间接影响其分布。第五十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n六、变温与温周期现象由于地表太阳辐射的周期性变化产生温度有规律的昼夜变化,许多生物适应了变温环境,多数生物在变温下比恒温下生长得更好.植物生长与昼夜温度变化的关系为温周期现象。第五十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n1.植物温周期现象的主要表现：〔1〕种子萌发大多数植物在变温下发芽较好。如毛冬青在变温20-30度发芽率为70-80%，恒温条件25度发芽率为20-30%〔因为降温后，增加了氧气在细胞中的溶解度；温度交替提高细胞膜的透性，促进萌发。〕第五十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔2〕生长期植物生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合.温度条件番茄茎的日生长量/mm昼夜26.5度23.1昼夜19度19.5白天20度，夜间26.5度19.4白天26.5度，夜间20度26.1-35.0第五十五页，编辑于星期四：十二点三分。\n〔3〕变温与干物质积累变温对于植物体内物质的转移和积累具有良好的作用.昼夜温差越大，植物产量越高，质量越好。因为白天适当高温有利于光合作用，夜间适当低温使呼吸作用减弱，光合产物消耗减少，净积累增多。如燕麦地昼夜温度都是20度，每日因同化作用而积累的碳水化合物为300公斤，因呼吸作用而失去的为175公斤，纯增125公斤；假设夜温降到10度，因呼吸作用损失132公斤，纯增168公斤。第五十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n2.物候节律物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。物侯学:研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学.第五十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n3.休眠休眠:生物的潜伏、蛰伏或不活动状态，是抵御不利环境的一种有效的生理机制。休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠和夏眠〔夏蛰〕。休眠的好处：忍耐较宽的生态幅减少能量消耗如植物种子；温带木本植物。第五十八页，编辑于星期四：十二点三分。\n§3.植物与风地面上因气温分布不均所引起的气压分布不均，是产生风的原因。第五十九页，编辑于星期四：十二点三分。\n1.风的主要类型：季风：全年变向两次，夏季从海洋吹向陆地，冬季相反。干热风：春夏之交，欧亚大陆北部南下的冷空气，沿途经过已增暖的下垫面和大面积干热沙漠后，出现又干又热的干热风天气。热带气旋：水陆风：发生在海岸和湖岸地区，白天从水体吹向陆地，夜间相反。山谷风：白天风从山谷吹向山顶，夜间从坡上吹向山谷。焚风：由于气流下沉而变得又干又热的风。第六十页，编辑于星期四：十二点三分。\n风媒风播：许多森林优势树种，依靠风来传粉。许多树种的种实靠风传播，如落叶松、槭、榆、桦、杨、柳等。生理活动：加速植物的蒸腾形态：旱风条件下生长的植物，其植株偏小。长期的单向风会使树木长成旗形树冠。风害：白超过10m/s的大风，对树木有破坏作用。如风倒、风折。2.风对植物的影响第六十一页，编辑于星期四：十二点三分。\n3.风对动物的影响影响动物的形态和行为如生于海岛、高山等多风地带的昆虫，大多数无翅。影响动物的传播和迁移。第六十二页，编辑于星期四：十二点三分。\n4.风对生态系统的影响物质气态循环的主要动力携带污染物质通过风倒、风折对生态系统产生干扰。第六十三页，编辑于星期四：十二点三分。\n5.植被对风的影响植被明显地影响风速不同结构的森林植被对风的影响也不同紧密结构林带通风结构林带第六十四页，编辑于星期四：十二点三分。\n农田防护林带美国大平原地区农田土壤风蚀防治条带耕作风障小麦秸秆还田第六十五页，编辑于星期四：十二点三分。\n6.风与森林的生产与经营森林更新期内，风关系到更新造林的成败抚育间伐应考虑风因子主伐方式的设计第六十六页，编辑于星期四：十二点三分。\n1、了解面对逆境，远比方何接受顺境重要得多2021/9/172:05:3802:05:382:05:38AM。九月-21九月-21Friday,September17,20212、一般的伟人总是让身边的人感到渺小Friday,September17,20212:05:38AM9/17/20212:05:38AM02:05Sep-21。02:05:3802:05:3802:059/17/20212:05:38AM3、02:05Sep-2117-Sep-214、昨天是张退票的支票17-Sep-212:05:38AM02:0502:05:3802:05:3802:05Friday,September17,20215、积极人格的完善是本，财富确实立是末17-九月-21。九月-21九月-2102:05:3802:05:38September17,20216、昨晚多几分钟的准备9/17/20212:05:38AM17九月20212:05:38上午02:05:38九月-217、每一发奋努力的背，必有加倍的赏赐2:05:38上午九月212:05上午九月-2102:05September17,20218、业余生活要有意义，不要越轨。2021/9/172:05:3802:05:3817September20219、要及时把握梦想，因为梦想一死9/17/20212:05:38AM。2:05:38上午2:05上午02:05:38九月-2110、一个人的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值钱。9/17/20212:05:38AM02:05:3817-九月-2111、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步。9/17/20212:05AM9/17/20212:05AM九月-21九月-21谢谢大家第六十七页，编辑于星期四：十二点三分。\n1、每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成功的路2021/9/172:06:0202:062、成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦。02:06:0202:06:0202:069/17/20212:06:02AM3、每天只看目标，别老想障碍Friday,September17,2021。九月-2102:06:0202:06Monday,July19,202117-Sep-214、宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子2:06:02上午。02:06:0202:06:0202:06Friday,September17,20215、积极向上的心态，是成功者的最根本要素02:06:02。九月-21九月-2102:06:0202:06:02September17,20216、生活总会给你另一个时机，九月-212:06:02AM2:06:02上午02:06:02九月-217、人生就像骑单车，想保持平衡就得往前走21:19:48九月-2102:06September17,20218、业余生活要有意义，不要越轨。2021/9/172:06:0202:06:0217September20219、我们必须在失败中寻找胜利Friday,September17,2021九月-2110、一个人的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值钱。9/17/20212:06:02AM02:06:0217-九月-2111、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步。9/17/20212:06AM9/17/20212:06AM九月-21九月-21谢谢大家第六十八页，编辑于星期四：十二点三分。