生态学能量环境
生态学复习题
普通生态学复习大纲第一部分第一章生物与环境1．环境、生态因子的概念环境：是指某一特定生物体或生物群体周围一切的总和，包括空间及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的各种因素。
生态因子：是指环境要素中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。
2． . 生态因子的分类和作用规律。
1、生态因子的分类1属性;非生物因子：温度、光、水、pH、氧等理化因子。
生物因子：同种和异种生物个体及其生物过程。
2性质;气候因子：包括光、温度、水、空气等。
土壤因子：包括土壤结构、理化性质、肥力等地形因子：地面的起伏、坡度、坡向等。
生物因子：如捕食、寄生、竞争等人为因子：人类活动。
3作用密度制约因子：受密度制约的因子。
非密度制约因子：不受密度制约的因子。
二.作用规律:1综合作用。
生态环境是一个统一的整体，生态环境中各种生态因子都是在其他因子的相互联系、相互制约中发挥作用，任何一个单因子的变化，都必将引起其他因子不同程度的变化及其反作用。
2主导因子作用。
在对生物起作用的诸多因子中，其中必有一个或两个是对生物起决定性作用的生态因子，称为主导因子。
主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化。
3直接作用和间接作用。
环境中的一些生态因子对生物产生间接作用，如地形因子；另外一些因子如光照、温度、水分状况则对生物起直接的作用。
4阶段性作用。
生态因子对生物的作用具有阶段性，这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。
5生态因子不可代替性和补偿作用。
环境中各种生态因子对生物的作用虽然不尽相同，但都各具有重要性，不可缺少；但是某一个因子的数量不足，有时可以靠另外一个因子的加强而得到调剂和补偿。
6生态因子限制性作用。
生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用，其中限制生物生存和繁殖的关键性因子就是限制因子。
3什么是利比希最小因子定律、限制因子定律、谢尔福德耐受性定律？利比希在1840年提出“植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素”。
森林生态学：2_2能量环境
2. 水体温度的成层现象（以湖泊为例）
生物与环境
第二节 能量环境
2.1 地球上光及温度的分布 2.2 生物对光的适应 2.球上光的分布
（一）光的组成
太阳辐射光谱组成：
短波：紫外线，λ<380nm 可见光：380nm < λ<760nm 红外线：λ>760nm
（二）太阳辐射——能量来源
（三）水体温度的变化
1. 水体温度随时间的变化
水体由于热容量较大，因而水温的变化幅较大气 小。海洋水温昼夜变化不超过4℃ ，随深度增加变 化幅减小。15m以下深度，海水温度无昼夜变化， 140 m以下，无季节性变化。赤道及两极地带海洋 的温度年较差不超过5℃，而温带海洋水温年较差 为10～15℃ ，有时可达23℃ 。
气温还随海拔升高而降低，在干燥空气中海拔每升 高100m，气温下降1度，潮湿空气中下降0.6度， 这是由于空气绝热膨胀的结果。
2. 温度的时间变化
温度的时间变化指日变化和年变化。
日变化中，于13～14时气温达到最高，于凌晨日出前降至最 低。日较差随纬度增高而减少，随海拔升高而增加，并受地 形特点及地面性质等因素的影响。如赤道处的高山，白天气 温可达30度或更高，夜间却降到霜冻的程度。沙漠地带的日 较差有时可达40度。
气温有四季变化。一年内最热月和最冷月的平均温度之差， 称年较差。年较差受纬度、海陆位置及地形等众多因素的影 响。一般来说，大陆性气候越明显的地方气温年较差越大， 纬度越高年较差越大。
（二）土壤温度的变化
地球上各地土壤的温度与该地气温有一定的相关性，但因土壤 的组成及性质特征，使其土壤温度又有其自身特点：
影响结果
③地表的光照强度也随时间和空间而变化 一般来说，随纬度升高光照强度减弱，随海拔升高 光照强度增加。 一年中，夏季光照强度最大，冬季最弱。 一天中，中午光照强度最大，早晚最弱。 光照强度还随地形而变化，如北纬30°地方，南坡 接受的太阳辐射总量超过平地，而平地大于北坡。
生态学-个体生态-能量与环境期末考点整理
生态学-个体生态－能量与环境期末考点整理●光的生态作用●光的一般性质●光质、日照长度、光照强度●影响因素●季节、纬度→太阳高度角●地形因素：海拔、坡向、坡度●地面因素：吸收、反射、散射●生态作用●光质●空间●藻类●时间●夏季短波光增多●中午短波光增多●阴天长波光容易透过●光照强度●日照长度●紫外线与高山植物●高山地区空气稀薄、太阳光穿透阳挡少，再加上山地冰雪的反射作用，紫外线整体较强。
高山植物在紫外线作用下 (UV-B受体作用）茎的细胞伸长生长受到抑制(逆境)，往往具有莲座状叶丛●高山上风特别大，高大的植物容易被风刮断，所以植物的茎和枝全都缩得短短的，而且一丛从地聚集在一起。
长得密密的枝和叶，不但能抵抗强风还能防止身体中热量和水分的散失●高山植物能产生类胡萝卜素和花青素等物质来吸收紫外线保护自己，同时使得花朵的颜色特别艳丽，当然也会吸引昆虫，增加传粉的机会。
●光强与水生，陆生植物生态分布●C4光饱和点高，光补偿点低，群体光饱和点高于单叶（分层）●光强与植物生长发育需光种子，嫌光种子●厌光性蔬菜（光照少时易发芽），需要厚厚地覆土，常见的有：西红柿、芜菁、萝卜、青椒、黄瓜、南瓜、洋葱、大葱等。
●嫌光种子一般来说都是大粒种子，它们具有足够的物质储藏以维持幼苗较长时间生长在黑暗环境中，发芽一般不需要光，如瓜类●喜光性蔬菜（光照多时易发芽），需要薄薄地覆土，常见的有：甘蓝、胡萝卜、水晶菜、小松菜、茼蕎、白菜、生菜等●需光种子则多为小粒种子，它们处于光不能穿透的土层中时保持休眠状态，只有当它们处于士表，依赖较少储藏物质进行发芽，从而及时伸出士表迅速进行自养生长，这在生态学上是有一定意义的。
如果小粒种子在黑暗处就能发芽，当它还不能伸出土表时就已经耗尽储备而不能存活了●光强与动物生长发育●光强与动物的行为●夜行性动物●蚯蚓，蛞蝓，鼠妇，马陆，狼●昼行性动物●松鼠、斑马、马、羊、黑猩猩、星鸦、猎鹰、人类●光周期分类，南北引种●季节周期●植物物候●生长季、非生长季●动物迁徙（主要影响因素）●动物冬眠、换毛换羽●昼夜长短●长日照植物●牛蒡，凤仙，除虫菊●日中性植物●黄瓜，番茄，蒲公英●短日照植物●牵牛，苍耳，菊类●中日性植物●光敏色素与植物光周期现象●Pfr/Pr高：长日照植物(LDP)开花，短日照植物(SDP)营养生长●Pfr/Pr低：短日照植物(SDP)开花，长日照植物(LDP)营养生长●南北引种问题●长日照北种南引：开花推迟，为不误农时，送择早熟品种为宜●长日照南种北引：开花提前，为防止未老先衰，选择早熟品种为宜●短日照北种南引：开花提前，为防止少苗早熟，选择晚熟品种为宜●短日照南种北引：开花推迟，为不受冻害，选择早熟品种为宜●动物的昼夜节律●阿朔夫规律夜行，昼行变化●定义：阿朔夫于1960年提出，对于夜出性动物而言，恒黑使其似昼夜周期缩短，而恒光则使其昼夜周期延长，井且光照强度的增强，其似昼夜周期的延长就更明显；相反，对昼出性动物来说，恒黑使其似昼夜周期延长，而恒光则使之缩短，并且随Jürgen Aschoff(1913-1998)着光照强度的增强，其周期就缩短得更显著。
环境生态学
环境生态学环境生态学是一门综合性学科，它通过对生态系统的研究，探讨人类活动对环境以及生态系统的影响，为维护可持续发展提供科学依据。
本文就环境生态学的概念、研究内容、方法手段以及应用前景等方面进行探讨。
一、环境生态学的概念环境生态学是一门研究生态系统结构、功能和相互关系，以及生态环境变化规律及其对人类活动的影响的综合性学科。
它研究的对象包括所有的生物、非生物因素组成的生态系统及其与环境之间的相互作用。
环境生态学是一个跨学科的领域，包括生物学、生态学、土壤学、地球物理学、环境化学和环境科学等多个学科。
二、环境生态学的研究内容环境生态学主要研究以下内容：1.生态系统的结构和功能生态系统是由生物、非生物要素相互关联的系统，它的结构、特征和功能决定了生态系统的稳定性和循环性。
环境生态学研究生态系统的物质循环、能量流动、生物多样性、生态系统结构和演替等方面的内容。
2.人类活动对环境和生态系统的影响人类的活动对环境和生态系统产生重大的影响，这些影响包括大气污染、水污染、气候变化、能源消耗等方面。
环境生态学研究人类活动对环境的影响以及人类活动与自然环境的相互作用。
3.生态修复和重建生态修复和重建是指通过调整、改变生态系统的结构和功能来恢复或提高本地生态系统的质量和功能，从而实现生态环境的可持续发展。
环境生态学研究生态修复和重建的技术和方法，并应用于生态环境治理等领域。
三、环境生态学的方法手段环境生态学使用多种研究方法和实验手段，包括野外调查、实验、模拟、数值模型和地理信息系统等。
1.野外调查：野外调查是环境生态学研究的基础，通过野外调查了解生物多样性、物种组成、生态系统结构和功能以及环境特征和变化等方面的信息。
2.实验：环境生态学的实验主要包括田间试验和室内试验，通过实验可以研究生态系统稳定性及其对人类活动的响应规律。
3.模拟：通过模拟实验，可以掌握生态系统的特征和其对环境变化的反应性，从而研究环境生态系统的演变。
生态学：生态系统的能量流动
现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重 (g·m-2)或平均每平方米生物体的热值来表示 (J ·m-2 )。
08.04.2021
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生产量(production): 是在一定时间阶段中，
某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数 量、重量或能量。它是时间上积累的概念，即 含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、 生产力(production rate)和生产率 (productivity)视为同义语，有的则分别给予明 确的定义。
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放射性标记物测定法
用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定的 碳量
放射性14C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然 水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时 间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射 活性，然后计算：
14定的碳量
P=Pg+Pr Pr：生殖后代的生产量， Pg：个体增重
根据生物量净变化△B和死亡损失E，估计P
P＝ △B＋ E 08.04.2021
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生态系统中的分解
资源分解的过程：分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等 三个过程。 资源分解的意义： ➢理论意义：
❖通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生 产者提供营养物质；
❖维持大气中二氧化碳的浓度； ❖稳定和提高土壤有机质含量，为碎屑食物链以后
各级生物生产食物； ❖改善土壤物理性状，改造地球表面惰性物质； ➢实践意义： ❖粪便处理 ❖污水处理
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分解作用的三个过程
碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑
异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的 分解
从聚合体变成单体(如纤维素降解为葡萄糖)
第九章 生态系统的能量流动
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热力学第二定律是对能量传递和转 化的一个重要概括，通俗地说就是：在 封闭系统中，一切过程都伴随着能量的 改变，在能量的传递和转化过程中，除 了一部分可以继续传递和做功的能量 （自由能）外，总有一部分不能继续传 递和做功，而以热的形式消散，这部分 能量使系统的熵和无序性增加。
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第二节 生态系统中的初级生产
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(三)CO2测定法 用塑料帐将群落的一部分罩住， 测定进入和抽出空气中CO2含量。如黑 白瓶方法比较水中DO那样，本方法也 要用暗罩和透明罩，也可用夜间无光 条件下的CO2增加量来估计呼吸量。测 定空气中CO2含量的仪器是红外气体分 析仪，或用经典的KOH吸收法。
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(四)放射性标记物测定法 把放射性14C以碳酸盐(14CO32-) 的形式，放入含有自然水体浮游植 物的样瓶中，沉入水中经过短时间 培养，滤出浮游植物，干燥后在计 数器中测定放射活性，然后通过计 算，确定光合作用固定的碳量。因 为浮游植物在暗中也能吸收14C，因 此还要用“暗呼吸”作校正。
一、生态系统食物链的能量流动
生态系统食物链中的能量流动是逐级递 减的。根据热力学第二定律，太阳辐射能被 生产者转化后，能量沿着食物链在生态系统 不同营养级间传递的过程中，能量转化效率 都不可能达到100%。根据林德曼定律，约为 10%，且逐级递减。正是受能量转化效率的 限制，生态系统中的食物链长度通常是非常 有限的，大多数食物链只有3个或4个营养级， 而有5个或6个营养级的食物链比例很小。因 为太少的能量无法维持更高层次的消费者种 群。
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图9-4 分解速率和土壤有机物积累率随纬度而变化的规律 以及大、中、小型土壤动物区系的相对作用（Swift,1979） 39
第五节 生态系统中的能量流动
生态学：能量环境——光的生态作用及生物对光的适应
能量环境能量：是太阳表面以电磁波的形式不断释放的太阳辐射或太阳光，它为地球上所有的生命系统提供了能量来源。
能量环境：是指光合温度组成的地球环境。
能量的特点：为地球上所有的生命系统提供能源。
a)生物圈通过绿色植物将太阳能转化为化学能贮存于植物体内，是生物圈与太阳能发生联系的唯一环节。
b)太阳辐射的变化规律c)地球表面太阳光分布不均的原因d)太阳辐射能的组成一、光的生态作用及生物对光的适应(一)地球上光的分布1.太阳辐射及其光谱组成太阳辐射能通过大气层时，其辐射强度大大减弱。
而地球截取的太阳能约为太阳输出总能量的20亿分之一，地球上绿色植物光合作用所固定的太阳能只占从太阳接受的总能量的千分之一。
2.太阳辐射的变化规律1)光质随时间和空间的变化a)维度变化：短波光随纬度升高而减少b)海拔变化：短波光随海拔升高而增加c)季节变化：冬季长波光多，夏季短波光多d)日变化：早晚长波光多，中午短波光多2)日照长度随时间和空间的变化a)春分和秋分时全球昼夜相等；b)在北半球，春分到秋分昼长夜短，夏至昼最长，并随纬度升高昼长增加；秋分到春分昼短夜长，冬至昼最短，并随纬度升高昼长变短；c)北极夏半年全为白天，冬半年全为黑夜；赤道附近终年昼夜相等。
3)光照强度随时间和空间的变化a)纬度：随纬度的升高而减少b)经度：离海越远，强度越大c)海拔：随海拔升高而增强d)坡向、坡度：北纬30度地方，南坡>平坡>北坡e)季节：一年中，夏季较强，冬季较弱f)日变化：一天中，中午最强，早晚最弱4)水体中光的变化a)红外和紫外光仅在水中几米深就会被吸收完；紫光和蓝光易被水面反射和散射；红光在4米深水中光强降到1%，蓝绿光能进入较深的水中。
b)绿藻分布在上层水中，褐藻分布在较深水层中，红藻分布在最深层，可达水深200米。
c)水中的辐射强度随水深的增加呈指数减弱。
d)根据水体中光的强弱或有无，可将水体分为光亮带、弱光带和无光带，分别对生物产生不同的影响。
生态环境-4-5生态学 生态系统(组成、功能) 生态平衡
太阳能对地球表面上能量的传递特 点（2）
B 太阳辐射中的紫外线大部分没有到达地表。这 部分光谱有足够的能量能使化光键断裂，因此各 种生命系统都必须防护免于过分受其照射。
C达到地球表面的太阳能量中有小部分由地面即 反射回空间去，还有一小部分转变为量后再辐射 回空中。
D地球表面各处的太阳能辐射量是不同的。
5.生态系统的组成
必要部分：生物（自养者，分解者、转变者）和 非生物（阳光，营养分）组成
非必要部分：非必要的部分主要是各级消费者 （他养生物）
归纳起来，生产者、消费者、还原者（分解者和 转变者）以及无机营养分是生态系统的四个基本 组成
非必要的部分主要是各级消费 者，它是靠生产者的有机物质为
由上右知，一半用于饲养牲畜后，可供供养的农 民数量是原来的11/20倍。
9.生态系统中的物质循环
各种生物维持生命所必需的化学元素虽然为数众 多，但生物体全部原生质(Protoplasm)中约有 97%以上是由氧、碳、氢、氮和磷五种元素组成， 此外还有硫、钙、镁、钾等等。这些主要的化学 元素在生物圈中的物质循环过程，包含有生物的、 地质的和化学的系统，因而称为生物地质化学循 环
森林是地球之肺
氧与二氧化碳的循环变化是地球生物圈存在的基础。
二氧化碳的吸收者（生物的呼吸作用，特别是人类进行的 各种燃烧过程，消耗大量的氧，同时释放出相应数量的二 氧化碳。如果没有绿色植物的造氧作用，不难设想，总有 一天生物就会从地球上消失掉。
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Hemispheres
7
不
18
同
17
季 16
节光 15
各 期 14 纬
度
hr 13 10°
的 日 照
12 20°
30°
11 35°
40°
10
45°
长
9 50°
度
2
4
50°
45° 40° 35° 30° 20° 10°
6
8
6
7
8
9暗
10 期
11
10°
hr
20° 12
30°
35° 13
40°
45° 14
光照强度的生态作用
影响动物的生长发育 影响动物的体色 影响植物叶绿素的形成
黄化现象
影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的 生长和分化
影响植物花果的数量的向光性 植物秋季落叶 C3植物和C4植物
光合能力
阳地植物和阴地植物、耐阴植物
生理差异 形态差异
9
土壤温度的分布与变化
土壤温度与气温相关 土壤温度变化与深度有关 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关 温度变化周期与深度相关 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关
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土壤与空气温度变化比较
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水体温度的分布与变化
水温的时间变化
变化幅度较气温小 不同深度水体的日变化 不同深度水体的年变化
50° 15
10
12M
8
地表大气温度的分布与变化
空间分布与变化
纬度升高1°，气温降低0.5℃ 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大 南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.6～
1℃ 逆温现象
时间变化
日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大
，使植物向光性更敏感
紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D的 合成
红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和 能量代谢有决定性作用
15
生物对光质的适应
太阳鱼视力的灵敏峰值为500～530nm 绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色
素的差异 高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达
16
18
动物对光照强度的适应
动依 物活 开动 始时 活间 动的 的动 时物 间分
类
19
生物对光周期的适应 生物的昼夜节律
光的周期性 生物的昼夜节律 外源性周期和内源性周期
生物的光周期现象
植物的光周期现象
植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
2
2.2 地球上光及温度的分布
2.2.1 地球上光的分布
太阳辐射及其光谱组成 地球上光的分布规律
2.2.2 地球上温度的分布
大气温度的分布与变化
土壤温度的分布与变化
水体温度的分布与变化
3
太阳辐射及其光谱组成
紫可 红 外见 外 线光 线
能 流 强 度
紫外光：波长<380nm， 9%
可见光：波长380～760nm， 45%
不同物种对低温的耐受性不同 生物的抗寒锻炼
27
生物发育和生长速度
• 发育阈温度(生物学零度) • 总积温(有效积温)：K=N(T-C) • 发育历期和发育速率
28
驯化和气候驯化
春化 (vernalization) ：植物在发芽前需要一个寒冷期
红外光：波长>760nm， 46%
500
1000
2000
3000
4000
波长nm
4
影响太阳辐射的因素和光的分布规律
影响地表太阳辐射的因素
大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向
光质(光谱成分)
低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多 夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多
第二章 能量环境
2.1 地球上的能量类型 2.2 地球上光及温度的分布 2.3 生物对光的适应 2.4 生物对温度的适应
1
2.1 地球上的能量类型
2.1.1 太阳能，光能
2.1.2 地热能
2.1.3 风能
2.1.4 化学能
2.1.5 有机物中包含的化学能
2.1.6 其他能量
问题：生物可以利用那些能量？
日照时间
夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜
光照强度
低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大 夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱
5
地 球 表 面 的 太 阳 辐 射
6
The seasons in the Northern and Southern
动物的光周期现象
动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期
20
实验室恒定条件下生物的节律
21
鸟 类 节 律
22
植物开花对日照长度的反应
• 长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、凤仙花、牛蒡等 • 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、牵牛等 • 中日照植物：甘蔗等少数热带植物 • 日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄
～
23
2.4 生物对温度适应
2.4.1 温度与动物类型 2.4.2 温度对生物的影响 2.4.3 生物对极端环境温度的适应
生物对低温的适应 生物对高温的适应
2.4.4 生物对周期性变温的适应 2.4.5 物种分布与环境温度
24
温度与动物类型
常温动物 变温动物 外温动物 内温动物
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温度对生物的影响
光照强度的生态作用 植物对光照强度的适应 动物对光照强度的适应
2.3.3 生物对光周期的适应
生物的昼夜节律
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生物的光周期现象
光质的生态作用
叶绿素的吸收光谱
蓝紫光：430～450nm
红光：640～660nm
不同光质的作用
蓝紫光：促进蛋白质的合成
红光：促进糖的合成
青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长
酶反应速率与温度域 生物发育和生长速度 驯化和气候驯化
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酶反应速率与温度域
温度系数Q10 高温对生物的伤害
高温的伤害：蛋白质(酶)变性、有机体脱水 不同物种对高温的耐受性不同
低温对生物的伤害
低温的伤害：冻害（freeze injury）、冷 害 (chilling injury)
水温的成层现象
水温分层：上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 低纬度地区：雨季和干季 海洋：低纬度水域、中纬度水域
12
温带深水湖水温垂直变化
13
2.3 生物对光的适应
2.3.1 光质的生态作用和生物的适应
光质的生态作用 生物对光质的适应
2.3.2 光照强度的生态作用和生物的适应