生态学第二章 能量环境

(1) 生物对低温的适应
行为方面： --迁徙 --集群 种群大量个体聚集在一起，身体 彼此接触或靠近，减少热量散失。
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第二章 能量环境
2.4.4 生物对高温的适应
（1）形态方面：鳞片、被毛、厚皮、叶或皮反射光 线、叶排列减少光照等。动物皮毛反射光线等。
（2）生理方面：增大细胞液浓度，降低含水量。旺 盛的蒸腾; 动物适当放宽恒温性（图2-25）。
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第二章 能量环境
外温动物和植物的发育不仅需要一定的时间，还 需要时间和温度的结合，即需要一定的总热量，称总 积温（Sum of heat）或有效积温（Sum of effective temperature），才能完成某一阶段的发育。这个规律 称有效积温法则。生物各个阶段所需的总热量（K）是 一个常数。有效积温法则可用公式表示：
（2）水体温度的成层现象
以中、高纬度的湖水较明显。冬季，湖面 结冰，冰下水温为0 ℃，往下，水温逐渐增高， 直至4 ℃ 。春季，水面冰层融化，水温升高， 达到4 ℃ ，即往下沉，形成春季水体垂直环 流。夏季，水面温度较高，处于上层，往下温 度降低。秋季，随着气温下降，水体表面温度 降低，达到4 ℃时，下沉，形成秋季环流（图 2-12）。
(1) 生物对低温的适应
形态方面：（植物）芽鳞、蜡粉、被毛、垫
状、匍匐等。（动物）寒冷地区的内温动物比温 暖地区内温动物的个头大（贝格曼规律， Bergmann’s rule）。寒冷地区内温动物身体的突 出部分常较小，以减少热量的散失（阿伦规律， Allen’s rule）。寒冷地区动物的皮下脂肪发达。
动物对光照强度的适应，形成了昼行性动物和 夜行性动物等生态类型。 昼行性动物：适应于白天光下活动。
夜行性动物：适应于黑夜无光条件下活动。
对光强不同需求的动物，身体的感光器官（眼睛） 与对光的需求是适应的，如夜行性动物的眼睛一般比 昼行性动物的眼睛大。
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第二章 能量环境
2.2.3 生物对光周期的适应
2.1 地球上光的分布及变化
2. 1. 1 地球上光的分布
太阳辐射由紫外光、可见光和红外光组成，它们分别占 太阳辐射能量的9%、45%和46%。
其中紫外光又可细分为UV-A，UV-B和UV-C：
200----280----320----380(nm) UV-C UV-B UV-A
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第二章 生物与环境
（2）光质的变化
空间变化:
A. 纬度：短波光随纬度升高而减少。 B. 海拔：短波光随海拔升高而增加。
时间变化:
A. 季节变化：冬季长波光多，夏季短波光多。 B. 日变化：早晚长波光多，中午短波光多。
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第二章 能量环境
（3）日长的变化
纬度不同，日照长度不同。维度越高，日照长度的年 变化越大。
（3）行为方面：休眠、昼伏夜出。 例：骆驼和仙人掌对荒漠环境的适应。
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第二章 能量环境
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第一章 绪论
图4.15 荒漠植物的形状：减少从环境中获得热量有利于热量散失
2.4.5 生物对周期性变温的适应
周期性变温有利于生物的生长发育 生物对环境温度的周期性变化，在形态 上、生理上、行为上，都会产生适应。
(1) 光照强度的变化
影响地球表面光照强度的因素
--大气圈内的各种成分 如臭氧、氧、云雾、 尘埃等的吸收、反射和散射。平均来说，到达 地球表面的辐射强度约占总辐射的47%，其中 直接辐射占24%，散射为23%。
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第二章 能量环境
(1) 光照强度的变化
--太阳高度角 太阳高度角越小，太阳辐射穿过
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第二章 生物与环境
（4）植物群落内太阳辐射的变化
A. 日光进入植物群落内，一方面是光照 强度常呈指数减弱，另一方面是光合有效光不 断被吸收，含量逐渐减少，而绿光比例增加。 B. 植物的适应现象。
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第二章 生物与环境
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第二章 能量环境
不同植物类型，对光照强度的需求不同。
阳性植物的生长发育、光合作用等需要的光照 强度比耐阴植物和阴生植物高。在一定的光照 强度范围内，光合作用随光照强度的增加而升 高，不同的植物，光合作用最适光强不同。
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第二章 能量环境
（3）动物对光照强度的适应
（1）空间变化 纬度：纬度升高，温度下降。一般纬度升高1度，温 度下降0.5 ℃ ；纬度升高，年较差增大。 经度：大陆性气候增强，年较差增大。北京和纽 约，纬度相近，但北京大陆性强，1月比纽约 低3.8℃,7月高3.1℃。
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海拔高度：一般海拔升高100米，温度下 降0.5-0.6 ℃ （图43）。 植物体及植物群落内的变化：植物体， 叶 子白天比气温高几度至10几度，夜间比
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第二章 能量环境
（2）动物的光周期现象
A. 繁殖的光周期现象 长日照动物：随着日照时间变长，生殖腺逐渐发 育成熟，达到某一数值时，开始繁殖的动物。 短日照动物：有的动物随着日照时间变短，生殖 腺逐渐发育成熟，达到某一数值时（秋季）， 开始繁殖的动物。
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第二章 能量环境
出对日照长度规律性变化的反应，称光周期现
象（Photoperiodism 或 photoperiodicity）。
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第二章 能量环境
（1）植物的光周期现象
长日照植物：日照超过某一数值才开花的植物。 短日照植物：日照短于某一数值才开花的植物。 中日照植物：昼夜长度接近相等才开花的植物。 日中性植物：开花不受日照长度影响的植物。
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第二章 能量环境
Fig. 4.16 Arctic and alpine cushion plant form and orientation increases heat gain from sunlight and the surrounding landscape and conserves any heat gained
大气层的路程越长，达到地表的辐射强度越弱。 --海拔 随海拔升高而增强
--坡向、坡度
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第二章 能量环境
山的坡向和坡度对光照强度也有很大影响。在北 半球的温带地区，山的南坡所接受的光照平地多， 而平地所接受的光照又比北坡多。随着纬度的增 加，在南坡上获得最大年光照量的坡度也随之增 大，但在北坡上无论什么纬度都是坡度越小光照 强度越大。较高纬度的南坡可比较低纬度的北坡 得到更多的日光能，因此南方的喜热作物可以移 栽到北方的南坡上生长。
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第二章 能量环境
2.4.2 生物发育和生长速度
温度直接影响外温动物和植物的发育和生
长速率。生长发育是在一定的温度值才开始的，
低于这个温度，生物不发育，这个温度称发育 阈温度（Developmental threshold temperature）， 或称生物学零度（Biological zero）。
2.2.3.1 生物的昼夜节律
具有昼夜节律的生命现象很多。如动物的
活动、体温变化、能量代谢、激素的变化等的
昼夜节律。植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾 作用等也有昼夜节律。
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第二章 能量环境
2.2.3.2 生物的光周期现象
光周期现象：植物的开花结果、落叶及休眠， 动物的繁殖、冬眠、迁徙合换毛换羽等，呈现
育。动物的体色也与光强有关。
植物：植物的生长、发育、形态建成与光照强度
有关。如，光合作用、黄化幼苗。
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第二章 能量环境
（2）植物对光照强度的适应性
植物对光照强度的适应，形成了阳性植物、阴生 植物、耐阴植物等不同的生态类型。
--阳性植物（阳地种）：在全光照环境下才能正常生
长的植物。 --阴生植物（阴地种）：在较弱光照环境下比在强光 照环境下生长更好的植物。 --耐阴植物：在全光照下生长最好，但也能忍受适度 的阴蔽。
B. 昆虫滞育的光周期现象
某些昆虫的滞育期的出现是与日照长度相关 的（图2-12）。 C. 换毛与换羽的光周期现象 鸟兽的换羽换毛是受光周期调控的。 D. 动物迁徒的光周期现象 鸟类的长距离迁徙是由光周期引起的。
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第二章 能量环境
2.3 地球上温度的分布
2.3.1 地表大气温度的分布与变化
N（T - C）= K
式中，N表示生长发育所需时间，T表示发育期间 的平均温度，C表示该种生物的发育阈温度。
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第二章 能量环境
2.4.3 驯化和气候驯化
温度可以作为生物生长发育的刺激物，很 多植物在发芽前需要经过一个低温期。温度也 能够与其他生态因子相互作用解除休眠。
春化(Vernalization)：
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第二章 能量环境
2.3.2 土壤温度的变化
周期性的季节变化 在一定的深度范围内，夏季土壤温度随深 度而下降，冬季随深度而增加。 日变化 在一定的深度范围内，白天土壤温度随深 度而下降，夜间随深度而增加。
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第二章 能量环境
（1） 土壤表层温度的变化比气温大，随着深度的增 加，温度变幅减小。一般在1 m深度以下，土壤温度无昼 夜变化。一般在30 m深度以下，土壤温度无季节变化。 （2）土壤温度的最高值和最低值出现的时间比气温 延后。 （3）土壤温度的变化与纬度、海拔和经度有关。一 般中纬度地区变化较大，低纬度地区变化较小，高纬度 地区土壤温度的变化受积雪的影响。大陆性增强，土壤 温度的变幅增大。