生态学：能量环境——温度因子的生态作用
生态学 能量环境提纲讲解
第二章能量环境（内容提要）学习目标：1、掌握光照和温度的时空变化规律；▲▲2、光质、光强、光周期对生物的影响，以及生物对光质、光强、光周期影响的适应。
▲▲3、温度的生态作用，极端温度对生物的影响，以及生物对极端低温、极端高温的适应。
▲▲4、根据生物对光、温的反应规律进行引种驯化的特点。
5、风对生物的生态作用。
△6、火对生物的生态作用及管理。
△地球上的能量类型太阳能（光能）: 植物可利用的能量；▲▲地热能化学能：物体发生化学反应时所释放的能量少。
是少数低等生物可利用的能量。
生物能：是太阳能以化学能形式贮存在生物中的能量形式。
是高等生物可利用的能量。
风▲火▲其他能量：电能、磁能、声能、机械能、潮汐能、核能……2.1 光的生态作用及生物对光的适应环境光主要来源于太阳辐射。
太阳光在生物生命活动中扮演着重要角色。
它为植物提供光合作用所需的能量，控制其生长、发育和分布，决定植物群落的构成，并影响动物的生存、活动与分布。
2.1.1 地球上光的分布1、太阳辐射及其光谱组成太阳辐射中只有一部分是人肉眼能感知的可见光（390～760nm）。
太阳辐射达到地球后穿过厚厚的大气层，其中一部分能量被反射，一部分被吸收(如波长较短的紫外线(＜300nm）大部分被大气的臭氧层吸收)，一部分被散射，剩下的部分来到地面。
到达地面的光谱成分中，红外线占50%～60%，紫外线只占1%～2%，可见光约占38%～49%。
地面接受到能量之后也会向外界辐射能量（称为地面辐射），这部分能量达到大气层后也会一部分能量被反射，一部分被吸收，一部分被散射，剩下的部分回到宇宙空间。
光的成分：紫外光：波长<380nm， 9% ；可见光：波长380～760nm，45%；红外光：波长>760nm， 46%。
2、影响太阳辐射的因素和光的分布规律太阳辐射能总量随纬度增高而减少，形成不同的太阳辐射带；由于地球的倾斜，同一纬度上的太阳辐射量一年四季有变动；在热带地区，总能量较高、较稳定、季节变化小。
温度的生态作用与生物的适应
• A 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 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。K=N (T-T0)
6
（一）温度因子的生态作用
2．温度与生物发育
• 水分与动植物种类与数量：降水量最大的赤道 热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少 的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷。
38
（二）生物对水因子的适应
• 需水量：生产1克干物质所需的水量。
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（二）生物对水因子的适应
1.植物对水的适应
根据栖息地，通常把植物划分为水生植物 和陆生植物。
番茄茎的日生长量/mm 23.1 19.5 19.4 26.1-35.0
28
（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。
29
同
化
产
300公斤
量
170
125
130
175
10℃
20℃
燕麦昼夜温差对生物量的影响
30
（4）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。
55
西非的猴面包树，树干最粗可 达4人合围，可储水4吨。
56ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
旱生植物的形态及生理适应：
（a）含水量极少或具备发达的储水组织 （b）发达的根系：
如沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几公分，而 地下部分可深达15米，扩展范围623m2，可更多 吸收水分。
某农业大学《生态学》考试试卷(857)
某农业大学《生态学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（20分，每题5分）1. 生物地球化学循环中沉积循环与全球性三个环境问题（温室效应、酸雨和酸雾、臭氧层破坏）密切相关。
（）答案：错误解析：生物地球化学循环中气相循环与全球性3个环境问题（温室效应，酸雨、酸雾，臭氧层破坏）密切相关。
2. 生态系统中的硫循环只属于气体型循环。
（）答案：错误解析：生态系统中的硫循环属于沉积型循环和气体型循环。
3. 环境问题是人类社会经济发展与环境关系不协调所产生的。
（）答案：正确解析：环境问题一般指由于自然界或人类活动作用于人们周围的环境引起环境质量下降或生态失调，以及这种变化反过来对人类的生产和生活产生不利影响的现象。
4. 初级生产是将无机物质通过光合作用转化为有机物质的过程。
答案：正确解析：初级生产是指自养生物即无机营养性生物所进行的有机物的生产。
在一般生态系统中，光合成生物（绿色植物和光合细菌）所进行的有机物生产在数量上占绝大多数，因此，一般也多指光合成生物的有机物的生产。
它是一个能量转化和物质的积累过程，是绿色植物的光合作用过程。
2、名词解释（40分，每题5分）1. 稳态答案：稳态是指有机体在可变动的外部环境中维持一个相对恒定的内部环境。
正常机体通过调节作用，使得各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定。
内环境保持相对稳定是生物体自由生存的条件。
解析：空2. 生活史对策答案：生活史对策（又称生态对策）是指各种生物在进化过程中形成各种特有的生活史，生物在生存过程中获得生存的对策。
自然选择有利于形成这样的生活史对策：其能量分配合理，各个生命过程协调最佳，并使物种的繁殖和存活效益或适合度达到最大。
解析：空3. 原生演替[扬州大学2019研]答案：原生演替又称初生演替，是指在原生裸地或者原生荒原上进行的演替。
生态学(2.3.1)--光和温度因子的生态作用及生物的适应
• 长日照植物：萝卜、菠菜、小麦、油菜、凤仙花、牛蒡等 • 短日照植物：玉米、高粱、水稻、棉花、菊花、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、番茄等
长日照植物
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
凤仙花
油菜
短日照植物
牵牛花
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
§1.3 生态因子的生态作用及生物的适 应
光因子的生态作用及生物的适应 温度因子的生态作用及生物的适
应 水分因子的生态作用及生物的适
应 土壤因子的生态作用及生物的适
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
一、光因子的生态作用及生物的适应
光是地球上所有生物赖以生存最基本的能量来源—— 没有光就没有繁茂的生命世界
高山植物
高山植物对紫外光的适应，发展了特殊的 莲座状叶丛，含花青素、叶面缩小、毛绒
发达
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
紫外线对动物的特殊作用
某些动物靠紫外线才能 辨别方向或看清楚物体。 例如蜜蜂在找寻花蜜、 为花朵传粉的時，须借助 紫外线
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
生物的趋光性往往与光质有关：
CP sp
B 呼吸作用
率
光强
CP
sp 光饱和点 CP 光补偿点
光 净 生强产 力
陆生植物的类型：
《普通生态学》 第二章 生物与 环境
阳地植物 (Sun species) ：适应于强光照的植物，只有 在足够光照条件下才能进行正常生长，光补偿点高， 光合和代谢（呼吸）速率高
阴地植物 (Shade species) ：对光的需要远较阳性植物低 ，光补偿点低，代谢 / 呼吸作用、蒸腾作用较弱，抗 高温和干旱能力较低
环境生态学重点知识点
环境生态学知识点第一讲生物与环境第一节环境的概念及其类型一、环境的概念环境指某一特定生物个体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
分为自然环境、半自然环境、社会环境我们通常所说的环境为地球环境，包括：大气圈对流层、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈，又称为地理环境。
二、环境的类型1. 按环境主体分：以人为主体的人类环境、以生物为主体生物体以外的环境2. 按环境性质分：自然环境、半自然环境、社会环境3. 按环境范围大小分：微环境、内环境、区域环境、地球环境、宇宙环境第二节生物与环境因子的相互作用一、光因子的生态作用及生物的适应地球上生物生存和繁衍的最基本的能量源泉——光（一）光照强度的生态作用与生物的适应黄化现象是光与形态建成的各种关系中最极端的典型例子，黄化是植物对黑暗环境的特殊适应。
光合作用饱和点是一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但到达一定强度光合效率不会再增加，若继续增加光强，光合效率下降，这点谓之饱和点。
光补偿点植物同化器官中，光合作用吸收的二氧化碳与呼吸作用释放的二氧化碳相等时的光照强度。
按照植物对光照强度的适应程度分为：阳地植物：适应强光照地区生活。
蒲公英、蓟、杨、柳、桦、槐等阴地植物：适应弱光照地区生活。
连线草、铁衫、红豆衫、人参、三七（二）光质的生态作用与生物的适应光质变化规律空间变化随纬度增加而减少，随海拔升高而增加；时间变化冬季长波光增多，夏季短波光增多；中午短波光最多，早晚长波光较多。
生物的适应植物不同的光质对植物的光合作用，色素形成，向光性，形态建成的诱导等的影响是不同的。
例如光合作用的光谱范围只是可见光区。
动物可见光对动物生殖，体色变化，迁徙，毛羽更换，生长及发育等都有影响；紫外光有致死作用，特别是细菌，病毒及微生物，但昆虫对紫外光有趋光反应。
（三）生物对光周期的适应光周期现象生物对昼夜周期变化发生各种生理、生态反应的现象。
植物的光周期临界暗期指在昼夜周期中能诱导植物开花所需的最短或最长的暗期长度。
环境及其类型生态因子及其作用分析生态因子的生态作用及生物的适应
限制因子的价值
某种生物的限制因子即是其生存的关键； 找到了限制因子就意味着掌握了最小因子定律
基本描述
植物的生长取决于处在最小量状况的食物的量。
最小因子定律的补充
该定律只适用于稳定状态
2 生物与环境
生物种的概念 环境及其类型 生态因子及其作用分析 生态因子的生态作用及生物的适应
2.1 生物种的概念
生物种即物种 概念一：形态相似的个体的集合
强调形态相似与能够繁殖延续
概念二：能实际地或潜在地彼此杂交的种群的集合
强调能够杂交繁殖
物种的性状可以分为两类
基因型：遗传本质，内在因素；与环境结合可产生变异，甚 至导致物种的分化；
以促进甜瓜的植株发育。
光质对动物的作用
主要影响动物的生殖、迁涉、毛羽更换、生长和发育； 对动物的分布和器官功能的影响尚不清楚； 对色觉的影响差别较大：只有灵长类动物的色觉发达。
紫外光对动物和微生物都有有害影响
对微生物有抑制作用； 对人类有致癌作用 对昆虫的新陈代谢有促进作用
图2-7 地表上太阳光谱中能量（E）的分布及强度相等但波长不同的 光照下，小麦光合作用的相对速度（P）
图2-4 环境变化对内稳态和非内稳态体内环境的影响
图2-5 金鱼在两种不同温度下的驯化结果
（6）指示生物
指示生物具有对环境状态及特点的指示作用：
指示节气
枣花发，种棉花；杏花开，快种麦
指示天气
燕子低飞预示雨将来临，蜻蜓高飞预示天晴
指示水质
美国威斯康星地区湖泊中的软水指示植物为Gratiola，硬水指示 植物为Ranunculus aquatilis。
第2章主要海洋环境因子的生态作用(海洋环境生态学)
三、盐度因子的生态作用及生物的适应
盐度（salinity） 海水总含盐量的度量单位，指溶解于1kg海水中的无机 盐总质量（g）。 碳酸盐全部转化为氧化物，溴和碘为氯所取代，所有 有机物均完全氧化时，1kg海水中所含全部可溶性无机 物的总质量（g）。
②对光强的适应类型 光合作用速率随光强的逐渐减弱达到光合作用的积累等于呼 吸作用的消耗时的光强，即光补偿点(compensation point)。 根据饱和点和补偿点的高低，可把植物分成阳生植物和阴生 植物。
（1）阳生植物适应于强光照地区生活，其光饱和点和补偿点较高，光 合速率和代谢速率亦较高； （2）阴生植物能够利用弱光进行光合作用，其光饱和点及补偿点相对 较低，光合速率和代谢速率亦相对较低； （3）中生植物界于两者之间。
➢长日照生物：一般光照长度超过12-14h称为长日照。长日照 植物或动物通常是在日照时间超过一定数值才开花、生殖、迁 移、冬眠和换毛换羽等。人为延长光照时间可促使这些动植物 提前开花、生殖、迁移、冬眠和换毛换羽等。
➢短日照生物：一般每天日照不足8-10h称为短日照。
➢中间日照生物：对日照时间无要求，只要其他条件合适，在 什么日照条件下都能的开花、生殖、迁移或休眠等。
二、温度因子的生态作用及生物的适应
（3）温度与海洋生物的迁移 很多海洋动物（如大黄鱼、小黄鱼、带鱼、蓝点马鲛、中国 对虾等）的洄游路线也与海水温度的季节变化密切相关。 水温可作为渔期、渔区预报的重要指标之一。
二、温度因子的生态作用及生物的适应
（4）变温对生物的影响
在适温范围内，周期性的变温对生物产生有益作用。
有的鱼类有春秋两个产卵群体，应分为长光照期和短光照期 两个产卵类型。如我国近海的大黄鱼就分为“春宗”和“秋 宗”两个产卵类群。
环境生态学习题答案
《环境生态学》习题集参考答案第一章绪论（合计43题）一、填空题1.人类对自然的适应环境污染5.《寂静的春天》原生环境问题和次生环境问题7.生态破坏和环境污染8.生态破坏环境污染产生9.《增长的极限》10. Haeckel英美学派法瑞学派前苏联学派12.生物圈生命支持系统13. 大气圈微观二、选择题1. A2. B3. D4. D5.A B C D6. A7. A B8. B9. A 10. C三、判断题1. （√）2. （×）3.（√）4.（×）5.（×）6.（√）四、名词解释——指人类为其自身生存和发展，在利用和改造自然的过程中，对自然环境破坏或污染所产生的危害人类生存的各种不利的反馈效应。
或指由于人类不恰当的生产活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现了不利于人类生存和发展的问题。
——是研究认为干扰下，生态系统内在的变化机制、规律和人类的反效应，寻求受损生态系统的恢复、重建和保护对策的科学。
即应用生态学的原理，阐明人与环境间相互作用的机制和效应以及解决环境问题的生态途径的科学。
——是研究生物与其环境之间相互关系的科学。
——是研究和指导人类在认识、利用和改造自然中，正确协调人与环境相互关系，寻求人类社会可持续发展途径与方法的科学，是由众多分支学科组成的学科体系的总称。
——是生物圈与生命支持系统的统一体，是地球上全部生物与之发生相互作用的环境的总和。
五、简答题1.生态圈运行的主要特点及启示。
答：特点：生态圈的物质是封闭循环的；生态圈是具有自我调节和控制能力的自持系统；生态圈具有优化演进的能力。
启示以自己的理解围绕要怎么善待生态圈来作答。
2.简答环境生态学的主要研究内容和学科任务。
答：研究内容包括人为干扰下生态系统内在变化机制和规律研究；生态系统受损程度及危害性的判断研究；各类生态系统的功能和保护措施的研究；解决环境问题的生态学对策研究。
学科任务：研究以人为主体的各种环境系统在人类活动的干扰下，生态系统演变过程、生态环境变化的效应以及相互作用的规律和机制，寻求受损生态系统恢复和重建的措施。
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能量环境
地球上温度分布
一、地表大气温度的分布和变化
二、土壤温度的变化
三、水体温度的变化
生物对温度的适应
常温动物与变温动物。
外温动物和内温动物。
在一定的环境温度范围内（热中性区），内温动物消耗的能量是在基础代谢率的水平上。
当环境温度离这个区越来越远时，内温动物维持恒定的体温消耗的能量越来越多。
一、温度因子的生态作用
(一)温度对生物的生长有重要影响
1.参与生命活动的各种酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度。
2.外温的季节性变化引起植物和变温动物生长加速和减弱的交替，形成年轮；
3.外温影响动物的生长规模。
在一定的范围内，生物的生长速率与温度成正比。
(二)温度对生物的发育有重要影响
1.春化作用——某些植物需要经过一个低温春华阶段，才能开花结果，完成生命周期，此
称为春化作用。
2.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。
有效积温法则的意义：
1)预测生物发生的世代数；
2)预测生物地理分布的北界；
3)预测害虫来年的发生历程；
4)制定农业气候区域，合理安排作物；
5)应用积温预报农时。
(三)温度对生物分布有影响
1.高温限制生物的分布：
原因：主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡。
2.低温限制生物的分布：对生物分布的限制作用更为明显。
原因：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。
其次是植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。
3.温度对恒温动物分布的直接限制相对较小。
(四)温度对生物行为有影响
1.变温动物的行为直接与温度相关联
变温动物日出时的取暖行为；
变温动物繁殖行为直接与温度相关。
2.某些恒温动物的行为直接与温度相关联
1)鸟兽随环境温度变化具迁飞或迁徙行为；
2)沙漠动物白天昼伏或穴居躲避高温，晚上出来活动觅食的行为；
3)环境温度对恒温动物的繁殖行为也有一定的影响。
(五)温度对生物生理结构与反应有影响
1.低温的生态作用
2.高温的生态作用
驯化和气候驯化：生物体经过锻炼后，使自身变化去适应于环境变化就，以争取生
存的生态适应。
这个过程是由实验诱导的，称为驯化，如果在自然界中产生的则称
为气候驯化。
春化：某些植物需要经过一定的低温阶段才能成花，这种现象叫做春化作用，也叫
感温性。
这个低温周期叫做春化阶段。
不同植物所要求的低温值和处理时间不同。
根据花卉对低温的要求不同，将其分为三类：
1)冬性植物：这类花卉要求低温0-10度，30-70天内完成春化作用。
如两年生花
卉月见草、毛地黄等，虞美人等多年生早春开花种类，如芍药等。
2)春性植物：这类植物要求5-12度，5-15天的低温才能开花，一年生花卉、秋
季开花的多年生草花属此类。
3)半冬性植物：这类植物介于上述两类之间就，对低温不太敏感，3-15度，15-
20天完成春化阶段。
二、生物对温度的适应
(一)生物对低温的适应
两个基本原则：保暖、抗冻
1.植物对低温的适应
1)植物的形态适应
a)芽和叶片有油脂类物质的保护；
b)芽有鳞片的保护；
c)植物器官的表面有蜡粉和密毛；
d)树皮有较发达的木栓组织；
e)植株矮小，常成匍匐垫状或莲座状。
2)植物的生理适应
a)原生质特性改变（降低冰点）；
I.减少细胞中的水分；
II.水解淀粉等，增加糖的浓度；
III.增加脂类、色素等物质。
b)增加红外线和可见光的吸收带；（高山和极地植物）
c)植物在低温时及时转入休眠。
2.动物对低温的适应
1)动物形态的适应
a)贝格曼规律：生活在寒冷气候中的内温动物的身体比生活在温暖气候中的
同类个体更大，这种趋向称贝格曼规律，是相对体表面变小减少散热的适
应。
b)阿伦规律：寒冷地区的内温动物较温暖地区内温动物外露部分（如四肢、
尾、耳朵及鼻）有明显趋于缩小的现象，称阿伦规律，是减少散热的适应。
c)增加隔热层（毛、羽及皮下脂肪）
d)肢体中动静血管的几何排列：逆流热交换——内温动物肢体中动静脉血管
的几何排列，增加了逆热流交换，减少了体表热散失，有利于动物在寒冷
中保持恒定的体温。
2)动物的生理适应
a)增加基础代谢产热；
b)褐色脂肪组织形成非颤抖性产热；
c)极性冷暴露中形成颤抖性产热；
d)局部异温：局部体温降低减少散热
3)动物的行为适应
a)迁徙、迁移——选择温度适宜的环境
b)冬眠——躲过寒冷季节
c)集群（企鹅）——减少冷暴露面积
(二)生物对高温的适应
三个基本原则：保水、抗辐射、散热
1.植物对高温的适应
1)植物的形态适应
a)密毛、鳞片滤光
b)体色反光
c)植物叶片垂直主轴排列，叶缘向光
d)叶片对折，减少辐射50%
e)茎干具厚的木栓层，绝热和保护作用
2)植物的生理适应
a)降低细胞含水量——减缓代谢率，降低体温
b)增加糖或盐浓度——减缓代谢率，降低体温
c)蒸腾作用旺盛
d)某些植物具反射红外光的能力
3)植物的行为适应
a)关闭气孔——保水
b)叶片卷曲——减少辐射
c)叶片运动——躲避阳光
2.动物对高温的适应
1)动物的形态适应
a)体形变小，外露部分增大；
b)腿长将体抬离地面；
c)背部具厚的脂肪隔热层；
d)阴囊型精巢；
e)脑颅周围特殊的血管结构降低脑血温度
2)动物的生理适应
a)放宽恒温范围
b)贮存热量，减少内外温差
3)动物的行为适应
夏眠、穴居、昼伏夜出
三、变温与温周期
(一)温周期：自然条件中，温度的周期性变化称为温周期。
生物对温度有节奏的昼夜变化和
季节变化具有生理和行为等反应。
(二)温周期对生物的生态意义
1.变温能提高种子的萌发率，主要是由于降温后可增加氧在细胞中的溶解度，从而改
善了萌发中的通气条件。
1)变温对植物生长有明显的促进作用；
2)变温有利于开花结实：春化作用
3)变温有利于产品品质：哈密瓜、山苍子
4)变温有利于干物质积累：银胶草
2.生物对周期性变温的适应
1)物候：植物适应一年中温度等的周期性变化，形成与此相适应的发育节律；
2)温周期现象：植物生长发育与温度昼夜变化同步的现象。
昼夜变温对种子萌发、
植物生长都是有力的。
3)温度三基点：最低温度、文稿温度和最是温度分布曲线。
年均温度、最高温度
和最低温度都是影响生物分布的重要因子。
3.物种分布与环境温度
1)极端温度是限制温度分布的重要因素
2)有效积温足够完成一个生活周期的地方才能分布
四、温度与引种驯化
1.在引种过程中要注意气候相似性原则
2.采用引种经验
1)北种南移比南种北移容易成功（如凤凰米、荔枝、大白菜）
2)草本植物比木本植物容易成活
3)一年生比多年生容易成功
4)落叶植物容易成功
五、城市惹到效应
城市人口密集，建筑物林立，是一个人工补加能量的城市生态系统。
其市内温度明显高于周围温度，是一个明显的热岛。
(一)城市的热岛效应
1)热岛中心温度高，逐渐向市外减低。
2)热岛城市上空形成局部环流，这在一定程度上使污染物停滞于环流中，而不易
向更大范围扩散、稀释。
3)环流中的污染物易发生光化学反应或交叉作用，形成更强的污染效应。
（二次
污染）
(二)产生热岛效应的主要原因
1)市内建筑材料多，吸热性强；
2)城市内热源多，如工厂、汽车、火车、集中的人员等形成了大量的热能聚集在
城市中；
3)城市内二氧化碳排放量较大，在城市上空容易形成隔热屏障，阻止城市热量的
散发；
4)城市上空大气的风速很低或处于静风，大气层中的热气流像保温层一样包围在
城市上空，容易形成城市热岛。