生态学-能量环境.pptx

1第二章第二章 能量环境能量环境2.1 2.1 地球上的能量类型地球上的能量类型2.2 2.2 地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布2.3 2.3 生物对光的适应生物对光的适应2.4 2.4 生物对温度的适应生物对温度的适应22.1 2.1 地球上的能量类型地球上的能量类型2.1.1 2.1.1 太阳能，光能太阳能，光能2.1.2 2.1.2 地热能地热能2.1.3 2.1.3 风能风能2.1.4 2.1.4 化学能化学能2.1.5 2.1.5 有机物中包含的化学能有机物中包含的化学能2.1.6 2.1.6 其他能量其他能量问题：生物可以利用那些能量？问题：生物可以利用那些能量？32.2 2.2 地球上光及温度的分布地球上光及温度的分布2.2.1 2.2.1 地球上光的分布地球上光的分布l太阳辐射及其光谱组成太阳辐射及其光谱组成l地球上光的分布规律地球上光的分布规律2.2.2 2.2.2 地球上温度的分布地球上温度的分布l大气温度的分布与变化大气温度的分布与变化l土壤温度的分布与变化土壤温度的分布与变化l水体温度的分布与变化水体温度的分布与变化4500 1000 2000 3000 500 1000 2000 3000 40004000可可见见光光红红外外线线紫紫外外线线波长波长nmnm能能流流强强度度太阳辐射及其光谱组成太阳辐射及其光谱组成l紫外光：波长760nm，46%5影响太阳辐射的因素和光的分布规律影响太阳辐射的因素和光的分布规律l影响影响地表太阳辐射地表太阳辐射的因素的因素l大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向l光质光质(光谱成分光谱成分)l低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多l夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多l日照时间日照时间l夏季昼长夜短、冬季昼短夜长夏季昼长夜短、冬季昼短夜长l纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜l光照强度光照强度l低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大l夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱l(北半球北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱南坡光照强度大，北坡光照强度弱6地地球球表表面面的的太太阳阳辐辐射射7春春秋秋夏夏冬冬秋秋春春冬冬夏夏The seasons in the Northern and Southern Hemispheres810203035404550102030354045505045403530201018171615141312111096789101112131415光光期期 hr暗暗期期 hr2 4 6 8 10 12M不不同同季季节节各各纬纬度度的的日日照照长长度度9地表大气温度的分布与变化地表大气温度的分布与变化l空间分布与变化空间分布与变化l纬度升高纬度升高11，气温降低，气温降低0.50.5l沿海地区气温变化小，内陆地区变化大沿海地区气温变化小，内陆地区变化大l南坡气温较北坡高，海拔升高南坡气温较北坡高，海拔升高100m100m，气温降低，气温降低0.60.611l逆温现象逆温现象l时间变化时间变化l日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加l年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大10土壤温度的分布与变化土壤温度的分布与变化l土壤温度与气温相关土壤温度与气温相关l土壤温度变化与深度有关土壤温度变化与深度有关l土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关l温度变化周期与深度相关温度变化周期与深度相关l土壤温度的年变化与纬度、海拔有关土壤温度的年变化与纬度、海拔有关11土壤与空气温度变化比较土壤与空气温度变化比较12水体温度的分布与变化水体温度的分布与变化l水温的时间变化水温的时间变化l变化幅度较气温小变化幅度较气温小l不同深度水体的日变化不同深度水体的日变化l不同深度水体的年变化不同深度水体的年变化l水温的成层现象水温的成层现象l水温分层：上湖层、斜温层水温分层：上湖层、斜温层(温梯层温梯层)和下湖层和下湖层l春季环流和秋季环流春季环流和秋季环流l低纬度地区：雨季和干季低纬度地区：雨季和干季l海洋：低纬度水域、中纬度水域海洋：低纬度水域、中纬度水域13温带深水湖水温垂直变化温带深水湖水温垂直变化142.3 2.3 生物对光的适应生物对光的适应2.3.1 2.3.1 光质的生态作用和生物的适应光质的生态作用和生物的适应l光质的生态作用光质的生态作用l生物对光质的适应生物对光质的适应2.3.2 2.3.2 光照强度的生态作用和生物的适应光照强度的生态作用和生物的适应l光照强度的生态作用光照强度的生态作用l植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应l动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应2.3.3 2.3.3 生物对光周期的适应生物对光周期的适应l生物的昼夜节律生物的昼夜节律l生物的光周期现象生物的光周期现象15光质的生态作用光质的生态作用l叶绿素的吸收光谱叶绿素的吸收光谱l蓝紫光：蓝紫光：430430450nm 450nm 红光：红光：640640660nm660nml不同光质的作用不同光质的作用l蓝紫光：促进蛋白质的合成蓝紫光：促进蛋白质的合成 红光：促进糖的合成红光：促进糖的合成l青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，青光、蓝紫光和紫外线等短波光抑制植物的伸长生长，使植物向光性更敏感使植物向光性更敏感l紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素紫外线能杀菌，对生物体造成损伤，促进维生素D D的的合成合成l红外线是地表的基本热源，对外温动物的体温调节和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能量代谢有决定性作用16 生物对光质的适应生物对光质的适应l太阳鱼视力的灵敏峰值为太阳鱼视力的灵敏峰值为500500530nm530nml绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色绿色植物和绿藻、红藻、褐藻和硅藻光合色素的差异素的差异l高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达高山植物含花青素、页面缩小、毛绒发达17光照强度的生态作用光照强度的生态作用l影响动物的生长发育影响动物的生长发育l影响动物的体色影响动物的体色l影响植物叶绿素的形成影响植物叶绿素的形成l黄化现象黄化现象l影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的影响植物细胞的增长和分裂、组织器官的生长和分化生长和分化l影响植物花果的数量和质量影响植物花果的数量和质量18植物对光照强度的适应植物对光照强度的适应l植物的向光性植物的向光性l植物秋季落叶植物秋季落叶lC C3 3植物和植物和C C4 4植物植物l光合能力光合能力l阳地植物和阴地植物、耐阴植物阳地植物和阴地植物、耐阴植物l生理差异生理差异l形态差异形态差异19动物对光照强度的适应动物对光照强度的适应l依依活活动动时时间间的的动动物物分分类类l动动物物开开始始活活动动的的时时间间20生物对光周期的适应生物对光周期的适应l生物的昼夜节律生物的昼夜节律l光的周期性光的周期性l生物的昼夜节律生物的昼夜节律l外源性周期和内源性周期外源性周期和内源性周期l生物的光周期现象生物的光周期现象l植物的光周期现象植物的光周期现象l植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物l植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植l动物的光周期现象动物的光周期现象l动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义l昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期21实验室恒定条件下生物的节律实验室恒定条件下生物的节律22鸟鸟类类节节律律23植物开花对日照长度的反应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、番茄日中性植物：蒲公英、四季豆、黄瓜、番茄 242.4 2.4 生物对温度适应生物对温度适应2.4.1 2.4.1 温度与动物类型温度与动物类型2.4.2 2.4.2 温度对生物的影响温度对生物的影响2.4.3 2.4.3 生物对极端环境温度的适应生物对极端环境温度的适应l生物对低温的适应生物对低温的适应l生物对高温的适应生物对高温的适应2.4.4 2.4.4 生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应2.4.5 2.4.5 物种分布与环境温度物种分布与环境温度25 温度与动物类型温度与动物类型l常温动物常温动物l变温动物变温动物l外温动物外温动物l内温动物内温动物26温度对生物的影响温度对生物的影响l酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域l生物发育和生长速度生物发育和生长速度l驯化和气候驯化驯化和气候驯化27 酶反应速率与温度域酶反应速率与温度域l温度系数温度系数Q Q1010l高温对生物的伤害高温对生物的伤害l高温的伤害：蛋白质高温的伤害：蛋白质(酶酶)变性、有机体脱水变性、有机体脱水l不同物种对高温的耐受性不同不同物种对高温的耐受性不同l低温对生物的伤害低温对生物的伤害l低温的伤害：冻害（低温的伤害：冻害（freeze injuryfreeze injury）、冷）、冷害害 (chilling injury)(chilling injury)l不同物种对低温的耐受性不同不同物种对低温的耐受性不同l生物的抗寒锻炼生物的抗寒锻炼28生物发育和生长速度生物发育和生长速度发育阈温度发育阈温度(生物学零度生物学零度)总积温总积温(有效积温有效积温)：K=N(T-C)发育历期和发育速率发育历期和发育速率29 驯化和气候驯化驯化和气候驯化l春化春化 (vernalization)(vernalization)：植物在发芽前需要一个寒冷期，植物在发芽前需要一个寒冷期，由低温诱导开花。由低温诱导开花。l驯化驯化 (acclimation)(acclimation)和气候驯化和气候驯化 (acclimatization)(acclimatization)l概念和过程概念和过程l生物对环境的适应生物对环境的适应l生态适应和基因变异生态适应和基因变异30 生物对低温的适应生物对低温的适应l植物植物l形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状，厚皮l生理适应：细胞内物质含量变化生理适应：细胞内物质含量变化(糖类、脂肪糖类、脂肪)l动物动物l形态：形态：贝格曼规律贝格曼规律、阿仑规律阿仑规律、毛、皮结构、脂、毛、皮结构、脂肪层肪层l生理：基础代谢和非颤抖性产热生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪褐色脂肪)，身，身体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等体异温，水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等l行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位行为：迁徙、冬眠、冬睡、滞育、集群、活动位置置31 生物对高温的适应生物对高温的适应l植物植物l形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列l生理适应：细胞含水量生理适应：细胞含水量(糖糖/盐浓度、代谢强度盐浓度、代谢强度)l动物动物l形态适应：毛皮性质和颜色形态适应：毛皮性质和颜色l生理适应：体温过热生理适应：体温过热l行为适应：栖居地点、活动时间行为适应：栖居地点、活动时间32生物对周期性变温的适应生物对周期性变温的适应l生物与昼夜变温生物与昼夜变温l昆虫的发育历期昆虫的发育历期l植物的产量与品质植物的产量与品质l动物的活动规律动物的活动规律l生物与季节变温生物与季节变温l植物春花秋实植物春花秋实l动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季动物休眠、换毛换羽、迁徙、回游、繁殖季节节33物种分布与环境温度物种分布与环境温度l生物群落分布与温度带生物群落分布与温度带l低温的限制作用低温的限制作用致死致死l高温的限制作用高温的限制作用春化春化l温度与其它生态因子的综合作用温度与其它生态因子的综合作用34蓝蓝紫紫绿绿橙橙紅紅红外线红外线400 500 600 700波长波长nm相相对对吸吸收收叶绿素叶绿素的吸收光谱的吸收光谱350 1 2 3 4 5 6 7 8 95040302010C4C3光强度光强度/Jm m-1-1g g-1-1CO2摄取摄取/mgco2dm-2h-1 光合作用与光照强度的关系光合作用与光照强度的关系高粱高粱玉米玉米小麦小麦阳草阳草水青冈水青冈阴草阴草36阴地植物与阳地植物对光照强度的适应阴地植物与阳地植物对光照强度的适应37小时小时植植物物光光合合作作用用的的昼昼夜夜变变化化38 不同物种对高温的耐受性不同物种对高温的耐受性l水生植物：水生植物：30304040l旱生植物：旱生植物：50506060l兽类：兽类：4242l鸟类：鸟类：46464848l爬行类：爬行类：454539思考题思考题1 生物对光照会产生哪些适应？生物对光照会产生哪些适应？2 物种分布完全由温度决定吗？物种分布完全由温度决定吗？40本章结束本章结束