态学讲义 纬度地带性:从赤道到两极,整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 ●太阳辐射量差异:太阳辐射一一热量带一一水分差异一一植被分带一一土壤分带 自然地理带:赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带 植被地带性分布 垂直地带性:因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同,生物和气候自山麓至 山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,1℃/100m;湿润空气,0.6℃/100m)。 经度地带性:地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北 美大陆和欧亚大陆 植被的空间格局(自 M.C. Molles.Jr,1999) 2.生物与环境关系的基本原理 2.1生态因子作用的特点 综合性:如气候的作用 主导因子作用(非等价性):光合作用 直接性和间接性:水分、地形 限定性(因子作用的阶段性):低温一春化、生长 不可替代性和互补性:软体动物需水体内的钙和锶 22生物对非生物因子的耐受限度 ●" Liebig最小因子定律" Liebigs law of minimum) 1840,德农业化学家 Baron Justus Liebig,植物的生长取决于那些处于最低量的营养 元素,这些处于最低量的营养元素称最小因子。 例,N-150,P-250,K-350 ·1983,odum,两个补充条件:1)严格的稳定状态;2)因子补偿作用( factor compensation) 22生物对非生物因子的耐受限度 ●限制因子定律( law of limiting factors) 1905 Blackman,在众多生态因子中,任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止 其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子 耐受范围很窄、不稳定易成为一种限定因子。 限制因子有实用价值。 有助于把握问题的本质,寻找解决问题的薄弱环节。 “耐受性定律”( Shelford' s law of tolerance) 1913,美国生态学家V.E. Shelford,任何一个生态因子在数量上或质量上不足或过多 即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该生物衰退或不能生存 发展: ·每一物种对不同生态因子的耐受范围不同,耐受性会因年龄、季节、栖息地有差 异,多种生态因子耐受范围都很宽的生物,分布区一般很广。 ·个体发育过程中耐受性不同。繁殖期、卵、胚胎期、幼体、种子萌发期较低。 不同物种对同一因子耐受性不同 对某一生态因子处于非最适状态时,对其他生态因子的耐受性也下降 生物种的耐受性限度图解(仿 Smith,1980) 生态幅 ·每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围,即一个生态学上的最低点和一个生态学
生 态 学 讲 义 6 ⚫ 纬度地带性：从赤道到两极，整个地球表面具有过渡状的分带性规律。 ⚫ 太阳辐射量差异 ：太阳辐射－－热量带 －－水分差异－－植被分带－－土壤分带 ⚫ 自然地理带：赤道、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带、亚寒带、寒带 ⚫ 植被地带性分布： ⚫ 垂直地带性：因太阳辐射和水热状况随着地形高度的不同而不同，生物和气候自山麓至 山顶呈垂直地带分异的规律性变化(干燥空气,-1℃ /100m;湿润空气,-0.6℃ /100m)。 ⚫ 经度地带性：地球内在因素如大地构造形成地貌和海洋分异引起经度地带性分异。如北 美大陆和欧亚大陆。 植被的空间格局(自M.C.Molles,Jr,1999) 2. 生物与环境关系的基本原理 2.1 生态因子作用的特点 ⚫ 综合性: 如气候的作用 ⚫ 主导因子作用（非等价性）: 光合作用 ⚫ 直接性和间接性：水分、地形 ⚫ 限定性（因子作用的阶段性）：低温－春化、生长 ⚫ 不可替代性和互补性：软体动物需水体内的钙和锶 2.2 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ “Liebig最小因子定律”(Liebig’s law of minimum) ⚫ 1840，德农业化学家Baron Justus Liebig, 植物的生长取决于那些处于最低量的营养 元素，这些处于最低量的营养元素称最小因子。 ⚫ 例，N－150，P-250，K-350。 ⚫ 1983，Odum, 两个补充条件：1）严格的稳定状态；2）因子补偿作用(factor compensation) ⚫ 过量？ 2.2 生物对非生物因子的耐受限度 ⚫ 限制因子定律(law of limiting factors) ⚫ 1905,Blackman, 在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限而阻止 其生存、生长、繁殖或扩散的因子称限制因子. ⚫ 耐受范围很窄、不稳定易成为一种限定因子。 ⚫ 限制因子有实用价值。 ⚫ 有助于把握问题的本质，寻找解决问题的薄弱环节。 “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) ⚫ 1913，美国生态学家V.E.Shelford,任何一个生态因子在数量上或质量上不足或过多， 即当其接近或达到某种生物的耐受限度时会使该生物衰退或不能生存。 ⚫ 发展： ⚫ 每一物种对不同生态因子的耐受范围不同，耐受性会因年龄、季节、栖息地有差 异，多种生态因子耐受范围都很宽的生物，分布区一般很广。 ⚫ 个体发育过程中耐受性不同。繁殖期、卵、胚胎期、幼体、种子萌发期较低。 ⚫ 不同物种对同一因子耐受性不同。 ⚫ 对某一生态因子处于非最适状态时，对其他生态因子的耐受性也下降。 生物种的耐受性限度图解（仿Smith,1980） 生态幅 ⚫ 每种生物对一种生态因子都有一个耐受范围，即一个生态学上的最低点和一个生态学
上的最高点,之间的范围就称为生态幅( ecological amplitude)或生态价( ecological valence)。决定于种的遗传特性 Steno 窄 Stenothermal E ther ●生态幅决定于临界期的限制,生理最适点与生态最适点往往不一致 23生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 各种生态因子之间存在明显的相互影响:如温湿的关系 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的:物种之间的竞争产生的生态位分离 24生物对生态因子耐受限度的调整 内稳态一一扩大生态幅 内稳态( homeostasis):生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。如,沙漠蜥蜴,向日葵 非内稳态生物( non-homeostatic organisms)内稳态生物( homeostatic organisms) 驯化 生物在实验/自然条件下,诱发的生理补偿变化,前者需要较短的时间,后者需要较长 的时间 ·实验驯化( acclimation):有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应。是一种生理上 而非遗传上的可逆反应。 应用:金鱼(20℃-2.5℃+34℃;30℃-9℃+38℃)、植物的引种栽培 气候驯化( acclimatization):有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应 适应 适应( adapatation):生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类 适应方式(形态、生理、行为的适应): 形态适应:保护、保护色、警戒色与拟态 ·行为适应:运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 ·生理适应:生物钟、休眠、生理生化变化 ·营养适应:食性的泛化与特化 适应组合( adaptive suites):生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性,称适 应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应 趋同适应和趋异适应 胁迫适应 动物的保护色、警戒色与拟态 趋同适应和趋异适应 ●生活型 ●生态型 3生态因子的生态作用及生物的适应 3.1生物与光的关系 311太阳辐射及其变化规律 大气圈物质吸收、反射、散射,到达地面较少47%。 太阳高度角越小,辐射强度越弱。 地球公转轴心以倾斜位置接受太阳辐射。 地面海拔高度、坡向坡度 光质、日照时间、光照强度变化 3.12光质变化对生物的影响
生 态 学 讲 义 7 上的最高点，之间的范围就称为生态幅 (ecological amplitude) 或生态价(ecological valence)。决定于种的遗传特性。 ⚫ Steno- ：窄 Stenothermal ⚫ Eury- ：广 Eurythermal ⚫ 生态幅决定于临界期的限制，生理最适点与生态最适点往往不一致。 2.3 生物对各生态因子耐受性之间的相互关系 ⚫ 各种生态因子之间存在明显的相互影响：如温湿的关系； ⚫ 生物因子和非生物因子之间也是相互影响的：物种之间的竞争产生的生态位分离 2.4 生物对生态因子耐受限度的调整 内稳态－－扩大生态幅 ⚫ 内稳态(homeostasis): 生物系统通过内在的调节机制使内环境保持相对稳定。 ⚫ 内稳态通过形态、行为和生理适应实现。如，沙漠蜥蜴，向日葵 ⚫ 非内稳态生物(non-homeostatic organisms)内稳态生物（homeostatic organisms) 驯化 ⚫ 生物在实验／自然条件下，诱发的生理补偿变化，前者需要较短的时间，后者需要较长 的时间。 ⚫ 实验驯化(acclimation)：有机体对实验环境条件变化产生的生理调节反应。是一种生理上 而非遗传上的可逆反应。 ⚫ 应用：金鱼（20 ℃ －2.5 ℃ +34 ℃ ；30 ℃ －9 ℃ +38 ℃ ）、植物的引种栽培 ⚫ 气候驯化(acclimatization) ：有机体对自然环境条件变化产生的生理调节反应 适应 ⚫ 适应(adapatation) ：生物对环境压力的调整过程。分基因型适应和表型适应两类。 ⚫ 适应方式（形态、生理 、行为的适应） ： ⚫ 形态适应：保护、保护色、警戒色与拟态 ⚫ 行为适应：运动、繁殖、迁移和迁徙、防御和抗敌 ⚫ 生理适应：生物钟、休眠、生理生化变化 ⚫ 营养适应：食性的泛化与特化 ⚫ 适应组合(adaptive suites): 生物对非生物环境条件表现出一整套协同的适应特性，称适 应组合。如骆驼和仙人掌对炎热干旱环境的适应。 ⚫ 趋同适应和趋异适应 ⚫ 胁迫适应 动物的保护色、警戒色与拟态 趋同适应和趋异适应 ⚫ 生活型 ⚫ 生态型 3 生态因子的生态作用及生物的适应 3.1 生物与光的关系 3.1.1太阳辐射及其变化规律 ⚫ 大气圈物质吸收、反射、散射，到达地面较少47％。 ⚫ 太阳高度角越小，辐射强度越弱。 ⚫ 地球公转轴心以倾斜位置接受太阳辐射。 ⚫ 地面海拔高度、坡向坡度 ⚫ 光质、日照时间、光照强度变化 3.1.2光质变化对生物的影响
态学讲义 光质:低纬度地区短波光多,纬度增长波光增,海拔升短波增 夏季短波多,冬季长波多;中午短波多,早晚长波多 绿色植物叶绿素光合作用:可见光380-710nm—一糖一蓝紫光、红光有效 ·生理有效辐射: ·红糖、橙(叶绿素),蓝蛋白质、紫光(叶绿素、类胡萝卜素);生理无效辐射:绿 光 光质影响光强:菜豆在橙、红光下光合速率最快>蓝、紫光>绿光 水域系统 红外线、紫外线在水上层被吸收,蓝绿光到达海洋深处。 生物对光质的适应 海洋植物一光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性 海水表层植物色素吸收蓝、红光;绿藻(叶绿素b、类胡萝卜素) ●深水植物光合色素有效地利用绿光。红藻(藻红蛋白、藻蓝蛋白) 高山植物—茎叶含花青素,对紫外光(抑制植物生长)作用的适应,发展了特殊的莲 座状叶丛 动物一峡蝶的体色、不同的色觉。太阳鱼视力500-530nm:黑光灯(可见光中的短波光) 诱杀趋光昆虫。 313光照强度变化对生物的影响 日照时间 除两极外,春分、秋分昼夜相等;北半球,春分到秋分昼长夜短,纬度升昼长增:北 极夏半年全为白天,冬半年全为黑夜;赤道终年昼夜相等。 地球自转时,赤道附近照射的时间长(日周期 地球公转时,夏天北半球照射的时间长:冬天南半球照射的时间长(季节周期) ·光照强度: 纬度升高光强减弱,海拔升高,光强增加。夏季、中午光强最大,冬季、早晚最弱。 北半球中纬度南坡>平地>北坡,总辐射可超过赤道 低纬度地区有较为恒定的热量,高纬度比低纬度地区接受的能量更少 光照强度变化对生物的影响 ●生长、发育:蛙卵、深海浮游生物 黄化现象:植物在黑暗中不能合成叶绿素,但能合成胡萝卜素,导致叶子发黄 ●组织器官的分化:开花期,结果不良 生物对光强度的适应 动物—光照强度影响动物的行为,昼行性动物在白天强光下活动,夜行性动物在夜晚或 弱光下活动。 植物 水生植物—水生植物在水中的分布与光照强度有关一一透光带、补偿点 陆生植物—对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物 阳性植物( heliophytes)对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能进行正常 生长; ·阴性植物( sciophyte)对光的需要远较阳性植物低,光补偿点低,呼吸作用、蒸腾 作用都较弱,抗高温和干旱能力较低; ·耐阴性植物( shade plant):对光照具有较广泛的适应能力,对光的需要介于前两 类植物之间。 3.14生物的光周期现象一一定时器
生 态 学 讲 义 8 ⚫ 光质：低纬度地区短波光多，纬度增长波光增，海拔升短波增； 夏季短波多，冬季长波多；中午短波多，早晚长波多。 ⚫ 绿色植物叶绿素光合作用：可见光380-710nm－－糖－蓝紫光、红光有效 ⚫ 生理有效辐射： ⚫ 红糖、橙（叶绿素），蓝蛋白质、紫光（叶绿素、类胡萝卜素）；生理无效辐射：绿 光 ⚫ 光质影响光强：菜豆在橙、红光下光合速率最快>蓝、紫光>绿光 水域系统 ⚫ 红外线、紫外线在水上层被吸收，蓝绿光到达海洋深处。 生物对光质的适应 ⚫ 海洋植物— 光合作用色素对光谱变化具有明显的适应性: ⚫ 海水表层植物色素吸收蓝、红光；绿藻（叶绿素b、类胡萝卜素） ⚫ 深水植物光合色素有效地利用绿光。红藻（藻红蛋白、藻蓝蛋白） ⚫ 高山植物— 茎叶含花青素，对紫外光（抑制植物生长）作用的适应，发展了特殊的莲 座状叶丛。 ⚫ 动物—峡蝶的体色、不同的色觉。太阳鱼视力500-530nm；黑光灯（可见光中的短波光） 诱杀趋光昆虫。 3.1.3光照强度变化对生物的影响 ⚫ 日照时间： ⚫ 除两极外，春分、秋分昼夜相等；北半球，春分到秋分昼长夜短，纬度升昼长增；北 极夏半年全为白天，冬半年全为黑夜；赤道终年昼夜相等。 ⚫ 地球自转时，赤道附近照射的时间长（日周期） ⚫ 地球公转时，夏天北半球照射的时间长；冬天南半球照射的时间长（季节周期） ⚫ 光照强度： ⚫ 纬度升高光强减弱，海拔升高，光强增加。夏季、中午光强最大，冬季、早晚最弱。 ⚫ 北半球中纬度南坡>平地>北坡，总辐射可超过赤道 ⚫ 低纬度地区有较为恒定的热量，高纬度比低纬度地区接受的能量更少 光照强度变化对生物的影响 ⚫ 生长、发育：蛙卵、深海浮游生物 ⚫ 黄化现象：植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能合成胡萝卜素，导致叶子发黄。 ⚫ 组织器官的分化：开花期，结果不良。 生物对光强度的适应 ⚫ 动物— 光照强度影响动物的行为，昼行性动物在白天强光下活动，夜行性动物在夜晚或 弱光下活动。 ⚫ 植物— ⚫ 水生植物— 水生植物在水中的分布与光照强度有关－－透光带、补偿点 ⚫ 陆生植物— 对不同光照强度的适应产生阳性植物和阴性植物和耐阴性植物。 ⚫ 阳性植物(cheliophytes)对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下才能进行正常 生长； ⚫ 阴性植物(sciophytes)对光的需要远较阳性植物低，光补偿点低，呼吸作用、蒸腾 作用都较弱，抗高温和干旱能力较低； ⚫ 耐阴性植物(shade plant)：对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于前两 类植物之间。 3.1.4生物的光周期现象－－定时器
态学讲义 光周期现象(φ photoperiodism):Garηer等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开 花结实、落叶及休眠,动物的繁殖、冬眠、迁徙和换羽毛等有规律性的影响变化 植物光周期现象 ·对繁殖(开花) ·长日照植物( ong-day plants):日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物; 如小麦、油菜 ·短日照植物( short-day plants):日照短于一定数值才开花的植物,一般需要较长 的黑暗才能开花。如苍耳、水稻。 ·中日照植物:昼夜长度接近相等时才开花,如甘蔗 ·日中性植物:开花不受日照长度限制,如蒲公英、黄瓜、番茄 动物光周期现象 ●繁殖 ·长日照动物(ong- day animals)在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐 延长的季节繁殖后代,如雪貂、野兔、刺猬 ·短日照动物( short-day animals):只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育 和进行繁殖,如绵羊、山羊和鹿等。 昆虫滞育 鸟兽换毛、换羽 ●鸟类等迁徙:夏候鸟杜鹃、家燕,冬候鸟大雁 3.2生物与温度的关系 321地球上的温度分布 地表温度 纬度每增加1°,年平均气温降低0.5℃ 陆地表面反射热比水面少,固升温快、降温快 山脉走向、地形、海拔(海拔每升高100m,气温下降0.6℃-1℃) 时间变化:日较差、年较差 土壤 表层比气温剧烈,随土壤加深,变化幅度减小;1m以下无昼夜变化,30m以下无季节变 化 随土壤深度增加,最低温和最高温出现的时间后延,与深度成正比。深度每增加10m, 时间延2030d 水体 热容量大,变幅小。海洋昼夜<4℃,年差5-23℃。15m以下无昼夜变化,140m以下 无季节变化 成层现象 322温度对生物的作用 温度与生物生长: 酶都有其最低、最适和最高温度,即三基点温度 定温度范围内,生长速率与温度成正比; ·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:外温影响 动物的生长规模。 温度与生物发育:最普遍规律是有效积温。 温度与繁殖和遗传性:植物春化(由低温诱导的开花),动物繁殖的早迟, 温度与生物分布:许多物种的分布范围与温度区相关
生 态 学 讲 义 9 ⚫ 光周期现象(photoperiodism)：Garner等人(1920)发现明相暗相的交替与长短对植物的开 花结实、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换羽毛等有规律性的影响变化。 ⚫ 植物光周期现象 ⚫ 对繁殖(开花) ： ⚫ 长日照植物(long-day plants) ：日照超过一定数值才开花的植物称长日照植物； 如小麦、油菜 ⚫ 短日照植物(short-day plants) ：日照短于一定数值才开花的植物，一般需要较长 的黑暗才能开花。如苍耳、水稻。 ⚫ 中日照植物：昼夜长度接近相等时才开花，如甘蔗 ⚫ 日中性植物：开花不受日照长度限制，如蒲公英、黄瓜、番茄 ⚫ 动物光周期现象 ⚫ 繁殖 ⚫ 长日照动物(long-day animals)在温带和高纬度地区许多鸟兽在春夏之际白昼逐渐 延长的季节繁殖后代，如雪貂、野兔、刺猬； ⚫ 短日照动物(short-day animals)：只有在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺发育 和进行繁殖，如绵羊、山羊和鹿等。 ⚫ 昆虫滞育 ⚫ 鸟兽换毛、换羽 ⚫ 鸟类等迁徙：夏候鸟杜鹃、家燕，冬候鸟大雁 3.2 生物与温度的关系 3.2.1地球上的温度分布 地表温度 ⚫ 纬度每增加1°，年平均气温降低0.5 ℃ ⚫ 陆地表面反射热比水面少，固升温快、降温快 ⚫ 山脉走向、地形、海拔（海拔每升高100m，气温下降0.6 ℃ -1 ℃ ） ⚫ 时间变化：日较差、年较差 土壤 ⚫ 表层比气温剧烈，随土壤加深，变化幅度减小；1m以下无昼夜变化，30m以下无季节变 化。 ⚫ 随土壤深度增加，最低温和最高温出现的时间后延，与深度成正比。深度每增加10m， 时间延20-30d。 水体 ⚫ 热容量大，变幅小。海洋昼夜<4 ℃，年差5-23 ℃ 。15m以下无昼夜变化，140m以下 无季节变化。 ⚫ 成层现象 3.2.2 温度对生物的作用 ⚫ 温度与生物生长： ⚫ 酶都有其最低、最适和最高温度，即三基点温度； ⚫ 一定温度范围内，生长速率与温度成正比； ⚫ 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；外温影响 动物的生长规模。 ⚫ 温度与生物发育：最普遍规律是有效积温。 ⚫ 温度与繁殖和遗传性：植物春化（由低温诱导的开花） ，动物繁殖的早迟。 ⚫ 温度与生物分布：许多物种的分布范围与温度区相关
态学讲义 有效积温法则及其意义 ●有效积温法则: 植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过 程,而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数,称总积温或有效积温( sum of effective temperature,单位:日度),考虑到生物开始发育的温度,可写成: N(T-C)=K T=C+K/N 其中,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,C是发育起点温度, 又称生物学零度,K是总积温(常数) 有效积温法则的意义 预测生物发生的世代数 预测生物地理分布的北界; 预测害虫来年的发生程历 制定农业气候区划,合理安排作物:小麦1000-1600、椰子5000 应用积温预报农时。 323极端温度对生物的影响 低温对生物的影响:当温度低于临界(下限)温度,生物便会因低温而冷害和冻害 ·冻害( freeze injury):温度在-1℃,冰结晶使原生质膜破裂,蛋白质失活、变性 ·冷害( chilling injury):喜温植物在0℃以上受害或死亡,破坏了膜结构。 ●高温对生物的影响:当温度超过临界(上限)温度,对生物产生有害作用,如蛋白质变 性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等。 324生物对极端温度的适应 生物对低温的适应:保暖、抗冻一一形态、生理、行为的适应 生物对高温的适应:抗辐射、保水、散热一一形态、生理、行为的适应 生物对低温的适应 形态上的适应 ●植物:芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小 动物:增加隔热层,体形增大( Bergman规律),外露部分减小(Aen规律) 阿伦规律(Alen'srue):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。 北极狐、赤狐 贝格曼规律( Bergman' s rule):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,称贝格曼规律,是减少散热的适应。东北野猪、华南野 猪 ●生理上的适应 ·植物:减少细胞中的水分和增加细胞中糖类、脂肪类、色素等有机质的浓度以降低冰 点(鹿蹄草贮五碳糖,一31℃),增加红外线和可见光的吸收带(高山和极地植物) ·动物:超冷和耐受冻结,当环境温度偏离热中性区增加体内产热,维持体温恒定,局 部异温(银鸥)等。 ●行为上的适应一一迁徙和冬眠/休眠等。 生物对高温的适应 形态上的适应 植物:密毛、鳞片滤光:体色反光:叶缘向上或暂时折叠,减少辐射伤害:干和茎具 厚的木栓层,绝热。 ·动物:体形变小,外露部分增大:腿长将体抬离地面:背部具厚的脂肪隔热层
生 态 学 讲 义 10 有效积温法则及其意义 ⚫ 有效积温法则： 植物在生长发育过程中必须从环境摄取一定的热量才能完成某一发育阶段的发育过 程，而且各个发育阶段所需的总热量是一个常数，称总积温或有效积温（sum of effective temperature , 单位：日度），考虑到生物开始发育的温度，可写成： N ( T－C )＝K, T＝C＋K／N ， 其中，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，C是发育起点温度， 又称生物学零度，K是总积温（常数）。 有效积温法则的意义 ➢ 预测生物发生的世代数； ➢ 预测生物地理分布的北界； ➢ 预测害虫来年的发生程历； ➢ 制定农业气候区划，合理安排作物；小麦1000-1600、椰子5000 ➢ 应用积温预报农时。 3.2.3极端温度对生物的影响 ⚫ 低温对生物的影响：当温度低于临界(下限) 温度，生物便会因低温而冷害和冻害。 ⚫ 冻害（freeze injury）：温度在-1 ℃，冰结晶使原生质膜破裂，蛋白质失活、变性 ⚫ 冷害(chilling injury)：喜温植物在0 ℃以上受害或死亡，破坏了膜结构。 ⚫ 高温对生物的影响：当温度超过临界（上限）温度，对生物产生有害作用，如蛋白质变 性、酶失活、破坏水份平衡、氧供应不足、神经系统麻痹等 。 3.2.4 生物对极端温度的适应 ⚫ 生物对低温的适应：保暖、抗冻－－形态、生理 、行为的适应 ⚫ 生物对高温的适应：抗辐射、保水、散热－－形态 、生理 、行为的适应 生物对低温的适应 ⚫ 形态上的适应－－ ⚫ 植物：芽具鳞片、体具蜡粉、植株矮小； ⚫ 动物：增加隔热层，体形增大（Bergman规律），外露部分减小（Allen规律）。 ⚫阿伦规律(Allen’s rule):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。 北极狐、赤狐 ⚫贝格曼规律(Bergman’s rule):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，称贝格曼规律，是减少散热的适应。东北野猪、华南野 猪 ⚫ 生理上的适应－－ ⚫ 植物：减少细胞中的水分和增加细胞中糖类、脂肪类、色素等有机质的浓度以降低冰 点（鹿蹄草贮五碳糖，－31℃），增加红外线和可见光的吸收带（高山和极地植物）； ⚫ 动物：超冷和耐受冻结，当环境温度偏离热中性区增加体内产热，维持体温恒定，局 部异温（银鸥）等。 ⚫ 行为上的适应－－ 迁徙和冬眠／休眠等。 生物对高温的适应 ⚫ 形态上的适应－－ ⚫ 植物：密毛、鳞片滤光；体色反光；叶缘向上或暂时折叠，减少辐射伤害；干和茎具 厚的木栓层，绝热。 ⚫ 动物：体形变小，外露部分增大；腿长将体抬离地面；背部具厚的脂肪隔热层