第2章-森林与的环境

`第二章森林与环境ForestsandEnvironment森林、环境的概念与类型生态因子作用分析能量环境（光、温度等）物质环境（水、土壤等）小结西北农林科技大学林学院2020年7月18日`2.1.1森林的概念：指以木本植物为主体，包括乔木、灌木、草本植物、动物、微生物，占据相当大空间，并显著影响周围环境的生物群落复合体。2.1.2环境的概念：指生物生活空间的外界自然条件的总合。包括生物的生存空间、维持生命活动的物质和能量。在生物科学中，环境指生物栖息地以及直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总合。2.1.3森林环境：指森林生活空间与外界自然条件的总合。2.1森林、环境的概念与类型西北农林科技大学林学院2020年7月18日`2.1.4环境的类型：西北农林科技大学林学院2020年7月18日宇宙环境：指大气层以外的宇宙空间。地球环境：指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈。区域环境：指特定区域空间的自然环境。生境：指生物或群落生长地段的环境因子的总合。微环境：指接近生物体表面不同部位的环境。体内环境：指植物细胞间隙的环境。（1）按环境空间范围大小分：`2.2生态因子作用分析2.2.1生态因子的概念指环境中对生物生长、发育、繁殖、行为、和分布有直接或间接影响的环境要素。2.2.2生态因子分类按生态因子性质分：气候因子：光、温、水、气等。土壤因子：土壤结构、理化性质等。地形因子：海拔、坡向、坡位。生物因子：捕食、竞争、寄生、共生等。人为因子：利用、改造、破坏等。西北农林科技大学林学院2020年7月18日`2.2.3生态因子作用的一般特征总合作用：生态因子的不可孤立性、相互联系和相互制约性。非等价性：生态因子的同等重要性。不可代替性和互补性。阶段性。直接作用和间接作用。西北农林科技大学林学院2020年7月18日`2.2.4相互作用和相互联系的特征生态系统内各生物和非生物成分的关系是紧密相连不可分割的整体。2.2.5稳定平衡的特征自然界生态系统总是趋向于保持一定的内部平衡关系，使系统内各成分间完全处于相互协调的稳定状态。生态系统内的负反馈机制是达到和维持平衡或稳定的重要途径。例如：森林的自然稀疏过程昆虫数量与食物的供应思考：森林病虫害的防治西北农林科技大学林学院2020年7月18日`西北农林科技大学林学院2020年7月18日万物生长靠太阳一、太阳辐射特性及时空变化二、太阳辐射光谱的生态效应三、太阳辐射强度的生态效应四、太阳辐射时间的生态效应五、光因子在林业中的重要性2.3太阳辐射`2.3.1太阳辐射特性及时空变化太阳以电磁波形式发射辐射能。波长150-4000nm，太阳辐射能的40-50%是可见光谱，其余大部分是红外线，紫外线较少。北半球投射到地球表面的太阳强度仅为47%其中：直接辐射：24%散射和漫辐射：23%`影响太阳辐射的因素：•太阳高度角•纬度•海拔•坡向`2.3.2太阳辐射光谱的生态效应太阳辐射主要成分：紫外线、可见光和红外线生态作用：(1)光合作用：生理有效辐射：太阳连续光谱中，植物光合作用利用和色素吸收，具有生理活性的波段称生理有效辐射。生理有效辐射中，红、橙光是被叶绿素吸收最多的部分，具有最大的光合活性。蓝紫光也能被叶绿素、类胡罗卜素所吸收。绿光为生理无效光`2.3.2太阳辐射光谱的生态效应太阳辐射主要成分：紫外线、可见光和红外线生态作用：(2)对植物形态的作用：短波光，如蓝紫光、紫外线，能抑制植物的伸长生长，而使植物形成矮粗的形态。紫外线能促进花青素的形成。波长短于290nm的紫外线对生物具有伤害作用，被大气O3层吸收。长波光，如红光、红外线，有促进延长生长的作用。`2.3.2太阳辐射光谱的生态效应太阳辐射主要成分：紫外线、可见光和红外线生态作用：(3)对植物光合作用产物的影响：当使短波光占优势并增多氮素营养时，促使碳素朝向氨基酸和蛋白质的合成。当提高光强度并使长波光占优势时，碳素向糖类的转变的过程加强，从而促进糖类的合成。`2.3.3太阳辐射强度的生态效应光照强度的表示：J／m2·min光饱和点：光照强度增加到一定程度后，光合作用增加的幅度逐渐减慢，最后不再随光强而增加，这时的光照强度为光饱和点。光补偿点：当光合作用固定的CO2恰与呼吸作用释放的CO2相等时的光照强度。2.3.3.1光强对光合作用的影响`2.3.3.1光强对形态的影响光照不足时植物形态：黄化：节间长，叶子不发达，侧枝不发育，植物体水分含量高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。光照较强时：树干较粗，尖削度大，机械组织发达，分枝多，树冠庞大。叶的细胞和气孔通常小而多，细胞壁与角质层厚，叶片硬，叶绿素较少。根系发达，分布较深。提示：光照过强也是红松主干分叉的重要原因`2.3.3.2树种的耐荫性树种耐荫性：是指其忍耐庇荫的能力，即在林冠庇荫下，能否完成更新和正常生长的能力。鉴别耐荫性的主要依据：林冠下能否完成更新过程和正常生长。喜光树种：只能在全光照条件下正常生长发育，不能忍耐庇荫，林冠下不能完成更新过程。例如：落叶松，白桦耐荫树种：能忍受庇荫，林冠下可以正常更新。例如：云杉，冷杉中性树种：介于以上二者之间的树种。`喜光树种特性：树冠稀疏，自然整枝强烈，林分比较稀疏，透光度大，林内较明亮。生长快，开花结实早，寿命短。耐荫树种特性：树冠稠密，自然整枝弱，枝下高低，林分密度大，透光度小，林内阴暗。生长较慢，开花结实晚，寿命长。思考：常见的喜光树种和耐荫树种有哪些？影响树种耐荫性的因素：年龄：随着年龄增加，耐荫性逐渐减弱气候：气候适宜时，树木耐荫能力较强土壤：湿润肥沃土壤上耐荫性较强`2.3.4太阳辐射时间的生态效应光周期现象和类型光周期性：植物和动物对昼夜长短日变化和年变化的反应。植物光周期的反应主要是诱导花芽的形成和开始休眠。植物光周期类型：长日照植物：较长日照条件下促进开花的植物，日照短于一定长度则不能开花或推迟开花。又称为短夜植物。如小麦、萝卜、菠菜等。`2.3.4太阳辐射时间的生态效应短日照植物：较短日照条件下促进开花的植物，日照超过一定长度便不能开花或推迟开花。又称为长夜植物。如水稻、菊、大豆和烟草等。中日照植物：花芽形成需要中等日照的植物。例如甘蔗。日中性植物：完成开花和其他生命史阶段与日照长度无关的植物。如番茄。思考：能否使植物推迟或提前开花？但是：木本植物的开花结实不仅受光周期控制，而且还有其它影响因素，如营养的积累和光照强度等。许多树种的开花似乎属于日中性.`2.3.4太阳辐射时间的生态效应光周期现象和植物地理起源短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带。长日照植物大多数原产于夏季日照时间长的温带和寒带。光周期现象是支配植物的地理分布，特别是高纬度地区栽培极限的重要因素。对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。`2.3.5光因子在林业中的重要性林木抚育：如果森林内光照强度突然增加，会引起林下幼苗的伤害，以及使树干长出徒长枝，降低木材质量。林业上，提高森林光能利用率或生产力的主要途径：——保持、调整森林结构和提高光合强度具体做法：广泛提高森林覆盖率，在森林不同生长发育阶段保证森林的适宜密度和叶面积指数，以充分利用光能。`2.3.6小结太阳辐射以光谱组成、光照强度和光周期影响森林植物。森林经营活动中较易控制的是光强。森林植物对光照强度具有适应性。林业上，提高森林光能利用率的主要途径`一、温度的空间和时间变化二、关于温度的一些生态概念三、温度对植物的影响四、动物对温度的适应五、温度因子在林业中的重要性六、小结2.4温度因子`2.4.1温度的地理和时间变化2.4.1.1热量平衡包括辐射收入和支出地面的辐射收入＝太阳直接辐射＋散射辐射＋大气逆辐射支出＝地面辐射＋地面对太阳辐射的反射``2.4.1.2温度变化规律温度的空间变化纬度:影响太阳入射高度角、昼夜长短、太阳辐射量。随着纬度增高，太阳辐射量减少，温度逐步降低。海陆分布：影响气团移动方向。地形和海拔``逆温：在对流层内，有时上层空气比接近地面的空气更暖。形成逆温的原因：主要是由于天晴风小的夜晚尤其是冬季，地面因长波辐射强烈，大量失去热量，地面温度显著降低，以致贴近地面的空气层温度也随之冷却。冷湖现象：`温度的时间变化昼夜变化气温日变化中，最低值出现在将近日出的时候。最高值出现在13－14时。土壤温度变化：土表温度变化远较气温剧烈。土表以下温度变幅减小，一天中最高最低温度有后延现象。至35－100cm深以上，土温几乎无昼夜变化。季节变化温度年较差随纬度增加而增加。`2.4.2.1三基点温度植物在其整个生命活动过程中所需要的温度称作生物学温度，可用三个温度指标来表示。•最适温度：生物生长发育或生理活动得以正常进行的温度范围。•最低温度和最高温度：植物生长发育和生理活动的低温和高温限度。•合称为三基点温度。2.4.2.2积温：每种植物都有其生长的下限温度。当温度高于下限温度时，它才能生长发育。这个对植物生长发育起有效作用的高出的温度值，称作有效温度。植物在某个或整个生育期内的有效温度总和，称作有效积温。2.4.2关于温度的一些生态概念`对植物生长的影响生长期：树木从树液流动开始，到落叶为止的日数。一般植物在0—35度的温度范围内，随温度上升，生长加快。对植物发育的影响•植物种子只有在一定温度条件下才能萌发。温带和寒温带许多植物种子，还需要经过一段低温期，才能顺利萌发。•低温对开花的诱导效应：某些植物的开花结果需要一定时间低温的刺激，这个过程称为春化过程。如冬小麦。2.4.3温度对植物的影响`温周期现象植物对温度的日变化和季节变化比较敏感，而且只有在已适应的昼夜和季节温度变化的条件下，才能正常生长。昼夜变温与种子萌发有一些植物的种子在变温下萌发良好。因此变温处理，有利于许多种子的有效萌发。昼夜变温与生长发育较低的夜温和适宜的昼温对植物生长发育都很有利。物候季节明显地区，植物适应于气候条件的这种节律性变化，形成与此相应的植物发育节律。物候具有纬度方向和垂直方向的差异。2.4.3温度对植物的影响`温度与伤害低温危害1.寒害：又称冷害，指气温降至0度以上植物所受到的伤害。热带、亚热带植物，在气温0－10度左右就能受到寒害。？原因：低温造成植物代谢紊乱，膜性改变和根系吸收力降低等。2.冻害：温度降到冰点以下，植物组织发生冰冻而引起的伤害。？原因：冰点以下，细胞间隙形成冰晶，导致细胞失水而死亡。2.4.3温度对植物的影响`温度与伤害低温危害3.冻举：又称冻拔。土壤反复冻融，使树苗被完全拔出土壤。是寒冷地区更新造林的危害之一。多发生在土壤粘重、含水量高、地表温度容易剧变的立地。2.4.3温度对植物的影响4.冻裂：由于昼夜温差导致树干纵向开裂。5.生理干旱：冬季或早春土壤冻结时，树木根系不活动。这时如果气温过暖，地上部分进行蒸腾，不断失水，而根系又不能加以补充，导致植物干枯死亡。`温度与伤害高温危害大多数高等植物的最高点温度是35－40度。1.皮烧：强烈的太阳辐射，使树木形成层和树皮组织局部死亡。2.根颈灼伤：土表温度增高，灼伤苗木柔弱根茎，杀死输导组织和形成层。2.4.3温度对植物的影响`生理性适应：包括蛰伏、冬眠、降低细胞冰点和减少散热等。形态适应：动物毛皮、羽毛、皮下脂肪冬季加厚，夏季变薄等。行为适应：调节体温的短距离迁移和季节性的长距离迁移等。2.4.4动物对温度的适应`温度对树木生长发育分布的影响极端温度对树木的危害非节律性变温对树木的危害小地形环境的温度对树木的影响皆伐对温度的影响2.4.5温度因子在林业中的重要性`温度的时空变化规律•空间变化决定与纬度、水陆分布和海拔•时间变化有昼夜、季节和长期变化。三基点温度：最适温度、最高温度和最低温度。积温温度对植物的影响•对植物生长发育的影响•变温对植物的影响•物候现象•温度与伤害2.4.6、小结`西北农林科技大学林学院2020年7月18日2.5水分因子一不同形态水及其生态意义二植物对水分过多和不足的适应三水分条件对植物分布和