能量环境——温度因子的生态作用

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。