第二章 能量环境 太阳表面以电磁波的形式不断释放的能量，即太阳辐射或太阳光。 光和温度组成了地球上的能量环境。 第二章 能量环境 太阳表面以电磁波的形式不断释放的能量，即太阳辐射或太阳光。 光和温度组成了地球上的能量环境。 物质环境：空气，水，岩石， 土壤，动植物，微生物； 能量环境：气温，PH值，引力，地磁力； 自然体系：地壳的稳定性（地质构造情况，火山活动，地震，海啸）， 太阳稳定性，大气的流动，水循环，水土流失。 能量环境

2 能量环境 2．1 地球上光及温度的分布 2．2 生物对光的适应 2．3 生物对温度的适应

动物生长发育、繁殖和形态的分化也对光强有一定的反映。 2．1 地球上光及温度的分布 一 地球上的光的分布 太阳辐射光谱 主要由短波(紫外线）、可见光和红外线组成。 紫外线（＜380nm）9%、可见光（380～760nm）45%、红外线（＞760nm）46%。 光照强度：是指单位面积上的光通量的大小。 地表的光照强度也随时间和空间而变化。 光强对植物光合作用速率产生直接影响，单位叶面积上叶绿素接受光子的量与光通量呈正相关。 光照强度对植物形态建成有重要作用，光促进组织和器官的分化,制约着器官的生长发育进度。 动物生长发育、繁殖和形态的分化也对光强有一定的反映。 植物: 动物:

太阳光射向地球表面时，因经大气圈内各种 成分，如臭氧、氧、水气、雨滴、二氧化碳和 尘埃等的吸收、反射和散射，最后到达地球 表面的仅是总太阳辐射的47%，其中直接 辐射为24%，散射为23%。而地球截取 的太阳能约为太阳输出总能量的20亿分之一，地球上绿色植物光合作用所固定的太阳能，只占从太阳接受的总能量的千分之一。 随太阳高度升高，紫外线和可见光所占比例随之增大；反之，高度变小，长波光比例增加。在空间变化上，低纬度处短波光多，高纬度长光波多；同时，随海拔升高短光波随之增多。在时间变化上，夏季短光波多，冬季长光波多；中午短光波多，早晚长光波多。

1，在空间上的分布 纬度 坡向 海拔高度 植被 光照强度在赤道最大；随着纬度的增加，太阳高度变低，光照强度相应减弱。 图1 不同纬度处的日照长度 光照强度在赤道最大；随着纬度的增加，太阳高度变低，光照强度相应减弱。 日照长度随纬度变化而进行不同的周期性变化。纬度越低，最长日和最短日光照差距越小，如赤道地区分别都是12小时；随着纬度的增加，最长日和最短日的差距越来越大，即纬度越高日照长短的变化越明显。 在北半球温带地区太阳的位置偏南，因此，南坡所接受的光照 要比平地多；反之，北坡就比较少。 坡向 海拔高度 光照强度随着海拔高度的升高而增强，因为海拔高度越高， 空气密度越稀薄。 植被

太阳高度角 图2 水体中 图3 各种波长的光穿过蒸馏水时的强度变化

2， 光在时间上的变化规律 时间变化有四季变化和昼夜变化。 2， 光在时间上的变化规律 这里没有夜与昼——斯瓦尔巴群岛(北极） 时间变化有四季变化和昼夜变化。 冬至日，太阳直射南回归线，南回归线及其以南地区正午太阳高度达到一年中最大值，北半球各纬度正午太阳高度达到一年中最小值； 夏至日，太阳直射北回归线，北回归线及其以北地区正午太阳高度达到一年中最大值，南半球各纬度正午太阳高度达到一年中最小值； 春、秋分日，太阳直射赤道，正午太阳高度由赤道向两极递减。 　 正午太阳高度的变化：冬至日 南回归线最大，向两极递减。 　　　　　　　　　　　　夏至日 北回归线最大，向两极递减。 　　　　　　　　　　　　春、秋分日 赤道最大，向两极递减。 北半球昼夜长短的变化： 　　　　　　　　　　　　春、秋分 全球昼夜平分 　　　　　　　　　　　　夏至日 昼长夜短且昼最长夜最短（北极圈内极昼） 　　　　　　　　　　　　冬至日 昼短夜长且昼最短夜最长（北极圈内极夜）

二 地球上温度的分布 1 地表大气温度的分布与变化 温度是生命活动不可缺少的因素，任何生物都在一定温度环境中生存，受温度的高低、极端温度、积温、变温（温差）、温度节律变化等影响。 1 地表大气温度的分布与变化 (1)温度空间分布与变化 (2)温度的时间变化

2 土壤温度的变化 土壤温度自身特点： 1、土壤表层的温度变化远较气温剧烈，随土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。在1m深度以下，土壤温度无昼夜变化。一般在30m以下，土壤温度无季节变化。深井水恒温，冬暖夏凉。 2、随土壤深度增加，土壤最高温和最低温出现的时间后延，其后延落后于气温的时间与土壤深度成正比。 3、土壤温度的短周期变化主要出现在土壤上层，长周期变化出现在较深的位置。 4、土壤温度的年变化在不同地区差异很大，中纬度地区由于太阳辐射强度与照射时间变化较大，土温的年变幅也较大。

3 水体温度的变化 (1)水体温度随时间的变化 海洋水温昼夜变化不超过4℃，15m以下深度，海水温度无昼夜变化，140m以下，无季节性变化。 (2)水体温度的成层现象 较冷的水位于较暖的水层之上。 分为：上湖层，斜温层，下湖层。

2 能量环境 2．2 生物对光的适应 一 光质的生态作用及生物的适应 绿色植物依赖叶绿素进行光合作用，将辐射能转换成具丰富能量的糖。 2 能量环境 2．2 生物对光的适应 一 光质的生态作用及生物的适应 绿色植物依赖叶绿素进行光合作用，将辐射能转换成具丰富能量的糖。 光合有效辐射：光合作用系统只能够利用太阳光谱的一个有限带，即从380~710nm之间波长的辐射能，称为光合有效辐射。 光质不同对植物形态建成、向光性及色素形成的影响也不同。 短波的紫外线有杀菌作用，可引起人类皮肤产生红疹及皮肤癌，但促进体内维生素D的合成。

二 光照强度的生态作用 及生物的适应 1 光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用 2 植物对光照强度的适应性 二 光照强度的生态作用 及生物的适应 1 光照强度对生物的生长、发育和形态建成的作用 黄化现象：一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄，称为黄化现象。 2 植物对光照强度的适应性 光合能力：当传入的辐射能是饱和的、温度适宜、相对湿度高、大气中CO2和O2的浓度正常时的光合作用速率，称为光合能力。 阳性植物：在强光下才能生长发育良好，而在耐荫蔽和弱光下生长发育不良的植物。如松、杉、柏及栎。 阴性植物：需要在较弱的光照条件下生长，不能忍耐高强度光照的植物。如咖啡、茶树、蕨类、苔藓类。 耐阴植物：既可以在强光下良好生长，又能忍受不同程度的遮荫，对光照具有较广的适应能力。如叶菜类、豆子叶。

阴地植物与阳地植物叶的比较 特 征 阳地植物叶 阴地植物叶 形 态 特 征 枝叶 叶片 角质层 气孔 栅栏组织 稀疏 较小 发达 较多   特 征 阳地植物叶 阴地植物叶 形 态 特 征 枝叶 叶片 角质层 气孔 栅栏组织 稀疏 较小 发达 较多 茂 盛 较大、薄 不发达 较 少 生 理 细胞汁液浓度 蒸腾作用 CO2补偿点的光强度 光合作用的光饱和点 RvDP羧化酶 以干重计的叶绿素 可溶性蛋白（=酶） + + 高 + + + + 低

黄化现象

三 生物对光照周期的适应 1 生物的昼夜节律 2 生物的光周期现象 光周期：光照长度指 理论日照加上曙、幕光的有效光照时间， 每天光照与黑夜交替称为一个光周期。 1 生物的昼夜节律 具有昼夜节律的生命现象很多。例如动物的活动行为、体温变化、能量代谢以及激素的变化等等，都表现出昼夜节律性。 2 生物的光周期现象 光周期现象：植物的开花结果、落叶及休眠，动物的繁殖、冬眠、迁徙和换毛换羽等，是对日照长短的规律性变化的反应，称为光周期现象。

（1）、植物的光周期现象 a长日照植物; b短日照植物; c中日照植物; d中日性植物. （2）、动物的光周期现象 a繁殖的光周期现象 根据动物繁殖与日照长短的关系， 动物可分为长日照动物和短日照动物。 b动物迁徙的光周期现象

2 能量环境 2．3 生物对温度的适应 一 温度与动物类型 2 能量环境 2．3 生物对温度的适应 一 温度与动物类型 当考察有机体和环境温度相互关系时，通常可将有机体划分为“温血动物”和“冷血动物”。 常温动物：当环境温度升高时，常温动物维持大致恒定的体温。 变温动物：当环境温度升高时，变温动物的体温随环境温度而变化。 外温动物：依赖外部的热源，如鱼类、两栖类和爬行类。 内温动物：通过自己体内氧化代谢产热来调节体温，如鸟兽。

二 生物对温度的反应 1 酶反应速率和温度阈 一般说来，生物体内的生理生化反应会随温度的升高而加快，从而加快生长发育速度；生化反应也会随着温度的下降而变缓，从而减慢生长发育的速度。在一定的温度范围内，生物的生长速度与温度成正比，生物学常用温度系数表示温度对生物生长或生化反应速度的影响强度，即温度每升高10℃，生长或反应速度均加的倍数。 冻害：由于细胞内冰晶形成的损伤效应，使原生质膜发生破裂，蛋白质失活或变性，这种损伤称冻害。 冷害：指喜温生物在0℃以上的条件下受害或死亡，它可能是通过破坏了膜结构造成的，它是喜温生物向北方引种和扩张分布区的主要障碍。

冻害 冷害

2 生物发育和生长速度 最低温度、最适温度、最高温度称为酶活性的“三基点”温度，生物的生长与温度的关系也服从“三基点”温度。 发育阈温度：发育生长是在一定的温度范围上才开始的，低于这个温度，生物不发育，这个温度称为发育阈温度，或者称生物学零度。 1753年，Reanmur概括出有效积温法则： 植物在生长发育过程中，需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。

3 驯化和气候驯化 春化：由低温诱导的开花，称为春化。 驯化：内温动物经过低温的锻炼后，其代谢产热水平会比在温暖环境中高。这些变化过程是由实验诱导的，称为驯化，如果是在自然界中产生的称为气候驯化。 物候：生物的物候节律形成也是生物对温度等因子适应的结果，物候规律是在大量细致的观察资料分析基础上获得。

三 生物对极端环境温度的适应 生物对低温的适应 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（贝格曼规律），外露部分减小（阿伦规律）。  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。  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，这种趋向称贝格曼规律，是减少散热的适应。  约旦规律(Jordan’s rule):鱼类的脊椎骨数目在低温水域比在温暖水域的多。 生理上的适应－－植物：减少细胞中的水分和增加细胞中有机质的浓度以降低冰点，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，局部异温等。 行为上的适应－－ 迁移和冬眠／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。  生理上的适应－－植物：降低细胞含水量，增加糖或盐浓度，减缓代谢率；蒸腾作用旺盛，降低体温；反射红外光。动物：放宽恒温范围；贮存热量，减少内外温差。  行为上的适应－－植物：关闭气孔。动物：休眠，穴居，昼伏夜出等。 仙仁掌和骆驼对高温干旱环境的适应

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