生理生态学-光因子

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1、第二章生理生态学-光因子杨学军同济大学第1节光因子光是地球上一切生命的能量来源。太阳辐射是形成生物生产量、构成地表热量、水分、有机物质和气候分布状况的重要驱动力。因此太阳辐射为维持生命环境创造了必要的条件。光的状况不同，影响生物的生长发育、森林的更新和演替、森林群落结构特征、树种组成与分布等。天然条件下，有的树种只分布在林冠上层，而在林冠下生长不良甚至死亡；有的树种则在树冠下生长正常；同一树种不同树冠部位叶片的形态结构、生理特性均有差异。植物光合作用示意图生物与光的关系太阳辐射及其变化规律光质变化对生物的影响光强度变化对生物的影响光周期现象光的生态作用

2、光谱成分、光照强度和日照时间都会对植物产生重要的生态作用，影响其生长发育、生理代谢和形态结构等，从而使植物产品的产量和质量发生变化。植物长期生长在一定的光照环境中，对光照强度、光质和日照时间都产生一定的要求和适应性，形成不同的植物生态类型。一、光质光是以电磁波的形式投射到地表的辐射线。主要波长范围在150～4000nm。根据人眼对光谱波段感受的差异，分为可见光和不可见光。太阳辐射主要由紫外线(ultraviolet)、可见光(visible)和红外线(infrared)组成。可见光波长为380～760nm，根据波长的不同又可分为红、橙、黄、绿、青、兰、

3、紫七种颜色的光。紫外光波长小于380nm，红外光波长大于760nm。波长（nm）：<400400450500550600650700>700

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12、光：紫外紫蓝青绿黄橙红红外太阳辐射能(仿A.Mackenzieet.al,1999)光的性质：波长150－4000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380－760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380－700nm之间。紫外线可见光红外线400630100025004000波长(nm)能量强度大气同温层中的O3能吸收紫外线。地面的太阳辐射中含紫外线少。紫外线破坏细胞分裂和生

13、长素而抑制生长,高山植物生长矮小，节间短，就是因为高海拔处紫外线较强。Ozonedepletion。红外线的生态作用：促进植物茎的伸长，有利于种子和种子萌发，提高植物体的温度。植物叶片对近红外线吸收很少，大部分被反射。应用：航空摄影和遥感技术用于林业调查。病虫害调查。生理有效辐射/光合有效辐射(photosyntheticallyactiveradiation,PAR):太阳辐射光谱中能被植物色素吸收、转化并用于合成有机物质的辐射能(380~710nm)。红光能促进叶绿素形成。有利于碳水化合物的合成；蓝、紫光也能被叶绿素、类胡萝卜素吸收。蓝光有利于蛋白

14、质的合成。不同的光质对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态建成的诱导等影响不同。二、光照强度（单位面积上的光通量大小）光照强度随纬度增加而降低(因为纬度低太阳高度角大)；光照强度随海拔增加而增强(因为海拔增高，大气厚度减小，透明度增大)。地形亦影响光照强度，在北半球温带地区，南坡大于平地和北坡；同一纬度的南坡，坡度愈大辐射量愈大，而北坡正相反。光照强度还受大气水汽含量、云量和雨季长短的影响。光照强度夏强冬弱，日照时间为夏季昼长夜短，而冬季则相反。在一天中，中午光照强度最大，早晚光照强度最小。在森林生态系统内，光照强度将会自上而下逐渐减弱，由于树冠吸收

15、大量光能，使下层植物对日光能利用受到限制。光质变化对生物的影响海洋植物—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；深水植物光合色素有效地利用绿光。高山植物—对紫外光作用的适应，发展了特殊的莲座状叶丛。动物—不同动物发展不同的色觉。光强度变化对生物的影响植物—光合作用率在光补偿点附近与光强度成正比，但达光饱和点后,不随光强增加。水生生物—水生植物在水中的分布与光照强度有关。陆生生物—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)、阴性植物(sciophytes)和耐阴性植物(sha

16、deplant)：阳性植物对光要求比较迫切，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。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。光合作用率光合作用率光强度光强度净生产力光合作用呼吸作用ABABACP光补偿点CPCPabspsp光饱和点B光补偿点(compensationpoint)光饱和点(saturatepoint)：光合作用强度和呼吸作用强度相当处

17、的光强度为光补偿点；当光照强度达到一定水平后，光合产物不再增加或增加得很少，该处的光强度即为光