【文章內容簡介】 d.一 植物體內的養(yǎng)分元素l 重要元素：植物正常生長和代謝所必需的元素。其中，其濃度僅有若干ppm的稱作微量元素，而濃度可用百分數(shù)表示的可稱為大量元素。l 大量元素：氫、碳、氧、氮、鉀、鈣、鎂、磷、硫。l 微量元素：氯、硼、鐵、錳、鋅、銅、鉬生物體中主要的化學元素：氫、碳、氧、氮. 二、地球化學循環(huán)（geochemical cycles）：是指不同生態(tài)系統(tǒng)之間化學元素的交換，空間范圍大。（一）氣態(tài)循環(huán)（gaseous cycles）：C、N、O主要以氣態(tài)形式輸入和輸出。為什么氣態(tài)循環(huán)引起人們極大的重視？ 人類的活動每天都有大量CO、CO硫和氮的氧化物，以及各種有機物質和農藥進入氣態(tài)循環(huán)。 典型后果： 酸雨 溫室效應（二）沉積循環(huán) (sedimentary cycles) 地球化學循環(huán)中，大部分屬于沉積循環(huán)類型。氣象途徑：如空氣塵埃和降水的輸入以及風侵蝕和搬運的輸出 （生長在極貧瘠土壤上的森林，化學沉降物的輸入有可能使其達到較高的生產量。）生物途徑：動物的活動及人們從事農林經營活動可使養(yǎng)分在生態(tài)系統(tǒng)之間發(fā)生再分配。 例如：不合理的經營活動導致水土流失。地質水文途徑：如來自于巖石、溪水中的養(yǎng)分輸入。以及土壤水或地表水溶解的養(yǎng)分、土粒和有機物質從系統(tǒng)的輸出。 生物地球化學循環(huán) 生態(tài)系統(tǒng)內部化學元素的交換，空間范圍不大。植物在系統(tǒng)內就地吸收養(yǎng)分，又通過落葉歸還到同一地方。絕大多數(shù)的養(yǎng)分可以有效地保留，積累在本系統(tǒng)之內。生物地球化學循環(huán)包括：（一）植物對養(yǎng)分的吸收l 大部分養(yǎng)分從土壤溶液中吸收；l 菌根營養(yǎng)（二）植物體內養(yǎng)分的分配（三）植物養(yǎng)分的損失l 雨水的淋失l 草食動物的取食l 生殖器官的消耗l 凋落物損失的養(yǎng)分思考：如何理解養(yǎng)分的“損失”？（四）凋落物的分解 凋落物分解和養(yǎng)分的釋放是森林生物地球化學循環(huán)中最重要的一環(huán)分解過快或過慢對森林生長都不利。思考：熱帶雨林生產力高，生長快，但也最脆弱，為什么？（五）林下植被的作用 林下植被的凋落物含有相當高的養(yǎng)分，一般有利于森林死地被物的分解，從而提高土壤肥力。因此，林下保持一定數(shù)量的灌木、雜草以及苔蘚，將會對森林的生產力起到有益的作用。思考：除此之外，林下植被還有哪些作用？（六）養(yǎng)分元素的直接循環(huán)四、生物化學循環(huán)(biochemical cycles) 指養(yǎng)分在生物體內的再分配，也是植物保存養(yǎng)分的重要途徑。五 幾種主要元素的循環(huán) （一）水循環(huán) （二）碳循環(huán) （三）氮循環(huán) ( 四) 磷循環(huán) （五）硫循環(huán) 碳循環(huán) (Carbon cycles)從大氣中的CO2儲庫開始，綠色植物（生產者）在光合作用時，把碳從大氣中取出，結合到碳水化合物中的分子中，然后，經過消費者和分解者，在呼吸和殘體腐爛分解時，再回到大氣。全球儲存碳的數(shù)量約261018噸，但絕大部分以碳酸鹽形式禁錮在巖石圈中。只有極少量碳參與經常性流動和圈層間的交換。各類生態(tài)系統(tǒng)固定碳的速率差別很大。全世界森林的儲碳量為40005000億噸。全球的植被和海洋是大氣中CO2兩個重要的調節(jié)器。大氣中CO2濃度增加時，會有更多氣體溶于海水，相反，大氣CO2減少，海水中CO2又返回大氣。然而由于人類活動大量排放CO2 ，森林植被的嚴重破壞和減少，大氣中CO2濃度正逐步提高，并產生“溫室效應”。思考：l 森林都吸收CO2嗎？l 氣候變暖后，森林起到什么作用？有些學者指出，大氣CO2含量增加對植物會產生良好的影響，你認為如何？ 氮循環(huán) (Nitrogen cycles)l 大氣是主要的氮庫，大氣體積的78%為分子態(tài)氮。l 生態(tài)系統(tǒng)氮的來源：l 雷電：把大氣中的氮，氧化成硝酸鹽及其它含氮的氧化物，再由降水帶入土壤，參與氮的循環(huán)。l 生物固氮：固氮細菌從土壤和大氣中吸收氮素。l 工業(yè)固氮：如化肥廠。磷循環(huán) (Phosphorus cycles)l 磷的主要來源：磷酸鹽巖石和沉積物、鳥糞、動物骨骼等。l 磷在生物中含量少，但絕不可缺少。由于磷的難溶性，往往是植物生產力的主要限制因素。如果適當增加土壤中可利用的磷肥，大多數(shù)陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產力，便可能明顯增加。l 磷在江河及湖泊中的含量是有限的，我國南方紅黃壤地區(qū)土壤中普遍缺磷。在生物圈中磷的數(shù)量正在減少，很多磷進入海洋沉積起來。l 然而，一旦江河、湖泊中磷含量提高，會引起藻類暴長。出現(xiàn)“富營養(yǎng)化”。硫循環(huán) (Sulfur cycles)l 硫的主要儲庫：硫酸鹽如石膏，也有少量存在于大氣，主要是SO2和H2S。l 硫的來源：沉積巖石的風化、化石燃料（特別是煤）的燃燒、火山噴發(fā)和有機物的分解。l 硫的沉積循環(huán)：硫酸鹽的侵蝕和風化，土壤中的硫酸鹽被淋溶掉或被微生物還原。l 硫的氣態(tài)循環(huán)：大氣中的硫主要是SO2和H2S。前者產生于火山噴發(fā)和細菌的還原，后者產生于化石燃料的燃燒。大氣中硫的化合物通常很快氧化成亞硫酸鹽和硫酸鹽，被雨水帶回土壤。l 大氣中亞硫酸鹽和硫酸鹽能與雨水結合形成硫酸，造成酸雨危害。六 森林生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學循環(huán)的效能l 未經干擾的天然森林生態(tài)系統(tǒng)內，養(yǎng)分能夠有效地積累和保存。l 貧養(yǎng)土地上森林對養(yǎng)分的保持能力可以補充養(yǎng)分不足的問題。l 世界各地許多森林溪流水的共同特點是，養(yǎng)分含量極低。森林生物地球化學循環(huán)的效能，為當前的環(huán)境問題提供一種可能的解決辦法。七 森林經營對森林生物地球化學循環(huán)的影響l 經營措施可以有利于養(yǎng)分循環(huán)和增加養(yǎng)分的有效性或者造成養(yǎng)分的損失l “全樹利用”表面上是對林地生物量的充分利用，是一種節(jié)約的措施，然而卻造成林地養(yǎng)分的巨大損失，完全破壞了森林的生物地球化學循環(huán)。l 據(jù)研究溫帶森林，如按中等或較長的輪伐期（80120年）并采用干材采伐方式，對林地養(yǎng)分的損失量不大。Summary陸地生態(tài)系統(tǒng)中，養(yǎng)分元素的循環(huán)分為：地球化學循環(huán)、生物地球化學循環(huán)、生物化學循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)內部演化的過程，總是向著保持和貯存養(yǎng)分的方向發(fā)展。森林中養(yǎng)分的管理主要是靠森林的自肥和永續(xù)。為了保持森林的高產和永續(xù)經營，需要維護好森林生態(tài)系統(tǒng)內的生物地球化學循環(huán)，才能有效地保留現(xiàn)有養(yǎng)分不遭損失。思考：What Is Causing Acid Rain and Global Warming? 第四章 太陽輻射一、太陽輻射特性及時空變化二、太陽輻射光譜的生態(tài)效應三、太陽輻射強度的生態(tài)效應四、太陽輻射時間的生態(tài)效應五、光因子在林業(yè)中的重要性六、小結一、太陽輻射特性及時空變化太陽以電磁波形式發(fā)射輻射能。太陽輻射能的4050%是可見光譜，其余大部分是紅外線，紫外線較少。影響太陽輻射的因素：l 太陽高度角l 緯度l 海拔l 坡向二、太陽輻射光譜的生態(tài)效應太陽輻射主要成分：紫外線、可見光和紅外線生態(tài)作用：1 光合作用：生理有效輻射：太陽連續(xù)光譜中，植物光合作用利用和色素吸收，具有生理活性的波段稱生理有效輻射。生理有效輻射中，紅、橙光是被葉綠素吸收最多的部分，具有最大的光合活性。藍紫光也能被葉綠素、類胡羅卜素所吸收。綠光為生理無效光2 對植物形態(tài)的作用：短波光，如藍紫光、紫外線，能抑制植物的伸長生長，而使植物形成矮粗的形態(tài)。紫外線能促進花青素的形成。波長短于290nm的紫外線對生物具有傷害作用，被大氣O3層吸收。長波光，如紅光、紅外線，有促進延長生長的作用。3 對植物光合作用產物的影響：當使短波光占優(yōu)勢并增多氮素營養(yǎng)時，促使碳素朝向氨基酸和蛋白質的合成。當提高光強度并使長波光占優(yōu)勢時，碳素向糖類的轉變的過程加強，從而促進糖類的合成。三、太陽輻射強度的生態(tài)效應光照強度的表示：J／m2min（一）光強對光合作用的影響 光飽和點：光照強度增加到一定程度后，光合作用增加的幅度逐漸減慢，最后不再隨光強而增加，這時的光照強度為光飽和點。 光補償點：當光合作用固定的CO2恰與呼吸作用釋放的CO2相等時的光照強度。（二）光強對形態(tài)的影響 光照不足時植物形態(tài)：黃化：節(jié)間長，葉子不發(fā)達，側枝不發(fā)育，植物體水分含量高，細胞壁很薄，機械組織和維管束分化很差。光照較強時： 樹干較粗，尖削度大，機械組織發(fā)達，分枝多，樹冠龐大。 葉的細胞和氣孔通常小而多，細胞壁與角質層厚，葉片硬，葉綠素較少。 根系發(fā)達，分布較深。提示：光照過強也是紅松主干分叉的重要原因 （三）耐蔭性 樹種耐蔭性：是指其忍耐庇蔭的能力，即在林冠庇蔭下，能否完成更新和正常生長的能力。 鑒別耐蔭性的主要依據(jù)：林冠下能否完成更新過程和正常生長。 喜光樹種：只能在全光照條件下正常生長發(fā)育，不能忍耐庇蔭，林冠下不能完成更新過程。例如：落葉松，白樺 耐蔭樹種：能忍受庇蔭，林冠下可以正常更新。例如：云杉，冷杉 中性樹種：介于以上二者之間的樹種。喜光樹種特性：l 樹冠稀疏，自然整枝強烈，林分比較稀疏，透光度大，林內較明亮。生長快，開花結實早，壽命短。l 耐蔭樹種特性：l 樹冠稠密，自然整枝弱，枝下高低，林分密度大，透光度小，林內陰暗。生長較慢，開花結實晚，壽命長。 思考： 常見的喜光樹種和耐蔭樹種有哪些？影響樹種耐蔭性的因素：l 年齡：隨著年齡增加，耐蔭性逐漸減弱l 氣候：氣候適宜時，樹木耐蔭能力較強l 土壤：濕潤肥沃土壤上耐蔭性較強四、太陽輻射時間的生態(tài)效應光周期現(xiàn)象和類型l 光周期性：植物和動物對晝夜長短日變化和年變化的反應。l 植物光周期的反應主要是誘導花芽的形成和開始休眠。植物光周期類型l 長日照植物：較長日照條件下促進開花的植物。如小麥、蘿卜、菠菜等。l 短日照植物：較短日照條件下促進開花的植物，日照超過一定長度便不能開花或推遲開花。又稱為長夜植物。如水稻、菊、大豆和煙草等。l 中日照植物：花芽形成需要中等日照的植物。例如甘蔗。l 日中性植物：完成開花和其他生命史階段與日照長度無關的植物。如番茄。思考：能否使植物推遲或提前開花？但是： l 木本植物的開花結實不僅受光周期控制，而且還有其它影響因素，如營養(yǎng)的積累和光照強度等。許多樹種的開花似乎屬于日中性.光周期現(xiàn)象和植物地理起源l 短日照植物大多數(shù)原產地是日照時間短的熱帶、亞熱帶。l 長日照植物大多數(shù)原產于夏季日照時間長的溫帶和寒帶。l 光周期現(xiàn)象是支配植物的地理分布，特別是高緯度地區(qū)栽培極限的重要因素。對植物的引種、育種工作有極為重要的意義。五、光因子在林業(yè)中的重要性林木撫育：如果森林內光照強度突然增加，會引起林下幼苗的傷害，以及使樹干長出徒長枝，降低木材質量。林業(yè)上，提高森林光能利用率或生產力的主要途徑： ——保持、調整森林結構和提高光合強度 具體做法：廣泛提高森林覆蓋率，在森林不同生長發(fā)育階段保證森林的適宜密度和葉面積指數(shù)，以充分利用光能。六、小結l 太陽輻射以光譜組成、光照強度和光周期影響森林植物。l 森林經營活動中較易控制的是光強。l 森林植物對光照強度具有適應性。l 林業(yè)上，提高森林光能利用率的主要途徑第五章 溫度因子一、溫度的地理和時間變化二、關于溫度的一些生態(tài)概念三、溫度對植物的影響四、動物對溫度的適應五、溫度因子在林業(yè)中的重要性六、小結 一、溫度的地理和時間變化（一）熱量平衡包括輻射收入和支出地面的輻射收入＝太陽直接輻射＋散射輻射＋大氣逆輻射支出＝地面輻射＋地面對太陽輻射的反射 (二）溫度變化規(guī)律1 溫度的空間變化l 緯度:影響太陽入射高度角、晝夜長短、太陽輻射量。隨著緯度增高，太陽輻射量減少，溫度逐步降低。 l 海陸分布：影響氣團移動方向。l 地形和海拔 逆溫：在對流層內，有時上層空氣比接近地面的空氣更暖。形成逆溫的原因：主要是由于天晴風小的夜晚尤其是冬季，地面因長波輻射強烈，大量失去熱量，地面溫度顯著降低，以致貼近地面的空氣層溫度也隨之冷卻。 冷湖現(xiàn)象：2 溫度的時間變化 晝夜變化l 氣溫日變化中，最低值出現(xiàn)在將近日出的時候。最高值出現(xiàn)在13－14時。l 土壤溫度變化：土表溫度變化遠較氣溫劇烈。l 土表以下溫度變幅減小，一天中最高最低溫度有后延現(xiàn)象。至35－100cm深以上，土溫幾乎無晝夜變化。 季節(jié)變化:溫度年較差隨緯度增加而增加。 二、關于溫度的一些生態(tài)概念三基點溫度:植物在其整個生命活動過程中所需要的溫度稱作生物學溫度，可用三個溫度指標來表示。l 最適溫度：生物生長發(fā)育或生理活動得以正常進行的溫度范圍。l 最低溫度和最高溫度：植物生長發(fā)育和生理活動的低溫和高溫限度。l 合稱為三基點溫度。積溫：每種植物都有其生長的下限溫度。當溫度高于下限溫度時，它才能生長發(fā)育。這個對植物生長發(fā)育起有效作用的高出的溫度值，稱作有效溫度。植物在某個或整個生育期內的有效溫度總和，稱作有效積溫。 三、溫度對植物的影響對植物生長的影響l 生長期：樹木從樹液流動開始，到落葉為止的日數(shù)。l 一般植物在0—35度的溫度范圍內，隨溫度上升，生長加快。 對植物發(fā)育的影響l