生态学知识系列（二）

原生态 · 发表于 2006-4-15 04:11:28

第一章 生物与环境     生物与环境之间的相互关系是生态学研究的主题，它包括生物个体通过各种形态、生理和生物化学的机制去适应不同环境的过程和环境对生物的塑造作用；以及生物群体在不同环境中的形成过程及其对环境的改造作用。第一节环境概述一、环境与生境1．环境    生态学中的环境概念是指生态系统中生物有机体周围一切要素的总和，包括生物生存空间内的各种条件。生物有机体的存活需要不断地与其周围环境进行物质与能量的交换。一方面环境向生物有机体提供生长、发育和繁殖所必需的物质和能量，使生物有机体不断受到环境的作用；而另一方面，生物又通过各种途径不断地影响和改造环境。生物与环境的这种相互作用，使得生物不可能脱离环境而存在。2．生境    生境是不同于环境的另一个重要的生态学概念。生境又称栖息地，是生物生活的空间和其中全部生态因素的综合体，即生物生活的具体场所。因此，相对于一般“环境”而言，生境对生物具有更实际的意义。

原生态 · 发表于 2006-4-15 04:14:13

二、生物的能量环境    生命存在的一个基本条件是能量环境，地球上生命生存必需的能量主要来自太阳的辐射。太阳产生的能量以电磁波的形式向周围发射，地球表面在太阳直射、没有大气圈的条件下，获得的太阳能为8.12J/cm2·min，称之为太阳常数。实际上，由于大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射作用，辐射强度被大大减弱，平均只有47%左右到达地面。    对于地球及其生物来说，太阳辐射具有两种不同的功能：一种是热能，它给地球送来了温暖，使地球表面土壤、水体变热，引起空气和水的流动；另一种是光能，它在光合作用中被绿色植物吸收，转化为化学能形成有机物，这些有机物所包含的能量沿着食物链在生态系统中不停地流动。1．光的变化规律    由于地理位置、海拔高度和地形特点等的不同，以及由于地球的自转与公转的关系，使地球和太阳的相对位置不断地发生变化，导致地球表面接受的太阳辐射的多少也随之变化。（1）光照强度    光照强度在地球表面有空间和时间的变化规律。空间变化包括纬度、海拔高度、地形、坡向；时间变化有四季变化和昼夜变化。<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">    <span style="FONT-SIZE: 10pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-bidi-font-family: "Times New Roman"; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-ascii-font-family: "Times New Roman"; mso-hansi-font-family: "Times New Roman";">纬度变化：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。<span style="FONT-SIZE: 10pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-bidi-font-family: "Times New Roman"; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-ascii-font-family: "Times New Roman"; mso-hansi-font-family: "Times New Roman";">海拔变化：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。    坡向和坡度变化：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。    时间变化：在一年中以夏天光照最强，冬季最弱；就一天而言，中午光照最强，早晚最弱。（2）光谱成分    由于大气层对太阳辐射的吸收和散射具有选择性，所以当太阳辐射通过大气后，不仅辐射强度减弱，而且光谱成分棗光质也发生了变化。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。（3）光照长度    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。2．温度的变化规律    太阳辐射使地表受热，产生气温、水温和土温的变化。地球上的不同地区与太阳的相对位置不同，而且相对位置不断地发生变化，这样温度也发生有规律的变化。（1）空间变化    纬向变化：纬度决定一个地区太阳入射高度的大小及昼夜长短，因此也就决定了太阳辐射量的多少。低纬度地区太阳高度角大，太阳辐射量也大，昼夜长短差异小，太阳辐射量的季节分配比较均匀。在北半球随着纬度北移，太阳辐射量减少，温度逐渐降低。纬度每增加1度，年均温度大约降低0.5℃。因此，从赤道到极地一般划分为热带、亚热带、温带和寒带。    海拔变化：海拔高的地方，空气稀薄，水蒸气和CO2含量低，地面的辐射散热量大，所以尽管太阳辐射较强，温度还是较低。通常海拔每升高100m，平均温度降低0.5-0.6℃，相当于纬度北移1度。（2）时间变化    时间变化分为季节变化和昼夜变化。地球绕太阳的公转是一年四季温度变化的原因。根据气候的冷暖、昼夜长短的节律，一年分为春、夏、秋、冬四季（平均温度10-22℃为春秋季，10℃以下为冬季，22℃以上为夏季）。四季长短受纬度、海拔高度、海陆位置、地形、大气环流等因素的影响，各地差异较大。    温度的昼夜变化是地球的自转引起的。日出后温度逐步上升，一般在13-14点达到最高值，以后逐渐下降，直到日出前降至最低值。此外，纬度高、海拔高以及远离海洋，昼夜温差也大。（3）土壤和水体中的温度变化    土温变化：白天土壤表面受热后，热量从表土向深层输送；夜间土表冷却后，热量从深层向表层流动。土壤热量正反两方面的输送量及流动速率决定了土壤温带的状况。土壤温度的变化比大气要缓慢且稳定，所以冬暖夏凉。    水体温度变化：光线穿过水体时，辐射强度随深度的增加呈对数值下降，因此太阳辐射增温仅限于水体最上层。由于暖水密度比冷水的密度小，在高温季节或者白天在静水体内形成一个比较稳定、明亮的表水层；在距表层水较深处有一个较冷、密度较大的静水层；在两层之间是温度剧烈变化的变温层。夜晚，特别在寒冷季节，水面温度下降，表层水密度增加而下沉，深层温暖的水上升，上下层水体发生对流、交换充分混合。

原生态 · 发表于 2006-4-15 04:16:56

三、生物的物质环境    生命的物质基础是环境中的各种元素，因此生命的存在和发展离不开物质环境。1．岩石圈和土壤圈    岩石圈是指地球的地壳部分，常称为大陆圈。地表岩石经风吹、日晒和雨林，逐步风化分解成为母质，经过化学和生物的共同作用，形成了土壤层，即土壤圈。    岩石圈和土壤圈贮藏着丰富的资源，是生物所需要的各种元素和化合物的源泉，是万物生存繁衍的基地。2．水圈    水圈包括占地球表面71%的海洋、内陆水域和地下水，是生命诞生的摇篮。水的总量约为1.4×1018m3，其中淡水仅占2.53%，而目前人类可以直接利用的江河湖泊淡水和地下淡水仅占总量的0.77%。水体中溶解有各种无机的和有机的营养物质，以及溶解在水中的CO2和O2，它们为植物生长和水生生物的分布提供了物质基础。3．大气圈    大气圈是地球表面包围整个地球的一个气体圈层，是地球表面向外界星际的过渡空间。大气的组成包括多种气体和一些悬浮杂质和微小液滴。大气圈的厚度可达上千公里，甚至上万公里，没有严格的界限，但是大气质量的99%集中在离地表29km之内。    根据温度变化情况把大气圈划分为四层：对流层、平流层、中间层和电离层。对流层是贴近地面的一层，约10-20km，其特点是空气的垂直对流运动显著；温度随高度升高而降低，每升高1000m温度下降6.4℃；含水蒸气和尘埃；影响生物的一切气候现象都发生在对流层中。平流层是对流层以上直到大约50km高度的气层，空气比对流层稀薄，主要是平流运动，气温变化不大。从平流层顶约至80km处是中间层，又称散逸层，温度自下而上骤降，并有强烈的垂直活动。平流层以上是电离层，空气非常稀薄。4．生物圈    生物圈是地球表面全部生物及与之相互作用的自然环境的总称，是由岩石圈、土壤圈、水圈和大气圈的交接空间构成的。生物圈最显著的特点是有大量的生物存在，事实上，一切生物，包括动物、植物、微生物和人类都是在生物圈内生存和发展。

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