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《能量环境》PPT课件

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第一部分能量与环境

第一部分能量与环境

探明储量 万亿立方米
1680.5 974.0 910.5 239.5 204.4
所占份额 %
27.8 16.1 15.1 4.0 3.4 59
6
7 8
阿布扎比
尼日利亚 阿尔及利亚
198.5
181.9 161.7
3.3
3.0 2.7
9
10 11 15
委内瑞拉
伊拉克 哈沙克斯坦 中国
152.4
112.0 100.0 80
封闭山谷和盆地，白天受热强烈，热空气不易散发，使地
面温度升高，夜晚冷空气又常常沿山坡下沉，形成逆温现象， 如我国的吐鲁番盆地；
气温随海拔的升高而降低，在干燥空气中每升高100米，气
温下降约1℃，湿润空气中下降约0.6℃
29
2.2 地球上温度的分布
• 温度的时间变化
温度的时间变化日变化和年变化，是由于地球的 自转和公转引起的；通常情况下，中午14时左右气温 最高，凌晨日出前最低，最高、最低气温之差被称为 日较差；
38
温带深水湖水温垂直变化
P19
斜温层
4 4
39
水体温度的分布与变化
• 水温的成层现象
水体温度的成层分布，冬夏季节具有明显的不同。 在中纬度和高纬度地区的淡水湖中： 冬天湖面被冰覆盖，冰下的水温是0℃，随着水深的增加，水温 逐渐增加到4℃，直至水底； 春季的风一般较大，湖水上下翻动明显，形成春季环流，引起 上下层水流相互交流，春季环流把底层的营养物带到上层，由于水 体的表层具有合适的温度和光照条件，促进了生物生产力的提高
• 土壤温度的短期变化集中在表层，长期变化出现在较
深位臵 • 土壤温度的年变化地区差异性大
32
土壤温度的分布与变化

能量环境

能量环境

2.3.1 风对生物生长及形态的影响
◇强风常能降低植物的生长高度。（原因： 水分平衡被破坏；扭弯力大） ◇强风能使树木形成畸形树冠，树皮厚，叶 小而坚硬，具强大根系。 ◇影响鸟兽的体表形态特征。
2.3.2 风是传播运输工具
◇风是许多树种的花粉和种子的主要传播者。 ◇风影响了能飞行动物类群的地理分布。 ◇风是许多无脊椎动物传播及运输的重要工 具。 ◇风传播着化学信息。
2.1.3 光照强度的生态作用及生 物的适应
2.1.3.1 光照强度对生物的生长、发 育和形态建成的作用
◇光照强度影响动物的生长发育，和体色也 有一定的关系。 ◇光是影响叶绿素形成的主要因素（如黄化 现象）。 ◇光照强度促进植物细胞的增长和分化，对 植物组织和器官的生长发育及分化有重要 影响。
2.1.3.2 植物对光照强度的适应
2.2.6 物种分布与环境温度
◇物种的分布限与等温线之间有紧密的相互 关系。 ◇低温能够成为致死温度，限制生物向高纬 度和高海拔地区分布，从而决定它们水平 分布的北界和垂直分布的上限。
2.3 风对生物的作用及防风林

风——空气相对于地面的水平运动，是由 于地面上气温分布不均引起的气压分布不 均产生的，有方向和速度，具有风能。
2.3.3 风的破坏作用 2.3.4 防风林
2.4 火作为生态因子对于生物的影响 及管理


火的燃烧破坏了生态平衡，同时也为土壤 提供了新的养分，促进了生物的生长，因 此是一个重要的生态因子。 火的两个主要类型：林冠火、地面火。
2.4.1 火对生物的作用
1、火的有益作用 2、火的有害作用
2.4.2 防火管理
Biblioteka 根据动物繁殖与日照长短的关系，可分长 日照动物和短日照动物。（适应意义） 很多昆虫受光周期决定，在它们生命周期 的正常活动中，能插入一个休眠相---滞育， 为严寒做好准备。 鸟兽的换羽和换毛是受光周期调控的，为 动物能更好适应环境温度变化。 鸟类的迁徙都是由日照长短的变化引起的。

生态学第二章 能量环境PPT课件

生态学第二章 能量环境PPT课件

11/14/2020
第二章 能量环境
2.4 生物对温度的适应
2.4.1 温度与动物类型
常温动物（homeotherm）：环境温度变化时，能维持大致恒 定的体温。
变温动物（poikilotherm）：体温随环境温度的变化而变化。 内温动物（endotherm）：通过体内代谢产热调节体温。 外温动物（ectotherm）：依赖外部热源调节体温。
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第二章 能量环境
Fig. 4.16 Arctic and alpine cushion plant form and orientation increases heat gain from sunlight and the surrounding landscape and conserves any heat
11/14/2020
第二章 能量环境
2.2.3 生物对光周期的适应
2.2.3.1 生物的昼夜节律
具有昼夜节律的生命现象很多。如动物的 活动、体温变化、能量代谢、激素的变化等的 昼夜节律。植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾 作用等也有昼夜节律。
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第二章 能量环境
2.2.3.2 生物的光周期现象
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第二章 能量环境
2.3.2 土壤温度的变化
周期性的季节变化 在一定的深度范围内，夏季土壤温度随深
度而下降，冬季随深度而增加。 日变化
在一定的深度范围内，白天土壤温度随深 度而下降，夜间随深度而增加。
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第二章 能量环境
（1） 土壤表层温度的变化比气温大，随着深度的增 加，温度变幅减小。一般在1 m深度以下，土壤温度无昼 夜变化。一般在30 m深度以下，土壤温度无季节变化。

能量环境PPT课件

能量环境PPT课件
—Department of Environmental Science and Engineering—
1.2.2 光质影响植物的形态建成、向光性与色素形成 青、蓝紫光与紫外线抑制植物茎的伸长，使植物成
矮小形态，茎干粗短，叶小、毛绒发达。高山上无高 大树木，植物具特殊的莲座状叶丛。短波光（青蓝紫 光）使植物向光性更敏感，促进植物色素的形成，高 山植物茎叶富含花青素。
—Department of Environmental Science and Engineering—
根据光照强度将水体分为： 光亮带（euphotic zone）：光合作用大于等于代谢能。 弱光带（dysphotic zone）：光合作用小于代谢能。 无光带（aphotic zone）：无光合作用。
—Department of Environmental Science and Engineering—
1.2 光质的生态作用及生物的适应
1.2.1 光质影响植物的光合作用 光质影响植物的光合作用强度，绿色植物的叶
绿素吸收最强的光谱是640-660nm的红光和430450nm的蓝紫光，绿光最差。海带等红藻的类胡萝 卜素吸收最强的是绿色光。光合细菌的叶绿素的吸 收峰值在800-890nm。
夜行性动物眼大，有的啮齿类的眼球突出于眼眶 外；猫头鹰，懒猴，飞鼠。 终生营地下生活的兽类，眼睛一般退化：鼹鼠， 鼢鼠 深海鱼或者具有发达的视觉器官，或者是本身具 有发光器官。
—Department of Environmental Science and Engineering—
(2) 光照强度影响动物的行为： 昼行性动物，多数鸟类，多数灵长类，松鼠等 夜行性动物，家鼠，刺猬，壁虎，夜猴等 动物每天开始活动的时间是由光照强度决定的。

2 能量环境

2 能量环境

温度的时间变化 Temporal Variation of Temperature 日变化：地球自转引起。13～14时最高， 日出前最低。气温的日较差。 年变化：地球公转引起。气温的年较差。
2.1.4 生物对光照周期的适应

2.1.4.1 生物的昼夜节律：daily rhythm

2.1.4.2 生物的光周期现象：photoperiodism
植物的光周期现象

长日照long day植物：日照超过阈值时开花
短日照short day植物：日照少于阈值时开花 中日照day intermediate植物：昼夜长度接近时开 花 日中性day neutral植物：开花与日照长度无关
光照对潜叶昆虫的影响




戴小华, 朱朝东, 徐家生, 刘仁林, 王学雄. 2011. 寄主植物叶 片物理性状对潜叶昆虫的影响. 生态学报, 31(5): 14401449. Dai X, Xu J, Ding X. Circular distribution pattern of plant modulars and endophagous herbivory within tree crown: Impacts of roadside light conditions. Journal of Insect Science, Accepted. [SCI,0.947] Dai X, Xu J, Cai L. Effects of roads on Castanopsis carlesii seedlings and their leaf herbivory in a subtropical forest in China. Journal of Insect Science, Accepted. [SCI,0.947] 【挑战杯】樊菊菊，谢昌荣，刘芬，等. 柑橘潜叶蛾对脐 橙叶片光谱指数的影响.

能量环境

能量环境

E 时间异温性（适应性低体温） 外温动物冬眠 内温动物冬眠
植物“冬眠”
行为适应
迁徙、集群、穴居
雄帝企鹅 双腿和腹 部下方之 间有一块 布满血管 的育儿袋， 能让蛋在 低达-40℃ 的环境温 度中保持 在舒适的 36℃。
生物对高温的适应——植物的高温适应
形态适应
密绒毛和鳞片； 体色呈白、银白，叶片发光； 叶片垂直主轴排列，使叶缘向光；在高温条件下叶片对折；
日中性植物：开花不受日照长度影响的植物，如蒲公英、四季豆、 黄瓜、番茄及番薯等。
植物光周期现象的应用：
使花期不同的植物同时开花，以杂交育种； 采用短日照处理使树木提早休眠，增强越冬能力； 使植物延迟开花，促进营养生长； 园艺上控制开花时间，便于观赏等等。
动物的光周期现象
繁殖的光周期现象
昆虫滞育的光周期现象
植物的光周期现象
根据植物开花对日照长度的反应，可把植物分成四类： 长日照植物：日照超过某一数值时才能开花的植物，如萝卜、菠 菜、小麦等。 短日照植物：日照小于某一数值时才能开花的植物 , 如玉米、高 粱、水稻、棉花等。
中日照植物：昼夜长度接近相等时才开花的植物，如甘蔗只在 12.5小时的光照下才开花。 仅见少数热带植物。
生物对低温的适应——植物对低温的适应
形态适应：芽和叶片受到油脂类物质保护、表面有蜡粉和 密毛、植株矮小，常呈垫状或莲花状。 生理适应：减少细胞中水分，增加糖类、脂肪和色素等物 质以降低冰点、增加抗寒能力。
生物对低温的适应——内温动物对低温的适应
形态适应
A 贝格曼规律：高纬度地区的恒温动物个体比低纬度同 类个体大。例如东北虎的颅骨长331-345 mm， 而华南虎 的仅283-318 mm 长。
B 阿伦规律：高纬度地区的恒温动物个体身体突出部分， 如四肢、尾巴和外耳有变小变短的趋势。

3第3章-能量环境

发育阈温度(生物学零度) 总积温(有效积温)：K=N(T-C) 发育历期和发育速率
33
（3）驯化和气候驯化
春化 (vernalization) ：植物在发芽前需要一个寒冷期，
由低温诱导开花。
驯化 (acclimation)和气候驯化 (acclimatization)
– 概念和过程 – 生物对环境的适应 – 生态适应和基因变异
46
思考题
1. 光在时空上的配置对植物和动物产生哪些 影响？它们又是如何适应这些变化的？ 2. 低温和高温对生物会产生哪些影响?为什 么温度能够限制生物的分布? 3. 生物是如何适应极端温度条件的？ 4、在引种驯化中应该注意光照和温度的哪些因素？ 5、风的生态作用有哪些？如何构建防风林？ 5、火的生态作用有哪些？如何对火进行管理？
24
3.2.3 生物对光周期的适应
生物的昼夜节律
– 光的周期性 – 生物的昼夜节律 – 外源性周期和内源性周期
生物的光周期现象
– 植物的光周期现象
植物的光周期：长日照、短日照、中日照和日中性植物 植物光周期的应用：杂交、抗性选育、异地种植
– 动物的光周期现象
动物繁殖的光周期：长日照和短日照动物，意义 昆虫滞育、动物换毛换羽和迁徙的光周期
42
3.4 风的生态作用与防风林
生态作用：生长影响和形态塑造作用；植物繁殖 体传播；动物的迁移；破坏作用（干热风，机械 损伤）。 林带的防风效应：群落结构，紧密程度，高度， 宽度，横断面的形状 防风林： 降低风速，固沙蓄水，调节小气候
43
3.5 火的生态作用与管理
生态作用：积极作用-北方重要的生态因素，加 速生物地球化学循环。破坏作用-严重损害生态 系统及其平衡 火的类型：林冠火，地面火 火的管理： 火的阻隔系统，计划燃烧，防火管 理

第三章能量环境


第二节 生物对温度的适应

温度是一种无时无刻不在起作用的生态因子，任何生物都是生活 在具有一定温度的外界环境中并受温度变化的影响 地球表面的温度条件总是在不断变化的，在空间上随纬度、海拔 高度、生态系统的垂直高度和各种小生境而变化；在时间上有一 年的四季变化和一天的昼夜变化 温度的这些变化给生物带来多方面以及深刻的影响，首先生物体 内的生化反应必须在一定的温度范围内才能正常进行；其次温度 的变化能引起环境中其他生态因子的改变
物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是在生物中普 遍存在的光周期现象。 如植物在一定光照条件下的开花、落叶和休眠，动物的 迁徙、生殖、冬眠、筑巢和换毛换羽等
植物的光周期现象
根据植物开花对日照长度的反应，植物可分为以下四种类型： 长日照植物：日照超过某一数值才能开花的植物，如萝 卜、小麦、凤仙花等 短日照植物：日照小于某一数值才能开花的植物，如 玉米、水稻、棉花等 中日照植物：昼夜长度接近相等时才开花的植物，甘蔗 等热带植物 日中性植物：开花不受日照长度影响的植物，如四季豆、 黄瓜、番茄等 植物的光周期现象在农林业生产中具有很大的应用价值
（2）光照强度对植物的影响 黄化现象：植物在黑暗环境中不能合成叶绿素 ，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄，称为黄化 现象



种子萌发、茎的生长等：抑制、促进，不同植 物反应不同。 植物生长顶端的向光性。 干形、冠形、叶片结构等，如阳生叶、阴生叶 的形态差异。 花、果实的发育。
（3）植物对光照强度的适应 • 阳性植物(Sun plant)：落叶松、油松、马尾松、樟 子松、白桦、杨树、柳 树、桉树、相思树、刺槐、臭椿等。 • 阴性植物(Shade plant)：云杉、冷杉、杜英、甜槠 、白楠、建柏、竹柏、紫杉、红豆杉等。 • 中性植物(Neutral plant)：红松、椴树、榆、水曲柳 、杉木、毛竹、侧柏、 香樟、榕树等。

1.2能量环境80页PPT文档

3
2、地球表面的太阳辐射受以下因素影响
（1）大气圈内的各种成分对太阳光的吸收、 反射、散射；
（2）太阳高度角影响太阳辐射强度； （3）太阳辐射的时间呈周期性变化； （4）地面的海拔高度、朝向和坡度，影响
太阳辐射强度和日照时间
4
到太 达阳 地光 面被 的吸 仅收 为、 47 反 ％射
和 散 射 后 ，
13
14
• 温度的时间变化： • 日较差：一天中最高与最低气温之差 • 年较差：一年中最热月与最冷月的平均
温度差
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（2）土壤温度变化
• 土壤表层的温度变化幅度较气温大，随 土壤深度加深，土壤温度的变化幅减小。
• 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。
5
气太 层阳 的高 路度 程角 越越 长小 ，， 辐太 射阳 强辐 度射 越穿 弱过 。大
6
3、地球上太阳光的分布
（1）光质： • 短波光多：低纬度、高海拔、夏季、中午 • 长波光多：高纬度、低海拔、冬季、早晚
7
（2）日照时间
•
8
9
（3）光照强度
•光照强度增加： 低纬度、高海拔、夏季、中午 •光照强度减弱： 高纬度、低海拔、冬季、早晚
19
• 可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的 成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收， 因此又称绿光为生理无效光。
• 短波光（蓝紫光、紫外线）有利于蛋白质 和有机酸的合成，促进花青素的形成，并 抑制茎的伸长（在高山上，由于紫外光强， 阳生植物大多成莲座状，而且花色特别鲜 艳）；
• 红光对糖的合成有利。
水温下降1 ℃）、下湖层（水温接近4 ℃） • 秋季：秋季环流

第2章 能量环境

40




懒(蜂)猴的大眼睛 适应于夜间活动。
41

西伯利亚飞鼠的大眼睛适于夜间活动
42

欧鼹终生营地下生活，眼睛很小。
43
◆ 深海鱼或者是具有发达的视觉器官，或者本身 具有发光器官。
鮟鱇的 深海发 光器官
44

深海鮟鱇的发光器官
45
动物的活动行为对光强的适应
昼行性动物：白天的强光下活动 三种适 应行为 昼夜性动物：白天晚上均可活动 夜行性动物（或晨昏性动物）：
18
水体中的辐射强度随水深度的增加而成指数函 数减弱。在完全清澈的水中，1.8m深处的光强度只 有表面的50%。在清澈的湖泊中，1%的可见光可达 5~10m水深，在清澈的海洋中，可达140m深。
根据水体中光的强弱或有无，可将水体分为光 亮带、弱光带和无光带，分别对生物产生不同影响。
19
地球自转公转 引起的变化
30
光是影响叶绿素形成的主要因素

一般植物在黑暗环境中不能合成叶绿素，但能 形成胡萝卜素，导致叶子发黄，称为黄化现象， 这是光对植物形态建成作用的典型例子。 黄化植物在形态、色泽和内部结构上都与阳光 下正常生长的植物显不同，表现在茎细长软弱， 节间距离拉长，叶片小而不展开，植株长度伸 长而重量显著下降。
第二章 能量环境

能量概念


地球上光的分布
生物对光的适应 地球上温度的分布 生物对温度的适应
1

提问：最小因子定律是什么？


答案：
植物的生长状况取决于那些处于最低量的营养 元素，这些处于最低量的营养元素被称为最小 因子（Justus von Liebig, 1840, 德国）。
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纬度 海拔 山脉走向 地形地貌、坡向、坡度 大型水体
2）温度的时间变化
日变化（日较差） 年变化（年较差） 冰期变化
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4
2、土壤温度的变化
表层变化大，随土壤深度增加而变化幅度减小。 随深度增加，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深度成正比。 温度的短期变化主要出现在土壤上层，长周期变
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18
②有效积温法则的应用
预测生物发生的时代数。
预测生物地理分布的北界，全年有效积温 大于K。
预测害虫来年发生程度。
推算生物的年发生历。
据此制定农业气候规划，合理安排作物，
预报农时。
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19
③有效积温法则的局限性
有效积温和发育起点温度是在恒温下测得的， 变温下昆虫发育较快。
温度和发育速度的关系为S型，而非直线型。 生物的生长还受温度外其它因素的影响，如长
日照促进小麦发育。 不能用于休眠、滞育生物的时代数计算。
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20
3、生物对极端环境温度的适应
1）极端低温对生物的生态作用 2）生物对极端低温的适应 3）极端高温对生物的生态作用 4）生物对极端高温的适应
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非颤抖性产热是小型哺乳动物冷适应性产热的主要 热源，主要发生在褐色脂肪组织，这种产热主要受 交感神经支配和甲状腺激素的调控，是不涉及肌肉 活动而释放的化学能。鸟类中未发现褐色脂肪组织。
生理上，水分降低，糖、脂、色素增加，以降 低细胞冰点；吸收光谱增宽，能吸收红外线。
北极和高山植物的芽和叶片受到油脂类物质的 保护，树干粗短弯曲，枝条匍匐状，树皮坚厚。
鹿蹄草的叶细胞贮藏大量五碳糖、粘液，可使 其冰点下降到-31℃，能耐受-31℃以上寒冷温度。
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27
（2）动物对极端低温的适应
1）温度对动物代谢的影响 2）有效积温和发育阈温度
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10
1）温度对动物代谢的影响
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11
2）有效积温和发育阈温度
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12
（1） 发 育 阈 温 度
生物学零度
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13
（2）有效积温
植物和某些变温动物完成某一发育阶段所 需总热量。（有效积温）是一个常数。
K = N ×T
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23
③低温对植物的间接伤害
冻拔 冻裂 冻旱（生理性干旱）
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24
（2）极端低温对动物的生态作用
体液的冰冻和结晶 昆虫的过冷却现象
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25
2）生物对极端低温的适应
（1）植物对极端低温的适应 （2）动物对极端低温的适应
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26
（1）植物对极端低温的适应
形态上，叶片表面有油类物质；芽具鳞片；体 表具蜡粉和密毛；矮小。
化主要出现在土壤较深的位置。 土壤温度年变化在不同地区差异很大。
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5
3、水体温度的变化
海洋水温昼夜变幅 < 4℃。 海洋：赤道变化大，温带变化中等。 海水上层水温也随纬度增加而降低。
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6
以淡水为例，夏季分层，上层热，下层冷，中层变化大；
秋季环流，冬季上层0℃，下层4℃；秋季风力环流。
1.2
34
国王企鹅
55 1.0 15~17
非洲企鹅/黑脚 企鹅
加拉帕戈斯企鹅 /加岛环企鹅
34.5
0
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0.55 0.5
5~6 4
30
皇企鹅
国王企鹅
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31
非洲企鹅
加岛环企鹅
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32
皇企鹅
国王企鹅
非洲企鹅
加岛环企鹅
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33
阿伦定律
内容：恒温动物在寒冷环境中突出部位（耳、 四肢、尾）有变短的趋势（较通用）。
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16
生物的发育也有一个高限温度，发育时 间也有生理极限，即最短发育时间N0。
K=（N-N0）×（T-C）
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17
例题
地中海果蝇在26℃下，20d内完成生长发 育，而在19.5下则需要41.7d。求该果蝇发 育的有效积温、发育阈温度。 K = 250d. ℃ To = 13.5 ℃
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14
①总积温、有效积温法则
有效积温法则： KN(TC)
其中 K 为生物完成某阶段的发育所需要的总热量 N 为完成某阶段的发育所需要的天数 T 为发育期间的环境平均温度 C 为该生物的发育阈温度
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15
K = N ×（T - C） 或 T = C + K/N 温度T与发育时间N呈双曲线关系，由于 发育速度V=1/N。 所以， T = C + KV，温 度与发育速度呈线性关系。
形态上，形体改变，增加羽、毛密度，提 高羽、毛质量；增加皮下脂肪厚度；动 静脉血管几何排列（增加逆流热交换）。
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28
贝格曼定律
内容：恒温动东北物虎在寒冷地区个体较大华。南虎
东北虎的颅骨长于华南虎
Байду номын сангаас
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29
几种生活在不同纬度的企鹅个体大小的比较
物种
纬度 高度/m 重量/Kg
皇企鹅/帝企鹅 >60
第二章 能量环境
一、光的生态作用及生物对光的适应 二、生物对温度的适应
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1
二、生物对温度的适应
（一）温度的分布 （二）生物对温度的适应
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2
（一）温度的分布
1、温度的空间分布与时间变化 2、土壤温度的变化 3、水体温度的变化
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3
1、温度的空间分布与时间变化
1）温度的空间分布
21
1）极端低温对生物的生态作用
（1）极端低温对植物的生态作用 ①引起低温的主要因素是寒流
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22
②低温对植物的直接伤害
➢ 冻害：当植物体受到冰点以下的低温胁迫， 使植物组织发生冰冻而引起的伤害。
➢ 冷害：0 ℃以上低温对植物体产生的伤害 （喜温植物）。
➢ 霜害：由于霜的出现而造成的植物伤害。
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7
（二）生物对温度的适应
1、温度与动物类型 2、生物发育速度与温度阈 3、生物对极端环境温度的适应 4、生物对周期性变温的适应 5、物种分布与环境温度 6、温度与动物寿命的关系
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8
1、温度与动物类型
➢ 常温动物 ➢ 变温动物
外温动物 内温动物
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9
2、生物发育与温度阈
北极狐
赤狐
精选ppt
大耳狐
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北极狐
大耳狐
赤狐
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格洛洛法则
内容：动物的颜色，在温暖潮湿的气候中显 示较深的颜色，在寒冷地区的气候中呈较 浅的颜色。
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精选ppt
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生理上，增加产热，局部异温。 冷水中外温动物：依赖激活代谢适应寒冷。
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温带和寒带地区小型鸟兽：生理调节增加产热， 主要靠增加基础代谢产热和非颤抖性产热。