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1、森林与环境森林与环境主讲人主讲人: :王国兵王国兵7/24/20241森林、森林、 环境的概念与类型环境的概念与类型v森林的概念森林的概念 森林（森林（forest）是指一个以木本植物）是指一个以木本植物为主体，包括乔木、灌木、草本植物为主体，包括乔木、灌木、草本植物以及动物、微生物等其它生物，占有以及动物、微生物等其它生物，占有相当大的空间，并显著影响周围环境相当大的空间，并显著影响周围环境的生物群落复合体。的生物群落复合体。7/24/202427/24/202437/24/20244森林是地球上主要的植森林是地球上主要的植被类型之一，是陆地生被类型之一，是陆地生态系统的主体，对人类态系统的
2、主体，对人类的生存和发展及其重要。的生存和发展及其重要。7/24/20245环境的概念环境的概念v定义：是指生物（个体或群体）生活空间的外界自然条件的总和，包括生物生存的空间及维持其生命活动的物质和能量。v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，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。7/24/20246森林环境森林环境v指森林生活空间（包括地上空间、地下空间）和外界自然条件的总和，包括对森林有影响的种种自然环境条件以及生物有机体之间的相互作用和影响。7/24/20247v按环境的主体分类：按环境的主体分类：人类环境、生物环境；v按环境的性质分类：按环境的性
3、质分类：人工环境、自然环境、社会环境。7/24/20248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。7/24/20249v光的变化规律光的变化规律 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 。7/24/202410v（1）光照强度）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
4、夜变化。 纬度变化：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。 海拔变化：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。7/24/202411v坡向和坡度变化：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。v时间变化：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。7/24/202412v（2）光谱成分）光谱成分v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
5、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。v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。7/24/202413v（3）光照长度）光照长度v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。7/24/202414v2温度的变化规律温度的变化规律v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
6、，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。7/24/202415v（1）空间变化）空间变化 纬向变化：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。7/24/202416v海拔变化：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1
7、00 m，平均温度降低0.5-0.6，相当于纬度北移1度。7/24/202417v（2）时间变化）时间变化 时间变化分为季节变化季节变化和昼夜变化昼夜变化。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。7/24/202418v（3）土
8、壤和水体中的温度变化）土壤和水体中的温度变化v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。7/24/202419v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
9、水上升，上下层水体发生对流、交换充分混合。7/24/202420v4生物圈生物圈v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。7/24/202421v气候因子气候因子v气候因子也称地理因子，包括光、温度、水分、空气等。根据各因子的特点和性质，还可再细分为若干因子。如光因子可分为光强、光质和光周期等，温度因子可分为平均温度、积温、节律性变温和非节律性变温等。7/24/202422v土壤因子土壤因子v土壤是气候因子和生物因子共同
10、作用的产物，土壤因子包括土壤结构、土壤的理化性质、土壤肥力和土壤生物等。7/24/202423v地形因子地形因子v地形因子如地面的起伏、坡度、坡向、阴坡和阳坡等，通过影响气候和土壤，间接地影响植物的生长和分布。7/24/202424v生物因子生物因子v生物因子包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。7/24/202425v人为因子人为因子v把人为因子从生物因子中分离出来是为了强调人的作用的特殊性和重要性。人类活动对自然界的影响越来越大和越来越带有全球性，分布在地球各地的生物都直接或间接受到人类活动的巨大影响。7/24/202426 生态因子对生物的作用及生物的适应生态因子对
11、生物的作用及生物的适应v一、光的生态作用与生物的适应一、光的生态作用与生物的适应v光是一个十分复杂而重要的生态因子，包括光强、光质和光照长度。光因子的变化对生物有着深刻的影响。7/24/202427v1光强的生态作用与生物的适应光强的生态作用与生物的适应v光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成，许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下，植物就会出现“黄黄化现象化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好作用。7/24/2
12、02428v不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强适应的生态类型可分为阳性植物、中性植物和阴性植物（耐阴植物）。在一定范围内，光合作用效率与光强成正比，达到一定强度后实现饱和，再增加光强，光合效率也不会提高，这时的光强称为光饱和点光饱和点。当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点光补偿点。7/24/202429v2光质的生态作用与植物的适应光质的生态作用与植物的适应v植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光，只是可见光区（400-760nm），这部分辐射通常称为生理有效辐射，约占总辐射的40-50%。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
13、，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。此外，长波光（红光）有促进延长生长的作用，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于花青素的形成，并抑制茎的伸长。7/24/202430v3光照长度与植物的光周期现象光照长度与植物的光周期现象v地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在这种昼夜变化环境中的动植物，借助于自然选择和进化形成了各类生物所特有的对日照长度变化的反应方式，这就是生物的光周期现象。7/24/202431v植物的光周期现象植物的光周期现象v根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。长日照植物是指在日照时间长于一定数值（一般14小时
14、以上）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜和甜菜等，而且光照时间越长，开花越早。短日照植物则是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物，如水稻、棉花、大豆和烟草等。日中照植物的开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗等。在任何日照条件下都能开花的植物是中间型植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。7/24/202432v光周期对植物的地理分布有较大影响。短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带；长日照植物大多数原产于温带和寒带，在生长发育旺盛的夏季，一昼夜中光照时间长。如果把长日照植物栽培在热带，由于光照不足，就不会开花。同样，短日照植物栽培在温带和寒带也会因光照时
15、间过长而不开花。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。7/24/202433v二、温度的生态作用与生物的适应二、温度的生态作用与生物的适应v任何生物都是在一定的温度范围内活动，温度是对生物影响最为明显的环境因素之一。v1温度对生物生长的影响温度对生物生长的影响v生物正常的生命活动一般是在相对狭窄的温度范围内进行，大致在零下几度到50左右之间。温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度，即生物的三基点温度。7/24/202434v2温度对生物发育的影响即有效积温法温度对生物发育的影响即有效积温法则则v温度与生物发育的关系一方面体现在某些植物需要经过一个低温“春化”阶段，才能开花结果，
16、完成生命周期；另一方面反映在有效积温法则上。有效积温法则的主要含义是植物在生长发育过程中，必须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。用公式表示：K=N(T-T0)7/24/202435v3极端温度对生物的影响极端温度对生物的影响v（1）低温对生物的影响）低温对生物的影响v温度低于一定数值，生物便会受害，这个数值称为临界温度。在临界温度以下，温度越低生物受害越重。低温对生物的伤害可分为寒害和冻害两种。v寒害寒害是指温度在0以上对喜温生物造成的伤害。植物寒害的主要原因有蛋白质合成受阻、碳水化合物减少和代谢紊乱等。冻害冻害是指0以下的低温使生物体
17、内（细胞内和细胞间）形成冰晶而造成的损害。植物在温度降至冰点以下时，会在细胞间隙形成冰晶，原生质因此而失水破损。7/24/202436v（2）高温对生物的影响）高温对生物的影响v温度超过生物适宜温区的上限后就会对生物产生有害影响，温度越高对生物的伤害作用越大。高温可减弱光合作用，增强呼吸作用，使植物的这两个重要过程失调；破坏植物的水分平衡，促使蛋白质凝固、脂类溶解，导致有害代谢产物在体内的积累。7/24/202437v4生物对温度的适应生物对温度的适应v生物对温度的适应是多方面的，包括分布地区、物候的形成、休眠及形态行为等。v极端温度是限制生物分布的最重要条件极端温度是限制生物分布的最重要条件
18、。高温限制生物分布的原因主要是破坏生物体内的代谢过程和光合呼吸平衡，其次是植物因得不到必要的低温刺激而不能完成发育阶段。低温对生物分布的限制作用更为明显。对植物和变温对植物和变温动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上动物来说，决定其水平分布北界和垂直分布上限的主要因素就是低温。限的主要因素就是低温。7/24/202438v物候物候是指生物长期适应于一年中温度的节律性变化，形成的与此相适应的发育节律。例如大多数植物春天发芽，夏季开花，秋天结实，冬季休眠。休眠对适应外界严酷环境有特殊意义。植物的休眠主要是种子的休眠。动物的休眠有冬眠和夏眠（夏蛰）。v植物对低温的形态适应表现在芽及叶片常有油脂类物
19、质保护，芽具有鳞片，器官的表面有蜡粉和密毛，树皮有较发达的木栓组织，植株矮小，常呈匍匐、垫状或莲座状；对高温的适应表现在有些植物体具有密生的绒毛或鳞片，能过滤一部分阳光，发亮的叶片能反射大部分光线，以及叶片垂直排列，减少吸光面积等。7/24/202439v三、水的生态作用与生物的适应三、水的生态作用与生物的适应v水是生物最需要的一种物质，水的存在与多寡，影响生物的生存与分布。v1水的生态作用水的生态作用v水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分。各种生物的含水量有很大的不同。生物体的含水量一般为6080%，有些水生生物可达90%以上，而在干旱环境中生长的地衣、卷柏和有些苔藓植物仅含6%左右。7/
20、24/202440v水是生命活动的基础。生物的新陈代谢是以水为介质进行的，生物体内营养物质的运输、废物的排除、激素的传递以及生命赖以存在的各种生物化学过程，都必须在水溶液中才能进行，而所有物质也都必须以溶解状态才能进出细胞。v水对稳定环境温度有重要意义。水的密度在4时最大，这一特性使任何水体都不会同时冻结，而且结冰过程总是从上到下进行。水的热容量很大，吸热和放热过程缓慢，因此水体温度不象大气温度那样变化剧烈。7/24/202441v2干旱与水涝对生物的影响干旱与水涝对生物的影响v（1）干旱的影响）干旱的影响v干旱对植物的影响：降低各种生理过程。干旱时气孔关闭，减弱蒸腾降温作用，抑制光合作用，增
21、强呼吸作用，三磷酸腺苷酶活性增加破坏三磷酸腺苷的转化循环；引起植物体内各部分水分的重新分配。不同器官和不同组织间的水分，按各部位的水势大小重新分配。水势高的向水势低的流动；影响植物产品的质量。果树在干旱情况下，果实小，淀粉量和果胶质减少，木质素和半纤维素增加。植物受干旱危害的原因有能量代谢的破坏、蛋白质代谢的改变以及合成酶活性降低和分解酶活性加强等。7/24/202442v（2）水涝的影响）水涝的影响v涝害首先表现为对植物根系的不良影响。土壤水分过多或积水时，由于土壤孔隙充满水分，通气状况恶化，植物根系处于缺氧环境，抑制了有氧呼吸，阻止了水分和矿物质的吸收，植物生长很快停止，叶片自下而上开始萎
22、蔫、枯黄脱落，根系逐渐变黑、腐烂，整个植株不久就枯死。植物地上部分受淹，则使光合作用受阻，有氧呼吸减弱，无氧呼吸增强，体内能量代谢显著恶化，各种生命活动陷于紊乱，各种器官和组织变得软弱，很快变粘变黑、腐烂脱落。水涝对动物的影响，除直接的伤害死亡外，还常常导致流行病的蔓延，造成动物大量死亡。7/24/202443v3生物对水分的适应生物对水分的适应v（1）植物对水分的适应）植物对水分的适应v根据栖息地，通常把植物划分为水生植物和陆生植物。7/24/202444v水生植物生长在水中，长期适应缺氧环境，根、茎、叶形成连贯的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。水生植物的水下叶片很薄，且多分裂成带
23、状、线状，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。水生植物又可分成挺水植物、浮水植物和沉水植物。7/24/202445v生长在陆地上的植物统称陆生植物，可分为湿生、中生和旱生植物。湿生植物多生长在水边，抗旱能力差。中生植物适应范围较广，大多数植物属中生植物。旱生植物生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等。7/24/2024464.森林对水分的调节作用森林对水分的调节作用v1. 林冠截留v2.入渗土壤的水v3.蒸发散v4.地表径流v森林的涵养水源与保持水土作用7/24/202447v四、土壤因子对生物的影响四、土壤
24、因子对生物的影响v土壤是陆地生态系统的基础，是具有决定性意义的生命支持系统，其组成部分有矿物质、有机质、土壤水分和土壤空气。具有肥力是土壤最为显著的特性。7/24/202448v1土壤的生态学意义土壤的生态学意义v土壤是许多生物的栖息场所。土壤中的生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物和少数高等动物。7/24/202449v土壤是生物进化的过渡环境。土壤中既有空气，又有水分，正好成为生物进化过程中的过渡环境。土壤是植物生长的基质和营养库。土壤提供了植物生活的空间、水分和必需的矿质元素。土壤是污染物转化的重要场地。土壤中大量的微生物和小型动物，对污染物都
25、具有分解能力。7/24/202450v2土壤质地与结构对生物的影响土壤质地与结构对生物的影响v土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础。土壤的土壤的组成组成7/24/202451v土粒按直径大小分为粗砂（2.0-0.2mm）、细粒（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）。这些大小不同的土粒的组合称为土壤质地。根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。砂土的砂粒含量在50%以上，土壤疏松、保水保肥性差、通气透水性强。壤土质地较均匀，粗粉粒含量高，通气透水、保水保肥性能都较好，抗旱能力强，适宜生物生长。粘土的组成颗
26、粒以细粘土为主，质地粘重，保水保肥能力较强，通气透水性差。7/24/2024527/24/2024537/24/202454v土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。最重要的土壤结构是团粒结构（直径0.25-10mm），团粒结构具有水稳定性，由其组成的土壤，能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质。v土壤质地与结构常常通过影响土壤的物理化学性质来影响生物的活动。7/24/202455v3土壤的物理化学性质对生物的影响土壤的物理化学性质对生物的影响v（1）土壤温度）土壤温度v土壤温度对植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响，还通
27、过限制养分的转化来影响根系的生长活动。一般来说，低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用；土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积。7/24/202456v（2）土壤水分）土壤水分v土壤水分与盐类组成的土壤溶液参与土壤中物质的转化，促进有机物的分解与合成。土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用。土壤水分太少引起干旱，太多又导致涝害，都对植物的生长不利。7/24/202457v（3）土壤空气）土壤空气v土壤空气组成与大气不同，土壤中O2的含量只有10-12%，在不良条件下，可以降至10%以下，这时就可能抑制植物根系的呼吸作用。土壤中CO
28、2浓度则比大气高几十到上千倍，植物光合作用所需的CO2有一半来自土壤。但是，当土壤中CO2含量过高时（如达到10-15%），根系的呼吸和吸收机能就会受阻，甚至会窒息死亡。7/24/202458v（4）土壤酸碱度）土壤酸碱度v土壤酸碱度与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系。根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求，可把植物分成酸性土植物（pH7.5）。7/24/202459五、大气因子五、大气因子v1.大气成分的生态作用大气成分的生态作用 CO2、O2的生态作用及二者之间的平衡 2.大气污染与植物的生态关系大气污染与植物的生态关系 森林受害机制及其症状、森林受害的环境条件、森林的抗性、林木的监测作用、森林的净化效益。 3.风与植物的生态关系风与植物的生态关系7/24/202460v六、地形因子 1.地形的概念 2.地形因子的生态意义 3.地形对森林的影响地形因子7/24/202461v七、火因子 1.林火发生的条件 2.林火类型 3.火对土壤的影响 4.火对植物的影响及植物的适应 5.火对生态系统的影响 7/24/202462
