书城自然科学探究式科普丛书-生物的环境:生态学
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第3章 个体生物的生态学——生物与环境(2)

光是光合作用能量的来源。自养型的绿色植物,为维持正常的生命活动,在阳光的照射下,将二氧化碳和水转化成有机物,这一过程就是光合作用。光合作用不仅为植物提供了必备的养料,同时绿色植物自身的生长也为植食动物提供了食物,而植食动物又是肉食动物的美餐。如此,形成了一个类似链条的关系,我们称之为食物链。

如狼吃兔子,兔子吃草。在这一食物链中真正创造能量的只有草,我们把它称作生产者,其余都称为消费者。作为生产者的草,它生产能量的必不可少的原材料之一就是光。

光也是热的来源,无法想象,如果没有阳光的照射,地球将是什么样子?应该到处是冰冷与黑暗,水也将全部结成冰,地球上的生物也就绝迹了。

2.生物生活的主导因素——光的影响

光对生物的影响基本上有三个方面:光的强度(能量)、光的性质(波长)以及光照周期(简称为光周期,指昼夜长短及其季节性变化)。

①光的强度,即光的辐射能量。光的强度主要影响生物的活动节律及行为习性,这表现在生物的日出性与夜出性、趋光性与背光性上。生物对光强度的要求也有一定的范围,在该范围内,趋光性随着光强度的增加而加强,低于下限则无趋光性,高于上限趋光性也不再增加。生物的种类不同,要求的光强度也不同。如向日葵地里的向日葵花都朝着太阳的方向。

②光的性质。光是一种电磁波,因为波长不同,显出各种不同的性质。太阳光通过大气层到达地面的波长为290~2000纳米,人眼能见的光只限于390~750纳米。波长不同,显出的光色也不同。波长由750纳米逐步缩短为390纳米的过程中,可见光色呈现由红、橙、黄、绿、青(蓝绿)、蓝、紫的变化。短于390纳米的是紫外光,长于750纳米的是红外光,人眼都看不到。

昆虫辨别光波的能力与人不同,能见的光在250~700纳米之间,偏于短光波。

即昆虫可以见到紫外光(人眼看不到),而见不到红外光。有些红色花能反射紫外光,昆虫对它们也有识别能力,这也是利用黑光灯诱虫效果好的道理。人类可以辨别可见光谱中的60种光色,而昆虫中视觉较发达的蜜蜂只能辨别4种光色,即紫、绿、黄、红。不同昆虫对光波各有特殊的反应。如蚜虫,对黄色光波有趋光性,对银灰色光波有背光性,这就可以利用黄色板来诱蚜,利用银光来驱蚜。而在我国南方柑橘园中有一种吸果的嘴壶夜蛾,对黄光有背光性,这就可以利用黄光来驱蛾。

③光周期,指的是一天中昼夜的交替现象,一般以24小时中日照时数来表示。光周期在不同地理纬度上,有不同程度的季节变化(赤道上无变化)。在北半球,“夏至”日昼最长,夜最短;“冬至”日昼最短,夜最长;“春分”、“秋分”日昼夜时数相等。这种光周期的季节变化在一定纬度地区是相当稳定的。因此对生活于该纬度地区的生物的影响,也是深刻而稳定的,并使生物获得了遗传上的稳定性。

受光的周期性影响,在自然界的动物的活动都有昼夜节律性,如各种蜂类、鸣禽及大多数哺乳类动物属昼行性,它们在有光的白天活动,而在无光的夜间休息。不过,也有部分动物与之相反,如鼠、蝙蝠、猫头鹰等属于夜行性动物,还有如夜鹰等动物多在早上或黄昏活动,称晨昏性动物。无论是哪种动物,它们都以一昼夜为一个活动周期。

光周期对昆虫的生命活动规律起着重要的信息作用,它是引起昆虫滞育的主导因子。有些昆虫以长日照的出现为信息,进入滞育(夏眠性昆虫,如大地老虎等),称此类为长日照滞育型(或称为短日照发育型,因为此类昆虫在短日照下不发生滞育);另一些昆虫以短日照的出现为信息,进入滞育(冬眠性昆虫,如蚜虫等),称此类昆虫为短日照滞育型(或长日照发育型,因为此类昆虫在长日照下不发生滞育)。属于长日照滞育型的昆虫种类很少;属于短日照滞育型的昆虫种类很多,生活于温带及寒温带地区的昆虫大多属于此类;有些种类属于中间型,如桃小食心虫;也有的种类对光照无反应,如秋千毛虫。

第六节气候条件与生物的相互关系

1.气候的形成及其类型

气候是由太阳辐射、大气环流、地理因素三大因子共同作用形成的。由于热量与水分结合状况的差异,或水分季节分配不同,或有巨大的山地、高原存在,有的同一个气候带内,其内部气候仍有一定差异,可进一步划分若干气候类型。例如,大气环流条件不同,同是亚热带气候带,亚欧大陆的东岸是季风气候类型,西岸则是地中海气候类型。

热带雨林气候主要分布在赤道附近,如马来群岛、亚马孙平原、刚果盆地和几内亚湾沿岸等地区。其特点为常年高温多雨,气温年较差小,各月平均气温在25℃~28℃之间,年降水量大多在2000毫米以上,全年分配比较均匀。

热带草原气候主要分布在热带雨林气候区南北两侧。这里年气温高,但气温年较差略大于热带雨林气候,年降水量大多在400~1500毫米间,有明显的干湿季之分,离赤道越远,干季越长,因而降水量也越少。

热带季风气候分布在南亚和中南半岛等地。其特点为全年高温,最冷月平均气温也在18℃以上,降水与风向有密切关系。冬季盛行来自大陆的东北风,降水少;夏季盛行来自印度洋的西南风,降水丰沛,年降水量大部分地区为1500~2000毫米,但有些地区远多于此数。

热带沙漠气候分布在南北回归线附近的大陆内部或大陆西岸。

其特点为年平均气温高,年温差较大,日温差更大,降水稀少,年降水量普遍在250毫米以下,许多地区只有数十毫米,甚至数毫米,降水变率很大,常常连续数年不下雨。

亚热带季风气候分布在大陆东岸的亚热带地区。这里冬季不冷,1月平均气温普遍在0℃以上;夏季较热,7月平均气温一般为25℃左右;冬夏风向有明显变化,年降水量一般在1000毫米以上,主要集中在夏季,冬季较少。这类气候以我国东南部最为典型。其他地区,由于冬季也有相当数量的降水,冬夏干湿差别不大,因此被称为亚热带季风性湿润气候。

地中海式气候分布在大陆西岸的亚热带地区,以地中海沿岸地区最为典型,也因此得名地中海式气候。这类气候的特点是冬季温和,夏季炎热或暖热,降水主要集中在冬季,夏季干旱,因此又称为亚热带夏干气候。

温带海洋性气候分布在大陆西岸的温带地区,其特点为冬季不冷(1月平均气温在0℃以上),夏季不热(7月平均气温在22℃以下),全年都有降水,年降水量一般在1000毫米左右,在地形有利的地方可达2000毫米以上或更多。

温带季风气候分布在我国秦岭、淮河以北的东部地区,朝鲜和日本的北部,以及西伯利亚东部沿海地区。其特点为夏季温暖,冬季较冷,年降水量500~1000毫米,主要集中在夏季,冬夏温差由南向北增大,降水量由南向北减少。

温带大陆性气候分布在亚欧大陆和北美大陆内部,由于全年在大陆气团控制下,冬冷夏热,气温年较差大,降水少,年降水量都在500毫米以下,在大陆中部形成干燥或半干燥气候;而大陆北部,则由于纬度偏高,冬季寒冷、漫长,夏季温凉、短促,蒸发不旺,降水虽少,但不干旱,形成特殊的亚寒带针叶林气候。

极地气候分布在亚欧大陆和北美大陆的北部边缘地区、格陵兰岛、北冰洋诸岛和南极洲。在大陆边缘地区,冬季长而寒冷,但夏季最热月平均气温可达10℃,苔藓、地衣是这里的典型植物,故又称为苔原气候。格陵兰岛、北冰洋诸岛和南极洲等地的绝大部分地区,终年在冰雪覆盖下,最热月平均气温也不超过0℃,因此被称为冰原气候。

高山气候可能出现在任何纬度,其特点是气温和降水都有垂直变化,气温随高度的增加而降低,降水在一定高度范围内,随高度增加而增加,超过这一高度则随高度的增加而减少。

亚寒带针叶林气候出现在北纬50°~65°间,呈带状分布,横贯北美和亚欧大陆。该类气候的主要特征是:冬季漫长而严寒,每年有5~7个月平均气温0℃以下,并经常出现-50℃的严寒天气;夏季短暂而温暖,月平均气温在10℃以上,高者可达18℃~20℃,气温年较差特别大;年降水量一般为300~600毫米,以夏雨为主。

因蒸发微弱,相对湿度很高。

2.周期规律——气候对生物的影响

在形成气候的三大因素中,温度和水分是随着季节变化的,所以气候也随之变化,一年为一个周期。生物受环境的影响也会在不同时间里有不同的行为习惯,比如植物大都是春天发芽或开花,夏天生长,秋天结果,冬天休眠;而动物有些随着季节迁徙,迁徙在动物中普遍存在。

鸟类的迁徙每年在繁殖区和越冬区之间周期性地发生,大多发生在南北半球之间,少数在东西方向之间。人们按鸟类迁徙活动的有无,把鸟类分为候鸟和留鸟。留鸟终年留居在出生地,不发生迁徙,如麻雀、喜鹊等。候鸟中夏季飞来繁殖、冬季南去的鸟类被称为夏候鸟,如家燕、杜鹃等;冬季飞来越冬、春季北去繁殖的鸟类称为冬候鸟,如某些野鸭、大雁等。