2.光的生态作用.ppt

水生生物学--养殖水域生态学 第二章 光的生态作用 概述 光和热是从太阳辐射到地球上的两种辐射能的形态，生物圈内的光主要包含5种基本类型的电磁波。即： 微波和无线电波：波长1m以上； 热红外线： 波长4×106-7600?; 可见光： 波长7600-3800 ?; 紫外线： 波长3800-40.3 ?; X射线和γ射线： 波长40.3-0.01 ?。 太阳辐射能按波长不同而顺序排列，称为太阳辐射光谱，就是以上5种电磁波。根据人肉眼所能感受到的光谱段，光可分为可见光和不可见光两部分。可见光光谱段的波长为7600-3800A,也就是人眼能看到的白光。可见光谱中根据波长的不同，又可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，如图所示。波长大于7600 ?和小于3800 ?的都是不可见光，前者为红外线，我们可借助于热的感受来察觉这种光的存在，地表热量基本上是由这部分太阳辐射能产生的，其波长越大，增热效应也越大，红外光被大气中的臭氧、水蒸气和二氧化碳吸收；后者叫紫外光，但其中波长短于2900 ?的部分被大气圈上层的臭氧吸收，所以紫外线部分真正到地面上来的，只有波长在2900-3800 ?之间的光波。紫外线具有杀伤生物的作用。如杀菌、引发皮肤癌和促进VD合成。当臭氧层出现空洞时，将会增加地球表面的紫外光辐射，特别是UV-B(2800 -3200 ?)对生态系统的影响已引起人们的注意。 可见，光是太阳辐射能以电磁波形式投射到地球表面上的辐射线。光主要来自太阳辐射，其他星体的光仅占极小部分。光是生命的极为重要的生态因子之一。地球上所有生命都是依靠进入生物圈的太阳辐射能流来维持的。太阳辐射对地球表面和水体不仅带来光照，还直接产生热效应。光能影响有机体的理化变化，从而产生各种各样的生态学效应。 (1)光对动物和植物的生存提供能量的来源。 (2)光直接影响植物的光合作用和色素的形成。没有光，绿色植物难以生存。水环境的光照条件远远不及陆地，即使在水的上层，光照强度也较空气中小得多，在水体的深处则是永远黑暗的。因此光在水生植物的生活中具有特别重要的生态意义。 (3)动植物对光的刺激都会产生一定的反应，如视觉、繁殖、发育、行为、分布等。 (4)光对于动物的重要意义，一方面是通过植物和影响其他环境因素的动态而产生的间接关系，另一方面主要起着信号作用，对于动物的行为和生理上有很大影响。在有些情况下光是动物生活中所需要的环境因子之一。然而，光对动物的深刻影响在许多方面还没有充分的了解，因为光对有机体的作用可能是直接的，也可能是间接的，还有可能是通过对其他环境因子的影响而起作用。 一.水体的光照条件 在大气层上界垂直于太阳光的平面上所受到的太阳辐射强度为8.10 J/(cm2·min),被称为太阳系数。太阳辐射在遇到大气层的各种成分时，发生反射、吸收和散射，因此到达水面（地面）的强度有所减弱。 太阳辐射能到达水面的强度随太阳高度角、地理纬度、海拔高度、季节和大气状况而变化。一般地理纬度越高，年平均辐射量越小，季节变化在高纬度大于低纬度。 水体光照条件的特点： （1）射到水面的太阳光一部分(约5%～10%)被水面反射，一部分透入水层。反射部分的大小和水面状况密切相关，如风（无风5%，有风7%，强风30%）、冰（乌冰35-40%）、覆雪（70-80%）。透入水层的光能受到强烈的吸收和散射。 （2）通常用每米水层吸收的光能和射入的光能的比值作为光的吸收系数。水分子对不同光线的吸收系数是不一样的，最先吸收的是红外线、紫外线和波长长的红色光线，最后被吸收的是波长短的青色和蓝色光线。至于散射情况则恰好相反，被水分子最强烈散射的是蓝色光线，散射最弱的则是红色光线。水中散射出来的光线落到观察者的眼中时，就使水面呈一定颜色。纯水散射的主要为蓝色光线，因而天然水越清净看去也越近蓝色，但是水中悬浮和溶解的各种物质对光的吸收及散射的情况与水分子不同，其他光线(绿光、黄光等)也被散射。因而浑浊的水常呈绿色甚至于褐色。 朗格-比耳定律 （3）由于被强烈吸收和散射，透入水层的光能随水深而迅速减弱。如果水柱中悬浮物的分布比较均匀，当水的深度按算术级数增加时，光照强度则呈指数递减的趋势。可用朗格-比耳定律计算。 　　如以Iz表示深度z时的光强， I0表示水面的光强，e表示自然对数底，z表示水的深度，ε表示垂直消光系数则：  Iz = I0e-εz ε可以从实测的I0和Iz中计算出来： ε=[ 1/z×2.303(log10 I0- log10 Iz) 实测表明：垂直消光系统ε值和水的透明度(T)有相当密切但不恒定的关系，在英吉利海峡和原苏联白海，ε