光的生态作用

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。
❖ (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) 在不同水层中光的组成不同，在表层以红 色光线为主，越往深层蓝色光线越占主要地 位。这是因为各种光线被吸收程度的不同， 所以，在不同水层中光的组成也起了明显的 变化。
❖ (5)当水中悬浮物增加或水面被水草、冰雪覆 盖时,光照减弱。
二、光照强度与光合作用
❖ 光是绿色植物进行光合作用的首要条件，因此，水 生植物光合作用的强度因光照强度的变化而变化。 在低光照条件下，光合作用速率与光强成正比关系， 随着光强的继续增加，光合作用速率逐渐达到最大 值。即在一定范围内，照度增加，光合作用的速度 加快，但超出一定限度(饱和照度)，光照增加而光 合速度不再增大，甚至反而减弱而至于停止。
❖ 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。
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4×106-7600Å; ❖ 可见光： 波长7600-3800 Å; ❖ 紫外线： 波长3800-40.3 Å; ❖ X射线和γ射线： 波长40.3-0.01 Å。
❖ 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 Å和小于3800 Å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
它代表每平方米面积每秒钟所接受到的辐射光量子 的微摩数，1 μE=51.282 lx
光照强度的几个相关概念
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 Å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29003800 Å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 Å)对生态系统的影响已引起人 们的注意。
照度单位
❖ 光照强度通常用照度单位——lx(勒克斯)，有时用能 量单位——J/(cm2·min)。
❖ 由于同样辐射能当光谱组成不同时，照度也有变化， 因此照度和能量只能粗略换算：
❖ 1 lx=60.04×10-6 J/(cm2·min) ❖ 近年采用μE/m2·s(微爱因斯坦/米2·秒)为辐射单位，
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。
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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：
❖ (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。
❖
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·T= 1.7 ，在黑海和里海则为1.8，
在我国近海约为1.51，在浑浊水中可降到1.4以下。
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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。