第三章物質(zhì)環(huán)境-PowerPoint演示文稿

第三章（1）生物對(duì)水因子的適應(yīng)一、水在地球表面的分布規(guī)律

地球表面的總水量大約為15億km3,其中大約有97%包含在海洋庫(kù)中。淡水中：兩極冰蓋29000km3、地下水8000km3、湖泊河流100km3、土壤水分100km3、大氣中水13km3、生物體中水1km3。水分的大循環(huán)與小循環(huán)：1，空間上的分布海拔緯度經(jīng)度地貌2，時(shí)間上的分布規(guī)律季節(jié)上的變化降雨量：地球上的降雨量隨著緯度發(fā)生很大變化。在赤道南北兩側(cè)緯度0-20°降雨量最大，年達(dá)100-200cm。緯度20°-40°地帶，由于空氣下降吸收水分，降雨量減少，在南北半球40°-60°地帶，由于南北暖冷氣團(tuán)相交形成氣旋雨，致使年降雨量超過(guò)25cm，成為中緯度濕潤(rùn)帶。極地地區(qū)降水很少，成為干燥地帶。等雨線：華南降水量為1500—2000mm，長(zhǎng)江流域?yàn)?000—1500mm，秦嶺和淮河大約為750mm，從大興安嶺西坡向西，經(jīng)燕山到秦嶺北坡為500mm，黃河上中游約250—500mm。內(nèi)蒙西部至新疆南部為100mm以下。二、生物對(duì)水環(huán)境的適應(yīng)性1，陸地生物對(duì)水環(huán)境的適應(yīng)（1）植物對(duì)水環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)旱生植物中生植物濕生植物（2）動(dòng)物對(duì)水環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)形態(tài)上

節(jié)肢動(dòng)物體表角質(zhì)層及蠟紙層、爬行動(dòng)物體表的鱗片、昆蟲(chóng)氣孔的開(kāi)放與關(guān)閉、多數(shù)陸生動(dòng)物呼吸具有逆流交換的機(jī)理等。生理上亨利氏袢越長(zhǎng)（相應(yīng)腎臟髓質(zhì)越厚），尿濃縮越高；鳥(niǎo)類、爬行類的大腸和泄殖腔以及昆蟲(chóng)的直腸有重吸水的作用。陸生動(dòng)物在蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物的排泄上也表現(xiàn)出陸地適應(yīng)性。如兩棲類、獸類排泄尿素、鳥(niǎo)類與昆蟲(chóng)類排尿酸。行為上夏眠、昆蟲(chóng)的滯育、晝伏夜行等。2，水生生物對(duì)水的生態(tài)適應(yīng)性（1）水生植物對(duì)水的生態(tài)適應(yīng)性沉水植物浮游植物挺水植物（2）水生動(dòng)物對(duì)水的生態(tài)適應(yīng)性淡水水域海水水域第三章（2）生物與大氣的關(guān)系一、大氣組成及其生態(tài)作用在干燥空氣中，O2占大氣總量的20.95%，N2占78.9%，CO2占0.032%。這個(gè)比例在任何海拔高度的大氣中基本相似。但在地下洞穴或通氣不良的環(huán)境中，空氣中的O2和CO2含量與大氣不相同。由于海拔增高大氣壓降低，因此氧分壓也隨海拔增高而降低，這給哺乳動(dòng)物的生存帶來(lái)威脅。在大氣組成成分中，對(duì)生物關(guān)系最為密切的是O2與CO2。

二、風(fēng)的類型1，季風(fēng)2，寒流4，焚風(fēng)5，山風(fēng)6，谷風(fēng)3，海陸風(fēng)三、氧的作用與生物的適應(yīng)1．氧與動(dòng)物能量代謝空氣中的氧比水中容易獲得，所以陸地動(dòng)物能得到足夠多的氧，保證了陸生動(dòng)物有高的代謝率，能進(jìn)化成恒溫動(dòng)物。由于陸地上氧濃度高，從海平面直到海拔6000m，動(dòng)物代謝率沒(méi)有表現(xiàn)出隨氧濃度而改變。但氧濃度對(duì)代謝的影響可通過(guò)極低分壓時(shí)表現(xiàn)出來(lái)。由于水中溶解氧少，氧成為水生動(dòng)物存活的限制因子，一些魚類耗O2量依賴于水中溶氧量而改變，圖.在低氧濃度下，金魚的氧耗隨水中氧濃度成線性改變2.內(nèi)溫動(dòng)物對(duì)高海拔低氧的適應(yīng)動(dòng)物或人從低海拔進(jìn)入高海拔后，最明顯的適應(yīng)性反應(yīng)表現(xiàn)在呼吸與血液組成方面。首先是由于低氧刺激，動(dòng)物產(chǎn)生過(guò)度通氣（呼吸深度的增加）。

高海拔土著動(dòng)物、人，或是馴化到高海拔上（3100—5500m）的人、大白鼠、豚鼠，其骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加（肌紅蛋白的攜氧能力遠(yuǎn)大于血紅蛋白），為低氧狀態(tài)下的組織提供更多氧。人與其他哺乳動(dòng)物從平原進(jìn)入高海拔后，血液中的紅血球數(shù)量、血紅蛋白濃度及血球比積將升高。

圖顯示，人由海拔850m進(jìn)入4540m高度后，這三項(xiàng)指標(biāo)逐漸升高，數(shù)周后達(dá)到最大值，并維持在此高水平上。當(dāng)從高海拔回到平原后，這些指標(biāo)將逐漸下降，恢復(fù)到原水平。

血紅蛋白紅細(xì)胞血球比積3.植物與氧植物與動(dòng)物一樣呼吸消耗氧，但植物是大氣中氧的主要生產(chǎn)者。植物光合作用中，每呼吸44gCO2，能產(chǎn)生32gO2。白天，植物光合作用釋放的氧氣比呼吸作用所消耗的氧氣大20倍。據(jù)估算，每公頃森林每日吸收1噸CO2，呼出0.73噸氧；每公頃生長(zhǎng)良好的草坪每日可吸收0.2噸CO2，釋放0.15噸O2。如果成年人每人每天消耗0.75kg氧，釋放0.9kgCO2，則城市每人需要10m2森林或50m2草坪才能滿足呼吸需要。因此植樹(shù)造林是至關(guān)重要的，不僅是美化環(huán)境，更主要的是給人類的生存提供了凈化的空氣環(huán)境。

四、CO2與植物植物在光能作用下，同化CO2與水，制造出有機(jī)物。在高產(chǎn)植物中，生物產(chǎn)量的90—95%是取自空氣中的CO2，僅有5—10%是來(lái)自土壤。因此，CO2對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。各種植物利用CO2的效率不同，C3植物（水稻、小麥、大豆等）對(duì)CO2的利用效率低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）。空氣中CO2濃度雖為0.032%，但仍是高產(chǎn)作物的限制因素。這是因?yàn)镃O2進(jìn)入葉綠體內(nèi)的速度慢,效率低。在強(qiáng)光照下，作物生長(zhǎng)盛期，CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2濃度能直接增加作物產(chǎn)量。第三章（3）生物與土壤的關(guān)系一、土壤的生態(tài)意義：1土壤位于陸地生態(tài)系統(tǒng)的底部，具有營(yíng)養(yǎng)物傳遞系統(tǒng)，再循環(huán)系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基底或基礎(chǔ)。在土壤中進(jìn)行的兩個(gè)最重要的生態(tài)過(guò)程是分解和固氮過(guò)程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動(dòng)物提供了棲息地。土壤是植物萌芽、支撐和腐爛的地方，又是水和營(yíng)養(yǎng)物儲(chǔ)存場(chǎng)所；是動(dòng)物和微生物藏身處，排污處；是污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要基地。因此土壤無(wú)論對(duì)植物或動(dòng)物都是重要的生態(tài)因子，是人類重要的自然資源。二、土壤的物理性質(zhì)與生物

土壤是由固體、水份和空氣組成的三相復(fù)合系統(tǒng)。固體包括無(wú)機(jī)顆粒與有機(jī)物。土壤固相顆粒是土壤的物質(zhì)基礎(chǔ)，占土壤總重量的85%以上。土壤顆粒的組成、性質(zhì)及排列形式，決定了土壤的理化性質(zhì)與生物特性。

1.土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)組成土壤的各種大小顆粒按直徑可分為粗砂（2.0—0.2mm），細(xì)砂(0.2—0.02mm)，粉砂(0.02-0.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。這些不同大小顆粒組合的百分比，稱為土壤質(zhì)地（texture）。

根據(jù)土壤質(zhì)地，土壤可分為砂土、壤土和粘土三大類。

砂土土壤顆粒較粗、土壤疏松、粘結(jié)性小，通氣性能強(qiáng)，但蓄水性能差，易干旱，因而養(yǎng)料易流失，保肥性能差。

壤土質(zhì)地較均勻，土壤不太松，也不太粘，通氣透水，是較好適宜農(nóng)業(yè)種植的土壤。

粘土土壤的顆粒組成細(xì)，質(zhì)地粘重結(jié)構(gòu)致密，濕時(shí)粘，干時(shí)硬，保水保肥能力強(qiáng)，但透水透氣性能差。土壤質(zhì)地影響生物的分布與活動(dòng)。如細(xì)胸金針蟲(chóng)多出現(xiàn)在粘土中，螻蛄喜歡在濕潤(rùn)的含沙質(zhì)較多的土壤中，溝金針蟲(chóng)發(fā)生在粉砂壤土和粉砂粘土中。

2.土壤水分

土壤水分(soilmoisture)能直接被植物根吸收利用。土壤水分有利于礦物質(zhì)養(yǎng)分的分解、溶解和轉(zhuǎn)化，有利于土壤中有機(jī)物的分解與合成，增加了土壤養(yǎng)分，有利于植物吸收。此外，土壤水分能調(diào)節(jié)土壤溫度，灌溉防霜就是此道理。土壤水分的過(guò)多或過(guò)少，對(duì)植物、土壤動(dòng)物與微生物均不利。土壤水分過(guò)少時(shí)，植物受干旱威脅，并由于好氣性細(xì)菌氧化過(guò)于強(qiáng)烈，使土壤有機(jī)質(zhì)貧瘠。土壤水分過(guò)多，引起有機(jī)質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機(jī)酸，對(duì)植物有毒害作用，并因根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐爛。

土壤水分影響了土壤動(dòng)物的生存與分布。各種土壤動(dòng)物對(duì)濕度有一定的要求，如等翅目白蟻，需要相對(duì)濕度不低于50%，叩頭蟲(chóng)的幼蟲(chóng)要求土壤空氣濕度不低于92%，當(dāng)濕度不能滿足時(shí)，它們?cè)诘叵逻M(jìn)行垂直移動(dòng)。當(dāng)土壤濕度高時(shí)，叩頭蟲(chóng)跑到土表活動(dòng)；干旱時(shí)，將到1m深的土層中。因而它在春季對(duì)莊稼危害大，夏季小，雨季危害最大。土壤中水分過(guò)多時(shí)，可使土壤動(dòng)物因缺氧而悶死。

3.土壤空氣土壤空氣主要來(lái)自大氣。但土壤空氣中的O2含量和CO2含量與大氣有很大的差異，土壤中O2濃度一般為10—12%，CO2一般在0.1%左右，這些濃度隨季節(jié)、晝夜和深度而變化。在積水和透氣不良的情況下，土壤空氣含量可降到10%以下，抑制植物根系呼吸。動(dòng)物可向土壤表層移動(dòng)選擇適宜的場(chǎng)所。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴(kuò)散和交換的方式不斷進(jìn)入地面空氣層，供植物葉利用，另一部分直接為根系吸收。如果土壤中CO2積累過(guò)多，達(dá)到10—15%時(shí)，將會(huì)阻礙根系生長(zhǎng)和種子發(fā)芽；若CO2濃度進(jìn)一步增長(zhǎng)會(huì)阻礙根系的呼吸和吸收，甚至因呼吸窒息而死亡。土壤獸類如鼢鼠、鼴形鼠對(duì)土壤中的低氧和高CO2濃度產(chǎn)生了很好的適應(yīng)性，地下獸對(duì)低氧的適應(yīng)表現(xiàn)在血紅蛋白的濃度增加，血紅蛋白的氧結(jié)合能力增加，同時(shí)降低能量代謝，降低體溫。地下獸的腦中樞對(duì)CO2的敏感性降低，通過(guò)腎臟調(diào)整鹽離子排泄速度，以及提高血液的緩沖能力。土壤通氣程度影響土壤微生物的種類、數(shù)量和活動(dòng)情況，進(jìn)而影響植物的營(yíng)養(yǎng)狀況。通氣不良，抑制土壤中好氣微生物活動(dòng)，減慢了有機(jī)物的分解與營(yíng)養(yǎng)物的釋放；通氣過(guò)分，使有機(jī)物分解速度過(guò)快，養(yǎng)分釋放太快，而腐殖質(zhì)形成減少，不利于養(yǎng)分的長(zhǎng)期供應(yīng)。

4.土壤溫度（１）土壤溫度影響植物的發(fā)育生長(zhǎng)。如小麥和玉米發(fā)芽的最低溫度分別為12℃和10—11℃，最適為18℃和24℃。（２）土溫影響根系的生長(zhǎng)、呼吸和吸收性能。大多數(shù)作物在土溫10—35℃范圍內(nèi)，隨土溫增高，生長(zhǎng)加快。土溫過(guò)低會(huì)影響根系的呼吸能力和吸收作用，如向日葵在土溫低于10℃時(shí)，呼吸減弱；棉花在土溫17℃-20℃并具豐富水的土壤中，會(huì)因根吸水減弱而萎蔫；溫帶植物冬季因?yàn)橥翜靥妥钄喔拇x活動(dòng)，而使根系停止生長(zhǎng)。土溫過(guò)高，也會(huì)使根系或地下儲(chǔ)藏器官生長(zhǎng)減弱。（３），土溫影響了礦物質(zhì)鹽類的溶解速度、土壤氣體交換、水分蒸發(fā)、土壤微生物活動(dòng)以及有機(jī)質(zhì)的分解，而間接影響植物的生長(zhǎng)。土溫的變化，導(dǎo)致土壤動(dòng)物產(chǎn)生行為的適應(yīng)變化。大多數(shù)土壤無(wú)脊椎動(dòng)物隨季節(jié)變化進(jìn)行垂直遷移：秋季常向土壤深層移動(dòng)，春季常向土壤上層移動(dòng)。而狹濕性的土壤動(dòng)物，在較短時(shí)間范圍內(nèi)也能隨土溫的垂直變化調(diào)整自身在土壤中的位置。

二.土壤化學(xué)性質(zhì)與生物1.土壤pH及對(duì)生物的影響（１）土壤pH影響礦質(zhì)鹽分的溶解度，從而影響植物養(yǎng)分的有效性。土壤酸度一般在pH6—7時(shí)，養(yǎng)分的有效性最高（圖3-20）。（２）土壤pH通過(guò)影響微生物活動(dòng)而影響?zhàn)B分的有效性和植物的生長(zhǎng)。如細(xì)菌在酸性土壤中的分解作用減弱；固氮菌、根瘤菌等不能在酸性土壤中生存，使許多豆科植物的根瘤在土壤酸性增加時(shí)死亡，它們只能生長(zhǎng)在中性土壤中。（３）土壤酸度影響土壤動(dòng)物區(qū)系及其分布。例如，在酸性的森林灰化土和苔原沼澤中，土棲動(dòng)物區(qū)系很貧乏，只有一些喜酸性的金針蟲(chóng)，某些蚯蚓。小麥吸漿蟲(chóng)的幼蟲(chóng)生活在pH7—11的堿性土壤中，而不能生存在pH3—6的土壤中。圖土壤pH對(duì)礦物養(yǎng)分的有效性影響。以帶寬度表示

2.土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的一個(gè)重要標(biāo)志。土壤有機(jī)質(zhì)可分成腐殖質(zhì)(humus)和非腐殖質(zhì)。非腐殖質(zhì)是死亡動(dòng)植物組織和部分分解的組織。腐殖物質(zhì)是土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)時(shí)，重新合成的具有相對(duì)穩(wěn)定性的多聚體化合物。腐殖質(zhì)是植物營(yíng)養(yǎng)的重要碳源和氮源。還是異養(yǎng)微生物的重要養(yǎng)料和能源，能活化土壤微生物。土壤微生物活動(dòng)旺盛，給植物提供豐富的養(yǎng)料。土壤有機(jī)質(zhì)的多少，又影響到土壤動(dòng)物的分布與數(shù)量。在富含腐殖質(zhì)的草原地帶黑鈣土中，土壤動(dòng)物的種類和數(shù)量特別豐富，而荒漠與半荒漠地帶，土壤動(dòng)物種類趨于貧乏。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成、保水、供水、通氣、穩(wěn)溫也有重要作用，從而影響植物生長(zhǎng)。

3.土壤礦質(zhì)元素

植物生命活動(dòng)需要9種大量元素（鉀、鈣、鎂、硫、磷、氮、碳、氧、氫、）和7種微量元素（鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬和氯）。除碳、氫、氧以外，植物所需的全部元素均來(lái)自土壤礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的礦物分解。不同植物需要各種礦質(zhì)元素的量不同，若濃度比例不合適將限制植物生長(zhǎng)發(fā)育。土壤的無(wú)機(jī)元素對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)和動(dòng)物的數(shù)量也有影響。例如，石灰?guī)r區(qū)的蝸牛數(shù)量明顯高于花崗巖區(qū)；生活在石灰?guī)r區(qū)的大蝸牛（Helix）其殼重占體重的35%，而生活在低鈣土壤中時(shí)，其殼重僅占體重20%。土壤鈷含量低于2—3ppm時(shí)，許多反芻動(dòng)物，會(huì)患“虛弱癥”，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。含氯化鈉豐富的土壤和地區(qū)，往往能吸引大量草食有蹄動(dòng)物，這是因?yàn)樗麄兊纳硇枰仨氀a(bǔ)充大量鹽。三植物對(duì)土壤的適應(yīng)長(zhǎng)期生活在不同土壤上的植物，對(duì)該種土壤產(chǎn)生了一定的適應(yīng)特征。據(jù)植物對(duì)土壤ＰＨ的反應(yīng)，可把植物分為三類：酸性土植物（pH<6.5）、中性土植物（pH6.5—7.5）和堿性土植物（pH>7.5）。大多數(shù)植物和農(nóng)作物適宜在中性土壤中生長(zhǎng)。生活在鹽堿土中的植物和沙基質(zhì)中的植物，分別歸為鹽堿土植物和沙生植物。1.鹽堿土植物鹽堿土對(duì)植物生長(zhǎng)的危害表現(xiàn)在傷害了植物組織，特別是根系；由于過(guò)多鹽積累引起植物代謝混亂；能引起植物生理干旱。

形態(tài)適應(yīng)：矮小、干硬、葉子不發(fā)達(dá)、孔下陷，表皮具厚的外皮，常具灰白色絨毛。細(xì)胞間隙小，柵欄組織發(fā)達(dá)。有的具有肉質(zhì)性葉，有特殊的儲(chǔ)水細(xì)胞。生理適應(yīng)：根據(jù)鹽土植物對(duì)過(guò)量鹽類的適應(yīng)特點(diǎn)，可分為聚鹽性植物、泌鹽性植物和不透鹽性植物。聚鹽性植物的原生質(zhì)抗鹽性特別強(qiáng)，能忍受高濃度的NaCl溶液。其細(xì)胞液濃度特別高，根部細(xì)胞的滲透壓一般為40個(gè)大氣壓，甚