第三章 物質(zhì)環(huán)境

第3章物質(zhì)環(huán)境3.1地球上水的存在形式與分布3.2生物對水分的適應(yīng)3.3大氣組成及其生態(tài)作用3.4土壤的理化性質(zhì)及其對生物的影響3.5火作為生態(tài)因子對生物的影響3.1地球上水的存在形式與分布3.1.1水的特征與存在形式3.1.2陸地上水的分布3.1.3水的生態(tài)作用3.1.1水的特性與存在形式水分子的極性水的高熱容量性質(zhì)水特殊的密度變化水的相變地球上的水3.1.2陸地上水的分布降水量、降雨量(precipitation)和相對濕度的概念降水量的變化低緯度濕潤帶、低緯度少雨帶、中緯度濕潤帶、極地干燥帶海陸位置、地形、季節(jié)相對濕度(relativehumidity)的變化隨溫度變化、晝夜變化、季節(jié)變化及其地區(qū)差異、地理位置我國降水量的地域分布華南、長江流域、秦淮地區(qū)、興安以西行秦嶺以北、黃河上游、內(nèi)蒙西部和新疆南部。圖：中國年降雨量3.1.3水的生態(tài)作用水是生物生存的重要條件水對動植物生長發(fā)育的影響水對動植物數(shù)量和分布的影響水是生物生存的重要條件水是任何生物體的重要組成部分水是生命活動的基礎(chǔ)水對穩(wěn)定環(huán)境溫度有重要意義水是光合作用的原料水使生物保持一定的狀態(tài)水對生物生長發(fā)育的影響水對植物生長發(fā)育的影響水分對植物生長有最低、最適和最高值3基點水對動物生長發(fā)育的影響水分不足時，引起動物的滯育和休眠許多動物的周期性繁殖與降水季節(jié)密切相關(guān)水對物種數(shù)量和分布的影響水分與動植物種類與數(shù)量的影響降水量最大的赤道熱帶雨林的植物達(dá)52種/公頃，而降水量較少的大興安嶺紅松林中，僅有植物10種/公頃對植被的分布的影響我國從東南到西北可分為3個等雨量區(qū)，因而植被類型也分為3個區(qū)：濕潤森林區(qū)、干旱草原區(qū)和荒漠區(qū)3.2生物對水分的適應(yīng)3.2.1植物對水的適應(yīng)3.2.2動物對水的適應(yīng)3.2.1植物對水的適應(yīng)陸生植物陸地植物的水平衡陸生植物的適應(yīng)特征

水生植物水體環(huán)境的特征水生植物的適應(yīng)特征植物的葉面積與根系的關(guān)系陸地植物的水平衡水分來源根系吸收莖葉吸收體內(nèi)代謝水分去向蒸騰作用體內(nèi)代謝根據(jù)水分條件劃分的陸生植物的類型濕生植物：不能長時間忍受缺水，抗旱能力差，多生長在水邊或潮濕的環(huán)境中。如水稻、秋海棠。中生植物：適于生長在水分條件適中的環(huán)境中，形態(tài)結(jié)構(gòu)及適應(yīng)性介于濕生植物與旱生植物之間，種類最多、分布最光和數(shù)量最大的陸生植物。旱生植物：生長在干旱環(huán)境中，能忍受較長時間的干旱，且能維護(hù)水分平衡和正常的生長發(fā)育。主要分布在干熱草原和荒漠地區(qū)。其對干旱環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)在根系發(fā)達(dá)、葉面積很小、發(fā)達(dá)的貯水組織以及高滲透壓的原生質(zhì)等。形態(tài)適應(yīng)發(fā)達(dá)的根系、葉面積很小、發(fā)達(dá)的儲水組織生理適應(yīng)原生質(zhì)滲透壓特別高旱生植物的適應(yīng)特征植物根系和水分的關(guān)系水體環(huán)境的特征弱光缺氧粘性高密度大溫度變化平緩水生植物的適應(yīng)特征發(fā)達(dá)的通氣組織機械組織不發(fā)達(dá)甚至脫化水下葉片很薄，且多分裂成帶狀、線狀水生植物的類型沉水植物浮水植物挺水植物3.2.2動物對水的適應(yīng)水生動物保持鹽分與水分的平衡是水生動物適應(yīng)環(huán)境的基礎(chǔ)主要通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓來維持與環(huán)境的水分平衡淡水動物和海洋動物的差異陸生動物形態(tài)結(jié)構(gòu)行為生理動物對水環(huán)境的適應(yīng)與植物不同之處動物有活動能力，動物可以通過遷移等多種行為途徑來主動避開不良的水分環(huán)境3.3大氣的組成及其生態(tài)作用3.3.1大氣的組成和作用3.3.2氧與生物3.3.3CO2的生態(tài)作用大氣的組成N2、O2、CO2、CH4、O3、NxOy

、H2O

、各種惰氣N278.9%、O220.95%、CO20.032%大氣壓隨海拔的變化海平面1atm=101.32kPa

海拔升高100m，大氣壓降低1.11kPa

海拔5400m處約為0.5atm大氣與生物的關(guān)系植物光合作用生物的呼吸作用3.3.1大氣的組成和作用氧的來源光合作用紫外線的光解作用、O3的形成和作用氧與動物的能量代謝動物對高海拔低氧的適應(yīng)植物與氧光合作用=20×呼吸作用森林吸收CO2釋放O2的量約為草地的5倍成年人呼吸消耗O2釋放CO2的量與10m2森林光合作用的產(chǎn)物相當(dāng)3.3.2氧與生物3.3.3CO2的生態(tài)作用大氣中CO2的濃度與溫室效應(yīng)

-CO2來源：煤、石油等燃料的燃燒及生物呼吸和微生物的分解作用。

-CO2特點：透過太陽輻射，而不能透過地面反射的紅外線

-結(jié)果：導(dǎo)致地面溫度升高CO2與植物

-C3和C4植物比較

-CO2與光合作用效率土壤的生態(tài)學(xué)意義土壤物理性質(zhì)與生物土壤的質(zhì)地與結(jié)構(gòu)土壤水分、土壤空氣、土壤溫度土壤化學(xué)性質(zhì)與生物土壤生物特性植物對土壤的適應(yīng)

3.4土壤的理化性質(zhì)及其對生物的影響土壤的生態(tài)學(xué)意義土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)土壤是具有決定性意義的生命支持系統(tǒng)土壤是許多生物的棲息場所土壤是植物生長的基質(zhì)和營養(yǎng)庫生態(tài)系統(tǒng)的許多很重要的生態(tài)過程都是在土壤中進(jìn)行。土壤是污染物轉(zhuǎn)化的重要場地土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)對生物的影響土壤質(zhì)地(soiltexture)：土粒按直徑大小分為粗砂、細(xì)粒、粉砂和粘粒，不同大小土粒的組合稱為土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)(soilstructure)：是指固體顆粒的排列方式、孔隙的數(shù)量和大小以及團(tuán)聚體的大小和數(shù)量等土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)常常通過影響土壤的其它理化性質(zhì)來影響生物的活動根據(jù)土壤質(zhì)地可把土壤分為砂土、壤土和粘土三大類，其通氣透水、保水保肥性能都不一樣顆粒名稱直徑(mm)礫石<2.00粗砂2.00~0.2細(xì)砂0.2~0.02粉砂0.02~0.002粘粒<0.002

土壤顆粒分組理想土壤的成分體積比例

土壤水分土壤的礦質(zhì)營養(yǎng)必需溶解在水中才能被植物吸收利用植物水分的主要來源，太少引起干旱，太多又導(dǎo)致澇害影響土壤內(nèi)無脊椎動物的數(shù)量和分布土壤空氣O2的含量較大氣低，可能抑制植物根系的呼吸作用CO2含量過高時，根系的呼吸和吸收機能就會受阻土壤溫度植物種子的萌發(fā)和根系的生長、呼吸及吸收能力有直接影響限制養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化來影響根系的生長活動低的土溫會降低根系的代謝和呼吸強度，抑制根系的生長，減弱其吸收作用土溫過高則促使根系過早成熟，根部木質(zhì)化加大，從而減少根系的吸收面積土壤酸堿度與土壤微生物活動、有機質(zhì)的合成與分解、營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放、微量元素的有效性、土壤保持養(yǎng)分的能力及生物生長等有密切關(guān)系土壤酸堿度對土壤動物區(qū)系及其分布有重要影響土壤有機質(zhì)腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)影響土壤微生物和土壤動物的分布土壤礦質(zhì)元素植物生命活動需要9種大量元素和7種微量元素影響土壤土壤動物的種類和數(shù)量土壤化學(xué)性質(zhì)與生物土壤的生物特性土壤生物種類繁多生物活動產(chǎn)生土壤土壤生物與土壤肥力根據(jù)植物對土壤酸堿度的反應(yīng)的植物分類酸性土植物、中性土植物和堿性土植物根據(jù)植物對土壤鈣質(zhì)的反應(yīng)的植物分類喜鈣植物和嫌鈣植物根據(jù)植物對土壤含鹽量的反應(yīng)的植物分類鹽土植物和堿土植物植物對極端土壤環(huán)境的適應(yīng)鹽堿土植物沙生植物植物對土壤的適應(yīng)鹽堿土鹽土：含可溶性鹽(氯化鈉、硫酸鈉鹽等)1%以上，pH中性，土壤結(jié)構(gòu)未被破壞堿土：含弱酸強堿鹽(碳酸鹽類)較多，pH在8.5以上，土壤結(jié)構(gòu)被破壞鹽堿土對植物的危害植物對鹽堿土的適應(yīng)鹽堿土對植物的危害和植物的適應(yīng)鹽堿土對植物的危害引起植物的生理干旱傷害植物組織引起細(xì)胞中毒影響植物的正常營養(yǎng)在高濃度鹽類作用下氣孔不能關(guān)閉鹽堿土植物對環(huán)境的適應(yīng)形態(tài)植物矮小、干硬、葉不發(fā)達(dá)、蒸騰面小、氣孔下陷、表皮有厚外皮、灰白絨毛結(jié)構(gòu)細(xì)胞間隙小、柵欄組織發(fā)達(dá)、貯水細(xì)胞生理聚鹽性植物：從土壤里吸收鹽，并把這些鹽積聚在體內(nèi)而不受傷害泌鹽性植物：植物而是通過莖、葉表面上密布的分泌腺，把吸收的過多鹽分排出體外不透鹽性植物：根細(xì)胞對鹽類的透過性非常小，幾乎不或很少吸收土壤中的鹽類沙生植物對環(huán)境的適應(yīng)沙生環(huán)境高溫、干旱、強風(fēng)、土壤貧瘠植物的適應(yīng)地面植株小、根系發(fā)達(dá)葉極端縮小或退化貯水細(xì)胞或脂類物質(zhì)細(xì)胞具有高滲透壓休眠

3.5火作為生態(tài)因子對生物的影響及管理火源自然火源：雷擊、火山爆發(fā)、物質(zhì)自然人為火源：生產(chǎn)生活用火火的類型林冠火：燒著部位在森林上層、毀滅全部森林群落地面火：發(fā)生在地面上、燒死幼苗和抗火性差的種類火對生物的作用對不同種類及不同年齡生物的作用不同有益作用：加快有機物分解、促進(jìn)植物生長有害作用：燒毀生物、破壞生態(tài)平衡、引起土壤侵蝕、煙霧污染火的管理淡水動物對水環(huán)境的適應(yīng)淡水動物對環(huán)境是高滲性(淡水的滲透濃度為2-3mmol/l，而動物體液或血液滲透濃度高)，導(dǎo)致水不斷滲入動物體內(nèi)，過剩的水不斷排出體外，保持水分平衡補充丟失的鹽分方法：食物鰓主動吸收鹽類

海洋動物對水環(huán)境的適應(yīng)等滲動物這些動物不會由于滲透作用而失水或得水，但隨代謝廢物的排泄損失一部分水。補充水分方法：從食物中得到；飲用海水并排出海水中的溶質(zhì)；食物氧化過程中產(chǎn)生代謝水低滲動物由于滲透作用失去一些水，會從食物、代謝中或海水?dāng)z入更多的水，其中喝水是主要來源。保持低滲：喝水同時吸入鹽，對多余的鹽類排除方法：尿液量；鰓通過主動作用把鹽類排出體外高滲動物體外的水會滲透到體內(nèi)，不需要飲水、食物和代謝過程中攝取水，而是借助于排泄器官把體內(nèi)的過剩水排出形態(tài)結(jié)構(gòu)適應(yīng)昆蟲具有幾丁質(zhì)的體壁，防止水分的過量蒸發(fā)；兩棲類動物體表分泌粘液以保持濕潤；哺乳動物有皮質(zhì)腺和毛，防止體內(nèi)水分過多蒸發(fā)。行為的適應(yīng)沙漠動物晝伏夜出：沙漠地區(qū)夏季晝夜地表溫度相差很大，因此地面和地下的相對濕度和蒸發(fā)力相差很大遷徙：在水分和食物不足時，遷移到別處。生理適應(yīng)儲水的胃；儲藏豐富的脂肪，在消耗過程中產(chǎn)生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白質(zhì)，不易脫水。陸生動物對水環(huán)境的適應(yīng)本章小結(jié)水的分布、形態(tài)及水的生態(tài)作用生物對淡水和海水、對干旱和濕潤水環(huán)境的適應(yīng)大氣的生態(tài)作用和植物對光合生態(tài)效應(yīng)土壤的理化性質(zhì)及其對生物的影響，生物對土壤環(huán)境的適應(yīng)火的生態(tài)作用和管理本章主要概念

降雨量、相對濕度、滯育、休眠、蒸騰作用、滲透壓、濕生/中生/旱生植物、沉水/浮水/挺水植物、溫室效應(yīng)、腐質(zhì)殖、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、喜鈣/嫌鈣植物、酸性土/中性土/堿性土植物、沙生植物、等滲/低滲/高滲動物、思考題1.水生植物如何適應(yīng)水環(huán)境？2.陸生植物如何適應(yīng)干旱環(huán)境？*3.鹽堿土對植物生長有哪些不利影響？鹽堿土植物對環(huán)境的適應(yīng)方式有哪些？4.土壤的性質(zhì)對生物的影響主要包括哪些方面？生物是如何適應(yīng)的？*5.空氣中CO2的濃度升高會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來什么影響？C3和C4植物對CO2濃度升高的響應(yīng)有何不同？6.你如何認(rèn)識火對森林的有益作用？本章建議讀物1.孫儒泳,李慶芬,牛翠娟,婁安如.2002.基礎(chǔ)生態(tài)學(xué).高等教學(xué)出版社.2.孫儒泳,李博,諸葛陽,尚玉昌編.1992.普通生態(tài)學(xué).高等教育