生態(tài)學(xué)第三章物質(zhì)環(huán)境

生態(tài)學(xué)第三章物質(zhì)環(huán)境第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、地球上水的存在形式及其分布水是任何生物體都不可缺少的重要組成成分水是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)生物的新陳代謝是以水為介質(zhì)進(jìn)行的，所有物質(zhì)也都必須以溶解狀態(tài)才能進(jìn)出細(xì)胞。水對(duì)穩(wěn)定環(huán)境溫度的重要意義水體溫度不象大氣溫度那樣變化劇烈。第2頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）水的存在形式水分子具有極性水具有高熱容量1kcal/L·℃，空氣0.24，一般金屬0.1水具特殊的密度變化4℃密度最大>3℃>2℃>1℃>0℃。冰為絕熱體水變相液態(tài)—?dú)鈶B(tài)—固態(tài)1個(gè)水分子水分子間氫鍵冰中氫鍵把水分子固定為晶體第3頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）地球上水的分布熱帶稀樹(shù)草原1.降雨量（1）緯度的影響：S20o-N20o：低緯度濕潤(rùn)區(qū)S/N20o-40o：降水量最少帶S/N40o-60o：中緯度濕潤(rùn)區(qū)極地地區(qū)：干燥地帶（2）海陸位置、地形、季節(jié)的影響離海洋越近地區(qū)降水量越大迎風(fēng)坡降水量大夏季降水量最大第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.大氣濕度相對(duì)濕度：?jiǎn)挝蝗莘e空氣中的實(shí)際水汽含量與同溫度的飽和水汽含量之比。R.H=e/E*100%相對(duì)濕度越大，增發(fā)越慢R.H∝溫度，飽和差值：某溫度下飽和水汽含量與實(shí)際水汽含量與之差。（E-e）飽和差值∝水分蒸發(fā)速度第5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.我國(guó)的降水量地域分布

1500~2000mm1000~1500mm500~750mm20~250mm等水線<100mm第6頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、生物對(duì)水分的適應(yīng)（一）植物與水1.陸地植物的水平衡濕生植物：淺根系，根部通氣組織與莖葉通氣組織相連，抗?jié)衬芰?qiáng)。秋海棠、水稻、燈芯草。中生植物：根系與輸導(dǎo)組織較發(fā)達(dá)，葉面有角質(zhì)層，防蒸騰能力較強(qiáng)。多數(shù)農(nóng)作物、森林樹(shù)種。旱生植物：生長(zhǎng)在干熱草原和荒漠地區(qū)。根系吸水100%，蒸騰失水99%5*葉重/1棵樹(shù)天夏季，2kg水/玉米天第7頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一旱生植物少漿液植物：葉表面積縮小，有的退化成針刺狀，以綠色莖進(jìn)行光合作用，氣孔下陷，根系發(fā)達(dá)。多漿液植物：根莖葉薄壁組織變?yōu)閮?chǔ)水組織，細(xì)胞中五碳糖多，增強(qiáng)了保水性能，白天氣孔關(guān)閉，晚上張開(kāi)，固定CO2。刺葉石竹Acanthophyllumsquarrosum駱駝刺Alhagisparsifolia樹(shù)形仙人掌第8頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

沉水植物浮游植物挺水植物2.水生植物根莖葉形成相互連接的通氣系統(tǒng)金魚藻具封閉式的通氣組織系統(tǒng)絲柏樹(shù)Taxodiumdistichum出水通氣根第9頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一紅樹(shù)林：增加滲透壓(脯氨酸、山梨醇、甘氨酸-甜菜苷)、鹽腺泌鹽致葉的表面、根排除鹽（半透膜阻止進(jìn)入）、降低葉的水蒸騰3.植物的生產(chǎn)力每生產(chǎn)1g干物質(zhì)需要300~600g水；C4植物比C3植物需水量小第10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）動(dòng)物與水1.水生生物1）魚類滲透壓調(diào)節(jié)方式

Δ-1.85℃Δ-0.80℃Δ-0.70℃Δ-1.95℃淡水0.02-0.05‰，Δ-0.02℃海水3.2-3.8%，Δ-1.85℃Δ-1.92℃Δ-0.10℃Δ-0.70℃廣鹽性魚類：體表滲透性差、改變尿量、鰓攝排鹽、吞食海水第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）水生動(dòng)物對(duì)水密度的適應(yīng)ρ水=1000kg/m-3，ρ空氣=11.69kg/m-3水深每增加10m，壓力增加1atm或101kPa深海魚：皮膚通透性大，骨骼和肌肉不發(fā)達(dá)，無(wú)鰾上層魚：鰾鯨魚：肋骨無(wú)胸骨附著、或無(wú)肋骨，膈肌無(wú)中央腱。當(dāng)潛入深海中胸腔壓扁、肺塌癟、肺泡中氣體全部進(jìn)入血液，血中無(wú)溶解氮。迅速回到水面時(shí)，不會(huì)因血液中溶解大量氮因迅速減壓而沸騰。（潛涵病或減壓癥）3）兩棲動(dòng)物的水平衡：淡水-皮膚攝水和主動(dòng)攝取無(wú)機(jī)鹽，稀尿排水、膀胱重吸收；鹽水-體液高濃度尿素第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4）魚對(duì)水中低氧的適應(yīng)水中氧來(lái)源：水中溶解氧遠(yuǎn)<空氣，∝1/溫度，∝壓力增加了從水中提取氧的能力：溪紅點(diǎn)鮭血氧容量提高：鰻鱺、鯉魚、底鳉有些魚忍受缺氧，依賴厭氧代謝提供能量：金魚第14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一魚對(duì)水中低氧的適應(yīng)第15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.陸生動(dòng)物

1）陸生動(dòng)物水平衡失水的主要途徑：皮膚蒸發(fā)、呼吸失水、排泄失水補(bǔ)充水的主要途徑：食物、代謝水、飲水保水機(jī)制減少身體的表面蒸發(fā)：角質(zhì)層、鱗片減少呼吸失水：水的逆流交換（鼻腔）、氣孔開(kāi)閉減少排泄失水：腎臟、直腸、泄殖腔、直腸腺重吸收代謝廢物：排泄1克氨、尿素、尿酸需水量300~500、50、10ml行為適應(yīng)：喜濕、耐旱、晝伏夜出第16頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2）動(dòng)物與濕度婦鼠喜歡潮濕環(huán)境飛蝗相對(duì)濕度70%發(fā)育速度最快喜濕昆蟲耐旱昆蟲最適濕度區(qū)濕第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3）動(dòng)物與雪被北溫帶和高緯度地區(qū)的冬季降雪形成穩(wěn)定的積雪覆蓋—雪被。提供溫暖的筑巢場(chǎng)所和豐富的食物；雪下動(dòng)物：田鼠、鼩鼱影響行走、捕食。雪上動(dòng)物：兔子、松鼠、貂改變動(dòng)物食性松雞、黑琴雞等夏天吃種子昆蟲，冬季吃樹(shù)葉使多數(shù)鳥(niǎo)類遷徙第18頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、大氣組成及其生態(tài)作用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。第19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）氧與動(dòng)物1.氧與動(dòng)物能量代謝陸地上氧供應(yīng)充分，動(dòng)物保持高代謝率，進(jìn)化成恒溫動(dòng)物。海拔0m~6000m，代謝率沒(méi)表現(xiàn)出隨氧濃度而改變。圖表明動(dòng)物代謝率隨環(huán)境氧分壓而改變可能是一般規(guī)律，不隨氧分壓而改變的可能是一種持例第20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.內(nèi)溫動(dòng)物對(duì)高海拔低氧的適應(yīng)無(wú)脊椎、變溫脊椎動(dòng)物血紅蛋白在低氧環(huán)境中氧離解曲線p50降低，對(duì)氧的結(jié)合力強(qiáng)（左移），低氧不是限制其生存的決定因素。鳥(niǎo)獸反之，在低氧環(huán)境中氧離解曲線p50右移，低氧成為限制性因子。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人和動(dòng)物對(duì)低氧的適應(yīng)：呼吸：過(guò)度通氣，肺泡：肺泡余氣增加有利于擴(kuò)散組織：組織內(nèi)毛細(xì)血管增生，縮短氣體彌散距離，有利于組織供養(yǎng)。骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加。血液：血液血球比積、紅細(xì)胞、血紅蛋白指標(biāo)增加a：動(dòng)脈v：靜脈平原低壓倉(cāng)第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一但是紅細(xì)胞↑太多→血液粘度↑→血液阻力↑→心臟負(fù)擔(dān)↑→心肌肥大急性低氧：低氧→腎上腺素分泌↑→脾收縮→RBC釋放↑持續(xù)低氧→促紅細(xì)胞素↑→骨髓生成RBC↑高山動(dòng)物血象相同于平原動(dòng)物，不因海拔增高而變化，但P50低于平原動(dòng)物，這是遺傳因素決定的第23頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.植物與氧氧的主要生產(chǎn)者：每呼吸44gCO2，制造32gO2。光合作用釋放的O2比呼吸作用所消耗的O2大20倍。據(jù)估算，森林吸收1噸CO2/

h㎡·d，呼出0.73噸氧；生長(zhǎng)良好的草坪吸收0.2噸CO2/

h㎡·d

，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。第24頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）CO2與植物在高產(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。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）。0.032%空氣為CO2，仍是高產(chǎn)作物的限制因素。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25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、土壤的理化性質(zhì)對(duì)生物的影響土壤的生態(tài)意義：為陸生植物提供基底，為土壤生物提供棲息場(chǎng)所；提供生物生活所必需要的礦質(zhì)元素和水分；提供植物生長(zhǎng)所需的水、熱、肥、氣；維持豐富的土壤生物區(qū)系；生態(tài)系統(tǒng)的許多很重要的生態(tài)過(guò)程都是在土壤中進(jìn)行。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。第26頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）土壤的物理性質(zhì)與生物的影響1.土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)粗砂(2.0-0.2mm)，細(xì)砂(0.2-0.02)，粉砂(0.02-0.002)和粘粒(<0.002)。不同大小顆粒組合的百分比，稱為土壤質(zhì)地。砂土：顆粒較粗、疏松、粘結(jié)性小，通氣性強(qiáng)，但蓄水性能差，易干旱，因而養(yǎng)料易流失，保肥性能差。螻蛄壤土：質(zhì)地較均勻，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。溝金針蟲粘土：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。細(xì)胸金針蟲第27頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.土壤水分(soilmoisture)有利于礦物質(zhì)養(yǎng)分的分解、溶解和轉(zhuǎn)化；有利于有機(jī)物的分解與合成，增加了土壤養(yǎng)分；有利于植物吸收；能調(diào)節(jié)土壤溫度。過(guò)少：植物受干旱威脅，好氣性細(xì)菌氧化過(guò)于強(qiáng)烈，使土壤有機(jī)質(zhì)貧瘠。過(guò)多：有機(jī)質(zhì)嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機(jī)酸，對(duì)毒害植物，阻礙根的呼吸和吸收，使根系腐爛。影響土壤動(dòng)物生存與分布：如白蟻需要土壤相對(duì)濕度不低于50%；叩頭蟲幼蟲要求土壤空氣濕度不低于92%，濕度高時(shí)，叩頭蟲跑到土表活動(dòng)，干旱時(shí)，將到1m深的土層中。第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.土壤空氣O2濃度一般為10~12%，CO2一般在0.1%左右。積水時(shí)，土壤空氣含量可降到10%以下，抑制植物根系呼吸，動(dòng)物向土壤表層移動(dòng)。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴(kuò)散的方式進(jìn)入地面空氣層，供植物葉利用，另一部分直接為根系吸收。對(duì)地下獸類鼢鼠、和鼴形鼠影響不大。通氣性好，好氣微生物活動(dòng)強(qiáng)，加快有機(jī)物分解。第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.土壤溫度影響種子發(fā)芽、扎根、出苗。影響根系的生長(zhǎng)、呼吸和吸收性能。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)。多數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物春季向土表移動(dòng)，秋季向深處移動(dòng)。第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以帶寬度表示（二）土壤化學(xué)性質(zhì)與生物1.土壤pH值影響礦質(zhì)鹽分的溶解度，從而影響植物養(yǎng)分的有效性。在pH6~7時(shí)，養(yǎng)分的有效性最高。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)。固氮菌、根瘤菌等不能在酸性土壤中生存。影響土壤動(dòng)物區(qū)系及其分布。例如，小麥吸漿蟲幼蟲只生活在pH7~11的堿性土壤中，而不能生存在pH3~6的土壤中。第31頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.土壤有機(jī)質(zhì)：是土壤肥力的一個(gè)重要標(biāo)志。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--胡敏酸（植物生長(zhǎng)激素）和富里酸，是植物營(yíng)養(yǎng)的重要碳源和氮源。有機(jī)質(zhì)多土壤動(dòng)物種類和數(shù)量多，微生物活動(dòng)強(qiáng)，有利植物生長(zhǎng)。含氯化鈉豐富的土壤和地區(qū)往往能夠吸引大量的食草有蹄動(dòng)物，因?yàn)檫@些動(dòng)物出于生理的需要必須攝入大量的鹽。第32頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.土壤礦質(zhì)元素：植物需要9種大量元素（K、Ca、Mg