3基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)物質(zhì)環(huán)境課件

1、第一部分 有機(jī)體與環(huán)境 1 生物與環(huán)境 2 能量環(huán)境 3 物質(zhì)環(huán)境 3.1 地球上水的存在形式及分布 3.2 生物對(duì)水的適應(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(duì)生物的影響 3.5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生物的關(guān)系1/763 物質(zhì)環(huán)境1第1頁(yè)，共76頁(yè)。 3 物質(zhì)環(huán)境 3.1 地球上水的存在形式及分布 地球上和環(huán)繞地球大氣圈中各類(lèi)型的水，統(tǒng)稱(chēng)水圈。水是所有生物體的內(nèi)部介質(zhì)，生物新陳代謝及各種物質(zhì)的輸送都必須在水溶液中進(jìn)行，是不可缺少的重要組成成分。水作為外部介質(zhì)，是水生生物獲得資源和棲息地場(chǎng)所，水影響陸生生物的生長(zhǎng)與分布，陸生生物保水是第一性的。2/762第2頁(yè)，共76頁(yè)。 3.1.

2、1 水的特性與存在形式 （1）水分子具有極性。是生物成分的最好溶劑，保證了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。 （2） 高熱容量。1kcal(4.1868kJ)/L；空氣的僅為0.24kcal(1.01kJ)/L；保證了水溫的相對(duì)穩(wěn)定。 （3）密度高、特殊的密度變化。水體浮力大，但粘滯性也大。3/763第3頁(yè)，共76頁(yè)。 （4）水含氧量低。水生生物呼吸耗能大。 水：含量7mlO2/L，獲得1gO2，需100Kg的水完全交換。 陸地：含量210mlO2/L，獲得1gO2，需5g的空氣進(jìn)行交換。 (5) 相變。水有三種形態(tài)，在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)間相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中，伴隨著大量熱量的釋放和吸收。4/764第4頁(yè)，共76頁(yè)。

3、(1) 降雨量：地球上降雨量隨緯度變化。 緯度0-20降雨量最大。緯度20- 40地帶，降雨量減少，在南北半球40- 60地帶，南北暖冷氣團(tuán)相交形成氣旋雨，成為中緯度濕潤(rùn)帶。極地地區(qū)降水很少。5/763.1.2 陸地上水的分布5第5頁(yè)，共76頁(yè)。 陸地上降雨量的多少還受到海陸位置、地形及季節(jié)的影響。離海洋越遠(yuǎn)降雨越少；山脈的迎風(fēng)坡降雨多，背風(fēng)坡降雨少；夏季降雨多，冬季降雨少。 年降雨的均衡性對(duì)生物也有一定的影響。如熱帶稀樹(shù)草原濕度高，降雨集中，長(zhǎng)期干旱。6/766第6頁(yè)，共76頁(yè)。（2） 大氣濕度： 反映了大氣中氣態(tài)水含量。相對(duì)濕度受到環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，會(huì)隨地理位置、晝夜、季節(jié)等因素發(fā)生變化。熱

4、帶雨林通常在80-100，荒漠、半荒漠地帶為20，夜間、夏季相對(duì)濕度高。7/767第7頁(yè)，共76頁(yè)。（3） 我國(guó)降水量的地域分布： 從東南往西北降水逐漸減少。 華南降水量為15002000 mm，長(zhǎng)江流域?yàn)?0001500 mm，秦嶺和淮河大約為750 mm，從大興安嶺西坡向西，經(jīng)燕山到秦嶺北坡為500 mm，黃河上中游約250500 mm。內(nèi)蒙西部至新疆南部為100 mm以下。8第8頁(yè)，共76頁(yè)。第一部分 有機(jī)體與環(huán)境 1 生物與環(huán)境 2 能量環(huán)境 3 物質(zhì)環(huán)境 3.1 地球上水的存在形式及分布 3.2 生物對(duì)水的適應(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(duì)生物的影響 3

5、.5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生物的關(guān)系9/769第9頁(yè)，共76頁(yè)。 植物生產(chǎn)力和降雨量相關(guān)。水既是植物細(xì)胞的組成要素，又是光合作用的底物。在干燥地區(qū)，初級(jí)生產(chǎn)力隨降雨量的增加近直線(xiàn)增長(zhǎng)。在比較潮濕的森林氣候中，生產(chǎn)力上升到平穩(wěn)階段后不再升高。 植物每生產(chǎn)1克干物質(zhì)，一般需300-600克水，但不同植物類(lèi)型需水量不同，具有光合效率高的C4植物（如玉米、狗尾草）比C3植物（如小麥、油菜）需水量少。有些植物潛在的蒸騰量遠(yuǎn)大于降水量，可見(jiàn)，干旱是造成這些植物低生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。10/763.2. 1 植物與水10第10頁(yè)，共76頁(yè)。降雨量與植被11/7611第11頁(yè)，共76頁(yè)。 由于植物光合作用所需CO2僅占大氣

6、的0.03%，所以需要獲得足夠的CO2需要大量的氣體交換，葉蒸騰的水量大約是植物體利用水量的100倍。當(dāng)然，葉蒸騰失水不只是光合作用的需要，也發(fā)揮著運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的作用。陸地植物在得水（根吸水）和失水（葉蒸騰）之間保持平衡，才能維持其正常生活。12/763.2.1.1陸地植物12第12頁(yè)，共76頁(yè)。陸地植物對(duì)水的適應(yīng)性： 圖3-3.駱駝刺地上莖葉只有幾厘米，根深達(dá)到15 m，擴(kuò)展的范圍達(dá)623 m （1）根系：在潮濕土壤中植物根系不發(fā)達(dá)，有的植物根缺乏根毛。在干燥土壤中，植物具有發(fā)達(dá)的深根系。主根可長(zhǎng)達(dá)幾米或十幾米，側(cè)根擴(kuò)展范圍很廣，有的植物根毛發(fā)達(dá)，充分增加吸水面積。 13第13頁(yè)，

7、共76頁(yè)。（2）氣孔：植物失水主要是葉蒸騰通過(guò)氣孔完成，在不同環(huán)境中生活的植物具有不同的調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)閉的能力。生活在潮濕、弱光環(huán)境中的植物，一般吸水能力差，在輕微失水時(shí)，就減少氣孔開(kāi)張度，甚至主動(dòng)關(guān)閉氣孔以減少失水。陽(yáng)生草本植物在干燥環(huán)境中，氣孔慢慢關(guān)閉。干旱地區(qū)有些植物氣孔深陷在葉內(nèi)，或在夜晚進(jìn)行氣體交換。14/7614第14頁(yè)，共76頁(yè)。（3）葉子：葉子的外表覆蓋有蠟質(zhì)的、不易透水的角質(zhì)層，能降低葉表面的蒸騰量，生活在干燥地區(qū)的植物盡量縮小葉面積以減少蒸騰量。15/7615第15頁(yè)，共76頁(yè)。根據(jù)植物生活環(huán)境的濕度將其分為三種類(lèi)型：濕生植物： 濕生植物大多數(shù)生長(zhǎng)在熱帶雨林下層潮濕環(huán)境中，大氣

8、濕度大，植物蒸騰弱，容易保持水分，因此其根系極不發(fā)達(dá)?？购的芰θ?，不能忍受長(zhǎng)時(shí)間缺水，但抗?jié)承院軓?qiáng)，根部通過(guò)通氣組織和莖葉的通氣組織相連接，以保證根的供氧。如秋海棠、水稻、燈芯草等。 16/7616第16頁(yè)，共76頁(yè)。中生植物: 如大多數(shù)農(nóng)作物，森林樹(shù)種。由于環(huán)境中水分減少，而逐步形成一套保持水分平衡的結(jié)構(gòu)與功能。根系與輸導(dǎo)組織比濕生植物發(fā)達(dá)，吸收、供應(yīng)更多水分；葉片表面有角質(zhì)層，柵欄組織較整齊，防止蒸騰能力比濕生植物高。17/7617第17頁(yè)，共76頁(yè)。旱生植物： 少漿液植物：體內(nèi)含水量極少，當(dāng)失水50%時(shí)仍能生存。適應(yīng)干旱環(huán)境的特點(diǎn): 葉面積縮小，葉片極度退化成針刺狀，或小鱗片狀; 以綠色

9、莖進(jìn)行光合作用；葉片結(jié)構(gòu)改變，氣孔多下陷；根系發(fā)達(dá)，可從深的地下吸水；細(xì)胞內(nèi)有大量親水膠體物質(zhì)，使胞內(nèi)滲透壓高，能使根從含水量很少的土壤中吸收水分。刺葉石竹葉子變成刺18第18頁(yè)，共76頁(yè)。圖3-6 荒漠植物樹(shù)形仙人掌 多漿液旱生植物：根、莖、葉薄壁組織逐漸變?yōu)閮?chǔ)水組織，成為肉質(zhì)性器官。能在極端干旱的荒漠地帶長(zhǎng)的很高大；多失去葉片，由綠色莖代行光合作用；白天氣孔關(guān)閉以減少蒸騰量，夜間氣孔張開(kāi)，CO2進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)被有機(jī)酸固定，到白天光照下，CO2被分解出來(lái)進(jìn)行光合作用。19第19頁(yè)，共76頁(yè)。 水中溶氧低，水生植物體內(nèi)具發(fā)達(dá)的通氣系統(tǒng)；葉片很薄，有利于增加采光面積和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收；身體彈性、抗扭曲

10、能力較強(qiáng)；有些植物可調(diào)節(jié)滲透壓，有的能耐受高鹽，如紅樹(shù)的根和葉中有高濃度的脯氨酸、山梨醇、甘氨酸-甜菜苷，提高了滲透壓。 圖3-7 紅樹(shù)葉子的特殊鹽腺分泌鹽，沉淀在葉子的外表面上3.2.1.2 水生植物20第20頁(yè)，共76頁(yè)。沉水植物：整株植物沉沒(méi)在水下。根退化或消失。植物具有封閉式的通氣組織系統(tǒng)，如金魚(yú)藻能儲(chǔ)存呼吸產(chǎn)生的CO2和光合作用產(chǎn)生的O2。葉綠體大而多，適應(yīng)水中弱光。浮水植物：葉片飄浮水面，氣孔分布在葉上面，機(jī)械組織不發(fā)達(dá)，不扎根（浮萍）或扎根（睡蓮、眼子菜），植物體內(nèi)存在大量通氣組織，使植物體重減輕，增加了漂浮能力。 根莖葉內(nèi)形成一套相互連接的通氣系統(tǒng)，如荷花。挺水植物：植物體大部

11、分挺出水面，如蘆葦?shù)?。沼澤地中的絲柏樹(shù)，地下側(cè)根向地面上長(zhǎng)出出水通氣根，為地下根提供空氣，幫助固定樹(shù)。21/7621第21頁(yè)，共76頁(yè)。圖3-8 絲柏樹(shù)（Taxodium distichum）的出水通氣根從側(cè)根上長(zhǎng)出水面來(lái)22第22頁(yè)，共76頁(yè)。 動(dòng)物與植物一樣，必須保持體內(nèi)的水平衡才能維持生存。 水生動(dòng)物保持體內(nèi)的水平衡是依賴(lài)于水的滲透調(diào)節(jié)作用。 陸生動(dòng)物則依靠水分的攝入與排出的動(dòng)態(tài)平衡，從而形成了行為、生理、形態(tài)上的適應(yīng)。23/763.2.2 動(dòng)物對(duì)水的適應(yīng)23第23頁(yè)，共76頁(yè)。 (1) 滲透壓調(diào)節(jié) 當(dāng)水生生物體內(nèi)溶質(zhì)濃度高于環(huán)境中的時(shí)候，水將從環(huán)境中進(jìn)入機(jī)體，溶質(zhì)將從機(jī)體內(nèi)出來(lái)進(jìn)入水中

12、，動(dòng)物會(huì)漲死；當(dāng)體內(nèi)溶質(zhì)濃度低于環(huán)境中時(shí)，水將從機(jī)體進(jìn)入環(huán)境，鹽將從環(huán)境進(jìn)入機(jī)體，動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)缺水。解決這一問(wèn)題的機(jī)制是靠滲透調(diào)節(jié)。24/763.2.2.1 水生動(dòng)物24第24頁(yè)，共76頁(yè)。25第25頁(yè)，共76頁(yè)。 淡水魚(yú)類(lèi)： 淡水的鹽度在0.02-0.50之間，淡水硬骨魚(yú)血液滲透壓（-0.70）高于水的滲透壓（-0.02），屬于高滲性，其本身處于低滲環(huán)境。水通過(guò)鰓流入體內(nèi)，不調(diào)節(jié)會(huì)漲死。 滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制：腎臟發(fā)育完善，有發(fā)達(dá)的腎小球，濾過(guò)率高，一般沒(méi)有膀胱，或膀胱很小，腎臟排出大量低濃度尿。丟失的溶質(zhì)可從食物中得到，而鰓能主動(dòng)從周?chē)舛热芤褐袛z取鹽離子，保證了體內(nèi)鹽離子的平衡。 26/762

13、6第26頁(yè)，共76頁(yè)。 海洋硬骨魚(yú)類(lèi)： 水的鹽度在32-38之間（平均35），滲透壓為-1.85。海洋硬骨魚(yú)的滲透壓為-0.80，處于高滲環(huán)境中，其體內(nèi)水分不斷通過(guò)鰓外流。 滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制：經(jīng)常吞海水，補(bǔ)充水分；腎小球退化，排出極少的低滲尿，主要是二價(jià)離子Mg2+, SO42-；鰓主動(dòng)向外排鹽。27/7627第27頁(yè)，共76頁(yè)。海洋軟骨魚(yú)： 血液滲透壓為-1.95，與海水滲透壓-1.85基本相等。 海洋軟骨魚(yú)體液中的無(wú)機(jī)鹽濃度比海洋硬骨魚(yú)略高，其高滲透壓的維持主要依靠血液中儲(chǔ)存大量尿素和氧化三甲胺（ 2:1 ）。代謝廢物尿素被作為有用物質(zhì)利用，氧化三甲胺正好抵消了尿素對(duì)酶的抑制作用。 海洋軟骨

14、魚(yú)有很強(qiáng)的離子調(diào)節(jié)，如血液中Na+ 大約為海水的一半。排出體內(nèi)多余Na+，主要靠直腸腺，其次是腎臟。28/7628第28頁(yè)，共76頁(yè)。圖3-10 海洋硬骨魚(yú)與海洋軟骨魚(yú)滲透壓比較29第29頁(yè)，共76頁(yè)。洄游性魚(yú)類(lèi)： 具有淡水硬骨魚(yú)與海水硬骨魚(yú)的滲透壓調(diào)節(jié)特征?？磕I臟調(diào)節(jié)水，在淡水中排尿量大，在海水中排尿量少，在海水中大量吞水，以補(bǔ)充水；靠鰓調(diào)節(jié)鹽的代謝，鰓在海水中排出鹽，在淡水中攝取鹽。其他海洋動(dòng)物 海洋無(wú)脊椎動(dòng)物是滲透壓順應(yīng)者。海龜、海鳥(niǎo)具鹽腺。海洋獸類(lèi)（鯨）排高濃度的尿。 30/7630第30頁(yè)，共76頁(yè)。兩棲動(dòng)物 在水中時(shí)腎臟功能同淡水魚(yú)，皮膚功能同魚(yú)鰓。在陸地上時(shí)皮膚可從空氣中吸收水分

15、，靠膀胱重新吸收水分來(lái)保持體液水分平衡。 31/7631第31頁(yè)，共76頁(yè)。（2）水生動(dòng)物對(duì)水密度的適應(yīng) 水的密度大約是空氣的800倍，浮力很大。水生動(dòng)物無(wú)四肢或附肢弱，骨骼的支撐能力極差。具有鰾，調(diào)節(jié)浮力。身體龐大，藍(lán)鯨的體長(zhǎng)可達(dá)33米，體重100t，而大象體重7t,相差近15倍。 深海壓力大，每增加10米，增加1個(gè)大氣壓。深海魚(yú)類(lèi)皮膚組織的通透性很大，骨骼和肌肉不發(fā)達(dá)，沒(méi)有鰾。 水的粘滯性很大，是空氣的50多倍，水生動(dòng)物運(yùn)動(dòng)困難，快速游泳的動(dòng)物身體呈流線(xiàn)型。 32/7632第32頁(yè)，共76頁(yè)。（3）水中溶氧和魚(yú)類(lèi)對(duì)低氧的適應(yīng) 由于O2難溶于水，水中溶氧（0淡水最高為10ml/L）遠(yuǎn)低于大氣

16、中的氧含量（210ml/L），不到1/20。顯然，水生生物呼吸很困難，耗能也很大。溶氧還受溫度和鹽度的影響。水中溶氧極不均勻，受水層、水流、水生植物的光合作用、動(dòng)物、微生物和有機(jī)物量的影響。 低氧馴化的魚(yú)類(lèi)可增加血氧容量和血氧親和力，從而增強(qiáng)對(duì)低氧的耐受能力。部分魚(yú)類(lèi)能忍受缺氧，靠厭氧代謝提供能量。33/7633第33頁(yè)，共76頁(yè)。3.2.2.2 陸生動(dòng)物(1) 水平衡 陸生動(dòng)物失水的途徑主要是皮膚蒸發(fā)失水、呼吸失水與排泄失水。得水途徑主要為飲水、食物和代謝水，少數(shù)動(dòng)物通過(guò)體表可以從大氣中吸水。自然界的某些環(huán)境中動(dòng)物難以得到水。陸生動(dòng)物失水過(guò)多會(huì)因體液滲透壓不平衡導(dǎo)致死亡，因而，陸生動(dòng)物保水十

17、分重要。 34/7634第34頁(yè)，共76頁(yè)。減少蒸發(fā)失水 節(jié)肢動(dòng)物體表具角質(zhì)層和蠟?zāi)? 爬行動(dòng)物體表具鱗片；獸類(lèi)與鳥(niǎo)類(lèi)皮膚角質(zhì)化，外被毛或羽，都具有防止水分蒸發(fā)的作用。圖3-13 生活在干旱環(huán)境的沙龜失水率僅為濕地環(huán)境池龜?shù)?0%35第35頁(yè)，共76頁(yè)。 減少呼吸失水: 昆蟲(chóng)通過(guò)氣孔的開(kāi)放與關(guān)閉，可使失水量相差數(shù)倍。圖3-12，黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)氣孔的開(kāi)放后失水增加2-3倍。多數(shù)陸生動(dòng)物的呼吸系統(tǒng)采用逆流交換機(jī)制，減少呼吸失水，對(duì)于恒溫動(dòng)物，如荒漠鳥(niǎo)獸的作用尤其強(qiáng)大。駱駝可重吸收95%的水分。 36/7636第36頁(yè)，共76頁(yè)。減少排泄和糞便失水 a. 哺乳動(dòng)物腎臟的保水能力: 腎臟通過(guò)亨利氏袢和集合

18、管的吸水作用使尿濃縮。干旱環(huán)境的動(dòng)物，尿濃度高。 b.獸類(lèi)大腸、鳥(niǎo)類(lèi)與爬行類(lèi)的大腸和泄殖腔、昆蟲(chóng)的直腸腺具重吸收水的作用。 c. 排泄尿酸:魚(yú)類(lèi)排氨，排氨1克需水300500 ml。兩棲類(lèi)、獸類(lèi)排泄尿素，排1克尿素需水50 ml。爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)及昆蟲(chóng)排尿酸。排1克尿酸需水10 ml。 d.行為適應(yīng)：夜間活動(dòng)、穴居、夏眠、滯育。 37/7637第37頁(yè)，共76頁(yè)。 羊膜卵的產(chǎn)生就代表了一種機(jī)制，使陸生脊椎動(dòng)物在發(fā)育過(guò)程中能阻止水的丟失，繁殖擺脫水的束縛，以開(kāi)拓陸地。 38/7638第38頁(yè)，共76頁(yè)。（2）動(dòng)物與濕度 動(dòng)物可通過(guò)行為選擇其喜好的濕度。通過(guò)夏眠和滯育躲過(guò)干旱的季節(jié)。 高濕度提高喜濕昆

19、蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、存活與壽命； 對(duì)于喜旱的昆蟲(chóng)，過(guò)濕也會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)慢、生育率低、死亡率高。39第39頁(yè)，共76頁(yè)。（3）動(dòng)物與雪被 高緯度地區(qū)冬季降雪形成穩(wěn)定的積雪覆蓋稱(chēng)為雪被。雪被是干旱地區(qū)的天然蓄水庫(kù)。雪被有隔熱、保溫性能，對(duì)植物有保護(hù)作用，為穴居動(dòng)物提供溫暖場(chǎng)所和豐富的食物。 對(duì)雪上動(dòng)物造成危害，如行動(dòng)不便，采食困難等。雪上動(dòng)物對(duì)雪被的適應(yīng)：一是增大腳的支撐面積，增生剛毛、粗毛、羽毛、角質(zhì)片等，利于在雪上行走。二是取食，大型動(dòng)物撥開(kāi)雪取食，小型動(dòng)物依賴(lài)人類(lèi)或大型動(dòng)物，形成共生關(guān)系。一些鳥(niǎo)類(lèi)改變食性，如黑琴雞，夏季吃種子、昆蟲(chóng)、漿果，冬季吃針葉等。 40/7640第40頁(yè)，共76頁(yè)。第一部

20、分 有機(jī)體與環(huán)境 1 生物與環(huán)境 2 能量環(huán)境 3 物質(zhì)環(huán)境 3.1 地球上水的存在形式及分布 3.2 生物對(duì)水的適應(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(duì)生物的影響 3.5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生物的關(guān)系41/7641第41頁(yè)，共76頁(yè)。3.3 大氣組成及其生態(tài)作用 大氣圈由圍繞地球的各種氣體所組成，厚約1萬(wàn)km。 85km以?xún)?nèi)的均質(zhì)層為混合氣體；之外為氮、氧、氦、氫氣的非均質(zhì)層。生物一般僅分布在對(duì)流層下半層10km內(nèi)。大氣由氮、氧、二氧化碳、惰性氣體、氨、甲烷、臭氧、氧化氮及不同含量的水蒸汽組成。在干燥空氣中，O2占20.95%，N2占78.9%， CO2占0.032%。42/

21、7642第42頁(yè)，共76頁(yè)。 對(duì)生物關(guān)系最為密切的大氣成分是O2與CO2。CO2是植物光合作用的主要原料，又是生物氧化代謝的最終產(chǎn)物；O2幾乎是所有生物生存所依賴(lài)的物質(zhì)。 海拔每升高300米，大氣壓約降低3.33kPa，氧分壓隨之降低，海平面氧分壓是101.32kPa 20.95%=21.23kPa，海拔5400m，大氣壓降為0.5atm，氧分壓僅為9.73kPa，多數(shù)獸類(lèi)難以生存。除海拔外，在地下洞穴或通氣不良的環(huán)境中，空氣中的O2和CO2含量與大氣中不同。 43/7643第43頁(yè)，共76頁(yè)。 大氣中的O2的主要來(lái)源是植物的光合作用，少數(shù)是紫外線(xiàn)分解水汽放出O2(光解作用)，高濃度O原子結(jié)合

22、成臭氧O3，在25-40km的高空（對(duì)流層外半層）形成臭氧保護(hù)層。 44/763.3.1 氧與生物44第44頁(yè)，共76頁(yè)。圖3-15. 在低氧濃度下，金魚(yú)的氧耗隨水中氧濃度成線(xiàn)性改變(1) 氧與動(dòng)物能量代謝 動(dòng)物生存必須依靠食物氧化產(chǎn)生的能量。水生動(dòng)物代謝率受水體溶氧的影響。45第45頁(yè)，共76頁(yè)。 當(dāng)水中PO2從13.3 kPa下降到2.67 kPa時(shí)，鯛、鲀的代謝率下降約1/3, 當(dāng)水中氧濃度低于2 kPa時(shí)，這兩種魚(yú)就不能生存。 陸地上O2濃度高，6000m以下，動(dòng)物代謝率與O2濃度不相關(guān)。環(huán)境氧濃度極低時(shí)，可影響動(dòng)物的代謝率。 陸生動(dòng)物耗能大于水生動(dòng)物，恒溫動(dòng)物代謝率高于變溫動(dòng)物。如在

23、25條件下，鲇魚(yú)靜止代謝率約為0.04mlO2/g/h，原尾蜥虎約為0.2mlO2/g/h,黃腹角雉則為 4.5mlO2/g/h。46/7646第46頁(yè)，共76頁(yè)。(2)動(dòng)物對(duì)高海拔低氧的適應(yīng) 變溫動(dòng)物在低氧環(huán)境中主要通過(guò)提高血紅蛋白對(duì)氧的結(jié)合力來(lái)適應(yīng)。 內(nèi)溫動(dòng)物進(jìn)入高海拔地區(qū)首先表現(xiàn)為過(guò)度通氣（呼吸深度的增加），然后在呼吸和血液方面逐漸出現(xiàn)適應(yīng)性變化： 呼吸：肺泡膜的氣體彌散能力增高；低氧刺激組織內(nèi)毛細(xì)血管增生，縮短了氣體彌散距離，有利于給組織供氧。47/7647第47頁(yè)，共76頁(yè)。 血液等的改變：血紅蛋白對(duì)氧的結(jié)合力下降，血液中的紅血球數(shù)量、血紅蛋白濃度及血球比積升高，數(shù)周后維持在一定高水

24、平上?；卦睾?，這些指標(biāo)將逐漸恢復(fù)到原水平。 高海拔生活的內(nèi)溫動(dòng)物，骨骼肌中的肌紅蛋白濃度增加（肌紅蛋白的攜氧能力遠(yuǎn)大于血紅蛋白）；氣體交換系統(tǒng)各部位（吸入氣-肺泡氣-血液-組織）的氧分壓差較低，O2的傳遞能力強(qiáng)。血象與平原動(dòng)物相近，血氧親和力強(qiáng)。48/7648第48頁(yè)，共76頁(yè)。 人由海拔850 m進(jìn)入4540 m，再回到原地，血球比積、紅細(xì)胞數(shù)和血紅蛋白的變化。 49/7649第49頁(yè)，共76頁(yè)。(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。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

25、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0.75 kg氧，釋放0.9 kg CO2，則城市每人需要10 m2森林或50 m2草坪才能滿(mǎn)足呼吸需要。因此必須綠化環(huán)境，才能為人類(lèi)生存提供凈化的空氣環(huán)境。50/7650第50頁(yè)，共76頁(yè)。 (1) 大氣中CO2濃度與溫室效應(yīng) 大氣中CO2濃度白天較低，夜間較高。由于工業(yè)的發(fā)展，近百年來(lái)大氣中CO2含量從290ppm上升到了320ppm。 由于大氣中CO2能透過(guò)太陽(yáng)輻射，而不能透過(guò)地面反射的紅外線(xiàn)，導(dǎo)致地面溫度升高，尤如玻璃溫室的熱效應(yīng)。大氣中CO2每增加其含量的1，地表平均溫度升高0.3。也有人認(rèn)為，大氣中CO

26、2增加的同時(shí)，塵埃也相應(yīng)增加，阻擋了太陽(yáng)輻射，抵消了CO2的熱效應(yīng)。51/763.3.2 CO2的生態(tài)作用51第51頁(yè)，共76頁(yè)。(2) CO2與植物 為植物光合作用所必需。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。CO2對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。由于CO2進(jìn)入葉綠體內(nèi)的速度慢、效率低，對(duì)于強(qiáng)光照下的作物生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，空氣中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。 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）。52/7652第52頁(yè)，共76頁(yè)。第一部分 有機(jī)

27、體與環(huán)境 1 生物與環(huán)境 2 能量環(huán)境 3 物質(zhì)環(huán)境 3.1 地球上水的存在形式及分布 3.2 生物對(duì)水的適應(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(duì)生物的影響 3.5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生物的關(guān)系53/7653第53頁(yè)，共76頁(yè)。3.4 土壤的理化性質(zhì)及其對(duì)生物的影響 陸地是陸生生物賴(lài)以生存的必要條件。54/7654第54頁(yè)，共76頁(yè)。巖石圈 巖石圈主要由地球的地殼層構(gòu)成，是生物所需要的各種元素和化合物的源泉，也是成土母質(zhì)、海洋鹽類(lèi)、大氣和一切自由水的源泉。 地殼表面的巖石 風(fēng)化 成土母質(zhì) 生物作用 土壤。地球的構(gòu)成（6400Km）地幔(2895Km)硅酸鹽地核（3475Km)

28、鐵和鎳地殼（1640Km） O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg等55第55頁(yè)，共76頁(yè)。 土壤由固體、水份和空氣三相組成。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。56/763.4.1 土壤的物理性質(zhì)與生物 土壤是陸生動(dòng)植物的棲息地；提供植物營(yíng)養(yǎng)元素和水分，也為陸生動(dòng)物提供營(yíng)養(yǎng)；是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所。 56第56頁(yè)，共76頁(yè)。（1） 土壤質(zhì)地與結(jié)構(gòu)： 土壤由粗砂（2.00.2 mm）、細(xì)砂(0.20.02 mm)、粉砂(0.02-0.002 mm)和粘粒(0.002 mm以下)組成。這些不同大小顆粒組合

29、的百分比，稱(chēng)為土壤質(zhì)地。土壤質(zhì)地影響生物的分布與活動(dòng)。 砂土: 顆粒較粗、疏松、粘結(jié)性小，通氣性強(qiáng)，但蓄水、保肥性能差。螻蛄喜濕潤(rùn)的含沙質(zhì)較多的土壤。 壤土: 質(zhì)地較均勻，通氣透水，適宜農(nóng)業(yè)種植。溝金針蟲(chóng)多在粉砂壤土和粉砂粘土中。 粘土: 顆粒細(xì)，濕時(shí)粘，干時(shí)硬，保水保肥能力強(qiáng)，透水透氣性差。細(xì)胸金針蟲(chóng)多出現(xiàn)在粘土中。57第57頁(yè)，共76頁(yè)。 土壤結(jié)構(gòu)：土壤顆粒排列形式，孔隙度及團(tuán)聚體的大小和數(shù)量稱(chēng)為土壤結(jié)構(gòu)。腐殖質(zhì)把礦質(zhì)土粒粘結(jié)成0.25-10mm的小團(tuán)塊，即為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤中最好的結(jié)構(gòu)。 土壤結(jié)構(gòu)可影響固、液、氣相分配比例。結(jié)構(gòu)不良的土壤，土體堅(jiān)實(shí)，通氣透氣性差，土壤肥力差，不利

30、于植物根系伸扎和生長(zhǎng)，土壤微生物和土壤動(dòng)物的活動(dòng)受到抑制，而這些動(dòng)物在土壤形成和有機(jī)物分解中又起重要作用。58/7658第58頁(yè)，共76頁(yè)。 （2）土壤水分 土壤水分可直接被植物根吸收利用，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。 水分過(guò)少時(shí)，植物受干旱威脅。水分過(guò)多，易引起有機(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，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。如白蟻要求相對(duì)濕度大于50%，叩頭蟲(chóng)幼蟲(chóng)要求大于92%。土壤動(dòng)物隨土壤含水量變化進(jìn)行垂直遷移，如蚯蚓在雨后爬出土壤。 59/7659第59頁(yè)，

31、共76頁(yè)。 （3）土壤空氣 土壤透氣性差，與大氣交換差，動(dòng)物、微生物、植物根系的呼吸作用和有機(jī)物的分解，導(dǎo)致土壤空氣的特點(diǎn)表現(xiàn)為：低O2 ( 1012%)，高CO2 ( 0.1%左右)。 透氣不良時(shí)，土壤中CO2積累過(guò)多，阻礙根系生長(zhǎng)、種子發(fā)芽，甚至導(dǎo)致植物死亡。 60第60頁(yè)，共76頁(yè)。 土壤動(dòng)物對(duì)土壤中低氧和高CO2的適應(yīng)性：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，隨著CO2增加，呼吸通氣量增加緩慢，大量的CO2導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生高碳酸血癥，其腎臟可調(diào)節(jié)離子濃度。 土壤通氣程度影響土壤微生物的種類(lèi)、數(shù)量和活動(dòng)情況，影響分解過(guò)程

32、，進(jìn)而影響植物營(yíng)養(yǎng)狀況。61/7661第61頁(yè)，共76頁(yè)。 （4）土壤溫度 影響植物的發(fā)育生長(zhǎng)。植物發(fā)芽和生長(zhǎng)都有各自的最適溫度。 影響根系的生長(zhǎng)、呼吸和吸收性能。低溫限制其呼吸能力和吸收作用、物質(zhì)運(yùn)輸，溫度過(guò)高，根系和地下儲(chǔ)藏器官生長(zhǎng)減弱。 影響礦物質(zhì)鹽類(lèi)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)。 影響土壤動(dòng)物的行為。如季節(jié)性垂直遷移。62/7662第62頁(yè)，共76頁(yè)。(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。pH 6-7時(shí)養(yǎng)分有效性最高。 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)。如固氮菌、根瘤菌等不能在酸性土壤

33、中生存，所以許多豆科植物只能生長(zhǎng)在中性土壤中。 影響土壤動(dòng)物區(qū)系及其分布。如金針蟲(chóng)在pH 4.0-5.2土壤中數(shù)量最多，小麥吸漿蟲(chóng)幼蟲(chóng)喜在pH 7-11的土壤中生活。 63/763.4.2 土壤化學(xué)性質(zhì)及其對(duì)生物的影響63第63頁(yè)，共76頁(yè)。圖3-20 土壤pH對(duì)礦物養(yǎng)分的有效性影響64第64頁(yè)，共76頁(yè)。 (2) 土壤有機(jī)質(zhì)： 可分成腐殖質(zhì)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，主要是糖類(lèi)和含氮有機(jī)物。 腐殖質(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，主要是胡敏酸和富里酸，約占土壤有機(jī)質(zhì)總量的85-95%。腐殖質(zhì)是植物營(yíng)養(yǎng)的重要碳源和氮源，是異養(yǎng)微生物的

34、重要養(yǎng)料和能源，影響土壤動(dòng)物的分布與數(shù)量。 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)。 65/7665第65頁(yè)，共76頁(yè)。 (3) 土壤礦質(zhì)元素 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，而這個(gè)分解過(guò)程十分緩慢，因此合理施肥改善土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，以達(dá)到植物增產(chǎn)的目的。 66/7666第66頁(yè)，共76頁(yè)。 土壤的無(wú)機(jī)元素影響動(dòng)物的生長(zhǎng)、分布和數(shù)量。如蝸牛生活在石灰?guī)r區(qū)；飛蝗在土壤鹽度0.5%地區(qū)頻發(fā)，高于1.2-1.5%時(shí)無(wú)分布；土壤鈷低于2-3ppm時(shí)，許多反芻動(dòng)物會(huì)患虛弱癥；草食性有蹄類(lèi)喜食鹽豐富的地區(qū)。 圖321 白尾

35、鹿舔食礦物質(zhì)的鹽汁土67/7667第67頁(yè)，共76頁(yè)。3.4.3 土壤的生物特性 土壤的生物特性是土壤中動(dòng)物、植物和微生物活動(dòng)所產(chǎn)生的一種生物化學(xué)和生物物理學(xué)特性。 土壤微生物主要包括細(xì)菌、放線(xiàn)菌、真菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物，分解動(dòng)植物殘?bào)w，使土壤中的有機(jī)質(zhì)礦質(zhì)化和腐殖質(zhì)化。 土壤動(dòng)物包括線(xiàn)蟲(chóng)、環(huán)蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和脊椎動(dòng)物，影響土壤肥力和植物的生長(zhǎng)。 總之，植物、土壤動(dòng)物和微生物促進(jìn)了成土作用，改善了土壤的物理性能，增加了土壤的營(yíng)養(yǎng)成分。68/7668第68頁(yè)，共76頁(yè)。 酸性土植物（pH7.5） 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

36、和沙生植物。69/76 3.4.4 植物對(duì)土壤的適應(yīng)69第69頁(yè)，共76頁(yè)。（1）鹽堿土植物： 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)： 聚鹽性植物：原生質(zhì)抗鹽性特別強(qiáng)，能忍受高濃度的NaCl溶液。細(xì)胞液濃度特別高，根部細(xì)胞滲透壓很高，能吸收高濃度土壤溶液中的水分。如鹽角草、海蓮子等。 泌鹽植物：能把根吸入的多余鹽，通過(guò)莖、葉表面密布的鹽腺排出來(lái)。如檉（cheng）柳、各種紅樹(shù)植物等。 不透鹽性植物：根細(xì)胞對(duì)鹽類(lèi)的透過(guò)性非常小，它們幾乎不吸收或很少吸收土壤中的鹽類(lèi)。這類(lèi)植物細(xì)胞的滲透壓也很高，提高了根從鹽堿土中吸水能力。如：蒿屬、鹽地紫苑、鹽地風(fēng)毛菊、堿地風(fēng)毛菊等。70/7670第70頁(yè)，共7