水和土壤因子的生態(tài)作用(1)教案資料

水和土壤因子的生態(tài)作用(1)三、水因子的生態(tài)作用及生物的適應水因子的生態(tài)作用生物的水分獲得與損失途徑生物對水因子的適應1/15/20232AnEcologicalPuzzle

(cicada，蟬）1/15/20233水因子的生態(tài)作用水的生物學意義水是生物體不可缺少的組成成份；水是生物體所有代謝活動的介質；水的熱容量大，溫度變化沒有大氣劇烈，為生物創(chuàng)造穩(wěn)定的溫度環(huán)境；水能維持細胞和組織的緊張度，使生物保持一定的狀態(tài)，維持正常的生活。生物起源于水環(huán)境，生物進化90%的時間在海洋中進行。1/15/20234水因子的生態(tài)作用水對動植物生長發(fā)育的影響植物：三基點；種子萌發(fā)需要較多水分以軟化種皮，增強透性，使種子內凝膠狀態(tài)的原生質轉變?yōu)槿苣z態(tài)，增強生理活性，促進種子萌發(fā)；土壤水分多少直接影響到植物根系的發(fā)育，潮濕土壤中根系生長緩慢，干旱地區(qū)根系非常發(fā)達；水分還影響植物的其它生理活動，如蒸騰作用、呼吸作用等。動物：水分不足時，引起動物的休眠和滯育。如澳洲鸚鵡，羚羊等。1/15/20235潮濕和干旱土壤根系生長情況(forb)1/15/20236水因子的生態(tài)作用水對動植物數(shù)量和分布的影響由于地理緯度、海陸位置和海拔高度不同，降水分布不均勻，我國從東南至西北，可分為3個等雨量區(qū)，即濕潤森林區(qū)、干旱草原區(qū)和荒漠區(qū)；山體兩側的迎風坡和背風坡因降水不同分布著不同植物，伴隨分布不同的動物。降水量的多少影響動植物的種類和數(shù)量。如熱帶雨林和大興安嶺紅松林群落中植物種類差別很大。1/15/20237生物的水分獲得與損失途徑動物：Wia=Wd+Wf+Wa-We-Ws植物：Wip=Wr+Wa-Wt-WsWd：飲水獲得；Wf：食物補充；Wa：空氣接觸；We：蒸發(fā)損失；Ws：分泌物損失；

Wr：根吸收獲得；Wt：蒸騰損失1/15/20238生物對水因子的適應植物對水因子的適應根據(jù)植物對水分的需求量可分為：（1）水生植物（2）陸生植物動物對水因子的適應1/15/20239植物對水因子的適應——水生植物水生植物：生長在水體中植物的統(tǒng)稱。水體環(huán)境的特點：弱光、缺氧、密度大、粘性高、溫度變化平緩，能溶解各種無機鹽類。水生植物的適應方式：有發(fā)達的通氣組織，如荷花；機械組織不發(fā)達或退化，以增強植物的彈性和抗扭曲能力，適應于水體流動；水下葉片薄而長，以增加光合和吸收營養(yǎng)物質的面積。1/15/202310植物對水因子的適應——水生植物生態(tài)類型沉水植物：沉沒水下，與大氣完全隔絕。特點：表皮細胞（類似根）沒有角質層、蠟質層，能直接吸收水分、礦質營養(yǎng)和水中的氣體；葉綠體大而多；形成一整套通氣組織以適應氧缺乏。如金魚藻，黑藻等；浮水植物：葉片飄浮在水面的植物。特點：氣孔常長在葉的上面，葉上表皮有蠟質，維管束和機械組織不發(fā)達，但比沉水植物完善，有完善的通氣組織。如王蓮、大藻、鳳眼蓮等；挺水植物：莖葉大部分在水面上。特點：外部形態(tài)如中生植物。但長期生長在水中，有非常發(fā)達的通氣組織。如蘆葦、香蒲、慈姑等。1/15/202311幾種水生

植物類型金魚藻王蓮慈姑1/15/202312陸生植物的水平衡調節(jié)機制形態(tài)適應：發(fā)達的根系；葉面小；單子葉植物中一些具扇狀的運動細胞，可使葉面卷曲；具發(fā)達的貯水組織；生理適應：水分運輸?shù)膭恿υ|的滲透濃度高。植物對水因子的適應——陸生植物1/15/202313植物對水因子的適應——陸生植物陸生植物的生態(tài)類型濕生植物：在潮濕環(huán)境中生長，不能忍受較長時間水分不足，抗旱能力差。可分為陰性濕生植物和陽性濕生植物。前者如蕨類、蘭科植物等，特點是根系極不發(fā)達，葉片柔軟。生長環(huán)境濕度大，蒸騰弱，易保持水分平衡；后者如水稻、毛茛等，特點是葉片有角質層，根系不發(fā)達，沒有根毛，根部有通氣組織和莖葉的通氣組織相連。中生植物：生長在水濕條件適中的陸地上。種類最多，分布最廣。特點：根系和輸導系統(tǒng)比濕生植物發(fā)達，葉片表面有角質層。沒有完善的通氣組織，不能在長期積水、缺氧的土壤中生長。旱生植物：能忍受較長時間干旱仍能維持水分平衡和正常生長發(fā)育的一類植物。主要生長于荒漠和草原地區(qū)。特點：發(fā)達的根系以增加吸水量，如駱駝刺；葉片較小，有很厚的角質層或白色的絨毛以反射光線，且具扇形運動細胞可收縮，使葉面卷曲，減少水分散失。另外，生理上表現(xiàn)為原生質滲透壓特別高，可達40-60Pa甚至100Pa。另一類旱生植物具有發(fā)達的貯水組織，如仙人掌樹，高達15-20m，可貯水2t左右。1/15/202314仙人掌樹1/15/202315陸生植物的水勢梯度

空氣中的水勢－－較低植物體的水勢－－中度土壤中的水勢－－較高

陸生植物水分運輸?shù)膭恿?/15/202316動物對水因子的適應水生動物對水因子的適應陸生動物對水因子的適應1/15/202317水生動物對水因子的作用滲透壓調節(jié)和水分平衡對水生動物來說,保持體內水分得失平衡主要依賴水的滲透作用。滲透作用：水分從水勢高的系統(tǒng)通過半透膜向水勢低的系統(tǒng)移動的現(xiàn)象。如蔗糖滲透實驗。水勢：即水的化學勢，是衡量反應或移動的能量的高低。把相同溫度下一個系統(tǒng)中一克分子容積的水與一克分子容積純水之間的自由能之差稱為水勢。（水勢=溶質勢（滲透勢）+襯質勢+壓力勢）。純水的自由能最高，水勢也最高。通常將純水的水勢定為零，其它溶液的水勢則為負值。如海水為-2.5巴，1g分子蔗糖溶液水勢為-26.9巴，1g分子KCl溶液的水勢為-44.6巴。1/15/202318蔗糖溶液滲透實驗滲透壓π=mbRT，溶液中溶質濃度越高，滲透壓越大。1/15/202319水生動物對水因子的作用水生動物的滲透壓調節(jié)方式海洋動物鯊魚和無脊椎動物：等滲調節(jié)硬骨魚：低滲調節(jié)淡水動物硬骨魚：高滲調節(jié)河口動物洄游及廣鹽性魚類：變滲和等滲調節(jié)1/15/202320水生動物的水平衡調節(jié)機制等滲(isosmoticorganism)：體內和體外的滲透壓(溶液濃度)相等，水和鹽以大致相等的速度在體內外之間擴散。僅排泄失水，通過食物、飲水、代謝水獲得水，泌鹽器官排出多余的鹽分。高滲(hyperosmoticorganism)：體內的滲透壓高于體外，水由環(huán)境中向體內擴散，體內的鹽分向外擴散。通過排泄作用排出多余的水，鹽分通過食物和組織攝入(排水補鹽)。低滲(hypoosmoticorganism)：體內滲透壓低于體外，水分向外擴散，鹽分進入體內。通過食物、代謝水和飲水獲得水，多種多樣的泌鹽組織排出多余的鹽分。(排鹽補水)1/15/202321等滲調節(jié)（鯊魚）海水及Na+和Cl-由鰓擴散進入體內，通過排尿及鹽腺將多余的鹽排至體外環(huán)境中。1/15/202322高滲調節(jié)（淡水硬骨魚和淡水蚊）

水調節(jié)：環(huán)境中的水通過鰓不斷擴散進入體內。通過尿將多余的水排出。鹽調節(jié)：伴隨尿液將少量的鹽排出。通過攝食及鰓上的特定器官，將鹽主動攝入體內。1/15/202323低滲調節(jié)（硬骨魚和咸水蚊）水調節(jié)：失水:水分通過鰓擴散至周圍環(huán)境.補水：通過飲水獲得大量的水。鹽調節(jié)：增鹽：飲水和攝食攝入鹽。排鹽：泌氯細胞將鹽排出；腎臟通過排泄作用排出鹽。1/15/202324洄游及廣鹽性魚類的滲透壓調節(jié)——

變滲和等滲調節(jié)從淡水到海水：一段時間失水體重減輕，體液濃度增加，但48h內經滲透壓調節(jié)可使體重和體液濃度恢復正常。從海水到淡水：短時間出現(xiàn)體內水分增多，鹽分減少現(xiàn)象，可通過提高排尿量及鰓主動吸收鹽來維持水分和鹽分平衡。變滲動物：體液濃度隨環(huán)境滲透濃度的改變而改變的動物。恒滲動物：體液濃度保持恒定，不隨環(huán)境改變而改變的動物。1/15/202325陸生動物對水因子的適應形態(tài)結構上的適應：昆蟲的幾丁質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；爬行動物具厚的角質層；鳥類具羽毛和尾脂腺；哺乳動物有皮脂腺和毛等。行為適應：白天穴居，夜間活動。生理適應：如駱駝，減少排尿量；駝峰和體腔中的脂肪產生代謝水；白天吸熱使體溫升高以減少與環(huán)境的溫差；出汗散熱（失水來自于細胞間液和組織間液，細胞質不會受影響。如蟬。1/15/202326蝎子對水因子的

適應——穴居1/15/202327駱駝對水因子的適應1/15/202328蟬對水因子的適應原來蟬也出汗!1/15/202329四、土壤因子的生態(tài)作用及生物的適應土壤因子的生態(tài)作用植物對土壤因子的適應1/15/202330土壤因子的生態(tài)作用為陸生植物提供基底，為土壤生物提供棲息場所；提供生物生活所必需礦質元素和水分；提供植物生長所需的水熱肥氣；維持豐富的土壤生物區(qū)系,如細菌、真菌、放線菌、藻類、原生動物、輪蟲、蚯蚓、軟體動物、節(jié)肢動物、少數(shù)高等動物（如鼴鼠等）；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行。1/15/202331土壤的理化性質及其對生物的影響土壤的物理性質及其對生物的影響土壤是由固體（無機和有機體）、液體（土壤水分）和氣體（空氣）組成的三相系統(tǒng)。根據(jù)土粒的直徑大小，可將土粒分為：粗砂、細砂、粉砂和粘粒，其組合百分比稱土壤質地，根據(jù)土壤質地，可將土壤分為：砂土、壤土和粘土。土壤質地和土壤溫度影響植物生長和土壤動物的水平及垂直分布。土壤的化學性質及其對生物的影響土壤酸堿度：過堿性和酸性不利于植物生長，酸性還不利于細菌生長。土壤有機質：植物重要碳源和氮源。土壤無機元素：植物生長的13種重要元素來源（7種大量元素：、氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、鐵；6種微量元素：錳、鋅、銅、鉬、硼、氯）1/15/202332植物對土壤因子的適應以土壤為主導的植物生態(tài)類型：根據(jù)植物對土壤酸度的反應分為：酸性土、中性土和堿性土植物生態(tài)類型；根據(jù)植物對土壤礦質鹽類的反應分為：鈣質土植物和嫌鈣植物；根據(jù)植物對土壤含鹽量的反應分為：鹽土和堿土植物；根據(jù)植物和風沙基質的關系分為：抗分蝕沙埋、耐沙割、抗日灼、耐干旱、耐貧瘠等生態(tài)類型。1/15/202333鹽堿土及其危害鹽堿土：鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土的統(tǒng)稱。鹽土所含的鹽類主要為NaCl、Na2SO4，呈中性；而堿化過程指土壤膠體中吸附有相當數(shù)量的交換性鈉。一般交換性鈉占交換性陽離子總量(CEC)總量20%以上土壤稱為堿土，其pH>8.5，通透性和耕作性極差。鹽類對植物的危害程度：MgCl2>Na2CO3>NaHCO3>NaCl>MgSO4>Na2SO4陽離子：Na+>Ca2+陰離子：CO32->HCO3->Cl->SO42-1/15/202334鹽堿土對植物的危害鹽土對植物生長發(fā)育的不利影響：引起植物的生理干旱；傷害植物組織；引起細胞中毒；影響植物的正常營養(yǎng)；氣孔保衛(wèi)細胞的淀粉形成過程受到妨礙，氣孔不能關閉，植物易干旱枯萎。堿土對植物的不利影響：強堿性毒害植物根系；土壤物理性質惡化，結構受到破壞，質地變劣，易形成透水性極差的堿化層次（B層），濕時膨脹粘重，干時堅硬板結，水分難滲透，根系不能通過，種子不易出土。1/15/202335鹽土植物鹽土植物對鹽分的適應：植物體干而硬，葉子不發(fā)達，蒸騰表面強烈縮小，氣孔下陷；表皮具厚外壁，常具灰白色絨毛；細胞間隙強烈縮小，柵欄組織發(fā)達；葉肉中有特殊貯水細胞。1/15/202336鹽土植物鹽土植物分類：聚鹽性植物（真鹽生植物）：體內可吸收大量鹽分且不受傷害。特點：對鹽抗性特別強，細胞液濃度特別高，有極高的滲透壓。如鹽節(jié)木、海蓬子等。泌鹽性植物：根細胞對鹽類的透過性很大，但并不積累在體內，而通過莖、葉表面上的分泌腺（鹽腺）把過多的鹽分排出體外。如濱海的一些紅樹植物。不透鹽性植物（抗鹽植物）：根細胞對鹽的透過性非常小，幾乎不吸收或很少吸收土壤中的鹽類。特點：滲透壓也很高，但不是由