第三章物質(zhì)環(huán)境-PowerPoint演示文稿

第三章（1）生物對水因子的適應(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，由于南北暖冷氣團相交形成氣旋雨，致使年降雨量超過25cm，成為中緯度濕潤帶。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，長江流域為1000—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、生物對水環(huán)境的適應(yīng)性1，陸地生物對水環(huán)境的適應(yīng)（1）植物對水環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)旱生植物中生植物濕生植物（2）動物對水環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)形態(tài)上

節(jié)肢動物體表角質(zhì)層及蠟紙層、爬行動物體表的鱗片、昆蟲氣孔的開放與關(guān)閉、多數(shù)陸生動物呼吸具有逆流交換的機理等。生理上亨利氏袢越長（相應(yīng)腎臟髓質(zhì)越厚），尿濃縮越高；鳥類、爬行類的大腸和泄殖腔以及昆蟲的直腸有重吸水的作用。陸生動物在蛋白質(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、鳥類與昆蟲類排尿酸。行為上夏眠、昆蟲的滯育、晝伏夜行等。2，水生生物對水的生態(tài)適應(yīng)性（1）水生植物對水的生態(tài)適應(yīng)性沉水植物浮游植物挺水植物（2）水生動物對水的生態(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，這給哺乳動物的生存帶來威脅。在大氣組成成分中，對生物關(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．氧與動物能量代謝空氣中的氧比水中容易獲得，所以陸地動物能得到足夠多的氧，保證了陸生動物有高的代謝率，能進(jìn)化成恒溫動物。由于陸地上氧濃度高，從海平面直到海拔6000m，動物代謝率沒有表現(xiàn)出隨氧濃度而改變。但氧濃度對代謝的影響可通過極低分壓時表現(xiàn)出來。由于水中溶解氧少，氧成為水生動物存活的限制因子，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)溫動物對高海拔低氧的適應(yīng)動物或人從低海拔進(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，動物產(chǎn)生過度通氣（呼吸深度的增加）。

高海拔土著動物、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%是來自土壤。因此，CO2對植物生長發(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CO2的利用效率低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）?？諝庵蠧O2濃度雖為0.032%，但仍是高產(chǎn)作物的限制因素。這是因為CO2進(jìn)入葉綠體內(nèi)的速度慢,效率低。在強光照下，作物生長盛期，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)行的兩個最重要的生態(tài)過程是分解和固氮過程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動物提供了棲息地。土壤是植物萌芽、支撐和腐爛的地方，又是水和營養(yǎng)物儲存場所；是動物和微生物藏身處，排污處；是污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要基地。因此土壤無論對植物或動物都是重要的生態(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)。固體包括無機顆粒與有機物。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，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，濕時粘，干時硬，保水保肥能力強，但透水透氣性能差。土壤質(zhì)地影響生物的分布與活動。如細(xì)胸金針蟲多出現(xiàn)在粘土中，螻蛄喜歡在濕潤的含沙質(zhì)較多的土壤中，溝金針蟲發(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。土壤水分的過多或過少，對植物、土壤動物與微生物均不利。土壤水分過少時，植物受干旱威脅，并由于好氣性細(xì)菌氧化過于強烈，使土壤有機質(zhì)貧瘠。土壤水分過多，引起有機質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機酸，對植物有毒害作用，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物的生存與分布。各種土壤動物對濕度有一定的要求，如等翅目白蟻，需要相對濕度不低于50%，叩頭蟲的幼蟲要求土壤空氣濕度不低于92%，當(dāng)濕度不能滿足時，它們在地下進(jìn)行垂直移動。當(dāng)土壤濕度高時，叩頭蟲跑到土表活動；干旱時，將到1m深的土層中。因而它在春季對莊稼危害大，夏季小，雨季危害最大。土壤中水分過多時，可使土壤動物因缺氧而悶死。

3.土壤空氣土壤空氣主要來自大氣。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。動物可向土壤表層移動選擇適宜的場所。土壤中的高CO2，一部分以氣體擴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積累過多，達(dá)到10—15%時，將會阻礙根系生長和種子發(fā)芽；若CO2濃度進(jìn)一步增長會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，同時降低能量代謝，降低體溫。地下獸的腦中樞對CO2的敏感性降低，通過腎臟調(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)量和活動情況，進(jìn)而影響植物的營養(yǎng)狀況。通氣不良，抑制土壤中好氣微生物活動，減慢了有機物的分解與營養(yǎng)物的釋放；通氣過分，使有機物分解速度過快，養(yǎng)分釋放太快，而腐殖質(zhì)形成減少，不利于養(yǎng)分的長期供應(yīng)。

4.土壤溫度（１）土壤溫度影響植物的發(fā)育生長。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、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，生長加快。土溫過低會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，呼吸減弱；棉花在土溫17℃-20℃并具豐富水的土壤中，會因根吸水減弱而萎蔫；溫帶植物冬季因為土溫太低阻斷根的代謝活動，而使根系停止生長。土溫過高，也會使根系或地下儲藏器官生長減弱。（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)、土壤微生物活動以及有機質(zhì)的分解，而間接影響植物的生長。土溫的變化，導(dǎo)致土壤動物產(chǎn)生行為的適應(yīng)變化。大多數(shù)土壤無脊椎動物隨季節(jié)變化進(jìn)行垂直遷移：秋季常向土壤深層移動，春季常向土壤上層移動。而狹濕性的土壤動物，在較短時間范圍內(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，養(yǎng)分的有效性最高（圖3-20）。（２）土壤pH通過影響微生物活動而影響?zhàn)B分的有效性和植物的生長。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死亡，它們只能生長在中性土壤中。（３）土壤酸度影響土壤動物區(qū)系及其分布。例如，在酸性的森林灰化土和苔原沼澤中，土棲動物區(qū)系很貧乏，只有一些喜酸性的金針蟲，某些蚯蚓。小麥吸漿蟲的幼蟲生活在pH7—11的堿性土壤中，而不能生存在pH3—6的土壤中。圖土壤pH對礦物養(yǎng)分的有效性影響。以帶寬度表示

2.土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì)是土壤肥力的一個重要標(biāo)志。土壤有機質(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質(zhì)時，重新合成的具有相對穩(wěn)定性的多聚體化合物。腐殖質(zhì)是植物營養(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。土壤微生物活動旺盛，給植物提供豐富的養(yǎng)料。土壤有機質(zhì)的多少，又影響到土壤動物的分布與數(shù)量。在富含腐殖質(zhì)的草原地帶黑鈣土中，土壤動物的種類和數(shù)量特別豐富，而荒漠與半荒漠地帶，土壤動物種類趨于貧乏。土壤有機質(zhì)對土壤團粒結(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。

3.土壤礦質(zhì)元素

植物生命活動需要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自土壤礦物質(zhì)和有機質(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發(fā)育。土壤的無機元素對動物的生長和動物的數(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，其殼重僅占體重20%。土壤鈷含量低于2—3ppm時，許多反芻動物，會患“虛弱癥”，嚴(yán)重時導(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物，這是因為他們的生理需要必須補充大量鹽。三植物對土壤的適應(yīng)長期生活在不同土壤上的植物，對該種土壤產(chǎn)生了一定的適應(yīng)特征。據(jù)植物對土壤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。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植物生長的危害表現(xiàn)在傷害了植物組織，特別是根系；由于過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，有特殊的儲水細(xì)胞。生理適應(yīng)：根據(jù)鹽土植物對過量鹽類的適應(yīng)特點，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，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個大氣壓，甚