《普通生态学》课件.ppt

第二节第二节 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用一一.大气环境大气环境1.1.分布：大气层分布：大气层是距地球表面是距地球表面1100km1100km内的空气层。内的空气层。生态学所说的大气层一般指生态学所说的大气层一般指对流层对流层，即大气的，即大气的最底层，在温带地区平均厚度为最底层，在温带地区平均厚度为10 12km10 12km。对流层集中了大气总量的对流层集中了大气总量的3 34 4，具有三大特点：，具有三大特点：（1 1）气温与气压随海拔高度增加而降低。）气温与气压随海拔高度增加而降低。（2 2）大气经常产生垂直运动，气象学称为对流。）大气经常产生垂直运动，气象学称为对流。（3 3）由于水汽充沛和对流强烈，产生了风、云、）由于水汽充沛和对流强烈，产生了风、云、雨、雪等各种天气现象。雨、雪等各种天气现象。2.2.组成：组成：N N2 2，O O2 2 其他微量气体：其他微量气体：COCO2 2、ArAr、HeHe、NeNe、KrKr、XeXe、NHNH3 3、CHCH4 4、H H2 2O O、O O3 3、NONOx x等。等。各组成成分中，各组成成分中，O O2 2和和COCO2 2与生物关系最密切。与生物关系最密切。空气组成比例在不同海拔高度基本恒定。空气组成比例在不同海拔高度基本恒定。3.3.气压气压：海平面为一个标准大气压。（：海平面为一个标准大气压。（1atm1atm760mmHg760mmHg）海拔高度越高，大气压越低，平均每升高海拔高度越高，大气压越低，平均每升高300300米，米，大气压降低。各种气体分压随之降低，其中氧大气压降低。各种气体分压随之降低，其中氧分压的降低带来的生态学效应最明显。分压的降低带来的生态学效应最明显。二二 氧与生物氧与生物大气中的氧气主要来源于绿色植物漫长历史中的大气中的氧气主要来源于绿色植物漫长历史中的光合作用（水的光解），外层大气紫外线也可光合作用（水的光解），外层大气紫外线也可分解水汽产生氧，分解水汽产生氧，25254040公里高的高层大气内公里高的高层大气内紫外线使氧气分子与活性氧原子结合生成紫外线使氧气分子与活性氧原子结合生成 O O3 3。1.1.氧与动物能量代谢：氧与动物能量代谢：空气中氧气浓度高，陆空气中氧气浓度高，陆生动物的代谢率较高（恒温动物的进化基础）。生动物的代谢率较高（恒温动物的进化基础）。水中溶氧量低，水生生物的代谢率较低，而且水中溶氧量低，水生生物的代谢率较低，而且在缺氧条件下代谢率随之下降（一般规律）。在缺氧条件下代谢率随之下降（一般规律）。水陆两栖动物在陆上和水中的代谢率差异极大水陆两栖动物在陆上和水中的代谢率差异极大（中华鳖陆上与水中的静止代谢率相差数倍）（中华鳖陆上与水中的静止代谢率相差数倍）2.2.内温动物对高海拔低氧的适应：内温动物对高海拔低氧的适应：不同氧分压不同氧分压下血红蛋白对氧的亲和力不同，常用血氧饱和下血红蛋白对氧的亲和力不同，常用血氧饱和度为度为5050时的氧分压时的氧分压P P5050作为血氧亲和力指标。作为血氧亲和力指标。P P5050越高血氧亲和力越低，反之亦然。越高血氧亲和力越低，反之亦然。变温动物（两栖类、爬行类和无脊椎动物）血红变温动物（两栖类、爬行类和无脊椎动物）血红蛋白在低氧环境中蛋白在低氧环境中P P5050降低，血氧亲和力增加，降低，血氧亲和力增加，对高海拔环境适应性强。对高海拔环境适应性强。恒温动物（鸟类和兽类）由于恒温动物（鸟类和兽类）由于2,3-2,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（DPGDPG）的影响，使得）的影响，使得P P5050升高，并且随海拔高升高，并且随海拔高度增加而增加，血氧亲和力下降。高海拔动物度增加而增加，血氧亲和力下降。高海拔动物适应机制为呼吸深度的增加（过度通气）、红适应机制为呼吸深度的增加（过度通气）、红细胞数量和血红蛋白浓度增加、骨骼肌中的肌细胞数量和血红蛋白浓度增加、骨骼肌中的肌红蛋白浓度增加。红蛋白浓度增加。三三 CO CO2 2的生态作用的生态作用COCO2 2浓度变化：浓度变化：大气中大气中COCO2 2来源于化石燃料燃烧和来源于化石燃料燃烧和生物呼吸作用。前者使生物呼吸作用。前者使COCO2 2浓度逐年增加。后者浓度逐年增加。后者使使COCO2 2浓度有日变化（上午最低，午后升高，夜浓度有日变化（上午最低，午后升高，夜晚最高）和年变化（春夏低，秋冬高）。晚最高）和年变化（春夏低，秋冬高）。温室效应：温室效应：COCO2 2能透过太阳可见光，吸收红外线能透过太阳可见光，吸收红外线（太阳光和地面反射），引发气温升高。导致（太阳光和地面反射），引发气温升高。导致全球气候变暖、冰川融化和海平面上升。全球气候变暖、冰川融化和海平面上升。COCO2 2与植物：与植物：COCO2 2是光合作用的原料，植物生产量是光合作用的原料，植物生产量（干物质）主要来源。（干物质）主要来源。COCO2 2浓度是光合作用效率浓度是光合作用效率的主要限制因子。的主要限制因子。C C3 3植物比植物比C C4 4植物利用率低。植物利用率低。第三节第三节 土壤理化性质与生态作用土壤理化性质与生态作用一一 土壤及其重要性土壤及其重要性土壤是地球岩石圈（陆地）的疏松表层，是地质土壤是地球岩石圈（陆地）的疏松表层，是地质风化作用和生物活动的共同产物。由矿物质、风化作用和生物活动的共同产物。由矿物质、有机物质（生物、生物残体及其分解物）、有机物质（生物、生物残体及其分解物）、水分和空气组成。土壤是生物（土壤微生物水分和空气组成。土壤是生物（土壤微生物和土壤动物）和非生物环境构成的复合体。和土壤动物）和非生物环境构成的复合体。从生态学的观点看，土壤是非常重要的生态因子。从生态学的观点看，土壤是非常重要的生态因子。它是植物生长基质和它是植物生长基质和许多动物的栖息场所，许多动物的栖息场所，也是生态系统物质循环与转化的主要场所。也是生态系统物质循环与转化的主要场所。二二 土壤的物理性质及其对生物的影响土壤的物理性质及其对生物的影响1.1.土壤剖面土壤剖面 从从地地表表垂垂直直向向下下直直到到变变化化较较小小的的母母质质（基基岩岩）为为止止，是是土土壤壤（纵纵）剖剖面面。剖剖面面的的特特征征反反映映了了土土壤的形成过程和性质。壤的形成过程和性质。典型剖面可分为三层：典型剖面可分为三层：最最上上层层称称为为表表土土层层或或淋淋溶溶层层，一一般般富富含含腐腐殖殖质质，颗颗粒粒大大，土土质质松松；第第二二层层称称为为心心土土层层或或淀淀积积层层，颗颗粒粒小小，质质地地细细，肥肥力力高高；第第三三层层称称为为底底土土层层，大多是成土母质，质地粘，有机质少，肥力低。大多是成土母质，质地粘，有机质少，肥力低。土壤剖面示意图土壤剖面示意图2.2.土壤质地与结构土壤质地与结构（1 1）土壤质地）土壤质地 土土壤壤是是由由固固体体、液液体体和和气气体体组组成成的的三三相相系系统统。固固体体颗颗粒粒是是组组成成土土壤壤的的物物质质基基础础，占占土土壤壤总总重重的的8585以上。以上。土土壤壤颗颗粒粒按按直直径径大大小小分分为为粗粗砂砂（）、细细砂砂（）、粉粉砂砂（）和和粘粘粒粒（以以下下）。这这些些大大小小不不同同的的土土壤颗粒的组合称为土壤质地。壤颗粒的组合称为土壤质地。根根据据土土壤壤质质地地可可以以分分为为砂砂土土、壤壤土土和和粘粘土土三三大大类类。其颗粒大小、透气透水性和保水保肥能力各异。其颗粒大小、透气透水性和保水保肥能力各异。理理想想的的土土壤壤组组成成（体体积积比比）（2 2）土壤结构）土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以是指固体颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。及团聚体的大小和数量等。最重要的土壤结构是最重要的土壤结构是团粒结构团粒结构，它是由腐殖质把，它是由腐殖质把矿质颗粒粘结成直径的小团块。矿质颗粒粘结成直径的小团块。团粒结构具有水稳定性（浸泡不散），团粒内部团粒结构具有水稳定性（浸泡不散），团粒内部毛细管能保持水分，团粒之间孔隙充满空气，毛细管能保持水分，团粒之间孔隙充满空气，如此协调土壤中水分、空气和营养物的比例，如此协调土壤中水分、空气和营养物的比例，改善土壤的理化性质。这为植物的生长发育和改善土壤的理化性质。这为植物的生长发育和土壤动物的生存栖息提供了良好的条件。土壤动物的生存栖息提供了良好的条件。3.3.土壤水分土壤水分土壤水分有利于矿质养分的分解、溶解和转化，土壤水分有利于矿质养分的分解、溶解和转化，以便植物根部吸收利用。以便植物根部吸收利用。土壤水分可以调节土壤温度，如：深秋灌溉土地，土壤水分可以调节土壤温度，如：深秋灌溉土地，水分夜间降温时放出大量潜热，可防止霜冻。水分夜间降温时放出大量潜热，可防止霜冻。土壤水分影响植物生长（旱涝灾害）和土壤动物土壤水分影响植物生长（旱涝灾害）和土壤动物的行为和生存（白蚁、叩头虫）。的行为和生存（白蚁、叩头虫）。4.4.土壤空气土壤空气土壤通气性差，氧气浓度低，二氧化碳浓度高。土壤通气性差，氧气浓度低，二氧化碳浓度高。土壤空气减少或土壤空气减少或COCO2 2浓度升高抑制植物根部呼吸。浓度升高抑制植物根部呼吸。土壤动物（地下兽类）对土壤空气条件的适应：土壤动物（地下兽类）对土壤空气条件的适应：血红蛋白携氧能力强，代谢水平低，抗血红蛋白携氧能力强，代谢水平低，抗COCO2 2。土壤通气程度影响土壤微生物种类、数量和活性，土壤通气程度影响土壤微生物种类、数量和活性，影响有机物分解和营养释放。影响有机物分解和营养释放。5.5.土壤温度土壤温度土壤温度的时空变化（在温度一节已有论述）。土壤温度的时空变化（在温度一节已有论述）。土壤温度影响植物生长发育（如种子萌发、根部土壤温度影响植物生长发育（如种子萌发、根部呼吸和吸收）。呼吸和吸收）。土壤温度影响土壤动物的行为（土壤无脊椎动物土壤温度影响土壤动物的行为（土壤无脊椎动物常随土壤温度变化作季节性的垂直迁移）。常随土壤温度变化作季节性的垂直迁移）。三三 土壤的化学性质及其对生物的影响土壤的化学性质及其对生物的影响1.1.土壤酸度土壤酸度包括酸性强度（又称活性酸度）和酸度数量（又包括酸性强度（又称活性酸度）和酸度数量（又称潜在酸度）两个方面。称潜在酸度）两个方面。酸性强度酸性强度指土壤溶液中的指土壤溶液中的H H+浓度，用浓度，用pHpH值表示。值表示。酸度数量酸度数量指酸的总量和缓冲性能，代表土壤所含指酸的总量和缓冲性能，代表土壤所含的交换性氢离子和铝离子总量，用交换性酸量的交换性氢离子和铝离子总量，用交换性酸量表示。酸土改造施加石灰量按酸度数量计算。表示。酸土改造施加石灰量按酸度数量计算。土壤酸度影响矿质盐分的溶解度从而影响养分的土壤酸度影响矿质盐分的溶解度从而影响养分的有效性（有效性（pH6 pH67 7最佳），进而影响植物生长。最佳），进而影响植物生长。土壤酸度影响土壤微生物活动和有机质的分解，土壤酸度影响土壤微生物活动和有机质的分解，进而影响土壤肥力。固氮菌和根瘤菌只能生活进而影响土壤肥力。固氮菌和根瘤菌只能生活在中性土壤中，不能在酸性土壤中生存。在中性土壤中，不能在酸性土壤中生存。土壤酸度影响土壤动物区系及分布，酸度过高则土壤酸度影响土壤动物区系及分布，酸度过高则种类贫乏。种类贫乏。嗜酸性种类：金针虫，大蚊幼虫；嗜酸性种类：金针虫，大蚊幼虫；嗜碱性种类：小麦吸浆虫幼虫。嗜碱性种类：小麦吸浆虫幼虫。2.2.土壤有机质土壤有机质土壤肥力的重要标志，分为土壤肥力的重要标志，分为非腐殖质非腐殖质和和腐殖质腐殖质。非腐殖质指动植物残体及其初步分解的产物，非腐殖质指动植物残体及其初步分解的产物，腐殖质是土壤微生物分解有机质后合成的较稳腐殖质是土壤微生物分解有机质后合成的较稳定的多聚体化合物（主要是胡敏酸和富里酸）。定的多聚体化合物（主要是胡敏酸和富里酸）。腐殖质占土壤有机物总量的腐殖质占土壤有机物总量的85859090，是植物营，是植物营养的重要碳源和氮源，还各种矿质养料，并且养的重要碳源和氮源，还各种矿质养料，并且促进土壤团粒结构形成。促进土壤团粒结构形成。3.3.土壤矿质元素土壤矿质元素除除C C、H H、O O外，植物所需全部元素来自土壤矿物外，植物所需全部元素来自土壤矿物质分解。大量元素：质分解。大量元素：N N、P P、K K、S S、CaCa、Mg 6Mg 6种。种。微量元素：微量元素：FeFe、MnMn、ZnZn、CuCu、MoMo、B B、Cl 7Cl 7种。种。矿质元素大多呈束缚态，仅溶解态能吸收利用。矿质元素大多呈束缚态，仅溶解态能吸收利用。土壤元素对植物的影响：不同植物对各种矿质元土壤元素对植物的影响：不同植物对各种矿质元素含量比例要求不同，合理施肥调节可增产。素含量比例要求不同，合理施肥调节可增产。土壤元素对动物的影响：蜗牛喜钙，有蹄类舔盐。土壤元素对动物的影响：蜗牛喜钙，有蹄类舔盐。四四 植物对土壤的适应植物对土壤的适应根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求，可把根据植物对土壤酸碱度的适应范围和要求，可把植物分成酸性土植物（）、中性土植物（）和植物分成酸性土植物（）、中性土植物（）和碱性土植物（）。碱性土植物（）。盐碱土植物：盐土可溶性盐的含量高达盐碱土植物：盐土可溶性盐的含量高达1 1以上，以上，碱土富含碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸钾，碱土富含碳酸钠、碳酸氢钠或碳酸钾，盐土植物分为聚盐性植物、泌盐性植物和不透盐盐土植物分为聚盐性植物、泌盐性植物和不透盐性植物。性植物。沙生植物：生长在以砂粒为基质的沙区，荒漠、沙生植物：生长在以砂粒为基质的沙区，荒漠、半荒漠、干草原等地区。地下茎和根系发达，半荒漠、干草原等地区。地下茎和根系发达，抗风吹、抗日晒、耐高温、耐沙埋、耐干旱。抗风吹、抗日晒、耐高温、耐沙埋、耐干旱。第四节第四节 火及其生态作用火及其生态作用一一 火的性质、成因与类型火的性质、成因与类型火是一种剧烈的火是一种剧烈的氧化反应氧化反应，严格的说不属于物质，严格的说不属于物质，但是它能在短时间内大幅度改变物质环境。但是它能在短时间内大幅度改变物质环境。炎热、干旱和雷击是导致炎热、干旱和雷击是导致自然火灾自然火灾的主要因素。的主要因素。人为火灾人为火灾诱发因素包括人类的生活和生产用火。诱发因素包括人类的生活和生产用火。林冠火：林冠火：发生在林木冠层，火势猛烈，破坏地上发生在林木冠层，火势猛烈，破坏地上所有植物和动物，毁灭性强。过火后恢复期长。所有植物和动物，毁灭性强。过火后恢复期长。地面火：地面火：发生在地面，破坏枯枝落叶层、草本层发生在地面，破坏枯枝落叶层、草本层和灌木层的植物和动物。过火后恢复期短。和灌木层的植物和动物。过火后恢复期短。二二 火对生物的作用火对生物的作用主要是对植物的作用，受火的强度、生长环境主要是对植物的作用，受火的强度、生长环境（气候干旱程度）和植物本身（种类、密度、（气候干旱程度）和植物本身（种类、密度、材质、年龄）等多种因素影响。材质、年龄）等多种因素影响。1.有益作用：有益作用：地面火将枯枝落叶烧成灰烬，加速地面火将枯枝落叶烧成灰烬，加速物质循环；林冠火是抗火树种必需的生态因子物质循环；林冠火是抗火树种必需的生态因子（高温刺激种子萌发，火烧抑制竞争者）。（高温刺激种子萌发，火烧抑制竞争者）。2.有害作用：严重的有害作用：严重的林冠火和地面火破坏原有的林冠火和地面火破坏原有的群落结构和生态平衡，造成物种多样性降低和群落结构和生态平衡，造成物种多样性降低和种群数量下降；改变土壤结构和成分，降低土种群数量下降；改变土壤结构和成分，降低土壤肥力和吸水保水能力，造成植被恢复困难。壤肥力和吸水保水能力，造成植被恢复困难。三三 森林与草原的防火管理森林与草原的防火管理森林和草原火灾破坏资源，污染环境，影响严重，森林和草原火灾破坏资源，污染环境，影响严重，需采取防火管理措施。需采取防火管理措施。生物工程防火：利用耐火树种营造防火林带，降生物工程防火：利用耐火树种营造防火林带，降低风速，提高林下湿度，抑制火灾发生，控制低风速，提高林下湿度，抑制火灾发生，控制林火蔓延。林火蔓延。计划烧除：人为控制以低强度地面火消除地面可计划烧除：人为控制以低强度地面火消除地面可燃物（枯枝落叶和杂草），同时不烧伤林木。燃物（枯枝落叶和杂草），同时不烧伤林木。预报预测和实时监控：预测森林火险等级；航空预报预测和实时监控：预测森林火险等级；航空与卫星实时监测，及早发现和扑灭。与卫星实时监测，及早发现和扑灭。