生态学 第3章 物质环境.ppt

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1、第三章（第三章（1）生物对水因子的适应生物对水因子的适应一、水在地球表面的分布规律一、水在地球表面的分布规律 地球表面的总水量大约为15亿km3,其中大约有97%包含在海洋库中。淡水中：两极冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖泊河流100 km3、土壤水分100 km3、大气中水13 km3、生物体中水1 km3。水分的大循环与小循环：水分的大循环与小循环：1，空间上的分布海拔纬度经度地貌2，时间上的分布规律季节上的变化降雨量：地球上的降雨量随着纬度发生很大变化。在赤道南北两侧纬度0-20降雨量最大，年达100-200cm。纬度20-40地带，由于空气下降吸收水分，降雨量减少

2、，在南北半球40-60地带，由于南北暖冷气团相交形成气旋雨，致使年降雨量超过25cm，成为中纬度湿润带。极地地区降水很少，成为干燥地带。等雨线：华南降水量为15002000 mm，长江流域为10001500 mm，秦岭和淮河大约为750 mm，从大兴安岭西坡向西，经燕山到秦岭北坡为500 mm，黄河上中游约250500 mm。内蒙西部至新疆南部为100 mm以下。二、生物对水环境的适应性二、生物对水环境的适应性1，陆地生物对水环境的适应，陆地生物对水环境的适应（1）植物对水环境的生态适应旱生植物中生植物湿生植物（2）动物对水环境的生态适应形态上节肢动物体表角质层及蜡纸层、爬行动物体表的鳞片、昆

3、虫气孔的开放与关闭、多数陆生动物呼吸具有逆流交换的机理等。生理上亨利氏袢越长（相应肾脏髓质越厚），尿浓缩越高；鸟类、爬行类的大肠和泄殖腔以及昆虫的直肠有重吸水的作用。陆生动物在蛋白质代谢产物的排泄上也表现出陆地适应性。如两栖类、兽类排泄尿素、鸟类与昆虫类排尿酸。行为上夏眠、昆虫的滞育、昼伏夜行等。2，水生生物对水的生态适应性，水生生物对水的生态适应性（1）水生植物对水的生态适应性沉水植物浮游植物挺水植物（2）水生动物对水的生态适应性淡水水域海水水域第三章（2）生物与大气的关系一、一、大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用在干燥空气中，O2占大气总量的20.95%，N2占78.9%，CO2占0

4、.032%。这个比例在任何海拔高度的大气中基本相似。但在地下洞穴或通气不良的环境中，空气中的O2和CO2含量与大气不相同。由于海拔增高大气压降低，因此氧分压也随海拔增高而降低，这给哺乳动物的生存带来威胁。在大气组成成分中，对生物关系最为密切的是对生物关系最为密切的是O2与与CO2。二、风的类型二、风的类型1，季风2，寒流4，焚风5，山风6，谷风3，海陆风三、氧的作用与生物的适应氧的作用与生物的适应1氧与动物能量代谢空气中的氧比水中容易获得，所以陆地动物能得到足够多的氧，保证了陆生动物有高的代谢率，能进化成恒温动物。由于陆地上氧浓度高，从海平面直到海拔6000m，动物代谢率没有表现出随氧浓度而改

5、变。但氧浓度对代谢的影响可通过极低分压时表现出来。由于水中溶解氧少，氧成为水生动物存活的限制因子，一些鱼类耗O2量依赖于水中溶氧量而改变，图.在低氧浓度下，金鱼的氧耗随水中氧浓度成线性改变2.内温动物对高海拔低氧的适应动物或人从低海拔进入高海拔后，最明显的适应性反应表现在呼吸与血液组成方面。首先是由于低氧刺激，动物产生首先是由于低氧刺激，动物产生过度通气（呼吸深度的增加）过度通气（呼吸深度的增加）。高海拔土著动物高海拔土著动物、人，或是驯化到高海拔上（31005500m）的人、大白鼠、豚鼠，其骨骼肌中的肌红蛋白浓度均增骨骼肌中的肌红蛋白浓度均增加加（肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白），为低氧状

6、态下的组织提供更多氧。人与其他哺乳动物从平原进入高海拔后，血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积将升高。血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积将升高。图显示，人由海拔850m进入4540m高度后，这三项指标逐渐升高，数周后达到最大值，并维持在此高水平上。当从高海拔回到平原后，这些指标将逐渐下降，恢复到原水平。血红蛋白红细胞血球比积3.植物与氧植物与动物一样呼吸消耗氧，但植物是大气中氧的主要生产者。植物光合作用中，每呼吸44gCO2，能产生32gO2。白天，植物光合作用释放的氧气比呼吸作用所消耗的氧气大20倍。据估算，每公顷森林每日吸收1吨CO2，呼出0.73吨氧；每公顷生长良好的草坪每

7、日可吸收0.2吨CO2，释放0.15吨O2。如果成年人每人每天消耗0.75kg氧，释放0.9kgCO2，则城市每人需要10m2森林或50m2草坪才能满足呼吸需要。因此植树造林是至关重要的，不仅是美化环境，更主要的是给人类的生存提供了净化的空气环境。四、四、COCO2 2与植物与植物 植植物物在在光光能能作作用用下下，同同化化CO2与与水水，制制造造出出有有机机物物。在在高高产产植植物物中中，生生物物产产量量的的9095%是是取取自自空空气气中中的的CO2，仅仅有有510%是是来来自自土土壤壤。因因此此，CO2对对植植物物生生长长发发育育具具有有重重要要作用。作用。各各种种植植物物利利用用CO2

8、的的效效率率不不同同，C3植植物物（水水稻稻、小小麦麦、大大豆豆等等）对对CO2的的利利用用效效率率低低于于C4植植物物（甘甘蔗蔗、玉玉米米、高高粱粱等）。等）。空气中空气中CO2浓度虽为浓度虽为0.032%，但仍是高产作物的限制因，但仍是高产作物的限制因素。这是因为素。这是因为CO2进入叶绿体内的速度慢进入叶绿体内的速度慢,效率低。效率低。在在强强光光照照下下，作作物物生生长长盛盛期期，CO2不不足足是是光光合合作作用用效效率率的主要限制因素，增加的主要限制因素，增加CO2浓度能直接增加作物产量。浓度能直接增加作物产量。第三章（3）生物与土壤的关系一一 、土壤的生态意义：、土壤的生态意义：1

9、土壤位于陆地生态系统的底部，具有营养物传递系统，再循环系统和废物处理系统，是陆地生态系统的基底或基础。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解和固氮过程。2土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方，又是水和营养物储存场所；是动物和微生物藏身处，排污处；是污染物质转化的重要基地。因此土壤无论对植物或动物都是重要的生态因子，是人类重要的自然资源。二、土壤的物理性质与生物二、土壤的物理性质与生物 土土壤壤是是由由固固体体、水水份份和和空空气气组组成成的的三三相相复复合合系系统统。固固体体包包括括无无机机颗颗粒粒与与有有机机物物。土土壤壤固固相相颗颗粒粒是是土

10、土壤壤的的物物质质基基础础，占占土土壤壤总总重重量量的的85%以以上上。土土壤壤颗颗粒的组成、性质及排列形式，决定了土壤的理化性质与生物特性。粒的组成、性质及排列形式，决定了土壤的理化性质与生物特性。1.土壤质地与结构土壤质地与结构 组组成成土土壤壤的的各各种种大大小小颗颗粒粒按按直直径径可可分分为为粗粗砂砂（2.00.2 mm），细细砂砂(0.20.02 mm)，粉粉砂砂(0.02-0.002 mm)和和粘粘粒粒(0.002 mm以以下下)。这这些些不不同同大大小小颗颗粒组合的百分比，称为土壤质地（粒组合的百分比，称为土壤质地（texture）。）。根据土壤质地，土壤可分为砂土、壤土和粘土三

11、大类。根据土壤质地，土壤可分为砂土、壤土和粘土三大类。砂砂土土土土壤壤颗颗粒粒较较粗粗、土土壤壤疏疏松松、粘粘结结性性小小，通通气气性性能能强强，但但蓄蓄水水性性能能差差，易易干旱，因而养料易流失，保肥性能差。干旱，因而养料易流失，保肥性能差。壤壤土土质质地地较较均均匀匀，土土壤壤不不太太松松，也也不不太太粘粘，通通气气透透水水，是是较较好好适适宜宜农农业业种种植植的土壤。的土壤。粘粘土土土土壤壤的的颗颗粒粒组组成成细细，质质地地粘粘重重结结构构致致密密，湿湿时时粘粘，干干时时硬硬，保保水水保保肥肥能能力强，但透水透气性能差。力强，但透水透气性能差。土土壤壤质质地地影影响响生生物物的的分分布布

12、与与活活动动。如如细细胸胸金金针针虫虫多多出出现现在在粘粘土土中中，蝼蝼蛄蛄喜喜欢欢在湿润的含沙质较多的土壤中，沟金针虫发生在粉砂壤土和粉砂粘土中。在湿润的含沙质较多的土壤中，沟金针虫发生在粉砂壤土和粉砂粘土中。2.土壤水分土壤水分土土壤壤水水分分(soil moisture)能能直直接接被被植植物物根根吸吸收收利利用用。土土壤壤水水分分有有利利于于矿矿物物质质养养分分的的分分解解、溶溶解解和和转转化化，有有利利于于土土壤壤中中有有机机物物的的分分解解与与合合成成，增增加加了了土土壤壤养养分分，有有利利于于植植物物吸吸收收。此此外外，土土壤壤水水分分能能调调节节土土壤壤温温度度，灌溉防霜就是此

13、道理。灌溉防霜就是此道理。土壤水分的过多或过少，对植物、土壤动物与微生物均不利。土土壤壤水水分分过过少少时时，植植物物受受干干旱旱威威胁胁，并由于好气性细菌氧化过于强烈，使土壤有机质贫瘠。土土壤壤水水分分过过多多，引引起起有有机机质质的的嫌嫌气气分分解解，产产生生H2S及及各各种种有有机机酸酸，对对植植物物有有毒毒害害作作用用，并因根的呼吸作用和吸收作用受阻，使使根根系系腐烂腐烂。土土壤壤水水分分影影响响了了土土壤壤动动物物的的生生存存与与分分布布。各种土壤动物对湿度有一定的要求，如等翅目白蚁，需要相对湿度不低于50%，叩头虫的幼虫要求土壤空气湿度不低于92%，当湿度不能满足时，它们在地下进行

14、垂直移动。当土壤湿度高时，叩头虫跑到土表活动；干旱时，将到1m深的土层中。因而它在春季对庄稼危害大，夏季小，雨季危害最大。土壤中水分过多时，可使土壤动物因缺氧而闷死。3.3.土壤空气土壤空气土土壤壤空空气气主主要要来来自自大大气气。但但土土壤壤空空气气中中的的O2 含含量量和和CO2含含量量与与大大气气有有很很大大的的差差异异，土土壤壤中中O2浓浓度度一一般般为为1012%，CO2一一般般在在0.1%左左右右，这这些些浓浓度度随随季季节节、昼昼夜夜和和深深度度而而变变化化。在在积积水水和和透透气气不不良良的的情情况况下下，土土壤壤空空气气含含量量可可降降到到10%以以下下，抑抑制制植植物物根根

15、系系呼呼吸吸。动动物物可可向向土土壤壤表表层层移移动动选选择适宜的场所。择适宜的场所。土土壤壤中中的的高高CO2，一一部部分分以以气气体体扩扩散散和和交交换换的的方方式式不不断断进进入入地地面面空空气气层层，供供植植物物叶叶利利用用，另另一一部部分分直直接接为为根根系系吸吸收收。如如果果土土壤壤中中CO2积积累累过过多多，达达到到1015%时时，将将会会阻阻碍碍根根系系生生长长和和种种子子发发芽芽；若若CO2浓浓度度进进一一步步增增长会阻碍根系的呼吸和吸收，甚至因呼吸窒息而死亡。长会阻碍根系的呼吸和吸收，甚至因呼吸窒息而死亡。土土壤壤兽兽类类如如鼢鼢鼠鼠、鼹鼹形形鼠鼠对对土土壤壤中中的的低低氧

16、氧和和高高CO2浓浓度度产产生生了了很很好好的的适适应应性性，地地下下兽兽对对低低氧氧的的适适应应表表现现在在血血红红蛋蛋白白的的浓浓度度增增加加，血血红红蛋蛋白白的的氧氧结结合合能能力力增增加加，同同时时降降低低能能量量代代谢谢，降降低低体体温温。地地下下兽兽的的脑脑中中枢枢对对CO2的的敏敏感感性性降降低低，通通过过肾肾脏脏调调整整盐盐离离子子排排泄泄速速度度，以以及及提提高高血血液液的的缓缓冲冲能力。能力。土土壤壤通通气气程程度度影影响响土土壤壤微微生生物物的的种种类类、数数量量和和活活动动情情况况，进进而而影影响响植植物物的的营营养养状状况况。通通气气不不良良，抑抑制制土土壤壤中中好好

17、气气微微生生物物活活动动，减减慢慢了了有有机机物物的的分分解解与与营营养养物物的的释释放放；通通气气过过分分，使使有有机机物物分分解解速速度度过过快快，养养分分释释放放太太快，而腐殖质形成减少，不利于养分的长期供应。快，而腐殖质形成减少，不利于养分的长期供应。4.4.土壤温度土壤温度（）土壤温度影响植物的发育生长。如小麦和玉米发芽的最低温度分别为12和1011，最适为18和24。（）土温影响根系的生长、呼吸和吸收性能。大多数作物在土温1035范围内，随土温增高，生长加快。土温过低会影响根系的呼吸能力和吸收作用，如向日葵在土温低于10时，呼吸减弱；棉花在土温17-20并具丰富水的土壤中，会因根吸

18、水减弱而萎蔫；温带植物冬季因为土温太低阻断根的代谢活动，而使根系停止生长。土温过高，也会使根系或地下储藏器官生长减弱。（），土温影响了矿物质盐类的溶解速度、土壤气体交换、水分蒸发、土壤微生物活动以及有机质的分解，而间接影响植物的生长。土温的变化，导致土壤动物产生行为的适应变化。大多数土壤无脊椎动物随季节变化进行垂直迁移：秋季常向土壤深层移动，春季常向土壤上层移动。而狭湿性的土壤动物，在较短时间范围内也能随土温的垂直变化调整自身在土壤中的位置。二二.土壤化学性质与生物土壤化学性质与生物1.1.土壤土壤pHpH及对生物的影响及对生物的影响（）土土壤壤pH影影响响矿矿质质盐盐分分的的溶溶解解度度，从

19、从而而影影响响植植物物养养分分的的有有效效性性。土壤酸度一般在pH67时，养分的有效性最高（图3-20）。（）土土壤壤pH通通过过影影响响微微生生物物活活动动而而影影响响养养分分的的有有效效性性和和植植物物的的生生长长。如细菌在酸性土壤中的分解作用减弱；固氮菌、根瘤菌等不能在酸性土壤中生存，使许多豆科植物的根瘤在土壤酸性增加时死亡，它们只能生长在中性土壤中。（）土土壤壤酸酸度度影影响响土土壤壤动动物物区区系系及及其其分分布布。例如，在酸性的森林灰化土和苔原沼泽中，土栖动物区系很贫乏，只有一些喜酸性的金针虫，某些蚯蚓。小麦吸浆虫的幼虫生活在pH711的碱性土壤中，而不能生存在pH36的土壤中。图

20、土壤pH对矿物养分的有效性影响。以带宽度表示2.2.土壤有机质土壤有机质土壤有机质是土壤肥力的一个重要标志。土土壤壤有有机机质质可可分分成成腐腐殖殖质质(humus)和和非非腐腐殖殖质质。非非腐腐殖殖质质是是死死亡亡动动植植物物组组织织和和部部分分分分解解的的组组织织。腐腐殖殖物物质质是是土土壤壤微微生生物物分分解解有有机机质质时时，重重新新合合成成的的具具有有相相对对稳稳定定性性的的多多聚聚体体化化合合物物。腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源。还是异养微生物的重要养料和能源，能活化土壤微生物。土壤微生物活动旺盛，给植物提供丰富的养料。土壤有机质的多少，又影响到土壤动物的分布与数量。在富含腐殖质

21、的草原地带黑钙土中，土壤动物的种类和数量特别丰富，而荒漠与半荒漠地带，土壤动物种类趋于贫乏。土壤有机质对土壤团粒结构的形成、保水、供水、通气、稳温也有重要作用，从而影响植物生长。3.3.土壤矿质元素土壤矿质元素 植植物物生生命命活活动动需需要要9种种大大量量元元素素（钾钾、钙钙、镁镁、硫硫、磷磷、氮氮、碳碳、氧氧、氢氢、）和和7种种微微量量元元素素（铁铁、锰锰、硼硼、锌锌、铜铜、钼钼和和氯氯）。除除碳碳、氢氢、氧氧以以外外，植植物物所所需需的的全全部部元元素素均均来来自自土土壤壤矿矿物物质质和和有有机机质质的的矿矿物物分分解解。不不同同植植物物需需要要各各种种矿矿质质元元素素的的量量不不同同，

22、若若浓浓度度比比例例不不合合适适将将限限制制植植物物生长发育。生长发育。土壤的无机元素对动物的生长和动物的数量也有影响。例如，石灰岩土壤的无机元素对动物的生长和动物的数量也有影响。例如，石灰岩区的蜗牛数量明显高于花岗岩区；生活在石灰岩区的大蜗牛（区的蜗牛数量明显高于花岗岩区；生活在石灰岩区的大蜗牛（Helix）其壳重占体重的其壳重占体重的35%，而生活在低钙土壤中时，其壳重仅占体重，而生活在低钙土壤中时，其壳重仅占体重20%。土壤钴含量低于土壤钴含量低于23 ppm时，许多反刍动物，会患时，许多反刍动物，会患“虚弱症虚弱症”，严重，严重时导致死亡。含氯化钠丰富的土壤和地区，往往能吸引大量草食有

23、蹄时导致死亡。含氯化钠丰富的土壤和地区，往往能吸引大量草食有蹄动物，这是因为他们的生理需要必须补充大量盐。动物，这是因为他们的生理需要必须补充大量盐。三植物对土壤的适应三植物对土壤的适应长期生活在不同土壤上的植物，对该种土壤产生了一定的适应特征。据植物对土壤的反应，可把植物分为三类：酸性土植物（pH7.5）。大多数植物和农作物适宜在中性土壤中生长。生活在盐碱土中的植物和沙基质中的植物，分别归为盐碱土植物和沙生植物。1.盐碱土植物盐碱土植物盐碱土对植物生长的危害表现在伤害了植物组织，特别是根系；由于过多盐积累引起植物代谢混乱；能引起植物生理干旱。形形态态适适应应：矮小、干硬、叶子不发达、孔下陷，

24、表皮具厚的外皮，常具灰白色绒毛。细胞间隙小，栅栏组织发达。有的具有肉质性叶，有特殊的储水细胞。生生理理适适应应：根据盐土植物对过量盐类的适应特点，可分为聚盐性植物、泌盐性植物和不透盐性植物。聚聚盐盐性性植植物物的原生质抗盐性特别强，能忍受高浓度的NaCl溶液。其细胞液浓度特别高，根部细胞的渗透压一般为40个大气压，甚至可高达70100个大气压，所以能够吸收高浓度土壤溶液中的水分，例如盐角草、海莲子等。泌泌盐盐植植物物能把根吸入的多余盐，通过茎、叶表面密布的盐腺排出来，再经风吹和雨露淋洗掉，属于这类植物的有柽柳、红砂、滨海的各种红树植物等。不不透透盐盐性性植植物物的根细胞对盐类的透过性非常小，它

25、们几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。这类植物细胞的渗透压也很高，是由体内大量的可溶性有机物，如有机酸、糖类、氨基酸等产生的。高渗透压也提高了根从盐碱土中吸水能力，所以它们被看成是抗盐植物，蒿属、盐地紫苑、盐地风毛菊、碱地风毛菊等都属这一类。2.2.沙生植物沙生植物沙生植物生长在沙区，在我国北方分布在荒漠、半荒漠、干草原和草原四个地带中。沙生植物具有抗风沙、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠等特征。当被流沙埋没时，在埋没的茎上能长出不定芽和不定根，甚至在风蚀露根时，从暴露的根系上也能长出不定芽，如绿沙竹、白刺等。它们的根系生长速度极为迅速，比地上部分生长快得多。根上具有根套，是由一层团结的沙粒形成的囊套，能保护暴露到沙面上的根免受灼热沙粒灼伤和流沙的机械伤害。沙生植物也具有旱生植物的许多特征，如地面植被矮，主根长，侧根分布宽，以便获取水，同时起了固沙作用；植物叶片极端缩小，有的甚至退化；有的叶具贮水细胞；有的在叶表皮下有一层没有叶绿素的细胞，积累脂类物质，能提高植物的抗热性；细胞具高渗透压，使根系主动吸水能力增强，提高植物的抗旱性。有的沙生植物在特别干旱时，进入休眠，待有雨时再恢复生长。