生物与环境水土壤

三 水 因 子 的 生 态 作 用 及 生 物 的 适 应v1 水因子的生态作用v2 植物对水因子的适应v3 动物对水因子的适应 1、 水 因 子 的 生 态 作 用1)水 是 任 何 生 物 体 都 不 可 缺 少 的 重 要 组 成 成 分 。 2)生 物 的 一 切 代 谢 活 动 都 必 须 以 水 为 介 质 。 3)水 是 生 物 新 陈 代 谢 的 直 接 参 与 者 。4)水 还 能 维 持 细 胞 和 组 织 的 紧 张 度 ， 使 植 物 保 持 一 定 的 状 态 ， 维 持 正 常 的 生 活 。5)水 是 光 合 作 用 的 原 料 。6)水 的 比 热 较 大 ， 当 环 境 温 度 巨 变 时 ， 可 以 发 挥 调 节 体 温 的 作 用 。总 之 ， 水 是 生 命 现 象 的 基 础 ， 没 有 水 也 就 没 有 原 生 质 的 生 命 活 动 。 水对植物的影响v水分三基点：最高、最适、最低；水分低于最低点，植物萎蔫，生长停滞；水分高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根v水占植物非木质化组织如叶片和根系生物量的80%-95%；在细胞水平上，水是细胞传输代谢产物的主要媒介；水具有明显的极性，可溶解大量离子和对代谢及生命活动至关重要的极性有机代谢产物，如糖类、蛋白质；植物植株结构和支撑主要依靠水分。v水与植物生理生态过程密切相关，光合作用和蒸腾作用。 湿度对动物的影响v湿度与动物的行为：嗜好或选择湿度；选择一天中湿度适宜的时间；迁徙；夏眠和滞育v湿度与动物的体色：葛洛格规律（Glogers rule）：在干燥而寒冷的地方，动物的体色较浅；而在温暖而湿润的地方，其体色较深。v湿度与动物的生长发育v湿度与动物的繁殖v湿度与动物的寿命 2. 植 物 对 水 因 子 的 适 应 （ 水 陆 生 植 物 的 特 点 、 水 分 平衡 、 水 分 吸 收 、 消 耗 、 旱 涝 对 植 物 的 影 响 ） 1） 水 生 植 物 与 陆 生 植 物 的 异 同 点 ：v A、 水 生 植 物 的 特 点 （ 水 生 植 物 对 水 环 境 的 形 态 适 应 ） ： 水 体 环 境 的 主 要 特 点 ： 弱 光 、 缺 氧 、 温 度 变 化 平 缓 a、 通 气 组 织 发 达 ， 充 分 吸 收 氧 气 b、 机 械 组 织 不 发 达 ， 以 适 于 水 体 流 动 和 浮 力 等 特 性 ； c、 叶 片 分 裂 且 薄 ， 增 加 对 阳 光 、 无 机 盐 、 二 氧 化 碳 的 吸收 面 积 。 v B、 水 生 植 物 的 生 态 类 型 ： 根 据 生 长 环 境 中 水 由 深 到 浅 的 特 点可 分 为 三 类 ： 浮 水 植 物 、 沉 水 植 物 、 挺 水 植 物 。 随 着 生 长 环 境中 水 由 深 到 浅 的 变 化 ， 水 生 植 物 的 某 些 特 征 也 发 生 了 明 显 的 改变 ， 如 机 械 组 织 、 根 系 等 逐 渐 发 达 ， 植 物 的 固 着 性 也 越 来 越 强 。v C、 陆 生 植 物 的 特 点 （ 即 陆 生 植 物 对 陆 地 环 境 的 形 态 适 应 ） ： 陆 地 环 境 的 特 点 ： 生 存 环 境 变 化 为 缺 水 环 境 。 根 系 发 达 ， 机 械 组 织 发 达 （ 营 固 着 生 长 ） ； 增 强 吸 水 能 力 ， 减少 水 分 散 失 。v D、 陆 生 植 物 生 态 类 型 ： 根 据 植 物 对 生 境 中 水 的 依 赖 程 度 划 分为 ： 湿 生 、 中 生 、 旱 生 旱生植物对环境的适应途径v其一：增加水分的摄取庞大的根系v其二：减少水分丢失叶的形态 肉质 刺化 5m中间锦鸡儿的根系分布 四合木 藏锦鸡儿 藏锦鸡儿 2） 植 物 的 水 分 平 衡 ： 是 指 植 物 体 的 水 分 吸 收（ 根 吸 水 ） 和 叶 蒸 腾 （ 支 出 ） 失 水 过 程 的 平 衡 。 3） 植 物 对 水 分 的 吸 收 ： v低 等 植 物 无 根 系 ， 靠 叶 片 吸 涨 维 持 水 分 平 衡v高 等 植 物 主 要 以 根 吸 水 。 4） 植 物 对 水 分 的 消 耗 形 式 （ 蒸 腾 失 水 ） ：v气 孔 蒸 腾 ： Es=（ Ci-Ca） /（ ra+rs） Es： 气 孔 蒸 腾 速 率 ， 单 位 ： g /cm2 sCi叶 内 水 汽 含 量 ， Ca为 大 气 中 水 汽 含 量 ， ra为附 面 层 阻 力 ， rs 为 气 孔 阻 力 ；影 响 气 孔 蒸 腾 的 因 素 有 ： 气 孔 结 构 、 大 小 、 排列 方 式 、 密 度 ；气 孔 开 度 受 水 分 亏 缺 影 响 ， 蒸 腾 阻 力 与 气 孔 开度 有 关 ； 另 外 还 有 光 照 、 温 度 、 空 气 湿 度 、 风等 因 素 的 影 响 。 5） 干 旱 与 水 涝 对 植 物 的 影 响 v干 旱 ： 大 气 干 旱 指 气 温 高 而 相 对 湿 度 小 ， 植 物 的蒸 腾 量 大 于 根 所 吸 水 量 ， 破 坏 植 物 体 的 水 分 平 衡 ，植 物 发 生 萎 蔫 。 会 抑 制 茎 、 叶 生 长 ， 影 响 产 量 但不 致 引 起 植 物 死 亡 ， 一 旦 补 充 水 分 ， 可 恢 复 活 力 。v涝 害 ： 由 于 过 多 的 土 壤 水 分 和 过 高 的 大 气 湿 度 会破 坏 植 物 体 的 水 分 平 衡 、 严 重 影 响 植 物 的 生 长 发育 ， 直 接 影 响 产 量 和 产 品 质 量 。 水 涝 对 植 物 的 危 害 ： 土 壤 水 分 和 空 气 比 例发 生 变 化 ； 氧 剧 减 、 二 氧 化 碳 积 累 ； 原 生质 膜 的 透 性 减 少 ， 使 还 原 性 产 物 向 根 系 转运 和 积 累 ， 毒 害 根 系 ； 底 土 板 结 ， 根 系 不能 伸 入 底 土 ， 形 成 浅 根 系 ； 养 分 流 失 ， 产品 质 量 下 降 。 （ 养 花 ）植 物 对 水 涝 的 适 应 ： 植 物 根 系 木 质 化 ， 耐湿 性 增 强 ； 叶 向 根 系 输 送 氧 气 等 。 3.动 物 对 水 因 子 的 适 应 根 据 栖 息 地 划 分 ， 可 将 动 物 分 为 水 生 、 陆 生 两 类 。 动 物 体 内 的 水 分 平 衡 ： v 水 生 动 物 ： 靠 渗 透 作 用 调 节 。v 陆 生 动 物 ： 通 过 体 表 蒸 发 、 排 泄 失 水 ， 通 过 食 物 、 饮 水和 代 谢 水 获 得 水 分 。注 意 ： 在 水 分 交 换 过 程 中 伴 随 着 溶 质 的 交 换 ， 在 维 持 水 分平 衡 的 过 程 中 也 要 维 持 体 内 溶 质 平 衡 。 v水 生 动 物 对 水 因 子 的 适 应 （ 渗 透 压 调 节 ） 高 渗 动 物 ： 动 物 体 液 的 浓 度 大 于 环 境 水 体 的 浓 度 。环 境 中 的 水 要 进 入 其 体 内 ， 使 其 浓 度 降 低 ， 动 物 要排 出 水 来 维 持 其 高 浓 度 ， 但 同 时 造 成 溶 质 的 流 失 ，此 时 还 需 要 通 过 主 动 运 输 从 体 外 吸 收 溶 质 。 低 渗 动 物 ： 体 液 浓 度 小 于 环 境 水 体 浓 度 。 此 时 动 物体 内 水 分 会 通 过 渗 透 作 用 流 失 而 进 入 环 境 ， 此 时 动物 需 要 吸 入 水 分 维 持 其 水 分 平 衡 ， 然 而 同 时 溶 质 被带 入 体 内 ， 尚 需 通 过 主 动 运 输 将 体 内 高 浓 度 盐 分 排出 体 外 ， 而 降 低 体 内 浓 度 。 等 渗 动 物 ： 动 物 的 血 液 或 体 液 的 渗 透 浓 度 与 海 水 的总 渗 透 浓 度 相 等 或 接 近 。 这 类 动 物 所 需 的 水 量 较 少 ，一 般 不 需 要 饮 用 海 水 ， 代 谢 水 的 多 余 部 分 还 要 靠 渗透 作 用 排 出 体 外 。 不 需 要 主 动 运 输 ， 只 需 要 饮 水 或排 泄 维 持 体 内 浓 度 。 v 陆 生 动 物 对 水 因 子 的 适 应 陆 生 动 物 的 失 水 途 径 有 ： 皮 肤 蒸 发 、 呼 吸 失 水 、 排 泄失 水 。陆 生 动 物 的 补 水 途 径 有 ： 食 物 、 代 谢 水 、 直 接 饮 水 。在 干 旱 环 境 中 仅 靠 饮 水 不 够 补 充 水 分 ， 陆 生 动 物 在 进化 过 程 中 ， 形 成 了 各 种 减 少 或 限 制 失 水 的 适 应 （ 形 态结 构 、 行 为 、 生 理 ） 形 态 结 构 a、 皮 肤 含 水 量 远 小 于 其 它 组 织 ； b、 皮 下 脂 肪 可 限 制 水 分 的 移 动 ， 减 缓 水 分 穿 透 皮 肤 ； c、 干 旱 地 区 ， 对 小 型 动 物 和 昆 虫 非 常 不 利 ， 昆 虫 气 门开 度 降 低 到 最 低 ， 体 表 有 几 丁 质 或 蜡 质 ， 哺 乳 动 物 鼻 道长 。 行 为 ： 穴 居 、 昼 伏 夜 出 。 生 理 ： a、 减 少 排 泄 失 水 ， 具 有 良 好 的 重 吸 收 水 分 的 肾 脏 ， 使尿 中 盐 离 子 的 浓 度 远 高 于 血 液 浓 度 b、 含 N废 物 的 排 出 。 如 爬 行 类 、 鸟 类 尿 酸 的 排 出 ， 干旱 环 境 中 ， 以 结 晶 方 式 排 出 。 c、 荒 漠 中 的 动 物 ， 尿 排 在 洞 内 。 四 、 土 壤 因 子 的 生 态 作 用 及 生 物 的 适 应v 1、 土 壤 的 概 念 及 其 生 态 作 用v 2、 植 物 对 土 壤 因 子 的 适 应 （ 一 ） 、 土 壤 的 概 念 及 其 生 态 意 义 1） 、 土 壤 的 概 念 ： 在 地 壳 表 面 发 育 着 能 生 长 植 物 的 疏 松 表 层为 土 壤 (土 壤 是 地 球 陆 地 表 面 具 有 肥 力 、能 生 长 植 物 的 疏 松 表 层 ， 即 岩 石 圈 表 面 能够 生 长 植 物 的 疏 松 表 层 )。 土 壤 的 组 成 ： 主 要 有 五 部 分 组 成 ， 即 ： 矿 物 质 、有 机 质 、 空 气 、 水 分 和 土 壤 生 物 。 v固 相 ： 矿 质 颗 粒 约 占 土 体 的 45%-50%， 有 机质 和 土 壤 生 物 约 占 1-5%）v液 相 ： 包 括 水 分 和 溶 解 于 水 的 矿 物 质 和 有 机质 。v气 相 ： 包 括 各 种 气 体 。 2） 土 壤 的 生 态 意 义 ：v土 壤 作 为 资 源 的 重 要 意 义 ：陆 生 植 物 生 活 的 基 质 ， 它 提 供 陆 生 植 物 生 活 所 必 须 的矿 物 质 元 素 和 水 分 。陆 生 动 物 生 活 基 底 ， 是 陆 生 动 物 赖 以 生 存 栖 息 场 所 。土 壤 是 生 物 和 非 生 物 环 境 的 一 个 极 为 复 杂 的 复 合 体 ，有 人 称 其 为 土 壤 亚 系 统 。 是 生 态 系 统 中 物 质 与 能 量 交换 的 重 要 场 所 ， 可 视 为 营 养 物 的 传 递 、 再 循 环 系 统 和废 物 处 理 系 统 。 v土 壤 作 为 生 态 因 子 的 意 义 ：土 壤 是 生 物 生 存 与 生 活 中 的 一 个 重 要 生 态 因 子 ， 同时 又 是 一 个 综 合 因 子 ， 它 包 括 土 壤 温 度 、 水 分 、 空气 、 pH值 等 。土 壤 环 境 直 接 影 响 根 系 的 代 谢 作 用 同 时 影 响 到 土 壤中 动 物 的 代 谢 过 程 。土 壤 和 气 候 是 影 响 陆 地 生 态 系 统 分 布 最 重 要 的 两 个因 素 。土 壤 的 温 度 和 湿 度 的 变 化 幅 度 比 大 气 环 境 小 ， 这 对动 物 来 说 ， 土 壤 是 比 大 气 更 为 稳 定 的 生 活 环 境 和 隐蔽 所 。土 壤 肥 力 ： 土 壤 及 时 地 满 足 植 物 对 水 、 肥 、 气 、 热要 求 的 能 力 。 （二）植物对土壤因子的适应v以土壤为主导因子的植物生态类型 根据植物对土壤酸度的适应：酸性土、中性土、碱性土植物生态类型； 根据植物对土壤中矿质盐类（钙盐）的反应，分为钙质土植物、嫌钙植物； 根据植物对土壤含盐量的反应，划分为盐土和碱土植物。 盐土和碱土v盐土：所含盐类主要为NaCl和Na2SO4，都为中性盐，盐土的PH值是中性的，土壤结构尚未破坏。v碱土：土壤胶体中吸附有相当数量的交换性钠，一般交换性钠占交换性阳离子数量的20%以上的土壤称为碱土，碱土是强碱性的，PH值一般在8.5以上，碱土上层的结构破坏，下层常为结实的柱状结构，通透性和耕作性能极差。 盐土对植物生长发育的影响v引起植物生理干旱v伤害植物组织v引起细胞中毒：植物体内聚集大量盐类，会使原生质受害，蛋白质合成受阻，导致含氮代谢废物积累，细胞中毒。v影响植物正常营养，由于Na的竞争，植物对K、P等其他元素的吸收减少，影响植物营养状况。v高盐条件下，气孔保卫细胞的淀粉形成受到阻碍，气孔不能关闭，植物容易枯萎。 植物对盐土的适应（盐土植物的生态类型）v聚盐性植物（真盐生植物）：原生质对盐类的抗性强，细胞液浓度高，具有极高的渗透压。v泌盐性植物（耐盐植物）：利用盐腺将过多的盐分排出体外。v不透盐性植物（抗盐植物）：植物的根细胞对盐类的透过性非常小，植物体内渗透压很高(由于体内含有较多的可溶性有机质引起)。