生态学原理与进展：3 物质环境.ppt

1,北京师范大学环境学院,普通生态学 （3）,2,第三章 物质环境,3.1 地球上水的存在形式与分布 3.2 生物对水分的适应 3.3 大气组成及其生态作用 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 火作为生态因子对生物的影响及管理,3,3.1 地球上水的存在形式与分布,3.1.1 水的特征与存在形式 3.1.2 陆地上水的分布 3.1.3 水的生态作用,4,3.1.1 水的特性与存在形式,水分子的极性 水的高热容量性质 水特殊的密度变化 水的相变 地球上的水,5,3.1.2 陆地上水的分布,降水量、降雨量(precipitation)和相对湿度的概念 降水量的变化 低纬度湿润带、低纬度少雨带、中纬度湿润带、极地干燥带 海陆位置、地形、季节 相对湿度(relative humidity)的变化 随温度变化、昼夜变化、季节变化及其地区差异、地理位置 我国降水量的地域分布 等雨线: 华南、长江流域、秦淮地区、兴安以西行秦岭以北、黄河上游、内蒙西部和新疆南部6,3.1.3 水的生态作用,水是生物生存的重要条件 水对动植物生长发育的影响 水对动植物数量和分布的影响,7,水是生物生存的重要条件,水是任何生物体的重要组成部分 水是生命活动的基础 水对稳定环境温度有重要意义 水是光合作用的原料 水使生物保持一定的状态,8,水对生物生长发育的影响,水对植物生长发育的影响 水分对植物生长有最低、最适和最高值3基点 水对动物生长发育的影响 水分不足时，引起动物的滞育和休眠 许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关,9,水对物种数量和分布的影响,对植被的分布的影响 我国从东南到西北可分为3个等雨量区，因而植被类型也分为3个区：湿润森林区、干旱草原区和荒漠区 水分与动植物种类与数量的影响 降水量最大的赤道热带雨林种的植物达52种/公顷，而降水量较少的大兴安岭红松林中，仅有植物10种/公顷,10,3.2 生物对水分的适应,3.2.1 植物对水的适应 3.2.2 动物对水的适应,11,3.2.1 植物对水的适应,陆生植物 陆地植物的水平衡 陆生植物的适应特征 水生植物 水体环境的特征 水生植物的适应特征 植物的叶面积与根系的关系,12,陆地植物的水平衡,水分来源 根系吸收 茎叶吸收 体内代谢 水分去向 蒸腾作用 体内代谢,13,陆生植物的适应特征,形态适应 发达的根系、叶面积很小、发达的储水组织 生理适应 原生质渗透压特别高 陆生植物的类型 湿生植物、中生植物、旱生植物,14,陆生植物类型,湿生植物：不能长时间忍受缺水，抗旱能力差，多生长在水边或潮湿的环境中。

根系不发达, 通气组织发达.如水稻、秋海棠 中生植物：适于生长在水分条件适中的环境中，根系与输导组织发达,形态结构及适应性介于湿生植物与旱生植物之间，种类最多、分布最光和数量最大的陆生植物 旱生植物：生长在干旱环境中，能忍受较长时间的干旱，且能维护水分平衡和正常的生长发育主要分布在干热草原和荒漠地区 其对干旱环境的适应表现在根系发达、叶面积很小、发达的贮水组织以及高渗透压的原生质等包括多浆液植物和少浆液植物等亚类群, 如:刺叶石竹和树形仙人掌等.,15,水体环境的特征,弱光 缺氧 粘性高 密度大 温度变化平缓,16,水生植物的适应特征,发达的通气组织 机械组织不发达甚至脱化 水下叶片很薄，且多分裂成带状、线状 水生植物的类型 沉水植物 浮水植物 挺水植物,17,水环境与植物根系,18,3.2.2 动物对水的适应,水生动物 保持盐分与水分的平衡是水生动物适应环境的基础 主要通过调节体内的渗透压来维持与环境的水分平衡 对水的密度的适应 鱼类对水中低氧的适应 淡水鱼类、海洋鱼类和洄游鱼类的差异 陆生动物 形态结构 行为 生理 动物对水环境的适应与植物不同之处 动物有活动能力，动物可以通过迁移等多种行为途径来主动避开不良的水分环境,19,3.3.1 大气的组成和作用 3.3.2 氧与生物 3.3.3 CO2的生态作用,3.3 大气的组成及其生态作用,20,大气的组成(1100km范围) N2、O2、CO2 、CH4 、O3 、NxOy 、H2O 、各种惰气 N2 78.9%、O2 20.95%、CO2 0.032% 大气压随海拔的变化 海平面 1atm = 101.32 kPa 海拔升高100m，大气压降低1.11 kPa 海拔5400m处约为0.5atm 大气与生物的关系 植物光合作用 生物的呼吸作用,3.3.1 大气的组成和作用,21,氧的来源 光合作用 紫外线的光解作用、O3的形成和作用 氧与动物的能量代谢 陆生代谢为水下代谢68倍 内温动物对高海拔低氧的适应 红细胞数量、血红蛋白浓度、血红蛋白对氧的亲和力提高，肌红蛋白浓度增加 植物与氧 光合释氧 = 20呼吸耗氧 森林吸收CO2释放O2的量约为草地的5倍 成年人呼吸消耗O2释放CO2与10m2森林或50m2的草坪光合作用的产物相当,3.3.2 氧与生物,22,3.3.3 CO2的生态作用,大气中CO2的浓度与温室效应 - CO2来源：煤、石油等燃料的燃烧及生物呼吸和微生物的分解作用。

- CO2特点：透过太阳辐射，而不能透过地面反射的红外线 - 结果：导致地面温度升高(温室效应) CO2与植物 - C3和C4植物比较 - CO2与光合作用效率,23,土壤的生态学意义 栖息地、营养物传递系统、再循环系统和废物处理系统 土壤物理性质与生物 土壤的质地与结构(粗砂/细砂/粉砂/粘粒之间比例;砂土/壤土/粘土;微团粒结构/团粒结构等) 土壤水分、土壤空气、土壤温度 土壤化学性质与生物 土壤生物特性 植物对土壤的适应,3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响,24,土壤的生态学意义,土壤是陆地生态系统的基础 土壤是具有决定性意义的生命支持系统 土壤是许多生物的栖息场所 土壤是生物进化的过渡环境 土壤是植物生长的基质和营养库 土壤是污染物转化的重要场地,25,土壤质地与结构对生物的影响,土壤由固、液和气三相系统组成，固体颗粒是组成土壤的物质基础 土粒按直径大小分为粗砂、细粒、粉砂和粘粒，不同大小土粒的组合称为土壤质地 (soil texture) 根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类，其通气透水、保水保肥性能都不一样 土壤结构 (soil structure)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 土壤质地与结构常常通过影响土壤的其它理化性质来影响生物的活动,26,土壤水分,土壤的矿质营养必需溶解在水中才能被植物吸收利用 植物水分的主要来源，太少引起干旱，太多又导致涝害 影响土壤内无脊椎动物的数量和分布,27,土壤空气,O2的含量较大气低，可能抑制植物根系的呼吸作用 CO2含量过高时，根系的呼吸和吸收机能就会受阻 地下兽：鼹鼠、高原鼢鼠，适应低O2高CO2环境,28,土壤温度,植物种子的萌发和根系的生长、呼吸及吸收能力有直接影响 限制养分的转化来影响根系的生长活动 低的土温会降低根系的代谢和呼吸强度，抑制根系的生长，减弱其吸收作用 土温过高则促使根系过早成熟，根部木质化加大，从而减少根系的吸收面积,29,土壤酸碱度 与土壤微生物活动、有机质的合成与分解、营养元素的转化与释放、微量元素的有效性、土壤保持养分的能力及生物生长等有密切关系 土壤酸碱度对土壤动物区系及其分布有重要影响 土壤有机质 腐殖质和非腐殖质 影响土壤微生物和土壤动物的分布 土壤矿质元素 植物生命活动需要9种大量元素和7种微量元素 影响土壤土壤动物的种类和数量,土壤化学性质与生物,30,土壤生物活动产生的生物化学和生物物理学特性 土壤生物种类繁多 生物活动产生土壤,土壤的生物特性,31,根据植物对土壤酸碱度的反应的植物分类 酸性土植物、中性土植物和碱性土植物 根据植物对土壤钙质的反应的植物分类 喜钙植物和嫌钙植物 根据植物对土壤含盐量的反应的植物分类 盐土植物和碱土植物 植物对极端土壤环境的适应 盐碱土植物 沙生植物 重金属指示植物（铜：海州香薷）,植物对土壤的适应,32,盐碱土 盐土：含可溶性盐(氯化钠、硫酸钠盐等)1%以上，pH中性，土壤结构未被破坏 碱土：含弱酸强碱盐(碳酸盐类)较多，pH在8.5以上，土壤结构被破坏 盐碱土对植物的危害 植物对盐碱土的适应,盐碱土对植物的危害和植物的适应,33,盐碱土对植物的危害,引起植物的生理干旱 伤害植物组织 引起细胞中毒 影响植物的正常营养 在高浓度盐类作用下气孔不能关闭,34,盐碱土植物对环境的适应,形态 植物矮小、干硬、叶不发达、蒸腾面小、气孔下陷、表皮有厚外皮、灰白绒毛 结构 细胞间隙小、栅栏组织发达、贮水细胞 生理 聚盐性植物：从土壤里吸收盐，并把这些盐积聚在体内而不受伤害 泌盐性植物：植物而是通过茎、叶表面上密布的分泌腺，把吸收的过多盐分排出体外 不透盐性植物：根细胞对盐类的透过性非常小，几乎不或很少吸收土壤中的盐类,35,沙生植物对环境的适应,沙生环境 高温、干旱、强风、土壤贫瘠 植物的适应 地面植株小、根系发达 页边极端缩小或退化 贮水细胞或脂类物质 细胞具有高渗透压 休眠,36,3.5 火作为生态因子对生物的影响及管理,火源 自然火源：雷击、火山爆发、物质自然 人为火源：生产生活用火 火的类型 林冠火：烧着部位在森林上层、毁灭全部森林群落 地面火：发生在地面上、烧死幼苗和抗火性差的种类 火对生物的作用 对不同种类及不同年龄生物的作用不同 有益作用：加快有机物分解、促进植物生长 有害作用：烧毁生物、破坏生态平衡、引起土壤侵蚀、烟雾污染 火的管理：生物阻火工程、可燃物管理,37,淡水动物对水环境的适应,淡水动物对环境是高渗性(淡水的渗透浓度为2-3mmol/l，而动物体液或血液渗透浓度高)，导致水不断渗入动物体内，过剩的水不断排出体外，保持水分平衡 补充丢失的盐分方法： 食物 鳃主动吸收盐类,38,海洋动物对水环境的适应,等渗动物（海洋软骨鱼类） 这些动物不会由于渗透作用而失水或得水，但随代谢废物的排泄损失一部分水。

补充水分方法：从食物中得到；饮用海水并排出海水中的溶质；食物氧化过程中产生代谢水 低渗动物 （海洋硬骨鱼类） 由于渗透作用失去一些水，会从食物、代谢中或海水摄入更多的水，其中喝水是主要来源保持低渗：喝水同时吸入盐，对多余的盐类排除方法：尿液量；鳃通过主动作用把盐类排出体外,39,形态结构适应 昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；两栖类动物体表分泌粘液以保持湿润；哺乳动物有皮质腺和毛，防止体内水分过多蒸发 行为的适应 沙漠动物昼伏夜出：沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此地面和地下的相对湿度和蒸发力相差很大 迁徙：在水分和食物不足时，迁移到别处 生理适应 储水的胃；储藏丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量的水分；血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水陆生动物对水环境的适应,40,本章结束，谢谢,。