1
云南大学生命科学学院
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
? 海陆位臵、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、地理位臵
? 我国降水量的地域分布
? 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。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,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。
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
– 淡水动物 和 海洋动物 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
– 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
? 动物对高海拔低氧的适应
? 植物与氧
– 光合作用 = 20× 呼吸作用
– 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的量与 10m2森林光合作用的
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
? 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
? 土壤物理性质与生物
– 土壤的质地与结构
– 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
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
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
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
? 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
? 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
? 高渗动物
? 体外的水会渗透到体内,不需要饮水、食物和代谢过程中摄
取水,而是借助于排泄器官把体内的过剩水排出
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