生態(tài)系統(tǒng)中的生物與環(huán)境

關于生態(tài)系統(tǒng)中的生物與環(huán)境第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月水是地球上所有有機體的內(nèi)部介質(zhì)，是生命物質(zhì)的組成成分（植物體一般含水量達60%-80%）。水是有機體生命活動的基礎，生物新陳代謝及各種物質(zhì)的輸送必須在水溶液中進行。水作為外部介質(zhì)，是水生生物獲得資源和棲息地場所；陸地上水量的多少，又影響到陸生生物的生長與分布。3.4.3.1水的生態(tài)作用第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月陸地上水的分布降雨量：降雨量隨緯度變化很大。在赤道南北兩側緯度0°-20°，降雨量最大，年達100-200cm。緯度20°-40°地帶，由于空氣下降吸收水分，降雨量減少，是主要沙漠撒哈拉、大戈壁灘分布帶；在南北半球40°-60°地帶，由于南北暖冷氣團相交形成氣旋雨，年降雨量超過25cm，為中緯度濕潤帶。極地降水很少，為干燥地帶。另外，陸地上降雨量的多少還受到海陸位置，地形及季節(jié)的影響。

第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2大氣濕度反映了大氣中氣態(tài)水含量。常用相對濕度來表示：R.H=e/E（%）。單位容積空氣中實際水汽含量占飽和水汽含量百分比。相對濕度受到溫度、風等因素的影響，會隨

地理位置、晝夜、季節(jié)等因素發(fā)生變化。第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3我國降水量的地域分布基本規(guī)律：從東南往西北降水逐漸減少。等雨線：華南年降水量為1500-2000mm，長江流域為1000-1500mm，秦嶺和淮河大約為750mm，從大興安嶺西坡向西，經(jīng)燕山到秦嶺北坡為500mm，黃河上中游約250-500mm。內(nèi)蒙西部至新疆南部為100mm以下。第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3.2植物對水分的生態(tài)適應陸地植物的水平衡

陸地植物光合作用獲得1mlCO2需要交換3000ml空氣，因而易失水。一株玉米一天需水2Kg。植物必須在得水（根吸水）和失水（葉蒸騰）之間保持平衡，才能維持其正常生活。水與植物生產(chǎn)力密切相關。第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.陸地植物對失水的適應性：（1）根系：

在潮濕土壤上，植物生長淺根系，僅在表土下幾寸的土層中，有的植物根缺乏根毛。在干燥土壤中，植物具有發(fā)達的深根系，側根擴展范圍很廣，有的植物根毛發(fā)達，充分增加吸水面積。駱駝刺地下部分（根）和地上部分（莖葉）比。地上部分只有幾厘米，根深達到15m，擴展的范圍達

623m。

第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）氣孔：在不同環(huán)境中生活的植物具有不同的調(diào)節(jié)氣孔開閉的能力。生活在潮濕、弱光環(huán)境中的植物，在輕微失水時，就減少氣孔開張度，甚至主動關閉氣孔以減少失水。陽生草本植物在干燥環(huán)境中，氣孔慢慢關閉。有些植物氣孔深陷在葉內(nèi)，或在夜晚進行氣體交換。（3）葉子：葉子的外表覆蓋有蠟質(zhì)的、不易透水的角質(zhì)層，能降低葉表面的蒸騰量，生活在干燥地區(qū)的植物盡量縮小葉面積以減少蒸騰量。第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.對水因子不同適應的植物類型

陸生植物（1）濕生植物：抗旱能力小，不能忍受長時間缺水，但抗?jié)承院軓?，根部通過通氣組織和莖葉的通氣組織相連接，以保證根的供氧。

如陰性濕生植物大海芋，生長在熱帶雨林下層隱蔽潮濕環(huán)境中，大氣濕度大，植物蒸騰弱，易保持水分，因此根系極不發(fā)達。該類植物有秋海棠、水稻、燈芯草等。（2）中生植物：如大多數(shù)農(nóng)作物，森林樹種。由于環(huán)境中水分減少，而逐漸形成一套保持水分平衡的結構與功能。第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）旱生植物：生長在干熱草原和荒漠地區(qū)，其抗旱能力很強。

少漿液旱生植物：體內(nèi)含水量很少，當失水50%時仍能生存。葉面積縮小，葉片極度退化或針刺狀，或小鱗片狀；以綠色莖進行光合作用；葉片結構改變，氣孔下陷；根系發(fā)達，可從深的地下吸水；細胞內(nèi)有大量親水膠體，使胞內(nèi)滲透壓高，能使根從含水量很少的土壤中吸收水分。刺葉石竹第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

多漿液旱生植物：根、莖、葉薄壁組織逐漸變?yōu)橘A水組織，成為肉質(zhì)性器官。能在極端干旱的荒漠地帶長的很高達；大多數(shù)失去葉片，由綠色莖代行光合作用；白天氣孔關閉以減少蒸騰量，夜晚氣孔張開，CO2進入細胞內(nèi)被有機酸固定。到白天光照下，CO2被分解出來，成為光合作用的原料。由于其代謝的特殊性，植物生長緩慢，生產(chǎn)量很低。第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月水生植物

（沉水植物、浮水植物、挺水植物）體內(nèi)具發(fā)達的通氣系統(tǒng)；葉片很薄，有利于增加采光面積和對營養(yǎng)物的吸收；身體彈性和抗扭曲能力較強；有些植物可調(diào)節(jié)滲透壓，能耐受高鹽。如紅樹林。紅樹林葉子的特殊鹽腺分泌鹽，沉淀在葉子的外表面上第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月沉水植物：整株植物沉沒在水下。根退化或消失。葉綠體大而多，適應水中弱光。（充分利用自身光合作用生產(chǎn)的氧氣）浮萍浮水植物：葉片漂浮水面，氣孔分布在葉上面，機械組織不發(fā)達，不扎根（浮萍）或扎根（睡蓮、眼子菜），植物體內(nèi)存在大量通氣組織，使植物體重減輕，增加了漂浮能力。挺水植物：植物體大部分挺出水面，如蘆葦、香蒲、水蔥等。第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3.3

動物對水分的生態(tài)適應動物與植物一樣，必須保持體內(nèi)的水平衡才能維持生存。水生動物保持體內(nèi)的水平衡是依賴于水的滲透調(diào)節(jié)作用。陸生動物則依靠水分的攝入與排除的動態(tài)平衡，從而形成了生理的、組織形態(tài)的及行為上的適應。第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.水生動物的滲透壓調(diào)節(jié)水生動物，當他們體液溶質(zhì)濃度高于環(huán)境中的溶質(zhì)濃度時，水將從環(huán)境中進入動物體，而溶質(zhì)將從動物體內(nèi)出來進入水中，動物會“漲死”；當體內(nèi)溶質(zhì)濃度低于環(huán)境中時，水將從機體進入環(huán)境，鹽將從環(huán)境進入機體，動物會出現(xiàn)“缺水”。解決這一問題的機制就是靠滲透壓調(diào)節(jié)。第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）淡水硬骨魚

淡水硬骨魚血液滲透壓高于水的滲透壓，屬于高滲性，其本身處于低滲環(huán)境。滲透壓調(diào)節(jié)機制：腎臟發(fā)育完善，有發(fā)達的腎小球，濾過率高，一般沒有膀胱，或膀胱很小，腎臟排除大量低濃度尿；鹽分還可從體表組織彌散。丟失的溶質(zhì)可從食物中得到，而鰓能主動從周圍稀濃度溶液中攝取鹽離子，保證了體內(nèi)鹽離子的平衡。第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）海洋硬骨魚類：海洋硬骨魚處于高滲環(huán)境中，其血液滲透壓低于環(huán)境滲透壓，是低滲性的。滲透調(diào)節(jié)機制：經(jīng)常吞海水，補充水分；腎小球退化，濃縮尿液，排除極少的低滲尿，主要是二價離子Mg2+，SO42-；

鰓主動向外排鹽。第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）海洋軟骨魚：等滲性。滲透壓調(diào)節(jié)機制：高滲透壓的維持是依靠血液中儲存大量尿素和氧化三鉀胺。尿素本是蛋白質(zhì)代謝廢物，但在軟骨魚進化過程中，被作為有用物質(zhì)利用起來。但是尿素使蛋白質(zhì)和酶不穩(wěn)定，氧化三鉀胺正好抵消了尿素對酶的抑制作用。抵消作用最大出現(xiàn)在尿素含量與氧化三鉀胺含量為2：1時。這個比例數(shù)字正好通常出現(xiàn)在海洋軟骨魚中。海洋軟骨魚血液與體液滲透壓與環(huán)境等滲，但仍然有有力的離子調(diào)節(jié)，如血液中Na+大約為海水的一半。排除體內(nèi)多余Na+，主要靠直腸腺，其次是腎臟。第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月海洋硬骨魚與海洋軟骨魚滲透壓比較海水海洋硬骨魚海洋軟骨魚第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）廣鹽性洄游魚類：滲透調(diào)節(jié)機制：具有淡水硬骨魚與海洋硬骨魚的調(diào)節(jié)特征。靠腎臟調(diào)節(jié)水，在淡水中排尿量大，在海水中排尿量少。在海水中大量吞水，以補充水分?？况w調(diào)節(jié)鹽的代謝，鰓在海水中排出鹽，在淡水中攝取鹽。海洋無脊椎動物：滲透壓順應者海龜、海鳥：具鹽腺海洋獸類（鯨）：排高濃度的尿。第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）水生動物對水密度的適應失去四肢；身體龐大；具有鰾；深海魚類皮膚組織的通透性很大、骨骼和肌肉不發(fā)達，沒有鰾。鯨肋骨無胸骨附著，或無肋骨，潛入深海時可把肺泡內(nèi)氣全部排出，不得減壓病。（6）兩棲類的水平衡在水中腎臟功能同淡水魚，皮膚功能同魚鰓。在陸地上時皮膚可從空氣中吸收水分，靠膀胱重新吸收水分來保持體液水分平衡。第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.陸生動物的滲透壓調(diào)節(jié)

有機體在陸地生存中面對的最嚴重問題之一是連續(xù)失水（皮膚蒸發(fā)失水、呼吸失水與排泄失水），使有機體有可能因失水而干死，因而陸生動物在進化過程中形成了各種減少失水或保持水分的機制。脊椎動物羊膜動物卵的產(chǎn)生就代表了一種機制，使脊椎動物在發(fā)育過程中能阻止水分的丟失，而允許脊椎動物去開拓陸地。第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月生物體水分飲水食物水代謝水排泄失水皮膚失水呼吸失水得水：失水：得水：1）如蟑螂、蜘蛛等昆蟲類通過體表可直接從較潮濕的大氣中吸水。2）各種物質(zhì)氧化產(chǎn)生的代謝水。如蜂鳥。3）駱駝，大量飲水貯存。第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月陸生動物減少失水的適應形式（1）減少蒸發(fā)失水。節(jié)肢動物體表具厚厚的角質(zhì)層及其上面的蠟膜；爬行動物體表具鱗片，可阻礙體表水的蒸發(fā)。獸類與鳥類皮膚也具有防止水分蒸發(fā)的作用。生活在不同環(huán)境中的龜失水率。池龜、箱龜與沙龜分別棲息在濕的、微濕的與干燥環(huán)境中。失水率

池龜箱龜沙龜?shù)?4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）減少呼吸失水昆蟲通過氣門的開放與關閉，可使失水量相差數(shù)倍。第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月逆流交換機理（荒漠鳥獸）：即當吸氣時，空氣沿著呼吸道到達肺泡的巨大表面積上，使空氣變成恒溫時的飽和水蒸氣；而呼出氣在通過氣管與鼻腔時，隨著外周體溫的逐漸降低，呼出氣的水氣沿著呼吸道表面凝結成水，使水分有效地返回組織，減少呼吸失水。如駱駝，通過逆流交換可回收呼出氣全部水分的95%。第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）減少排泄和糞便失水1）哺乳動物腎臟的保水能力：腎臟通過亨利氏袢和集合管的吸水作用使尿濃縮。亨利氏袢越長（相應腎臟髓質(zhì)越厚），回收水越多，尿濃縮越高。2）鳥類和爬行類的大腸和泄殖腔以及昆蟲的直腸腺具重吸收水的作用。獸類雖無泄殖腔，但大腸也能重吸收水，使排出糞便的含水量隨所棲環(huán)境干燥程度增加而減少。第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3）排泄尿酸：魚類排氨，排氨1克需水300-500ml。兩棲類、獸類排泄尿素，爬行類、鳥類及昆蟲排尿酸。排1克尿素與尿酸，需水分別為50-10ml。（4）行為適應：夜間活動、穴居、夏眠第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.4大氣的生態(tài)作用大氣組成及其生態(tài)作用大氣由氮、氧、二氧化碳、惰性氣體、氨、甲烷、臭氧、氧化氮及不同含量的水蒸氣組成。在干燥空氣中，O2占大氣總量的20.95%，N2占78.09%，CO2占0.032%。但在地下洞穴或通氣不良的環(huán)境中，空氣中的O2和CO2含量與大氣不相同。在大氣組成成分中，對生物關系最為密切的是O2與CO2。CO2是植物光合作用的主要原料，又是生物氧化代謝的最終產(chǎn)物；O2幾乎是所有生物生存所依賴的物質(zhì)（除極少數(shù)厭氧生物外），沒有氧，動物就不能生存。第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2

氧的作用與生物的適應（1）氧與動物能量代謝動物生存必須依靠食物氧化產(chǎn)生的能量。陸生動物耗能大于水生動物。恒溫動物的能量代謝率要高于變溫動物。

環(huán)境氧濃度極低時，可影響動物的代謝率。如當水中PO2從13.3KPa下降到2.67KPa時，鯛的代謝率下降約三分之一，當水中氧濃度低于2KPa時，這種魚就不能生存。第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

在低氧濃度下，金魚的氧耗隨水中氧濃度成線性改變第32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）魚類對低氧的適應低氧馴化的魚類可增加血氧容量和血氧親和力，從而增強對低氧的耐受能力。部分魚類能忍受缺氧，靠厭氧代謝提供能量。金魚在缺氧12小時后，組織中產(chǎn)生大量乳酸，乳酸可轉(zhuǎn)化為酒精，由鰓排出，減少體內(nèi)的貯存。第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）恒溫動物對高海拔低氧的適應動物或人從低海拔進入高海拔后，最明顯的適應性反應表現(xiàn)在呼吸與血液組成方面。首先是由于低氧刺激，動物產(chǎn)生過度通氣（呼吸深度的增加）。高海拔土著動物、人，或是馴化到高海拔上，其骨骼肌中的肌紅蛋白濃度均增加（肌紅蛋白的攜氧能力遠大于血紅蛋白），為低氧狀態(tài)的組織提供更多氧。人與其他哺乳動物從平原進入高海拔后，血液中的紅血球數(shù)量、血紅蛋白濃度及血球比積將升高。第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）植物與氧植物與動物一樣呼吸消耗氧，但植物是大氣中氧的主要生產(chǎn)者。植物光合作用中，每呼吸44gCO2，能產(chǎn)生32gO2。白天，植物光合作用釋放的氧氣比呼吸作用所消耗的氧氣大20倍。據(jù)估算，每公頃森林每日吸收1噸CO2，呼出0.73噸氧；每公頃生長良好的草坪每日可吸收0.2噸CO2，釋放0.15噸O2。如果成年人每人每天消耗0.75kg氧，釋放0.9kgCO2，則城市每人需要10m2森林或50m2草坪才能滿足呼吸需要。因此綠化環(huán)境是至關重要的，不僅是美化環(huán)境，更主要的是給人類的生存提供了凈化的空氣環(huán)境。第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.CO2與植物植物在光能作用下，同化CO2與水，制造出有機物。在高產(chǎn)植物中，生物產(chǎn)量的90—95%是取自空氣中的CO2，僅有5—10%是來自土壤。因此，CO2對植物生長發(fā)育具有重要作用。各種植物利用CO2的效率不同，C3植物（水稻、小麥、大豆等）對CO2的利用效率低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）。在強光照下，作物生長盛期，CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2濃度能直接增加作物產(chǎn)量。第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.4土壤的生態(tài)作用第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.土壤的生態(tài)意義1土壤位于陸地生態(tài)系統(tǒng)的底部，具有營養(yǎng)物傳遞系統(tǒng)，再循環(huán)系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基底或基礎。在土壤中進行的兩個最重要的生態(tài)過程是分解和固氮過程。2土壤為陸生植物提供了基質(zhì)，為陸生動物提供了棲息地。土壤是植物萌芽、支撐和腐爛的地方，又是水和營養(yǎng)物儲存場所；是動物和微生物藏身處，排污處；是污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要基地。因此土壤無論對植物或動物都是重要的生態(tài)因子，是人類重要的自然資源。第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.土壤的物理性質(zhì)與生物的關系土壤是由固體、水份和空氣組成的三相復合系統(tǒng)。固相顆粒是土壤的物質(zhì)基礎，土壤顆粒的組成、性質(zhì)及排列形式，決定了土壤的理化性質(zhì)與生物特性。（1）土壤質(zhì)地和結構土壤由粗砂（2.0-0.2mm）、細砂（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）組成。這些顆粒組合的百分比稱為土壤質(zhì)地。

根據(jù)土壤質(zhì)地可把土壤分為砂土、壤土和粘土三大類。第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

土壤結構：土壤顆粒排列形式，孔隙度及團聚體的大小和數(shù)量稱為土壤結構。

土壤結構可影響固、液、氣相分配比例。團粒結構（腐殖質(zhì)：粘結土粒形成0.25-10mm的小團塊）是土壤中最好的結構。

結構不良的土壤，土體堅實，通氣透氣性差，土壤肥力差，不利于植物根系伸扎和生長，土壤微生物和土壤動物的活動受到抑制。這些動物在土壤形成和有機物分解中又起重要作用。土質(zhì)對小麥根系生長的影響第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）土壤水分可直接被植物根吸收利用，有利于礦物質(zhì)養(yǎng)分的分解、溶解和轉(zhuǎn)化，有利于土壤中有機物的分解和合成，增加了土壤養(yǎng)分。水分過少時，植物受干旱威脅；水分過多，易引起有機質(zhì)的嫌氣分解，產(chǎn)生H2S及各種有機酸，對植物有毒害作用，根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐爛。土壤水分影響了土壤動物的生存與分布。第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）土壤空氣特點：

低O2（10-12%），高CO2（0.1%）。透氣不良時，土壤中CO2積累過多，阻礙根系生長、種子發(fā)芽，甚至導致植物死亡。土壤動物對土壤中低氧和高CO2的適應性：血紅蛋白的濃度增加，血紅蛋白的氧結合能力增加，同時降低能量代謝，降低體溫。地下獸的腦中樞對CO2的敏感性降低。土壤通氣程度影響土壤微生物的種類、數(shù)量和活動情況，進而影響分解過程。第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）土壤溫度影響植物的生長發(fā)育。影響根系的生長、呼吸和吸收性能。影響礦物質(zhì)鹽類的溶解速度、土壤氣體交換、水分蒸發(fā)、土壤微生物活動以及有機質(zhì)的分解，而間接影響植物的生長。影響土壤動物的運動。第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.土壤化學特性的生態(tài)作用（1）土壤pH影響礦質(zhì)鹽分的溶解度，從而影響植物養(yǎng)分的有效性。影響微生物活動而影響?zhàn)B分的有效性和植物的生長。如許多豆科植物的根瘤只能生長在中性土壤中。影響土壤動物區(qū)系及其分布。圖土壤pH對礦物養(yǎng)分的有效性影響。以帶寬度表示第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）土壤有機質(zhì)：可分為腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)非腐殖質(zhì)是死亡動植物組織和部分分解的組織。腐殖物質(zhì)是土壤微生物分解有機質(zhì)時，重新合成的具有相對穩(wěn)定性的多聚體化合物。腐殖質(zhì)是植物營養(yǎng)的重要碳源和氮源。影響到土壤動物的分布與數(shù)量。土壤有機質(zhì)對土壤團粒結構的形成、保水、供水、通氣、穩(wěn)溫也有重要作用，從而影響植物生長。第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）土壤礦質(zhì)元素植物生命活動需要9種大量元素（鉀、鈣、鎂、硫、磷、氮、碳、氧、氫、）和7種微量元素（鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬和氯）。除碳、氫、氧以外，植物所需的全部元素均來自土壤礦物質(zhì)和有機質(zhì)的礦物分解。土壤的無機元素對動物的生長和動物的數(shù)量也有影響。第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月4.

植物對土壤的適應酸性土植物（pH<6.5）中性土植物（pH6.5-pH7.5）堿性土植物（pH>6.5）大多數(shù)植物和農(nóng)作物適宜在中性土壤中生長。生活在鹽堿土中的植物和沙基質(zhì)中的植物，分別歸為鹽堿土植物和沙生植物。第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月植物對鹽堿土的適應形態(tài)適應：類似于旱生植物。矮小、干硬、葉子不發(fā)達、孔下陷，表皮具厚的外皮，常具灰白色絨毛。細