9 物质环境.ppt

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1、第一部分第一部分 有机体与环境有机体与环境 1 1 生物与环境生物与环境 2 2 能量环境能量环境 3 3 物质环境物质环境 3.1 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 3.2 3.2 生物对水的适应生物对水的适应 3.3 3.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 3.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 3.5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系1/763 3 3 3 物质环境物质环境物质环境物质环境1 3 物质环境物质环境 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 地球上和环绕地球大气圈中各类型

2、的水，统称水圈水圈。水是所有生物体的内部介质，生物新陈代谢及各种物质的输送都必须在水溶液中进行，是不可缺少的重要组成成分。水作为外部介质，是水生生物获得资源和栖息地场所，水影响陆生生物的生长与分布，陆生生物保水是第一性的。2/7623.1.1 3.1.1 水的特性与存在形式水的特性与存在形式 （1）水分子具有极性。是生物成分的最好溶剂，保证了营养物质的转运。（2）高热容量。1kcal(4.1868kJ)/L；空气的仅为0.24kcal(1.01kJ)/L；保证了水温的相对稳定。（3）密度高、特殊的密度变化。水体浮力大，但粘滞性也大。3/763 （4）水含氧量低。水生生物呼吸耗能大。水：含量7m

3、lO2/L，获得1gO2，需100Kg的水完全交换。陆地：含量210mlO2/L，获得1gO2，需5g的空气进行交换。(5)相变。水有三种形态，在气态、液态和固态间相互转换过程中，伴随着大量热量的释放和吸收。4/764(1)降雨量：地球上降雨量随纬度变化。降雨量：地球上降雨量随纬度变化。纬度0-20降雨量最大。纬度20-40地带，由于空气下降吸收水分，降雨量减少，在南北半球40-60地带，南北暖冷气团相交形成气旋雨，成为中纬度湿润带。极地地区降水很少。5/763.1.2 陆地上水的分布陆地上水的分布5 陆陆地地上上降降雨雨量量的的多多少少还还受受到到海海陆陆位位置置、地地形形及及季季节节的的影

4、影响响。离海洋越远降雨越少；山脉的迎风坡降雨多，背风坡降雨少；夏季降雨多，冬季降雨少。年降雨的均衡性对生物也有一定的影响。如热带稀树草原湿度高，降雨集中，长期干旱。6/766（2）大气湿度：大气湿度：反映了大气中气态水含量。相对湿度受到环境温度的调节，会随地理位置、昼夜、季节等因素发生变化。热带雨林通常在80-100，荒漠、半荒漠地带为20，夜间、夏季相对湿度高。7/767（3）我国降水量的地域分布：我国降水量的地域分布：从东南往西北降水逐渐减少。从东南往西北降水逐渐减少。华 南 降 水 量 为 15002000 mm，长 江 流 域 为10001500mm，秦岭和淮河大约为750mm，从大兴

5、安岭西坡向西，经燕山到秦岭北坡为500mm，黄河上中游约250500 mm。内蒙西部至新疆南部为100 mm以下。8第一部分第一部分 有机体与环境有机体与环境 1 1 生物与环境生物与环境 2 2 能量环境能量环境 3 3 物质环境物质环境 3.1 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 3 3.2.2 生物对水的适应生物对水的适应 3.3 3.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 3.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 3.5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系9/769 植物生产力和降雨量相关。植物生产力和降雨量

6、相关。水既是植物细胞的组成要素，又是光合作用的底物。在干燥地区，初级生产力随降雨量的增加近直线增长。在比较潮湿的森林气候中，生产力上升到平稳阶段后不再升高。植物每生产1克干物质，一般需300-600克水，但不同植物类型需水量不同，具有光合效率高的C4植物（如玉米、狗尾草）比C3植物（如小麦、油菜）需水量少。有些植物潜在的蒸腾量远大于降水量，可见，干旱是造成这些植物低生产力的关键因素。10/763.2.1 植物与水植物与水10降雨量与植被降雨量与植被11/7611 由于植物光合作用所需CO2仅占大气的0.03%，所以需要获得足够的CO2需要大量的气体交换，叶蒸腾的水量大约是植物体利用水量的100

7、倍。当然，叶蒸腾失水不只是光合作用的需要，也发挥着运送营养物质和代谢废物的作用。陆地植物在得水（根吸水）得水（根吸水）和失水（叶蒸腾）之间保持平衡和失水（叶蒸腾）之间保持平衡，才能维持其正常生活。12/763.2.1.1陆地植物陆地植物12陆地植物对水的适应性：陆地植物对水的适应性：图图3-3.骆驼刺骆驼刺地地上上茎茎叶叶只只有有几几厘厘米米，根根深深达达到到15 m，扩展的范围达扩展的范围达623 m （1 1）根系）根系：在潮湿土壤中植物根系不发达，有的植物根缺乏根毛。在干燥土壤中，植物具有发达的深根系。主根可长达几米或十几米，侧根扩展范围很广，有的植物根毛发达，充分增加吸水面积。13（2

8、 2）气气孔孔：植物失水主要是叶蒸腾通过气孔完成，在不同环境中生活的植物具有不同的调节气孔开闭的能力。生活在潮湿、弱光环境中的植物，一般吸水能力差，在轻微失水时，就减少气孔开张度，甚至主动关闭气孔以减少失水。阳生草本植物在干燥环境中，气孔慢慢关闭。干旱地区有些植物气孔深陷在叶内，或在夜晚进行气体交换。14/7614（3 3）叶叶子子：叶子的外表覆盖有蜡质的、不易透水的角质层，能降低叶表面的蒸腾量，生活在干燥地区的植物尽量缩小叶面积以减少蒸腾量。15/7615根据植物生活环境的湿度将其分为三种类型：湿生植物：湿生植物：湿生植物大海芋生长在热带雨林下层潮湿环境中，大气湿度大，植物蒸腾弱，容易保持水

9、分，因此其根系极不发达。抗旱能力弱，不能忍受长时间缺水，但抗涝性很强，根部通过通气组织和茎叶的通气组织相连接，以保证根的供氧。如秋海棠、水稻、灯芯草等。16/7616中生植物:如大多数农作物，森林树种。由于环境中水分减少，而逐步形成一套保持水分平衡的结构与功能。根系与输导组织比湿生植物发达，吸收、供应更多水分；叶片表面有角质层，栅栏组织较整齐，防止蒸腾能力比湿生植物高。17/7617旱生植物：少少浆浆液液植植物物：体内含水量极少，当失水50%时仍能生存。适应干旱环境的特点:叶面积缩小，叶叶片片极极度度退退化化成成针针刺刺状状，或小鳞片状;以绿色茎进行光合作用；叶片结构改变，气孔多下陷；根系发达

10、，可从深的地下吸水；细胞内有大量亲水胶体物质，使胞内渗透压高，能使根从含水量很少的土壤中吸收水分。刺叶石竹叶子变成刺18图3-6荒漠植物树形仙人掌 多多浆浆液液旱旱生生植植物物：根、茎、叶薄壁组织逐渐变为储水组织，成为肉质性器官。能在极端干旱的荒漠地带长的很高大；多失去叶片，由绿色茎代行光合作用；白天气孔关闭以减少蒸腾量，夜间气孔张开，CO2进入细胞内被有机酸固定，到白天光照下，CO2被分解出来进行光合作用。19 水中溶氧低，水生植物体内具发达的通气系统；叶片很薄，有利于增加采光面积和对营养物的吸收；身体弹性、抗扭曲能力较强；有些植物可调节渗透压，有的能耐受高盐，如红树的根和叶中有高浓度的脯氨

11、酸、山梨醇、甘氨酸-甜菜苷，提高了渗透压。图图3-7 红红树树叶叶子子的的特特殊殊盐盐腺腺分分泌泌盐，沉淀在叶子的外表面上盐，沉淀在叶子的外表面上3.2.1.2 水生植物水生植物20沉沉水水植植物物：整株植物沉没在水下。根退化或消失。植物具有封闭式的通气组织系统，如金鱼藻能储存呼吸产生的CO2和光合作用产生的O2。叶绿体大而多，适应水中弱光。浮浮水水植植物物：叶片飘浮水面，气孔分布在叶上面，机械组织不发达，不扎根（浮萍）或扎根（睡莲、眼子菜），植物体内存在大量通气组织，使植物体重减轻，增加了漂浮能力。根茎叶内形成一套相互连接的通气系统，如荷花。挺挺水水植植物物：植物体大部分挺出水面，如芦苇等。

12、沼泽地中的丝柏树，地下侧根向地面上长出出水通气根，为地下根提供空气，帮助固定树。21/7621图图3-8 丝柏树（丝柏树（Taxodium distichum）的出水通气根从侧根上长出水面来的出水通气根从侧根上长出水面来22 动物与植物一样，必须保保持持体体内内的的水水平平衡衡才能维持生存。水生动物保持体内的水平衡是依赖于水的渗透调节作用。陆生动物则依靠水分的摄入与排出的动态平衡，从而形成了行为、生理、形态上的适应。23/763.2.2 动物对水的适应动物对水的适应23 (1)渗透压调节渗透压调节当水生生物体内溶质浓度高于环境中的时候，水将从环境中进入机体，溶质将从机体内出来进入水中，动物会涨

13、死；当体内溶质浓度低于环境中时，水将从机体进入环境，盐将从环境进入机体，动物会出现缺水。解决这一问题的机制是靠渗透调节。24/763.2.2.1水生动物2425 淡水鱼类：淡水鱼类：淡水的盐度在0.02-0.50之间，淡水硬骨鱼血液渗透压（冰点下降-0.70）高于水的渗透压（-0.02），属于高渗性，其本身处于低渗环境。水通过鳃流入体内，不调节会涨死。渗透压调节机制：肾脏发育完善，有发达的肾小球，滤过率高，一般没有膀胱，或膀胱很小，肾脏排出大量低浓度尿。丢失的溶质可从食物中得到，而鳃能主动从周围稀浓度溶液中摄取盐离子，保证了体内盐离子的平衡。26/7626 海洋硬骨鱼类：水的盐度在32-38之

14、间（平均35），渗透压为-1.85。海洋硬骨鱼的渗透压为-0.80，处于高渗环境中，其体内水分不断通过鳃外流。渗透压调节机制：经常吞海水，补充水分；肾小球退化，排出极少的低渗尿，主要是二价离子Mg2+,SO42-；鳃主动向外排盐。27/7627海洋软骨鱼海洋软骨鱼：血液渗透压为-1.95，与海水渗透压-1.85基本相等。海洋软骨鱼体液中的无机盐浓度比海洋硬骨鱼略高，其高渗透压的维持主要依靠血液中储存大量其高渗透压的维持主要依靠血液中储存大量尿素和氧化三甲胺尿素和氧化三甲胺（2:1）。代谢废物尿素被作为有用物质利用，氧化三甲甲胺正好抵消了尿素对酶的抑制作用。海洋软骨鱼有很强的离子调节，如血液中N

15、a+大约为海水的一半。排出体内多余Na+，主要靠直肠腺，其次是肾脏。28/7628图3-10海洋硬骨鱼与海洋软骨鱼渗透压比较29洄游性鱼类：洄游性鱼类：具有淡水硬骨鱼与海水硬骨鱼的渗透压调节特征。靠肾脏调节水，在淡水中排尿量大，在海水中排尿量少，在海水中大量吞水，以补充水；靠鳃调节盐的代谢，鳃在海水中排出盐，在淡水中摄取盐。其他海洋动物其他海洋动物 海洋无脊椎动物是渗透压顺应者。海龟、海鸟具盐腺。海洋兽类（鲸）排高浓度的尿。30/7630两栖动物两栖动物 在水中时肾脏功能同淡水鱼，皮肤功能同鱼鳃。在陆地上时皮肤可从空气中吸收水分，靠膀胱重新吸收水分来保持体液水分平衡。31/7631（2）水生动

16、物对水密度的适应）水生动物对水密度的适应 水的密度大约是空气的800倍，浮力很大。水生动物无四肢或附肢弱，骨骼的支撑能力极差。具有鳔，调节浮力。身体庞大，蓝鲸的体长可达33米，体重100t，而大象体重7t,相差近15倍。深海压力大，每增加10米，增加1个大气压。深海鱼类皮肤组织的通透性很大，骨骼和肌肉不发达，没有鳔。水的粘滞性很大，是空气的50多倍，水生动物运动困难，快速游泳的动物身体呈流线型。32/7632（3）水中溶氧和鱼类对低氧的适应 由于O2难溶于水，水中溶氧（0淡水最高为10ml/L）远低于大气中的氧含量（210ml/L），不到1/20。显然，水生生物呼吸很困难，耗能也很大。溶氧还受

17、温度和盐度的影响。水中溶氧极不均匀，受水层、水流、水生植物的光合作用、动物、微生物和有机物量的影响。低氧驯化的鱼类可增加血氧容量和血氧亲和力，从而增强对低氧的耐受能力。部分鱼类能忍受缺氧，靠厌氧代谢提供能量。33/76333.2.2.2 3.2.2.2 陆生动物陆生动物(1)水平衡 陆生动物失水的途径主要是皮肤蒸发失水、呼吸皮肤蒸发失水、呼吸失水与排泄失水失水与排泄失水。得水途径主要为饮水、食物和代谢饮水、食物和代谢水水，少数动物通过体表可以从大气中吸水。自然界的某些环境中动物难以得到水。陆生动物失水过多会因体液渗透压不平衡导致死亡，因而，陆生动物保水十分重要。34/7634减少蒸发失水减少蒸

18、发失水 节肢动物体表具角质层和蜡膜;爬行动物体表具鳞片；兽类与鸟类皮肤角质化，外被毛或羽，都具有防止水分蒸发的作用。图图3-13 3-13 生活在干旱环境的沙龟失水率仅为湿地环境池龟的生活在干旱环境的沙龟失水率仅为湿地环境池龟的10%10%35 减少呼吸失水:昆虫通过气孔的开放与关闭，可使失水量相差数倍。图3-12，黄粉虫幼虫气孔的开放后失水增加2-3倍。多数陆生动物的呼吸系统采用逆流交换机制，减少呼吸失水，对于恒温动物，如荒漠鸟兽的作用尤其强大。骆驼可重吸收95%的水分。36/7636减少排泄和粪便失水减少排泄和粪便失水 a.哺乳动物肾脏的保水能力:肾脏通过亨利氏袢和集合管的吸水作用使尿浓缩

19、。干旱环境的动物，尿浓度高。b.兽类大肠、鸟类与爬行类的大肠和泄殖腔、昆虫的直肠腺具重吸收水的作用。c.排泄尿酸:鱼类排氨，排氨1克需水300500 ml。两栖类、兽类排泄尿素，排1克尿素需水50 ml。爬行类、鸟类及昆虫排尿酸。排1克尿酸需水10 ml。d.行为适应：夜间活动、穴居、夏眠、滞育。37/7637 羊膜卵的产生就代表了一种机制，使陆生脊椎动物在发育过程中能阻止水的丢失，繁殖摆脱水的束缚，以开拓陆地。38/7638（2）动物与湿度）动物与湿度 动动物物可可通通过过行行为为选选择择其其喜喜好好的的湿湿度度。通通过过夏夏眠眠和滞育躲过干旱的季节。和滞育躲过干旱的季节。高湿度提高喜湿昆虫

20、的生长发育、繁殖、存活与寿命；对于喜旱的昆虫，过湿也会导致生长慢、生育率低、死亡率高。39（3 3）动物与雪被）动物与雪被 高纬度地区冬季降雪形成稳定的积雪覆盖称为雪被。雪被是干旱地区的天然蓄水库。雪被有隔热、保温性能，对植物有保护作用，为穴居动物提供温暖场所和丰富的食物。对雪上动物造成危害，如行动不便，采食困难等。雪上动物对雪被的适应：一是增大脚的支撑面积，增生刚毛、粗毛、羽毛、角质片等，利于在雪上行走。二是取食，大型动物拨开雪取食，小型动物依赖人类或大型动物，形成共生关系。一些鸟类改变食性，如黑琴鸡，夏季吃种子、昆虫、浆果，冬季吃针叶等。40/7640第一部分第一部分 有机体与环境有机体与

21、环境 1 1 生物与环境生物与环境 2 2 能量环境能量环境 3 3 物质环境物质环境 3.1 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 3.2 3.2 生物对水的适应生物对水的适应 3.3 3.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 3.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响 3.3.5 5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系41/76413.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 大气圈由围绕地球的各种气体所组成，大气圈由围绕地球的各种气体所组成，厚约厚约1 1万万kmkm。85km 85km以内的均质层为混合气以内的均质

22、层为混合气体；之外为氮、氧、氦、氢气的非均质层。体；之外为氮、氧、氦、氢气的非均质层。生物一般仅分布在对流层下半层生物一般仅分布在对流层下半层1010kmkm内。内。大气由氮、氧、二氧化碳、惰性气体、氨、大气由氮、氧、二氧化碳、惰性气体、氨、甲烷、臭氧、氧化氮及不同含量的水蒸汽组甲烷、臭氧、氧化氮及不同含量的水蒸汽组成。在干燥空气中，成。在干燥空气中，O O2 2占占20.95%20.95%，N N2 2占占78.9%78.9%，COCO2 2占占0.032%0.032%。42/7642 对生物关系最为密切的大气成分是O O2 2与与COCO2 2。CO2是植物光合作用的主要原料，又是生物氧化

23、代谢的最终产物；O2几乎是所有生物生存所依赖的物质。海拔每升高300米，大气压约降低3.33kPa，氧分压随之降低，海平面氧分压是101.32kPa 20.95%=21.23kPa，海拔5400m，大气压降为0.5atm，氧分压仅为9.73kPa，多数兽类难以生存。除海拔外，在地下洞穴或通气不良的环境中，空气中的O2和CO2含量与大气中不同。43/7643 大气中的O2的主要来源是植物的光合作用，少数是紫外线分解水汽放出O2(光解作用)，高浓度O原子结合成臭氧O3，在25-40km的高空（对流层外半层）形成臭氧保护层。44/763.3.1氧与生物氧与生物44图3-15.在低氧浓度下，金鱼的氧耗

24、随水中氧浓度成线性改变(1)氧与动物能量代谢 动物生存必须依靠食物氧化产生的能量。水生动物代谢率受水体溶氧的影响。45 当水中PO2从13.3 kPa下降到2.67 kPa时，鲷、鲀的代谢率下降约1/3,当水中氧浓度低于2 kPa时，这两种鱼就不能生存。陆地上O2浓度高，6000m以下，动物代谢率与O2浓度不相关。环境氧浓度极低时，可影响动物的代谢率。陆生动物耗能大于水生动物，恒温动物代谢率高于变温动物。如在25条件下，鲇鱼静止代谢率约为0.04mlO2/g/h，原尾蜥虎约为0.2mlO2/g/h,黄腹角雉则为 4.5mlO2/g/h。46/7646(2)动物对高海拔低氧的适应 变温动物在低氧

25、环境中主要通过提高血红蛋白对氧的结合力来适应。内温动物进入高海拔地区首先表现为过度通气（呼吸深度的增加），然后在呼吸和血液方面逐渐出现适应性变化：呼吸：肺泡膜的气体弥散能力增高；低氧刺激组织内毛细血管增生，缩短了气体弥散距离，有利于给组织供氧。47/7647内温动物通过自身体内氧化代谢产热来调节体温的动物称为通过自身体内氧化代谢产热来调节体温的动物称为内温动物。内温动物。一般的哺乳动物和鸟类都是内温动物。一般的哺乳动物和鸟类都是内温动物。内温动物概念的提出是相对于外温动物而言的，内温动物概念的提出是相对于外温动物而言的，外温动物调节体温的能力是很低的，总是依赖于外外温动物调节体温的能力是很低的

26、，总是依赖于外部环境的热源。部环境的热源。内温动物对低温环境生理适应的对策有内温动物对低温环境生理适应的对策有逆热流交换机制、逆热流交换机制、产热产热、局部异温性、局部异温性48 血液等的改变：血红蛋白对氧的结合力下降，血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积升高，数周后维持在一定高水平上。回原地后，这些指标将逐渐恢复到原水平。高海拔生活的内温动物，骨骼肌中的肌红蛋白浓度增加（肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白）；气体交换系统各部位（吸入气-肺泡气-血液-组织）的氧分压差较低，O2的传递能力强。血象与平原动物相近，血氧亲和力强。49/7649 人由海拔850 m进入4540 m，再回到原地，血

27、球比积、红细胞数和血红蛋白的变化。50/7650(3)(3)植物与氧植物与氧 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。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，每每公公顷顷森森林林每每日日吸吸收收1 1吨吨COCO2 2，呼呼出出0.730.73吨吨氧氧；每每公公顷顷生生长长良良好好的的草草坪坪每每日日可可吸吸收收0.20.2吨吨COCO2 2，释释放放0.150.15吨吨OO2 2。如如果果成成年年人人每每人人每每天天消消耗耗0.75 0.75 kgkg氧氧，释释放放0.9 0.9 kg kg COCO2 2，则则城城市市每每人人需需要要10 10

28、mm2 2森森林林或或50 50 mm2 2草草坪坪才才能能满满足足呼呼吸吸需需要要。因此必须绿化环境，才能为人类生存提供净化的空气环境。51/7651 (1)(1)大气中大气中COCO2 2浓度浓度与温室效应与温室效应 大气中CO2浓度白天较低，夜间较高。由于工业的发展，近百年来大气中CO2含量从290ppm上升到了320ppm。由于大气中CO2能透过太阳辐射，而不能透过地面反射的红外线，导致地面温度升高，尤如玻璃温室的热效应。大气中CO2每增加其含量的1，地表平均温度升高0.3。也有人认为，大气中CO2增加的同时，尘埃也相应增加，阻挡了太阳辐射，抵消了CO2的热效应。52/763.3.2

29、CO2的生态作用的生态作用52(2)CO2与植物与植物 为植物光合作用所必需。在高产植物中，生物产量的90-95是取自空气中的CO2，仅有5-10是来自土壤。CO2对植物生长发育具有重要作用。由于CO2进入叶绿体内的速度慢、效率低，对于强光照下的作物生长来说，空气中CO2不足是光合作用效率的主要限制因素，增加CO2浓度能直接增加作物产量。各种植物利用CO2的效率不同，C3植物（水稻、小麦、大豆等）对CO2的利用效率低于C4植物（甘蔗、玉米、高粱等）。53/7653第一部分第一部分 有机体与环境有机体与环境 1 1 生物与环境生物与环境 2 2 能量环境能量环境 3 3 物质环境物质环境 3.1

30、 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 3.2 3.2 生物对水的适应生物对水的适应 3.3 3.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 3.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 3.5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系54/76543.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响陆地是陆生生物赖以生存的必要条件。55/7655岩石圈岩石圈 岩石圈主要由地球的地壳层构成，是生物所需要的各种元素和化合物的源泉，也是成土母质、海洋盐类、大气和一切自由水的源泉。地壳表面的岩石 风化风化 成土母质

31、 生物作用生物作用 土壤。地球的构成（6400Km）地幔地幔(2895Km)硅硅酸盐酸盐地核（地核（3475Km)铁铁和镍和镍地地壳壳（1640Km）O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg等等56 土壤由固体、水份和空气三相组成。固相颗粒是土壤的物质基础，占土壤总重量的85%以上。土壤颗粒的组成、性质及排列形式，决定了土壤的理化性质与生物特性。57/763.4.1 土壤的物理性质与生物土壤的物理性质与生物 土壤是陆生动植物的栖息地；提供植物营养元素和水分，也为陆生动物提供营养；是物质转化的场所。57（1 1）土壤质地与结构：土壤质地与结构：土壤由粗砂（2.00.2 mm）、细砂(0.20.

32、02 mm)、粉砂(0.02-0.002 mm)和粘粒(0.002 mm以下)组成。这些不不同同大大小小颗颗粒粒组组合合的的百百分分比比，称称为为土土壤壤质地质地。土壤质地影响生物的分布与活动。砂砂土土:颗粒较粗、疏松、粘结性小，通气性强，但蓄水、保肥性能差。蝼蛄喜湿润的含沙质较多的土壤。壤壤土土:质地较均匀，通气透水，适宜农业种植。沟金针虫多在粉砂壤土和粉砂粘土中。粘粘土土:颗粒细，湿时粘，干时硬，保水保肥能力强，透水透气性差。细胸金针虫多出现在粘土中。58 土土壤壤结结构构：土壤颗粒排列形式，孔隙度及团聚体的大小和数量称为土壤结构。腐殖质把矿质土粒粘结成0.25-10mm的小团块，即为团粒

33、结构，团粒结构是土壤中最好的结构。土壤结构可影响固、液、气相分配比例。结构不良的土壤，土体坚实，通气透气性差，土壤肥力差，不利于植物根系伸扎和生长，土壤微生物和土壤动物的活动受到抑制，而这些动物在土壤形成和有机物分解中又起重要作用。59/7659（2）土壤水分）土壤水分 土壤水分可直接被植物根吸收利用，有利于矿物质养分的分解、溶解和转化，有利于土壤中有机物的分解与合成，增加了土壤养分。水分过少时，植物受干旱威胁。水分过多，易引起有机质的嫌气分解，产生H2S及各种有机酸，对植物有毒害作用，根的呼吸作用和吸收作用受阻，使根系腐烂。土壤水分影响了土壤动物的生存与分布。如白蚁要求相对湿度大于50%，叩

34、头虫幼虫要求大于92%。土壤动物随土壤含水量变化进行垂直迁移，如蚯蚓在雨后爬出土壤。60/7660（3 3）土壤空气）土壤空气 土壤透气性差，与大气交换差，动物、微生物、植物根系的呼吸作用和有机物的分解，导致土壤空气的特点表现为：低O2(1012%)，高CO2(0.1%左右)。透气不良时，土壤中CO2积累过多，阻碍根系生长、种子发芽，甚至导致植物死亡。61 土壤动物对土壤中低氧和高CO2的适应性：血红蛋白的浓度增加，血红蛋白的氧结合能力增加，同时降低能量代谢，降低体温。地下兽的脑中枢对CO2的敏感性降低，随着CO2增加，呼吸通气量增加缓慢，大量的CO2导致体内产生高碳酸血症，其肾脏可调节离子浓

35、度。土壤通气程度影响土壤微生物的种类、数量和活动情况，影响分解过程，进而影响植物营养状况。62/7662（4 4）土壤温度）土壤温度 影响植物的发育生长。植物发芽和生长都有各自的最适温度。影响根系的生长、呼吸和吸收性能。低温限制其呼吸能力和吸收作用、物质运输，温度过高，根系和地下储藏器官生长减弱。影响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。影响土壤动物的行为。如季节性垂直迁移。63/7663(1)(1)土壤土壤pHpH：影响矿质盐分的溶解度，从而影响植物养分的有效性。pH 6-7时养分有效性最高。影响微生物活动而影响养分的有效性和植物

36、的生长。如固氮菌、根瘤菌等不能在酸性土壤中生存，所以许多豆科植物只能生长在中性土壤中。影响土壤动物区系及其分布。如金针虫在pH 4.0-5.2土壤中数量最多，小麦吸浆虫幼虫喜在pH 7-11的土壤中生活。64/763.4.2 3.4.2 土壤化学性质及其对生物的影响土壤化学性质及其对生物的影响64图图3-20 3-20 土壤土壤pHpH对矿物养分的有效性影响对矿物养分的有效性影响65(2)土壤有机质：可分成腐殖质和非腐殖质。非腐殖质是死亡动植物组织和部分分解的组织，主要是糖类和含氮有机物。腐殖质是土壤微生物分解有机质时，重新合成的具有相对稳定性的多聚体化合物，主要是胡敏酸和富里酸，约占土壤有机

37、质总量的85-95%。腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源，是异养微生物的重要养料和能源，影响土壤动物的分布与数量。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。66/7666 (3)(3)土壤矿质元素土壤矿质元素 除碳、氢、氧以外，植物所需的全部元素均来自土壤矿物质和有机质的矿物分解，而这个分解过程十分缓慢，因此合理施肥改善土壤的营养状况，以达到植物增产的目的。67/7667 土土壤壤的的无无机机元元素素影影响响动动物物的的生生长长、分分布布和和数数量量。如蜗牛生活在石灰岩区；飞蝗在土壤盐度0.5%地区频发，高于1.2-1.5%时无分布；土壤钴低于2-3p

38、pm时，许多反刍动物会患虚弱症；草食性有蹄类喜食盐丰富的地区。图321 白尾鹿舔食矿物质的盐汁土68/76683.4.3 3.4.3 土壤的生物特性土壤的生物特性 土壤的生物特性是土壤中动物、植物和微生物活动所产生的一种生物化学和生物物理学特性。土壤微生物主要包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物，分解动植物残体，使土壤中的有机质矿质化和腐殖质化。土壤动物包括线虫、环虫、软体动物、节肢动物和脊椎动物，影响土壤肥力和植物的生长。总之，植物、土壤动物和微生物促进了成土作用，改善了土壤的物理性能，增加了土壤的营养成分。69/7669 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

39、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。70/76 3.4.4 3.4.4 植物对土壤的适应植物对土壤的适应70（1）盐碱土植物：）盐碱土植物：形形态态适适应应：矮小、干硬、叶子不发达、孔下陷，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。生理适应：生理适应：聚聚盐盐性性植植物物：原生质抗盐性特别强，能忍受高浓度的NaCl溶液。细胞液浓度特别高，根部细胞渗透压很高，能吸收高浓度土壤溶液中的水分。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。如柽柳、各种红树植物等。不不透透盐盐性

40、性植植物物：根细胞对盐类的透过性非常小，它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，提高了根从盐碱土中吸水能力。如：蒿属、盐地紫苑、盐地风毛菊、碱地风毛菊等。71/7671（2）沙生植物）沙生植物 具有抗风沙、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠等特征。流沙埋没时茎上能长出不定芽和不定根。根系生长迅速，具有根套，保护根免受灼热沙粒灼伤和流沙的机械伤害。如绿沙竹、白刺等。沙生植物具有旱生植物的特征，植被矮，主根长，侧根分布宽，以便获取水，有固沙作用；植物叶片极端缩小，甚至退化；有的叶具贮水细胞；有的叶表皮下细胞积累脂类物质，提高植物的抗热性；细胞高渗透压，提高根系主动吸水能力和抗旱性

41、。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。72/7672第一部分第一部分 有机体与环境有机体与环境 1 1 生物与环境生物与环境 2 2 能量环境能量环境 3 3 物质环境物质环境 3.1 3.1 地球上水的存在形式及分布地球上水的存在形式及分布 3.2 3.2 生物对水的适应生物对水的适应 3.3 3.3 大气组成及其生态作用大气组成及其生态作用 3.4 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 3.5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系73/7673 3.5 3.5 营养物质与生物的关系营养物质与生物的关系 除了光、温度和水外，营养

42、物质是第四大生态因子。植物需要10种大量元素和6种微量元素。常量元素C、H、O、N是植物的基本构成元素（CO2、水、硝酸盐等），是能量物质的主要构成成分，K维持渗透压、激活某些酶，Ca构成细胞壁，根的生长，Mg是叶绿素的构成成分，与蛋白质合成有关，S蛋白质构成，P能量传递、细胞核、生长、根系发育，Fe与叶绿素生产有关，在线粒体和叶绿体中运送O2和传递电子。74/7674 微量元素中，Mn增强体内从水到叶绿素的电子传递，激活脂肪合成酶。B有九大功能，如细胞分裂、花粉萌发、糖类代谢、水代谢、维持输导组织等；Zn是酶的组成成分，生成激素；Cu分布于叶绿体内，影响光合作用率，激活酶；Mo在固氮菌、蓝细

43、菌中作为催化剂使氮气转化为可利用氮；Cl增强体内从水到叶绿素的电子传递。75/7675 动物所需的营养物质与植物基本类似，有11种大量元素和7种微量元素。常量元素C、H、O、N也是能量物质的主要构成成分，Ca构成骨骼，肌肉运动，P能量传递、细胞核、生长发育。K维持渗透压、促进蛋白质合成、生长和糖代谢，Mg激活100种以上的酶，S蛋白质构成，Na 酸碱平衡、渗透压等，Cl酸碱平衡、渗透压等。微量元素中，Mn生殖和生长，Fe血红蛋白，Zn是酶的组成成分，Cu促进铁的吸收，Co维生素B12的组成成分，Se与维生素E有关，抗氧化，I甲状腺素的组成成分。76/7676思考练习题：思考练习题：1.名词解释：水圈 大气圈 岩石圈 温室效应 湿生植物 中生植物 旱生植物 沉水植物 浮水植物 挺水植物 土壤 土壤质地 土壤结构2.简述生物对水的适应。3.简述动物对低氧的适应。4.简述土壤的理化性质及其对生物的影响。5.简述营养物质对生物的作用。6.查阅有关氧气、CO2、营养和水及土壤性质对生物影响的研究文献。77