生态系统中的生物与环境

关于生态系统中的生物与环境第1页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五水是地球上所有有机体的内部介质，是生命物质的组成成分（植物体一般含水量达60%-80%）。水是有机体生命活动的基础，生物新陈代谢及各种物质的输送必须在水溶液中进行。水作为外部介质，是水生生物获得资源和栖息地场所；陆地上水量的多少，又影响到陆生生物的生长与分布。3.4.3.1水的生态作用第2页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五陆地上水的分布降雨量：降雨量随纬度变化很大。在赤道南北两侧纬度0°-20°，降雨量最大，年达100-200cm。纬度20°-40°地带，由于空气下降吸收水分，降雨量减少，是主要沙漠撒哈拉、大戈壁滩分布带；在南北半球40°-60°地带，由于南北暖冷气团相交形成气旋雨，年降雨量超过25cm，为中纬度湿润带。极地降水很少，为干燥地带。另外，陆地上降雨量的多少还受到海陆位置，地形及季节的影响。

第3页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五2大气湿度反映了大气中气态水含量。常用相对湿度来表示：R.H=e/E（%）。单位容积空气中实际水汽含量占饱和水汽含量百分比。相对湿度受到温度、风等因素的影响，会随

地理位置、昼夜、季节等因素发生变化。第4页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3我国降水量的地域分布基本规律：从东南往西北降水逐渐减少。等雨线：华南年降水量为1500-2000mm，长江流域为1000-1500mm，秦岭和淮河大约为750mm，从大兴安岭西坡向西，经燕山到秦岭北坡为500mm，黄河上中游约250-500mm。内蒙西部至新疆南部为100mm以下。第5页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.4.3.2植物对水分的生态适应陆地植物的水平衡

陆地植物光合作用获得1mlCO2需要交换3000ml空气，因而易失水。一株玉米一天需水2Kg。植物必须在得水（根吸水）和失水（叶蒸腾）之间保持平衡，才能维持其正常生活。水与植物生产力密切相关。第6页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五2.陆地植物对失水的适应性：（1）根系：

在潮湿土壤上，植物生长浅根系，仅在表土下几寸的土层中，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，侧根扩展范围很广，有的植物根毛发达，充分增加吸水面积。骆驼刺地下部分（根）和地上部分（茎叶）比。地上部分只有几厘米，根深达到15m，扩展的范围达

623m。

第7页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）气孔：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，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。有些植物气孔深陷在叶内，或在夜晚进行气体交换。（3）叶子：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。第8页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.对水因子不同适应的植物类型

陆生植物（1）湿生植物：抗旱能力小，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。

如阴性湿生植物大海芋，生长在热带雨林下层隐蔽潮湿环境中，大气湿度大，植物蒸腾弱，易保持水分，因此根系极不发达。该类植物有秋海棠、水稻、灯芯草等。（2）中生植物：如大多数农作物，森林树种。由于环境中水分减少，而逐渐形成一套保持水分平衡的结构与功能。第9页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）旱生植物：生长在干热草原和荒漠地区，其抗旱能力很强。

少浆液旱生植物：体内含水量很少，当失水50%时仍能生存。叶面积缩小，叶片极度退化或针刺状，或小鳞片状；以绿色茎进行光合作用；叶片结构改变，气孔下陷；根系发达，可从深的地下吸水；细胞内有大量亲水胶体，使胞内渗透压高，能使根从含水量很少的土壤中吸收水分。刺叶石竹第10页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五

多浆液旱生植物：根、茎、叶薄壁组织逐渐变为贮水组织，成为肉质性器官。能在极端干旱的荒漠地带长的很高达；大多数失去叶片，由绿色茎代行光合作用；白天气孔关闭以减少蒸腾量，夜晚气孔张开，CO2进入细胞内被有机酸固定。到白天光照下，CO2被分解出来，成为光合作用的原料。由于其代谢的特殊性，植物生长缓慢，生产量很低。第11页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五水生植物

（沉水植物、浮水植物、挺水植物）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；身体弹性和抗扭曲能力较强；有些植物可调节渗透压，能耐受高盐。如红树林。红树林叶子的特殊盐腺分泌盐，沉淀在叶子的外表面上第12页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五沉水植物：整株植物沉没在水下。根退化或消失。叶绿体大而多，适应水中弱光。（充分利用自身光合作用生产的氧气）浮萍浮水植物：叶片漂浮水面，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。挺水植物：植物体大部分挺出水面，如芦苇、香蒲、水葱等。第13页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.4.3.3

动物对水分的生态适应动物与植物一样，必须保持体内的水平衡才能维持生存。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除的动态平衡，从而形成了生理的、组织形态的及行为上的适应。第14页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五1.水生动物的渗透压调节水生动物，当他们体液溶质浓度高于环境中的溶质浓度时，水将从环境中进入动物体，而溶质将从动物体内出来进入水中，动物会“涨死”；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就是靠渗透压调节。第15页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（1）淡水硬骨鱼

淡水硬骨鱼血液渗透压高于水的渗透压，属于高渗性，其本身处于低渗环境。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，肾脏排除大量低浓度尿；盐分还可从体表组织弥散。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。第16页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）海洋硬骨鱼类：海洋硬骨鱼处于高渗环境中，其血液渗透压低于环境渗透压，是低渗性的。渗透调节机制：经常吞海水，补充水分；肾小球退化，浓缩尿液，排除极少的低渗尿，主要是二价离子Mg2+，SO42-；

鳃主动向外排盐。第17页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）海洋软骨鱼：等渗性。渗透压调节机制：高渗透压的维持是依靠血液中储存大量尿素和氧化三钾胺。尿素本是蛋白质代谢废物，但在软骨鱼进化过程中，被作为有用物质利用起来。但是尿素使蛋白质和酶不稳定，氧化三钾胺正好抵消了尿素对酶的抑制作用。抵消作用最大出现在尿素含量与氧化三钾胺含量为2：1时。这个比例数字正好通常出现在海洋软骨鱼中。海洋软骨鱼血液与体液渗透压与环境等渗，但仍然有有力的离子调节，如血液中Na+大约为海水的一半。排除体内多余Na+，主要靠直肠腺，其次是肾脏。第18页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五海洋硬骨鱼与海洋软骨鱼渗透压比较海水海洋硬骨鱼海洋软骨鱼第19页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（4）广盐性洄游鱼类：渗透调节机制：具有淡水硬骨鱼与海洋硬骨鱼的调节特征。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，以补充水分。靠鳃调节盐的代谢，鳃在海水中排出盐，在淡水中摄取盐。海洋无脊椎动物：渗透压顺应者海龟、海鸟：具盐腺海洋兽类（鲸）：排高浓度的尿。第20页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（5）水生动物对水密度的适应失去四肢；身体庞大；具有鳔；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。鲸肋骨无胸骨附着，或无肋骨，潜入深海时可把肺泡内气全部排出，不得减压病。（6）两栖类的水平衡在水中肾脏功能同淡水鱼，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。第21页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五2.陆生动物的渗透压调节

有机体在陆地生存中面对的最严重问题之一是连续失水（皮肤蒸发失水、呼吸失水与排泄失水），使有机体有可能因失水而干死，因而陆生动物在进化过程中形成了各种减少失水或保持水分的机制。脊椎动物羊膜动物卵的产生就代表了一种机制，使脊椎动物在发育过程中能阻止水分的丢失，而允许脊椎动物去开拓陆地。第22页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五生物体水分饮水食物水代谢水排泄失水皮肤失水呼吸失水得水：失水：得水：1）如蟑螂、蜘蛛等昆虫类通过体表可直接从较潮湿的大气中吸水。2）各种物质氧化产生的代谢水。如蜂鸟。3）骆驼，大量饮水贮存。第23页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五陆生动物减少失水的适应形式（1）减少蒸发失水。节肢动物体表具厚厚的角质层及其上面的蜡膜；爬行动物体表具鳞片，可阻碍体表水的蒸发。兽类与鸟类皮肤也具有防止水分蒸发的作用。生活在不同环境中的龟失水率。池龟、箱龟与沙龟分别栖息在湿的、微湿的与干燥环境中。失水率

池龟箱龟沙龟第24页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）减少呼吸失水昆虫通过气门的开放与关闭，可使失水量相差数倍。第25页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五逆流交换机理（荒漠鸟兽）：即当吸气时，空气沿着呼吸道到达肺泡的巨大表面积上，使空气变成恒温时的饱和水蒸气；而呼出气在通过气管与鼻腔时，随着外周体温的逐渐降低，呼出气的水气沿着呼吸道表面凝结成水，使水分有效地返回组织，减少呼吸失水。如骆驼，通过逆流交换可回收呼出气全部水分的95%。第26页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）减少排泄和粪便失水1）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。亨利氏袢越长（相应肾脏髓质越厚），回收水越多，尿浓缩越高。2）鸟类和爬行类的大肠和泄殖腔以及昆虫的直肠腺具重吸收水的作用。兽类虽无泄殖腔，但大肠也能重吸收水，使排出粪便的含水量随所栖环境干燥程度增加而减少。第27页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五第28页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3）排泄尿酸：鱼类排氨，排氨1克需水300-500ml。两栖类、兽类排泄尿素，爬行类、鸟类及昆虫排尿酸。排1克尿素与尿酸，需水分别为50-10ml。（4）行为适应：夜间活动、穴居、夏眠第29页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.4.4大气的生态作用大气组成及其生态作用大气由氮、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气组成。在干燥空气中，O2占大气总量的20.95%，N2占78.09%，CO2占0.032%。但在地下洞穴或通气不良的环境中，空气中的O2和CO2含量与大气不相同。在大气组成成分中，对生物关系最为密切的是O2与CO2。CO2是植物光合作用的主要原料，又是生物氧化代谢的最终产物；O2几乎是所有生物生存所依赖的物质（除极少数厌氧生物外），没有氧，动物就不能生存。第30页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五2

氧的作用与生物的适应（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。陆生动物耗能大于水生动物。恒温动物的能量代谢率要高于变温动物。

环境氧浓度极低时，可影响动物的代谢率。如当水中PO2从13.3KPa下降到2.67KPa时，鲷的代谢率下降约三分之一，当水中氧浓度低于2KPa时，这种鱼就不能生存。第31页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五

在低氧浓度下，金鱼的氧耗随水中氧浓度成线性改变第32页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）鱼类对低氧的适应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。金鱼在缺氧12小时后，组织中产生大量乳酸，乳酸可转化为酒精，由鳃排出，减少体内的贮存。第33页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）恒温动物对高海拔低氧的适应动物或人从低海拔进入高海拔后，最明显的适应性反应表现在呼吸与血液组成方面。首先是由于低氧刺激，动物产生过度通气（呼吸深度的增加）。高海拔土著动物、人，或是驯化到高海拔上，其骨骼肌中的肌红蛋白浓度均增加（肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白），为低氧状态的组织提供更多氧。人与其他哺乳动物从平原进入高海拔后，血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积将升高。第34页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（4）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。植物光合作用中，每呼吸44gCO2，能产生32gO2。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，每公顷森林每日吸收1吨CO2，呼出0.73吨氧；每公顷生长良好的草坪每日可吸收0.2吨CO2，释放0.15吨O2。如果成年人每人每天消耗0.75kg氧，释放0.9kgCO2，则城市每人需要10m2森林或50m2草坪才能满足呼吸需要。因此绿化环境是至关重要的，不仅是美化环境，更主要的是给人类的生存提供了净化的空气环境。第35页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.CO2与植物植物在光能作用下，同化CO2与水，制造出有机物。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。因此，CO2对植物生长发育具有重要作用。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）。在强光照下，作物生长盛期，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。第36页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.4.4土壤的生态作用第37页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五1.土壤的生态意义1土壤位于陆地生态系统的底部，具有营养物传递系统，再循环系统和废物处理系统，是陆地生态系统的基底或基础。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解和固氮过程。2土壤为陆生植物提供了基质，为陆生动物提供了栖息地。土壤是植物萌芽、支撑和腐烂的地方，又是水和营养物储存场所；是动物和微生物藏身处，排污处；是污染物质转化的重要基地。因此土壤无论对植物或动物都是重要的生态因子，是人类重要的自然资源。第38页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五2.土壤的物理性质与生物的关系土壤是由固体、水份和空气组成的三相复合系统。固相颗粒是土壤的物质基础，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。（1）土壤质地和结构土壤由粗砂（2.0-0.2mm）、细砂（0.2-0.02mm）、粉砂（0.02-0.002mm）和粘粒（0.002mm以下）组成。这些颗粒组合的百分比称为土壤质地。

根据土壤质地可把土壤分为砂土、壤土和粘土三大类。第39页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五

土壤结构：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。

土壤结构可影响固、液、气相分配比例。团粒结构（腐殖质：粘结土粒形成0.25-10mm的小团块）是土壤中最好的结构。

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。这些动物在土壤形成和有机物分解中又起重要作用。土质对小麦根系生长的影响第40页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）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和合成，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。第41页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）土壤空气特点：

低O2（10-12%），高CO2（0.1%）。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。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。土壤通气程度影响土壤微生物的种类、数量和活动情况，进而影响分解过程。第42页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（4）土壤温度影响植物的生长发育。影响根系的生长、呼吸和吸收性能。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。影响土壤动物的运动。第43页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五3.土壤化学特性的生态作用（1）土壤pH影响矿质盐分的溶解度，从而影响植物养分的有效性。影响微生物活动而影响养分的有效性和植物的生长。如许多豆科植物的根瘤只能生长在中性土壤中。影响土壤动物区系及其分布。图土壤pH对矿物养分的有效性影响。以带宽度表示第44页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（2）土壤有机质：可分为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。腐殖物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。腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源。影响到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。第45页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五（3）土壤矿质元素植物生命活动需要9种大量元素（钾、钙、镁、硫、磷、氮、碳、氧、氢、）和7种微量元素（铁、锰、硼、锌、铜、钼和氯）。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。土壤的无机元素对动物的生长和动物的数量也有影响。第46页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五4.

植物对土壤的适应酸性土植物（pH<6.5）中性土植物（pH6.5-pH7.5）碱性土植物（pH>6.5）大多数植物和农作物适宜在中性土壤中生长。生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。第47页，共56页，2022年，5月20日，8点42分，星期五植物对盐碱土的适应形态适应：类似于旱生植物。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。