课件：水和土壤因子的生态作用.ppt

2019/8/21,1,第一章 生物与环境,第一节 生物种的概念 第二节 环境的概念及其类型 第三节 生态因子作用分析 第四节 生态因子的生态作用及生物的适应,2019/8/21,2,第四节 生态因子的生态作用及生物的适应,一、生物与光的关系 二、生物与温度的关系 三、生物与水的关系 四、生物与土壤的关系,思考题,2019/8/21,3,三、水因子的生态作用及生物的适应,水因子的生态作用 生物的水分获得与损失途径 生物对水因子的适应,2019/8/21,4,An Ecological Puzzle (cicada，蝉）,2019/8/21,5,水因子的生态作用,水的生物学意义 水是生物体不可缺少的组成成份； 水是生物体所有代谢活动的介质； 水的热容量大，温度变化没有大气剧烈，为生物创造稳定的温度环境； 水能维持细胞和组织的紧张度，使生物保持一定的状态，维持正常的生活。 生物起源于水环境，生物进化90%的时间在海洋中进行。,2019/8/21,6,水因子的生态作用,水对动植物生长发育的影响 植物：三基点；种子萌发需要较多水分以软化种皮，增强透性，使种子内凝胶状态的原生质转变为溶胶态，增强生理活性，促进种子萌发；土壤水分多少直接影响到植物根系的发育，潮湿土壤中根系生长缓慢，干旱地区根系非常发达；水分还影响植物的其它生理活动，如蒸腾作用、呼吸作用等。 动物：水分不足时，引起动物的休眠和滞育。如澳洲鹦鹉，羚羊等。,2019/8/21,7,潮湿和干旱土壤根系生长情况(forb),2019/8/21,8,水因子的生态作用,水对动植物数量和分布的影响 由于地理纬度、海陆位置和海拔高度不同，降水分布不均匀，我国从东南至西北，可分为3个等雨量区，即湿润森林区、干旱草原区和荒漠区；山体两侧的迎风坡和背风坡因降水不同分布着不同植物，伴随分布不同的动物。降水量的多少影响动植物的种类和数量。如热带雨林和大兴安岭红松林群落中植物种类差别很大。,2019/8/21,9,生物的水分获得与损失途径,动物：Wia=Wd+Wf+Wa-We-Ws 植物：Wip=Wr+Wa-Wt-Ws Wd：饮水获得；Wf：食物补充；Wa：空气接触；We：蒸发损失；Ws：分泌物损失； Wr：根吸收获得；Wt：蒸腾损失,2019/8/21,10,生物对水因子的适应,植物对水因子的适应 根据植物对水分的需求量可分为： （1）水生植物 （2）陆生植物 动物对水因子的适应,2019/8/21,11,植物对水因子的适应水生植物,水生植物：生长在水体中植物的统称。 水体环境的特点：弱光、缺氧、密度大、粘性高、温度变化平缓，能溶解各种无机盐类。 水生植物的适应方式： 有发达的通气组织，如荷花； 机械组织不发达或退化，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流动； 水下叶片薄而长，以增加光合和吸收营养物质的面积。,2019/8/21,12,植物对水因子的适应水生植物,生态类型 沉水植物：沉没水下，与大气完全隔绝。特点：表皮细胞（类似根）没有角质层、蜡质层，能直接吸收水分、矿质营养和水中的气体；叶绿体大而多；形成一整套通气组织以适应氧缺乏。如金鱼藻，黑藻等； 浮水植物：叶片飘浮在水面的植物。特点：气孔常长在叶的上面，叶上表皮有蜡质，维管束和机械组织不发达，但比沉水植物完善，有完善的通气组织。如王莲、大藻、凤眼莲等； 挺水植物：茎叶大部分在水面上。特点：外部形态如中生植物。但长期生长在水中，有非常发达的通气组织。如芦苇、香蒲、慈姑等。,2019/8/21,13,几种水生 植物类型,金鱼藻,王莲,慈姑,2019/8/21,14,陆生植物的水平衡调节机制 形态适应： 发达的根系； 叶面小； 单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲； 具发达的贮水组织； 生理适应： 水分运输的动力 原生质的渗透浓度高。,植物对水因子的适应陆生植物,2019/8/21,15,植物对水因子的适应陆生植物,陆生植物的生态类型 湿生植物：在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间水分不足，抗旱能力差。可分为阴性湿生植物和阳性湿生植物。前者如蕨类、兰科植物等，特点是根系极不发达，叶片柔软。生长环境湿度大，蒸腾弱，易保持水分平衡；后者如水稻、毛茛等，特点是叶片有角质层，根系不发达，没有根毛，根部有通气组织和茎叶的通气组织相连。 中生植物：生长在水湿条件适中的陆地上。种类最多，分布最广。特点：根系和输导系统比湿生植物发达，叶片表面有角质层。没有完善的通气组织，不能在长期积水、缺氧的土壤中生长。 旱生植物：能忍受较长时间干旱仍能维持水分平衡和正常生长发育的一类植物。主要生长于荒漠和草原地区。特点：发达的根系以增加吸水量，如骆驼刺；叶片较小，有很厚的角质层或白色的绒毛以反射光线，且具扇形运动细胞可收缩，使叶面卷曲，减少水分散失。另外，生理上表现为原生质渗透压特别高，可达40-60Pa甚至100Pa。另一类旱生植物具有发达的贮水组织，如仙人掌树，高达15-20m，可贮水2t左右。,2019/8/21,16,仙人掌树,2019/8/21,17,陆生植物的水势梯度 空气中的水势较低 植物体的水势中度 土壤中的水势较高,陆生植物水分运输的动力,2019/8/21,18,动物对水因子的适应,水生动物对水因子的适应 陆生动物对水因子的适应,2019/8/21,19,水生动物对水因子的作用,渗透压调节和水分平衡 对水生动物来说,保持体内水分得失平衡主要依赖水的渗透作用。 渗透作用：水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象。如蔗糖渗透实验。 水势：即水的化学势，是衡量反应或移动的能量的高低。把相同温度下一个系统中一克分子容积的水与一克分子容积纯水之间的自由能之差称为水势。（水势=溶质势（渗透势）+衬质势+压力势）。纯水的自由能最高，水势也最高。通常将纯水的水势定为零，其它溶液的水势则为负值。如海水为-2.5巴，1g分子蔗糖溶液水势为-26.9巴，1g分子KCl溶液的水势为-44.6巴。,2019/8/21,20,蔗糖溶液渗透实验,渗透压=mbRT，溶液中溶质浓度越高，渗透压越大。,2019/8/21,21,水生动物对水因子的作用,水生动物的渗透压调节方式 海洋动物 鲨鱼和无脊椎动物：等渗调节 硬骨鱼：低渗调节 淡水动物 硬骨鱼：高渗调节 河口动物 洄游及广盐性鱼类：变渗和等渗调节,2019/8/21,22,水生动物的水平衡调节机制,等渗(isosmotic organism)：体内和体外的渗透压(溶液浓度)相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。仅排泄失水，通过食物、饮水、代谢水获得水，泌盐器官排出多余的盐分。 高渗(hyperosmotic organism)：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。通过排泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入(排水补盐)。 低渗(hypoosmotic organism)：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。通过食物、代谢水和饮水获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。(排盐补水),2019/8/21,23,等渗调节（鲨鱼）,海水及Na+ 和Cl- 由鳃扩散进入体内，通过排尿及盐腺将多余的盐排至体外环境中。,2019/8/21,24,高渗调节（淡水硬骨鱼和淡水蚊）,水调节： 环境中的水通过鳃不断扩散进入体内。 通过尿将多余的水排出。 盐调节： 伴随尿液将少量的盐排出。 通过摄食及鳃上的特定器官，将盐主动摄入体内。,2019/8/21,25,低渗调节（硬骨鱼和咸水蚊）,水调节： 失水: 水分通过鳃扩散至周围环境. 补水：通过饮水获得大量的水。 盐调节： 增盐：饮水和摄食摄入盐。 排盐：泌氯细胞将盐排出；肾脏通过排泄作用排出盐。,2019/8/21,26,洄游及广盐性鱼类的渗透压调节 变渗和等渗调节,从淡水到海水：一段时间失水体重减轻，体液浓度增加，但48h内经渗透压调节可使体重和体液浓度恢复正常。 从海水到淡水：短时间出现体内水分增多，盐分减少现象，可通过提高排尿量及鳃主动吸收盐来维持水分和盐分平衡。 变渗动物：体液浓度随环境渗透浓度的改变而改变的动物。 恒渗动物：体液浓度保持恒定，不随环境改变而改变的动物。,2019/8/21,27,陆生动物对水因子的适应,形态结构上的适应：昆虫的几丁质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；爬行动物具厚的角质层；鸟类具羽毛和尾脂腺；哺乳动物有皮脂腺和毛等。 行为适应：白天穴居，夜间活动。 生理适应：如骆驼，减少排尿量；驼峰和体腔中的脂肪产生代谢水；白天吸热使体温升高以减少与环境的温差；出汗散热（失水来自于细胞间液和组织间液，细胞质不会受影响。如蝉。,2019/8/21,28,蝎子对水因子的 适应穴居,2019/8/21,29,骆驼对水因子的适应,2019/8/21,30,蝉对水因子的适应,原来蝉也出汗!,2019/8/21,31,四、土壤因子的生态作用及生物的适应,土壤因子的生态作用 植物对土壤因子的适应,2019/8/21,32,土壤因子的生态作用,为陆生植物提供基底，为土壤生物提供栖息场所； 提供生物生活所必需矿质元素和水分； 提供植物生长所需的水热肥气； 维持丰富的土壤生物区系,如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、蚯蚓、软体动物、节肢动物、少数高等动物（如鼹鼠等）； 生态系统的许多很重要的生态过程都是在土壤中进行。,2019/8/21,33,土壤的理化性质及其对生物的影响,土壤的物理性质及其对生物的影响 土壤是由固体（无机和有机体）、液体（土壤水分）和气体（空气）组成的三相系统。根据土粒的直径大小，可将土粒分为：粗砂、细砂、粉砂和粘粒，其组合百分比称土壤质地，根据土壤质地，可将土壤分为：砂土、壤土和粘土。 土壤质地和土壤温度影响植物生长和土壤动物的水平及垂直分布。 土壤的化学性质及其对生物的影响 土壤酸碱度：过碱性和酸性不利于植物生长，酸性还不利于细菌生长。 土壤有机质：植物重要碳源和氮源。 土壤无机元素：植物生长的13种重要元素来源（7种大量元素：、氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁；6种微量元素：锰、锌、铜、钼、硼、氯）,2019/8/21,34,植物对土壤因子的适应,以土壤为主导的植物生态类型： 根据植物对土壤酸度的反应分为： 酸性土、中性土和碱性土植物生态类型； 根据植物对土壤矿质盐类的反应分为： 钙质土植物和嫌钙植物； 根据植物对土壤含盐量的反应分为： 盐土和碱土植物； 根据植物和风沙基质的关系分为： 抗分蚀沙埋、耐沙割、抗日灼、耐干旱、耐贫瘠等生态类型。,2019/8/21,35,盐碱土及其危害,盐碱土：盐土和碱土以及各种盐化、碱化土的统称。盐土所含的盐类主要为NaCl、Na2SO4，呈中性；而碱化过程指土壤胶体中吸附有相当数量的交换性钠。一般交换性钠占交换性阳离子总量(CEC)总量20%以上土壤称为碱土，其pH8.5，通透性和耕作性极差。 盐类对植物的危害程度： MgCl2Na2CO3NaHCO3NaClMgSO4Na2SO4 阳离子：Na+Ca2+ 阴离子：CO32-HCO3-Cl-SO42-,2019/8/21,36,盐碱土对植物的危害,盐土对植物生长发育的不利影响： 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； 气孔保卫细胞的淀粉形成过程受到妨碍，气孔不能关闭，植物易干旱枯萎。 碱土对植物的不利影响： 强碱性毒害植物根系； 土壤物理性质恶化，结构受到破坏，质地变劣，易形成透水性极差的碱化层次（B层），湿时膨胀粘重，干时坚硬板结，水分难渗透，根系不能通过，种子不易出土。,2019/8/21,37,盐土植物,盐土植物对盐分的适应： 植物体干而硬，叶子不发达，蒸腾表面强烈缩小，气孔下陷； 表皮具厚外壁，常具灰白色绒毛； 细胞间隙强烈缩小，栅栏组织发达； 叶肉中有特殊贮水细胞。,2019/8/21,38,盐土植物,盐土植物分类： 聚盐性植物（真盐生植物）：体内可吸收大量盐分且不受伤害。特点：对盐抗性特别强，细胞液浓度特别高，有极高的渗透压。如盐节木、海蓬子等。 泌盐性植物：根细胞对盐类的透过性很大，但并不积累在体内，而通过茎、叶表面上的分泌腺（盐腺）把过多的盐分排出体外。如滨海的一些红树植物。 不透盐性植物（抗盐植物）：根细胞对盐的透过性非常小，几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。特点：渗透压也很高，但不是由于体内高浓度的盐类引起，而是体内含有较多可溶性有机物质（如有机酸、糖类、氨基酸等）。如盐地紫菀、盐地风毛菊等。,2019/8/21,39,思考题-名词解释,湿生植物、中生植物、旱生植物 沉水植物、浮水植物、挺水植物 聚盐性植物、泌盐性植物、不透盐性植物,2019