物质环境课件

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物质环境*

水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。水是地球上分布最广泛的物质之一。它以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为大气水、海水、陆地水，以及存在于所有动、植物有机体内的生物水，组成了一个统一的相互联系的水圈。关于水的来源，目前主要有两种说法：气成水岩浆成水水的来源*

该学说认为地球是由难熔的物质凝聚而成，而挥发性的气体则形成大气圈。地球原始的大气圈主要由碳氢化合物组成，天空中漂浮的是甲烷云，落下的是甲烷雨，地表是甲烷湖泊和甲烷河流。这些碳氢化合物在光化学作用下被分解成水和碳，而这些水就成了地球原始水。

气成水说*

该学说认为组成洋壳的蛇纹岩，在洋壳俯冲、沿缝合线进入地幔时，温度超过500℃，这时的蛇纹岩就放出大量的水，而变成橄榄岩。蛇纹岩释放出的水，就是现代海洋、湖泊、河流的最初来源。

岩浆成水说*3.1.2地球上水的存在形式

地球地壳表层、表面和围绕地球的大气层中液态、气态和固态的水组成的水圈，广泛分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层中，垂直分布存在于大气圈、生物圈、岩石圈之中。大部分水以液态形式存在，如海洋、地下水、地表水（湖泊、河流）和一切动植物体内存在的生物水等，少部分以水汽形式存在于大气中形成大气水，还有一部分以冰雪等固态形式存在于地球的南北极和陆地的高山上。

*3.1.3地球上水的分布

地球总面积为5.1亿平方千米，其中海洋面积为3.613亿平方千米，约占地球总面积的70.8％。地表约四分之三被水所覆盖，所以地球有“水的行星”之称。地球上的水量是极其丰富的，其总储水量约为13.86亿立方千米，大部分水储存在于低洼的海洋中，占96.54％，而且97.47%（分布于海洋、地下水和湖泊水中）为咸水，淡水仅占总水量的2.53%，且主要分布在冰川与永久积雪（占68.70%）和地下（占30.36%）之中。*3.1.3地球上水的分布

如果考虑现有的经济、技术能力，扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰雪储量，理论上可以开发利用的淡水不到地球总水量1％，实际上，人类可以利用的淡水量远低于此理论值，主要是因为在总降水量中，有些是落在无人居住的地区如南极洲，或者降水集中于很短的时间内，由于缺乏有效的水利工程措施，很快地流入海洋之中。由此可见，尽管地球上的水是取之不尽的，但适合饮用的淡水水源是十分有限的。*3.1.3地球上水的分布名称面积（km2）人口（106）径流量（km3/a）可用水量（106m3/a）可用水量（m3/人·天）欧洲10500495321015218亚洲4347531081441021113非洲30120648457014419北美及中美洲2420042682005253南美洲178002971176025108大洋洲895026238811252总计1350550034454011424世界各洲可用淡水量*3.2水循环

水圈处于永不停息的运动状态，水圈中各种水体通过蒸发、水汽输送、降水、地面径流和地下径流等水文过程紧密联系，相互转化，不断更新，形成一个庞大的动态系统。大循环小循环*3.2水循环*3.2水循环

大循环海水在太阳辐射下蒸发成水汽升入大气，被气流带至陆地上空，在一定的天气条件下凝结为雨、雪、冰雹等落到地面。降落的水一部分重新蒸发返回大气，另一部分在重力作用下，或沿地面形成地面径流，或渗入地下，形成地下径流，通过河流汇入湖泊，或注入海洋。从海洋或陆地蒸发的水汽上升凝结，在重力作用下直接降落在海洋或陆地上，这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。小循环仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。*3.2水循环

事实上，环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着，水循环在地面以上平均约11km的大气对流层顶至地面以下1～2km深处的广大空间进行着。*3.2全球水循环系统

不同纬度带的大气环流使一些地区成为蒸发大于降水的水汽源地，而使另一些地区成为降水大于蒸发的水汽富集区；不同规模的跨流域调水工程能够改变地面径流的路径，全球任何一个地区或水体都存在着各具特色的区域水循环系统，各种时间尺度和空间尺度的水循环系统彼此联系着、制约着，构成了全球水循环系统。*3.2水循环的影响因素

自然因素：大气环流、风向、风速、温度、湿度

地理条件：地形、地质、土壤、植被等

人为因素*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*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*3.3生物对水分的适应3.3.1植物对水的适应3.3.2动物对水的适应*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*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*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。*水体环境的特征弱光缺氧粘性高密度大温度变化平缓*水生植物的适应特征发达的通气组织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*水环境与植物根系R/S*3.3.1大气的组成和作用3.3.2氧与生物3.3.3CO2的生态作用3.3大气的组成及其生态作用*大气的组成N2、O2、CO2、CH4、O3、NxOy

、H2O

、各种惰气N278.9%、O220.95%、CO20.032%大气压随海拔的变化海平面1atm=101.32kPa海拔升高100m，大气压降低1.11kPa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*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*3.3.3CO2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*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*3.4.1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*3.4.2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、细砂、粉砂和粘粒，不同大小土粒的组合称为土壤质地(soiltexture)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(soilstructure)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*

3.4.3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*3.4.4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*3.4.5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*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3.4.6土壤化学性质与生物*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*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*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*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*盐碱土植物对环境的适应

生理

忍盐植物：把根吸收的盐分排入液泡，同时还能阻止盐分再回到原生质里，如碱蓬、盐角草

泌盐植物：通过泌盐腺将盐分排除体外，如柽柳、红树拒盐植物：根部细胞中积累大量的可溶性碳水化合物，以提高渗透压，使根细胞具有很强的吸水能力，而且，细胞膜对盐分的透性小，如长冰草、海蒿

稀盐植物：当体内吸收了大量盐分时，铜鼓快速生长而吸收大量水分，来稀释细胞中的盐分浓度，如滨藜。*盐碱土植物对环境的适应*盐碱土植物对环境的适应*盐碱土植物对环境的适应*

林鹏，中国工程院院士，著名生态学家，厦门大学生命科学学院教授、博士生导师。原先也不是专门研究红树林的，后来看到国外学者将中国红树林列为空白，甚至说“中国红树林已经消失”，这是他的学术精神和爱国心所不能容忍的。从那个时候开始，林鹏就开始在闽、浙、两广等地方进行探查研究。1980年，林鹏只身一人在美国第三届红树林学术会议上，以确凿的事实、精确的研究、完善的数据向世人打破了“中国没有红树林”的偏见，使得国际学术届改变了对中国大陆红树林及其研究的错误认识。从那以后，中国的红树林研究迅速进入国际先进行列，他被誉为中国当代红树林湿地研究权威和学术带头人，而更多的人称他为“中国红树林之父”。*盐碱土植物对环境的适应*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、根系发达叶片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*

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；通过鳃