水和土壤因子的生态作用

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An Ecological
Puzzle (cicada，蝉）
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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。
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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。
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。
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潮湿和干旱土壤根系生长情况(forb)
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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。
土壤因子的生态作用 植物对土壤因子的适应
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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。
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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。
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低渗调节（硬骨鱼和咸水蚊）
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
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思考题
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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
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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
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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)
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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。 •2024/1/16
抗分蚀沙埋、耐沙割、抗日灼、耐干旱、耐贫瘠等 生态类型。
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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pH>8.5，通透性和耕 作性极差。 盐类对植物的危害程度：
MgCl2>Na2CO3>NaHCO3>NaCl>MgSO4>Na2SO4 阳离子：Na+>Ca2+ 阴离子：CO32->HCO3->Cl->SO42-
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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、
•202铜4/1/1、6 钼、硼、氯）
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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：
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。
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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)。
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蔗糖溶液渗透实验
渗透压π=mbRT，溶液中溶质浓度越高，渗透 压越大。
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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
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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
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仙人掌树
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陆生植物水分运输的动力
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
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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
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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。
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蝎子对水因子的 适应——穴居
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骆驼对水因子的适应
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蝉对水因子 的适应
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原来蝉也出汗!
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四、土壤因子的生态作用及生物的适应
•水和土壤因子的生态作用
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金鱼藻 王莲
几种水生 植物类型
慈姑
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植物对水因子的适应——陆生植物
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。
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。
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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。
生物起源于水环境，生物进化90%的时间在海 洋中进行。
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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。
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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
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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。
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。
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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。
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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。
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。
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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。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
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；