3.基础生态学-物质环境

（2）气孔：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。
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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。
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③旱生植物：
少浆液植物：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，叶片极度退 化成针刺状，或小鳞片状; 以绿色茎 进行光合作用；叶片结构改变，气孔 多下陷；根系发达，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
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（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。
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根据植物生活环境的湿度将其分为三种类型：
①湿生植物：
湿生植物大多数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。
② 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。
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③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。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300—500 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。
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降雨量与植被
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3.2.1.1陆地植物
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） 和失水（叶蒸腾）之间保持平衡，才能维持 其正常生活。
①沉水植物：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。 ②浮水植物：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。 ③挺水植物：植物体大部分挺出水面，如芦苇等。 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。
淡水的盐度在0.02-0.50‰之间，淡水硬骨鱼 血液渗透压（△-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。
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3.1.1 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 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Na+ 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。
(1) 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，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。
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陆地上降雨量的多少还受到海陆位置、 地形及季节的影响。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。
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3.2.2.1 水生动物
(1) 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。
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① 淡水鱼类：
多浆液旱生植物：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。
图3-6 荒漠植物—树形仙人掌
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（4）水含氧量低。水生生物呼吸耗能大。 水：含量7mlO2/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。
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3.1.2 陆地上水的分布
第一部分 有机体与环境
1 生物与环境
2 能量环境
► 3 物质环境 3.1 地球上水的存在形式及分布
► 3.2 生物对水的适应
3.3 大气组成及其生态作用 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 营养物质与生物的关系
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3.2. 1 植物与水
植物生产力和降雨量相关。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。
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图3-10 海洋硬骨鱼与海洋软骨鱼渗透压比较
④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。
⑤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。
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② 海洋硬骨鱼类：
水的盐度在32-38‰之间（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。
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第一部分 有机体与环境
1 生物与环境
2 能量环境
► 3 物质环境
► 3.1 地球上水的存在形式及分布
3.2 生物对水的适应 3.3 大气组成及其生态作用 3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响 3.5 营养物质与生物的关系
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3 物质环境
3.1 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的水，统 称水圈。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。
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。
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3.2.2.2 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 失水与排泄失水。得水途径主要为饮水、食物和代 谢水，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。
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图3-8 丝柏树（Taxodium distichum）的出水通气根从侧根上长出水面来
3.2.2 动物对水的适应
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出的动态 平衡，从而形成了行为、生理、形态上的适应。
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陆地植物对水的适应性：
（1）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。