3物质环境

3物质环境MaterialEnvironment•3.1地球上水的存在形式及分布FormsanddistributionofwaterontheEarth•3.2生物对水分的适应Adaptationoforganismstowater•3.3大气组成及其生态作用Atmosphericcompositionanditsecologicalrole•3.4土壤的理化性质及其对生物的影响Physicalandchemicalpropertiesofsoilandtheirinfluencesonorganisms[教学目的]了解地球水的存在形式及分布；理解生物对水分的适应；掌握陆生植物的类型及其适应特点；水生植物对水环境的适应；水生动物对高盐度或低盐度环境的适应；了解大气的组成及其生态作用；大气中氧气、二氧化碳浓度与生物的关系；土壤的理化性质及其对生物的影响；掌握土壤的生物学特性。[教学重点与难点]1、陆地上水的分布及其变化规律;2、水生植物对水环境的适应;水生动物对高盐度或低盐度的适应;3、氧气和二氧化碳的生态作用；4、土壤的生物学特性;5、难点是湿生植物、中生植物、旱生植物、腐殖质、土壤质地、土壤结构、盐碱地植物、水平衡概念。[学时数]2-33.1地球上水的存在形式及分布•水是生命物质的关键组成成分；•Akeycomponentoforganicmatters•水是生命活动的基础；•Thebasisoflifeactivities•水为水生生物提供资源和栖息地；•Providingresourcesandhabitatsforaquaticorganisms•水影响陆生生物的生长与分布•InfluencingthegrowthanddistributionofterrestrialorganismsChemicalpropertiesofwater•Wateristheuniversalinternalmediumofallorganisms,comprisingmorethan90%oflivingmatter.Theshapeofthewatermolecule,withanHOHangleof105°resultsinthesidewiththehydrogenbeingpositivelycharged(electropositive)whereastheothersideisnegativelycharged(electronegative).Thisexplainsmanyofwater’spropertiesrelativetophysicalandchemicalreactions.Italsoexplainswhywaterisattractedtochargedions.3.1.1水的特性与存在形式PropertiesandFormsofWater•水分子具有极性polarity；•水具有高热容量highthermalcapacity；•水具有特殊的密度变化specialdensitychange；•水具有相变phasechange3.1.2陆地上水的分布降水量precipitation纬度变化：0°~20°湿润带；20°~40°干燥带；40°~60°湿润带；极地干燥带降水量的空间分布海陆分布坡向变化季节变化大气湿度我国降水量的地域分布3.2生物对水分的适应3.2.1植物与水Plantandwater3.2.1.1陆地植物的水平衡waterbalance3.2.1.2水生植物3.2.1.3植物生产力3.2.2动物对水的适应Adaptationofanimalstowater3.2.2.1水生动物3.2.2.2两栖类的水平衡3.2.2.3陆生动物陆地植物的水平衡WaterBalanceofTerrestrialPlantsWaterbalance:得水（根吸水absorption）、失水（叶蒸腾evaporation）保持平衡陆地植物：湿生植物hygrophyte、中生植物mesad、旱生植物siccocolous适应性：多得水、少失水；形态结构、生理生态、行为调节Changingleafarea:(a)followingrainfallocotillo(墨西哥刺木，蔓仙人掌)plantsoftheSonoranDesertdevelopleavesandflower;(b)duringdryperiodstheylosetheirleavesandblossoms.水生植物渗透压调节：高渗、等渗、低渗盐胁迫适应：耐受、分泌排除、降低叶蒸腾【脯氨酸】缺氧适应：通气系统（开放型如荷、封闭型如金鱼藻）、无蒸腾作用、出水通气根mangrove红树林植物生产力和降雨量密切相关TaxodiumdistichumBaldcypress,cypress,swampcypress沼泽柏、落羽杉、池柏鱼类的水平衡渗透调节：水分渗入与排出淡水硬骨鱼：高渗性hyperosmotic,排尿（肾），摄盐（鳃）海洋硬骨鱼：低渗性hypoosmotic，吞海水，泌盐（鳃）海洋软骨鱼：等渗性Isosmotic，尿素（血液），离子调节广盐性洄游鱼类：肾调节水，鳃调节盐水生动物对水密度的适应密度大，浮力大：体型庞大，四肢退化，鱼鳔深海高压：鱼类皮肤通透性大，骨骼和肌肉不发达，无鳔；肺呼吸动物的胸腔结构，避免“减压病”鱼对水中低氧的适应水体溶解氧浓度大气氧浓度低氧适应：血氧容量增加、厌氧代谢两栖类的水平衡：肾功能类似于鱼肾皮肤功能类似于鱼鳃陆生动物水平衡失水与得水动态平衡得水途径：饮水、进食、代谢水、吸水失水途径：蒸发、呼吸、排泄适应对策：增加得水、减少失水动物与湿度：行为、发育动物与雪被：dunecrest沙丘顶部groove凹槽evaporativecooling蒸发冷却tapinto接近mesquite豆科灌木burrow洞穴saguaro:巨人柱,insulated绝热的,stomate气孔3.3大气组成及其生态作用大气层atmosphere：地表到1100km范围内空气海拔↑300m，大气压↓3.33kPa。大气组成：氮nitrogen、氧oxygen、二氧化碳carbondioxide等CO2：植物光合作用原料、生物氧化代谢产物O2：几乎所有生物生存所依赖的媒介3.3.1氧与生物氧与动物能量代谢:氧是陆生动物进化成恒温动物的保障；动物代谢率随环境氧分压而改变是一般规律内温动物对高海拔低氧的适应：限制因子加大呼吸深度；增加肺泡气体弥散能力；增加肌红蛋白数量；增加红细胞数量及血红蛋白浓度植物与氧：主要生产者BiologicalRoleofOxygenMolecularoxygen,O2,isessentialforcellularrespirationinallaerobic好氧organisms.Itisusedaselectronacceptor电子接受体inthemitochondria线粒体togeneratechemicalenergyintheformofadenosinetriphosphate(ATP三磷酸腺苷)duringoxidativephosphorylation氧化磷酸化.Duringthisreaction,oxygenisreduced还原towater.Conversely,free游离oxygenisproducedinthebiospherethroughphotolysis光解作用(light-drivenoxidationandsplitting)ofwaterduringphotosynthesisincyanobacteria蓝细菌,greenalgaeandplants,thusclosingthebiologicalwater-oxygenredox氧化还原cycle.3.3.2二氧化碳的生态作用大气中CO2与温室效应：greenhouseeffect！温室效应的积极意义CO2与植物：作物生长盛期和强光照下，CO2不足是光合作用的限制因素BiologicalRoleofCarbonDioxideCarbondioxideisanendproductinorganismsthatobtainenergyfrombreakingdownsugars,fatsandaminoacidswithoxygenaspartoftheirmetabolism,inaprocessknownascellularrespiration.Thisincludesallplants,animals,manyfungiandsomebacteria.Inhigheranimals,thecarbondioxidetravelsinthebloodfromthebody'stissuestothelungswhereitisexhaled.Inplantsusingphotosynthesis,carbondioxideisabsorbedfromtheatmosphere.3.4.1土壤的物理性质与生物土壤的生态学意义固、水、气三相复合系统土壤质地与结构：砂土、壤土、粘土；微团粒结构、团粒结构、比团粒更大的结构；直接影响生物（水气肥协同）；影响土壤水、气、温土壤水分：过多过少均不利土壤空气：低氧、高二氧化碳土壤温度：SoilSoilcomprisingthepedosphere土壤圈ispositionedattheinterfaceofthelithosphere岩石圈andbiospherewiththeatmosphereandhydrosphere.Soilisconsideredathreephasesystem,consistingofsolid,liquid,andgas.Thesolidphaseconsistsofmineralandorganicmatter,includinglivingorganisms.Theliquidphaseisknownasthe'soilsolution',andisthephasefromwhichplantstakeupnutrients.Thegaseousphaseisimportantforsupplyingoxygentotherootsforrespiration.SoilSoilformation,orpedogenesis土壤发生,isthecombinedeffectofphysical,chemical,biological,andanthropogenicprocessesonsoilparentmaterial母质层resultingintheformationofsoilhorizons土层.O:Organichorizon有机质层，具有大量新鲜的或部分分解的有机物质。A:Mineralsoilmixedwithsomeorganicmatter受气候、植被、耕作等自然和人为影响最强的最上部土层,称为淋溶层。B:Depositionalhorizon某种形式受成土因子的影响而形成的独特层次,称淀积层。C:Weatheredparentmaterial底土层，一般不受成土因子的影响3.4.2土壤化学性质与生物土壤酸度：植物养分有效性、动物区系土壤有机质：腐殖质humus:腐殖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，主要是humicacid和fulvicacid土壤矿质元素：植物生长发育、动物生长分布土壤的生物属性及生物对土壤的适应土壤的生物特性：植物、动物、微生物；促进成土作用、改善土壤植物对土壤的适应：盐碱土植物halophyte:Ahalophyteisaplantthatnaturallygrowswhereitisaffectedbys