第三节物质环境.ppt

第三节 物质环境,张子龙 中药资源系,物质环境包括哪些？,大气,水,土壤,内容提要,一.动植物对水分的适应 二.大气的组成及生态作用 三.土壤的性质及其对生物的影响,水是任何生物体都不可缺少的重要组成成分。 植物体水分高达60%-80%，动物体更高。 水是生物代谢过程中不可缺少的成分。 生物的新陈代谢是以水为介质的。 水能保持植物的固有姿态。 水对动物也有重要影响。,3.0 水的生态学意义,5,水分的丧失途径 *植物蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水。 *动物蒸发失水，排泄、分泌失水。 水分获得途径 *植物根部吸收，叶面吸收。 *动物食物，体表吸收，代谢水。,3.00生物体的水分获得与损失途径,生命起源于水环境，生物进化90%的时间都是在海洋中进行的。生物登陆后，在进化中形成了减少水分蒸发、保持体内水分平衡的各种适应机制。至今，生物广泛的分布在不同的环境，适应不同水因子特性的各种环境。,3.1 地球上水的存在形式及分布,（1）降雨量：降雨量随纬度发生很大变化，影响动植物的种类和数量。 （2）大气湿度：反映了大气中气态水含量。相对湿度：表示空气中的水汽含量。 （3）我国降水量的地域分布。,3.1.1 水的特性与存在形式,3.1.2 陆地上水的分布,（1）水分子具有极性：最好溶剂，保证营养运输。 （2）水具有高热容量：生物免受温度剧变的危害。 （3）水具有特殊的密度变化：冰保护了水生生物的生存。 （4）水具有相变：液态（雾、露、云、雨）、气态（大气湿度）、固态（霜、雪、冰雹）。,生物与环境,8,水生植物,陆生植物,3.2 生物对水分的适应,3.2.1 植物与水,生物与环境,9,植物的生态类型, 水生植物 a.沉水植物 b.漂浮植物 c.浮叶植物 d.挺水植物 陆生植物 a.湿生植物 b.中生植物 c.旱生植物,水生植物适应方式 有发达的通气组织; 机械组织不发达或退化; 叶片薄而长,以增加光合和吸收营养物质的面积。 陆生植物的水平衡调节机制 形态适应：发达的根系；叶面小；具发达的贮水组织；单子叶植物中一些具扇状的运动细胞，可使叶面卷曲； 生理适应：水分运输的动力；原生质的渗透浓度高。,3.2.1.1 陆地植物的水平衡 3.2.1.2 水生植物,田间持水量：土壤孔隙抗重力所蓄积的水称土壤的田间持水量。,3.2.2 动物对水的适应,3.2.2.1 水生动物 （1）鱼类的水平衡 渗透调节是控制生活在高渗与低渗环境中的有机体体内水平衡及溶质平衡的一种适应。 A淡水鱼类：淡水水域的盐度在0.020.05之间，淡水硬骨鱼是属于高渗性的。B海洋鱼类：海洋水域的盐度在3238范围内，平均为35，渗透压为1.85。C广盐性洄游鱼类：洄游性鱼类来往于海水和淡水之间。 （2）水生动物对水密度的适应 水的密度大约是空气密度的800倍，因此水的浮力很大，对水生动物起了支撑作用，使水生动物可以发展成庞大的体形及失去陆地动物的四肢，它们利用水的密度推进自己身体前移。如蓝鲸最大重量达150t，身长达30m，很多雨具有鱼鳔。 （3）鱼对水中低氧的适应 水中氧来源于两方面：大气中的氧扩散到水中，水中植物营光合作用时释放出氧。在藻类和水生植物丰富的水体中，炎热的白天植物光合作用可使水中氧达到超饱和状态，而夜间由于植物的呼吸作用可以把氧耗尽，使鱼类因缺氧而大量死亡。,（形态适应、生理适应、行为适应）,3.2.2.2 两栖类动物 3.2.2.3 陆生动物 （1）陆生动物水平衡 有机体在陆地生存中面对的最严重问题之一是连续地失水（皮肤蒸发失水、呼吸失水与排泄失水），使有机体有可能因失水而干死，因而陆生动物在进化过程中形成了各种减少失水或保持水分的机制。 陆生动物要维持生存，必须使失水与得水达到动态平衡。骆驼一次可饮水和贮存水达体重的1/3，在酷热的荒漠中不饮水可走68天，此时依赖于组织中贮存的水，能忍受占体重20%的失水率，而自己没有受到伤害（人失水10%12%就接近死亡限）。 动物减少失水的适应形式表现在很多方面。首先是减少蒸发失水。在干燥荒漠气候中的骆驼，通过逆流交换回收了呼出气全部水分的95%。栖息在干燥环境中的节肢动物体表厚厚的角质层及其上面的腊膜，以及爬行动物体表的鳞片都阻碍体表水的蒸发。 （2）动物与湿度 （3）动物与雪被,3.3 大气组成及其生态作用 大气是指地球表面到高空1100km范围内的空气层。 O2占大气总量20.95%，N2占78.9%，CO2占0.032%。 CO2是植物光合作用的主要原料，又是生物氧化代谢的最终产物； O2几乎是所有生物生存所依赖的媒质（除极少数厌氧生物外），没有氧，生物就不能生存。,（1）氧与动物能量代谢 （2）内温动物对高海拔低氧的适应 动物或人从低海拔进入高海拔后，最明显的适应性反应表现在呼吸与血液组成成分方面。 在高海拔地区，人体处于“低氧状态”，为适应低氧状态，人的心脏、肺、造血功能都自然增加，这既可强健体魄，又能在不知不觉中达到减肥、养病、健身的效果。 在平原地区氧气大约占空气成分的21，由于天高云淡，空气稀薄，空气中的氧分压也就是氧气绝对值明显下降，因此高原空气是低氧空气。 轻度心脏病患者能够而且应当在高原地区治疗。暴露于短期的低氧环境可有效提高哺乳类包括人类心脏对急性缺血性损伤的耐受性。 如果一个人能定期去海拔二三千米的高原生活，心脏功能就能得到锻炼。高原低氧环境能明显的改善轻度支气管哮喘和慢性阻塞性肺部疾病的症状。 （3）植物与氧 植物与动物一样呼吸消耗氧，但植物是大气中氧的主要生产者。 白天，植物光合作用释放的氧气比呼吸作用所消耗的氧气多20倍。,3.3.1 氧与生物,3.3.2 CO2的生态作用,（1）大气中CO2浓度与温室效应 （2） CO2与植物,15,*提供基底，为土壤生物提供栖息场所； *提供生物生活所必须矿质元素和养分； *提供植物生长所需的水热肥气； *维持丰富的土壤生物区系； *生态系统的许多重要生态过程都是在土壤中进行。,3.4 土壤的理化性质及其对生物的影响,3.4.0土壤的生态意义,16,Vertical structure: O horizon: Upper layer contains loose, somewhat fragmented plant litter;有机层 A horizon: Mineral soil mixed with some organic matter. 表土层 B horizon: Deposition horizon. Materials leached from A horizon are deposited in B horizon.淀积层 C horizon: Weathered parent material. The horizon may include many rock fragments.母质层,3.4.00影响土壤形成的五种因素,任何一种土壤和土壤特性都是在5种成土因素的综合作用下形成的，这5种相互依存的成土因素是母质、气候、生物因素、地形和时间。,3.4.1土壤的物理性质与生物,（1）土壤质地与结构 土壤颗粒可为：粗砂、细砂、粘粒。 土壤质地：不同大小颗粒组合的百分比，称为土壤质地。 土壤质地可分为：砂土、壤土和粘土。 土壤颗粒排列形式、孔隙度及团聚体的大小和数量成为土壤结构。 （2）土壤水分 土壤水分能直接被植物根吸收利用。土壤水分直接影响各种盐类溶解、物质转化、有机物分解。 土壤水分的过多或过少，对植物、土壤与微生物均不利。 土壤水分影响了土壤动物的生存与分布。 （3）土壤空气 土壤空气含量和成分也影响土壤生物的生长状况。 （4）土壤温度 土壤温度随太阳辐射的变化也产生日周期、年周期和空间上的垂直变化。 土壤的物理特性主要指土壤湿度、水分含量、空气含量及土壤质地和结构等。土壤的变化，导致土壤动物产生行为的适应变化。,土壤是许多生物的生存场所、生存基质和营养库。 对消化有机物，净化有毒物质，保持环境平衡有重要生态作用。 土壤是由固体、水分和空气组成的三相复合系统。,土壤组成成分（容积百分比）,土壤的质地和结构对生物影响,3.4.2 土壤化学性质与生物,土壤化学特性主要指土壤化学组成、有机质的合成和分解、矿质元素的转化和释放、土壤酸碱度等。 （1）土壤酸度及对生物的影响 土壤酸度包括酸性强度和酸度数量二方面，或称活性酸度和潜在酸度。酸性强度是指与土壤固相处于平衡的土壤溶液中的H+浓度，用pH表示。 土壤酸度影响矿质盐分的溶解度，从而影响植物养分的有效性。 （2）土壤有机质 土壤有机质是土壤的重要组成成分，与土壤的许多属性有关，是土壤肥力的一个重要标志。土壤有机质可分成腐殖质和非腐殖质。 土壤腐殖质还是异养微生物的重要养料和能源，能活化土壤微生物。 土壤有机质对土壤团粒结构的形成保水供水通气稳温也有重要作用，从而影响植物生长。 （3）土壤矿质元素 9个大量元素：钾钙镁硫磷氮碳氧氢 7种微量元素：铁锰硼锌铜钼和氯,土壤pH对矿物养分的有效性影响。 以带宽度表示,土壤的生物特性是土壤中动物植物和微生物活动所产生的一种生物化学和生物物理学特性。只有通过生物的活动，岩石表面的风化物才能称为土壤。 土壤微生物主要包括细菌放线菌真菌藻类和原生动物。 土壤动物是最重要的土壤消费者和分解者，在土壤中有上千种的动物，主要包括了线虫环虫软体动物节肢动物和脊椎动物。,3.4.3 土壤的生物特性,土壤生物的多样性,根据植物对土壤酸度的反应，可以把植物划分为3类：A酸性土植物B中性土植物、C碱性土植物。 以土壤为主导因子的植物生态类型及特征分为： A、盐碱土植物：聚盐性植物（碱蓬、浜藜、盐角羊等）、泌盐性植物（红树、大米草、柽柳等）、不适盐性植物（田箐、凤毛菊、蒿属） B、酸性土植物：杜鹃茶马尾松等 C、钙土植物：南天竹刺柏、黄连木、野花椒、西伯利亚落叶松等 D、沙生植物：骆驼刺柠条、花棒等,3.4.4 植物对土壤的适应,植物与土壤的关系,24,3.4.5土壤的侵蚀和破坏,*人类的垦荒、伐木、放牧、修路和各种建设活动，严重破坏着土壤的天然结构和层次性； *风和水对土壤的侵蚀也日趋严重，风蚀和水蚀可使陆地毁于一旦，变得难以再利用。 *只有受植被保护的土壤才能保持其完整性，植被可减弱风力和暴雨的冲击力。 *表层土壤保护非常重要。,水大气与土壤构成了生物的物质环境。 水对生物的生存具有极其重要的作用，生物对水的适应。 陆生植物和陆生动物产生了一整套保水和减少水丢失的生理组织形态和行为的适应。 大气中的O2与CO2关系到生物的生存。 土壤是生物重要的生态因子，其生态学意义及对生物的影响。,小结：,本节到此结束, 谢谢!,土壤:是陸地表面的薄層物質，大多數的土壤是由岩石風化後的殘屑物質，經由成土作用所形成，再經過與岩石圈、生物圈、水圈、大氣圈的相互作用，而形成一個完整且巨大的生態系統。此系統提供給植物生生不息的養分來源，也使得萬物得以存活。,在最適宜土壤發育的條件下，地表每3001000年的時間只能生成2.5公分厚的土壤。,土壤概论,成土因素,土壤的形成与岩石有关,土壤的形成与岩石有关,土壤剖面,发育成熟的理想土壤剖面： 有机质层（O） 表土层（A） 淋溶层（E ） 淀积层（B） 母质层（C） 母岩层 （R）,我国土壤资源及其分布,我国共12个土纲，46个土类，140个亚类。,主要土壤类新及特征,1.砖红壤 分布于海南岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部，大致位于北纬22°以南地区。,砖红壤剖面及景观,砖红壤外观,特有橡胶林,土壤剖面,热带雨林,砖红壤肥力特点,风化淋溶作用强烈，易溶性无机养分大量流失，铁、铝残留在土中，颜色发红。土层深厚，质地粘重，肥力差，呈酸性至强酸性。,2.赤红壤,分布于滇南的大部，广西、广东的南部，福建的东南部，以及台湾省的中南部，大致在北纬22°至25°之间。,2.赤红壤,土壤剖面,赤红壤植被被破坏,赤红壤上生长的波萝,赤红壤肥力特点,赤红壤为砖红壤与红壤之间的过渡类型。风化淋溶作用略弱于砖红壤，颜色红。土层较厚，质地较粘重，肥力较差，呈酸性。,3. 红壤和黄壤,分布于长江以南的大部分地区以及四川盆地周围的山地。,3. 红壤和黄壤,红壤剖面,黄壤剖面,红壤植被恢复后,红壤和黄壤肥力特点,有机质来源丰富，但分解快，流失多，故土壤中腐殖质少，土性较粘，因淋溶作用较强，故钾、钠、钙、镁积存少，而含铁铝多，土呈均匀的红色。因黄壤中的氧化铁水化，土层呈黄色。,北起秦岭、淮河，南到大巴山和长江，西自青藏高原东南边缘，东至长江下游地带。,4.黄棕壤,肥力特点,是黄红壤与棕壤之间过渡型土类。既具有黄壤与红壤富铝化作用的特点，又具有棕壤粘化作用的特点。呈弱酸性反应，自然肥力比较高。,黄棕壤剖面,5. 棕壤,分布于山东半岛和辽东半岛。土层较厚，质地比较粘重，表层有机质含量较高，呈微酸性反应。,棕壤山地景观,果园,棕壤剖面,6. 暗棕壤,东北地区大兴安岭东坡、小兴安岭、张广才岭和长白山等地。土壤呈酸性反应，它与棕壤比较，表层有较丰富的有机质，腐殖质的积累量多，是比较肥沃的森林土壤。,7. 寒棕壤（漂灰土）,大兴安岭北段山地上部，北面宽南面窄。土壤经漂灰作用（氧化铁被还原随水流失的漂洗作用和铁、铝氧化物与腐殖酸形成螯合物向下淋溶并淀积的灰化作用）。土壤酸性大，土层薄，有机质分解慢，有效养分少。,7. 寒棕壤（漂灰土）,8. 褐土,山西、河北、辽宁三省连接的丘陵低山地区，陕西关中平原。淋溶程度不很强烈，有少量碳酸钙淀积。土壤呈中性、微碱性反应，矿物质、有机质积累较多，腐殖质层较厚，肥力较高。,9. 黑钙土,大兴安岭中南段山地的东西两侧，东北松嫩平原的中部和松花江、辽河的分水岭地区。,雨量稀少的地區，淋溶、洗出與澱積作用微弱，顯著的蒸發作用致土壤水因毛細管現象而上移並將鈣離子析出聚積於上層土壤，使得土壤呈現鹼性。,腐殖质含量最为丰富，腐殖质层厚度大，土壤颜色以黑色为主，呈中性至微碱性反应，钙、镁、钾、钠等无机养分也较多，土壤肥力高。,10. 栗钙土,内蒙古高原东部和中部的广大草原地区，是钙层土中分布最广，面积最大的土类。腐殖质积累程度比黑钙土弱些，但也相当丰富，厚度也较大，土壤颜色为栗色。土层呈弱碱性反应，局部地区有碱化现象。土壤质地以细沙和粉沙为主，区内沙化现象比较严重。,11. 棕钙土,内蒙古高原的中西部，鄂尔多斯高原，新疆准噶尔盆地的北部，塔里木盆地的外缘，是钙层土中最干旱并向荒漠地带过渡的一种土壤。,棕钙土肥力特点,腐殖质的积累和腐殖质层厚度是钙层土中最少的，土壤颜色以棕色为主，土壤呈碱性反应，地面普遍多砾石和沙，并逐渐向荒漠土过渡。,12. 黑垆土,陕西北部、宁夏南部、甘肃东部等黄土高原上 土壤侵蚀较轻，地形较平坦的黄土源区。绝大部分都已被开垦为农田。,这是摄于陕北洛川的黑垆土剖面，它因具有垆灰般的暗色土层而得名。零星分散在侵蚀不严重的黄土塬上，以董志塬、洛川塬的面积比较集中。它是暖温型半干旱草原气候条件下形成的土壤，腐殖质层深厚，但含量不高，一般仅 12% 左右； 碳酸钙呈假菌丝状淀积于暗色腐殖质下部，显得特别鲜明；表土因多年耕种，颜色变淡，好像黑垆土是埋藏在下边似的。虽然面积不大，但却是黄绵土地区的高产土壤。,黑垆土肥力特点,腐殖质的积累和有机质含量不高，腐殖质层的颜色上下差别比较大，上半段为黄棕灰色，下半段为灰带褐色，好像黑垆土是被埋在下边的古土壤。,13. 荒漠土,内蒙古、甘肃的西部，新疆的大部，青海的柴达木盆地等地区，面积很大，差不多要占全国总面积的1/5。,土壤基本上没有明显的腐殖质层，土质疏松，缺少水分，土壤剖面几乎全是砂砾，碳酸钙表聚、石膏和盐分聚积多，土壤发育程度差。,14. 高山草甸土,青藏高原东部和东南部，在阿尔泰山、准噶尔盆地以西山地和天山山脉。 剖面由草皮层、腐殖质层、过渡层和母质层组成。土层薄，土壤冻结期长，通气不良，土壤呈中性反应。,14. 高山草甸土,15. 高山漠土,藏北高原的西北部，昆仑山脉和帕米尔高原。土层薄，石砾多，细土少，有机质含量很低，土壤发育程度差，碱性反应。,砖红壤,赤红攘,红 壤,黄 壤,黄棕壤,棕 壤,褐 土,暗棕壤,寒棕壤,我国土壤资源及其分布,黑钙土,栗钙土,棕钙土,灰钙土,灰漠土,棕漠土,地形地势与土壤,不同发育阶段土壤剖面,本节到此结束, 谢谢!,