《生物与大气的关系》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物与大气的关系(25页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节 生物与大气的关系,一 大气组成及其生态作用 大气由氮、氧、二氧化碳、惰性气体、氨、甲烷、臭氧、氧化氮及不同含量的水蒸汽组成。在干燥空气中,O2占20.95%,N2占78.9%, CO2占0.032%。 在大气组成成分中,对生物关系最为密切的是O2与CO2。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(除极少数厌氧动物外),没有氧,动物就不能生存。,二 氧的作用与生物的适应,1氧与动物能量代谢 动物生存必须依靠食物氧化产生的能量。陆生动物耗能大于水生动物。,在低氧浓度下,金鱼的氧耗随水中氧浓度成线性改变。,环境氧浓度极低时,可影响动物的代
2、谢率。如当水中Po2从13.3 kPa下降到2.67 kPa时,鲷、鲀的代谢率下降约三分之一, 当水中氧浓度低于2 kPa时,这两种鱼就不能生存。,引自Schmidt and Nielsen, 1997,鱼类对低氧的适应,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。,金鱼在缺氧12小时后,组织中产生大量乳酸,乳酸可转化成酒精,由鳃排出,减少体内的贮存。,2 内温动物对高海拔低氧的适应 高海拔适应性反应:表现在呼吸循环系统与血液组成成分两方面。 呼吸:产生过度通气(呼吸深度的增加),肺泡膜的气体弥散能力增高;低氧刺激组织内毛细血管增
3、生,缩短了气体弥散距离,有利于给组织供氧。,血液成分等的改变:骨骼肌中的肌红蛋白浓度增加(肌红蛋白的携氧能力远大于血红蛋白);血液中的红血球数量、血红蛋白浓度及血球比积升高。,人由海拔850 m进入4540 m高度后,血球比积、红细胞数和血红蛋白逐渐升高,数周后达到最大值,并维持在此高水平上。当从高海拔回到平原后,这些指标将逐渐下降,恢复到原水平。,3 植物与氧,植物是氧的主要生产者。白天,植物光合作用释放的氧气比呼吸作用所消耗的氧气大20倍。据估算,每公顷森林每日吸收1吨CO2,呼出0.73吨氧;每公顷生长良好的草坪每日可吸收0.2吨CO2,释放0.15吨O2。如果成年人每人每天消耗0.75
4、 kg氧,释放0.9 kg CO2,则城市每人需要10 m2森林或50 m2草坪才能满足呼吸需要。因此必须绿化环境,才能为人类生存提供净化的空气。,4 CO2与植物 * 植物光合作用所必需。高产植物产量的90-95%取自空气中的CO2,仅有5-10%是来自土壤。CO2对植物生长发育具有重要作用。 * 各种植物利用CO2的效率不同,C3植物(水稻、小麦、大豆等)低于C4植物(甘蔗、玉米、高粱等)。 * 空气中CO2浓度虽为0.032%,但仍是高产作物的限制因素。这是因为CO2进入叶绿体内的速度慢,效率低。 * 在强光照下,作物生长盛期,CO2不足是光合作用效率的主要限制因素。增加CO2浓度能直接
5、增加作物产量。,第三节 生物与土壤的关系,一 土壤的生态意义: 1 土壤位于陆地生态系统的底部,具有营养物传递系统,再循环系统和废物处理系统,是陆地生态系统的基底或基础。在土壤中进行的两个最重要的生态过程是分解过程和固氮过程。 2 土壤为陆生植物提供了基质,是植物萌芽、支撑和腐烂的地方,又是水和营养物储存场所;土壤为陆生动物提供了栖息地。是动物和微生物藏身处,排污处;是污染物质转化的重要基地。,二 土壤的物理性质与生物的关系 土壤由固体、水份和空气组成。固相颗粒是土壤的物质基础。,1. 土壤质地与结构: 土壤由粗砂(2.00.2 mm)、细砂(0.20.02 mm)、粉砂(0.02-0.002
6、 mm)和粘粒(0.002 mm以下)组成。这些颗粒组合的百分比,称为土壤质地。 砂土: 颗粒粗、疏松、通气性强,但蓄水、保肥性能差。壤土: 质地较均匀,通气透水,适宜农业种植。粘土: 颗粒细,湿时粘,干时硬,保水保肥能力强,透水透气性差。,土壤质地影响生物的分布与活动。如细胸金针虫多出现在粘土中,,蝼蛄喜欢在湿润的含沙质较多的土壤中,沟金针虫发生在粉砂壤土和粉砂粘土中。,土壤结构:土壤颗粒排列形式,孔隙度及团聚体的大小和数量称为土壤结构。 土壤结构可影响固、液、气相分配比例。团粒结构(腐殖质:粘结土粒形成的0.25-10mm的小团块)是土壤中最好的结构。 结构不良的土壤,土体坚实,通气透气性
7、差,土壤肥力差,不利于植物根系伸扎和生长,土壤微生物和土壤动物的活动受到抑制。这些动物在土壤形成和有机物分解中又起重要作用。,引自http:/,2 土壤水分 可直接被植物根吸收利用,有利于矿物质养分的分解、溶解和转化,有利于土壤中有机物的分解与合成,增加了土壤养分。 水分过少时,植物受干旱威胁。水分过多,易引起有机质的嫌气分解,产生H2S及各种有机酸,对植物有毒害作用,根的呼吸作用和吸收作用受阻,使根系腐烂。 土壤水分影响了土壤动物的生存与分布。,3 土壤空气 特点:低O2 ( 1012%),高CO2 ( 0.1%)。 透气不良时,土壤中CO2积累过多,阻碍根系生长、种子发芽,甚至导致植物死亡
8、。 土壤动物对土壤中低氧和高CO2的适应性: 血红蛋白的浓度增加,血红蛋白的氧结合能力增加,同时降低能量代谢,降低体温。地下兽的脑中枢对CO2的敏感性降低。 土壤通气程度影响土壤微生物的种类、数量和活动情况,进而影响分解过程。,4 土壤温度 影响植物的发育生长。 影响根系的生长、呼吸和吸收性能。 影响矿物质盐类的溶解速度、土壤气体交换、水分蒸发、土壤微生物活动以及有机质的分解,而间接影响植物的生长。 影响土壤动物的运动,三 土壤的化学性质与生物 1.土壤pH: 影响矿质盐分的溶解度,从而影响植物养分的有效性。 影响微生物活动而影响养分的有效性和植物的生长。如许多豆科植物的根瘤只能生长在中性土壤
9、中 影响土壤动物区系及其分布。,图3-20 土壤pH对矿物养分的有效性影响。以带宽度表示(引自Begon et al., 1996),2 土壤有机质:可分成腐殖质和非腐殖质 非腐殖质是死亡动植物组织和部分分解的组织。 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。是植物营养的重要碳源和氮源。影响到土壤动物的分布与数量。 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 植物生命活动需要9种大量元素(钾、钙、镁、硫、磷、氮、碳、氧、氢、)和7种微量元素(铁、锰、硼、锌、铜、钼和氯)。除碳、氢、氧以外,植物所需的全部
10、元素均来自土壤矿物质和有机质的矿物分解。 土壤的无机元素影响动物的生长、分布和数量。,四 植物对土壤的适应 酸性土植物(pH7.5) 大多数植物和农作物适宜在中性土壤中生长。生活在盐碱土中的植物和沙基质中的植物,分别归为盐碱土植物和沙生植物。,1 植物对盐碱土的适应:,(1) 形态适应:矮小、干硬、叶子不发达、气孔下陷,表皮具厚的外皮,常具灰白色绒毛。细胞间隙小,栅栏组织发达。有的具有肉质性叶,有特殊的储水细胞。,聚盐性植物:原生质抗盐性特别强,能忍受高浓度的NaCl溶液。细胞液浓度特别高,根部细胞渗透压很高,能吸收高浓度土壤溶液中的水分。如盐角草、海莲子等,泌盐植物:能把根吸入的多余盐,通过
11、茎、叶表面密布的盐腺排出来。如柽柳、各种红树植物等。,盐角草群落,(2) 生理适应:,引自http:/,怪柳群落,盐地风毛菊,不透盐性植物:根细胞对盐类的透过性非常小,它们几乎不吸收或很少吸收土壤中的盐类。这类植物细胞的渗透压也很高,提高了根从盐碱土中吸水能力。如:蒿属、盐地紫苑、盐地风毛菊、碱地风毛菊等。,引自http:/,引自http:/,2 植物对沙的适应:沙生植物,特性:抗风沙、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠。 被流沙埋没时,在埋没的茎上能长出不定芽和不定根。根系生长速度极为迅速,根上具有由一层沙粒形成的囊套,保护暴露到沙面上的根免受沙粒灼伤和流沙的机械伤害。如绿沙竹、白刺等。 具有旱生植物特征,如地面植被矮,主根长,侧根分布宽,以便取水,固沙;叶片极端缩小,甚至退化;有的叶具贮水细胞;有的在叶表皮下有一层没有叶绿素的细胞,积累脂类物质,提高植物的抗热性;细胞具高渗透压,增强根系主动吸水能力。 特别干旱时,有些进入休眠,待有雨时再恢复生长。,