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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。,
