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第二章生物与环境第四节主要生态因子的生态作用及生物适应一、温度二、光三、水分四、土壤三、水分（Water）1.水的特性2.植物与水3.动物与水1.水的特性1.1水的化学特性•生物的内部介质(watercontentmorethan90%).•生物的外部介质:resource,condition,habitat.•通用溶剂:polarnature1.2光线对水的穿透性•红外线的急剧耗竭；•混浊导致可见光急剧衰竭；•Beer’slaw（比尔定律）Rs=Rsce-axWhereRsc是太阳常数,Rs是x深处的太阳辐射强度，a是消光系数（extinctioncoefficient）。ex03718.0s27554RT00039.00481.0a淀山湖湖水中太阳辐射能的分布[张志良等.华东师范大学学报自然科学版,1992(3)]1.3水与温度•Goodsinkforsolarenergy太阳能的储存库•Stableenvironmentforaquaticlifeformsintermsoftemperature.稳定的环境条件–Highheatcapacity比热高–Abilityofwatertomix混合能力强•Maximumdensityat4℃.密度4度最大2.植物与水Plantsandwater2.1土壤水•植物结合水相对于蒸发水是极其微小的（infinitesimal）.•土壤持水量取决于土壤孔隙大小（sizeofthepores）–毛细管作用力（Capillaryaction）vs.地心引力（gravity）–Fieldcapacity(田间持水量)：通过土壤孔隙抗重力所蓄积的水。•土壤水中可供植物的利用量–可利用量的上限：田间持水量。–可利用量的下限：取决于植物从微土壤空隙中吸取水分的能力(Permanentwiltingpoint,永久萎蔫点)。2.2根对水的吸收根吸收土壤水的两种途径:水向根部流动，根生长伸向水源。2.2.1水向根部流动根对水的吸收依靠两种水势：水耗竭区[Resourcedepletionzone(RZD)ofwater]-土壤水势；叶子水分蒸发-植物内水势。含水丰富的土壤中，植物叶子也会枯萎！干旱环境下，偶然的大雨会导致种子发芽吗？2.2根对水的吸收2.2.2根生长伸向水源–植物根系生长的进化利用前先探测水源：侧根发生前主根先伸长生长。避免内耗：Branchroots在parentroot的半径范围内生长。–早期根系发育决定植物对未来事件的反应早期生长在waterlogged环境中的植物，未来干旱如何？早期生长在干旱环境中（occasionalshowers）的植物。2.3水生植物与水•Wateravailabilityisnotaproblem.•Waterregulation–淡水（freshwater）与半咸水（brackish）植物：高渗(Hypertonic)–海洋植物•大多数植物是等渗（Isotonic）：waterbalance•一些植物是低渗（Hypotonic）：(waterloss)•盐生植物对盐生环境(200~1000mol/l).的适应机制–电解质(Electrolyte)在液泡内累积（vacuoles）–细胞质（cytoplasm）和细胞器（organelles）中电解质低。2.4水分可获得性与植物生产力•Watersignificancetoplant–Essentialconstituentofacell–Requirementforphotosynthesis•生产力与降雨量的关系–在干旱环境中，生产力与降雨量直线正相关，i.e.,droughtisakeycauseofpoorproductivity.–Inhumidforest,thereisaplateaubeyondwhichproductivitydoesnotcontinuetorise.生态系统生产力与光合能力Site单位叶重生产力(g/leafbiomassyear-1)单位面积生产力(g/biomassm2year-1)Desert沙漠2.3390Deciduousforest落叶林2.221200Coniferousforest针叶林1.641300Grassland草原1.216002.5动物与水•鱼类的水分平衡（waterbalance）•两栖动物水分平衡•陆生动物的水分保持鱼类水分平衡•高渗透压(Hypertonic):theconcentrationofsolutesinbodyfluidsishigherthanthesoluteconcentrationofthewater.•低渗透压(Hypotonic):theconcentrationofsolutesinbodyfluidsislowerthanthesoluteconcentrationoftheseawater.•等渗透压(Isotonic):theconcentrationofsolutesinbodyfluidsisequaltothatoftheirsurroundings.Waterbalanceinfish•Osmoregulation(渗透压调节)isamechanismofwaterbalance.•Forthehypertonic（高渗）–Sweepalargevolumeofverydiluteurinebykidney•Forthehypotonic（低渗）–Secretverylittleurine–Kidneyfunctionasremovalofdivalentions–Gillfunctionasmonovalentionsexcretion•Fortheisotonic（等渗）–Inastatusofdynamicbalance两栖动物水分平衡•Infreshwater–Skinaccumulatessalts；–Kidneyexcretediluteurine（稀尿）。•Onland–膀胱表皮（theepitheliumoftheurinarybladder）重吸收水分陆生动物的水保持•Waterloss（水分丧失）–呼吸、排泄、表皮。•Waterreturn（水分回收）–喝水、取食；–逆流交换；–行为调节（nocturnalactivityanimal）；–减少排泄失水（马氏管）、粪便失水（尿酸）；–代谢水利用（100g脂肪氧化=110g水，碳水化合物100g=55g水）。（糖氨基酸）（盐水）（氯、钠、水）（钠、水）终尿五、土壤（soil）•什么是土壤?•土壤组成•土壤的生态学意义？•土壤形成•土壤剖面（thesoilprofile）Whatissoil?土壤(soil)：指陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层。Pedologyisasubjectofstudyofsoil.土壤组成•Mineralparticlesofvarioussizes,shapes,andchemicalcharacteristics.[矿物质]•Plantroots.[植物根]•Livingsoilpopulations,e.g.earthworm.[活体生物]•Organicmattercomponentinvariousstagesofdecomposition.[有机质]土壤的生态学意义•生态系统中的许多功能过程（nutrientdeliverysystem,recyclingsystem,waste-disposalsystem）在土壤中进行，如分解过程和固氮过程；•是陆生植物的生长基质，植物从其中获取生命所必需的营养物质和水分；•是土壤生物生长生活的场所和陆上动物活动基底，如蚯蚓。土壤形成过程•五个因素–土壤生物Soilbiota:microorganismsandothers–气候Climate–地形Topography–母质Parentmaterial–时间time•Initiationofsoilformation–Breakdownofrocksbyweathering岩石矿化–Releaseofnutrientsexceptforcarbonandnitrogen.碳氮外的其他营养盐的释放–Initialcolonizers碳氮固定:cyanobacteria(藻青菌)(photosynthesisandnitrogenfixation)•Whenhighervegetationestablished–Dynamicmixtureoflivinganddeadcells,土壤有机质（SOM）,mineralparticles.土壤形成过程ProcessofsoilformationThesoilProfile(土壤剖面)土壤由几个土层（horizon）构成的，最底层为底土（Subsoil，parentmaterial）。A层：枯枝落叶、腐殖质、矿物质土壤B层：有色矿物质土壤、腐殖质和根C层：风化的母质D层：母质