04 生态学基础(1)-生物与环境(huzj-03水分与土壤)

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 [Resource depletion zone (RZD) of water]-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？
土壤的生态学意义
• 生态系统中的许多功能过程（nutrient delivery system, recycling system, wastedisposal system）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。
Water balance in fish
• Osmoregulation (渗透压调节) is a mechanism of water balance. • For the hypertonic （高渗）
– Sweep a large volume of very dilute urine by kidney
• When higher vegetation established
– Dynamic mixture of living and dead cells, 土壤有机质 （SOM）, mineral particles.
Process of soil formation
The soil Profile
– High heat capacity 比热高
– Ability of water to mix 混合能力强
• Maximum density at 4℃. 密度4度最大
2. 植物与水 Plants and water
2.1 土壤水
• 植物结合水相对于蒸发水是极其微小的 （infinitesimal）.
• For the hypotonic （低渗）
– Secret very little urine – Kidney function as removal of divalent ions – Gill function as monovalent ions excretion
• For the isotonic （等渗）
（糖 氨基酸） （盐 水）
（钠、水）
（氯、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（the soil profile）
What is soil?
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。 Pedology is a subject of study of soil.
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：Branch roots在parent root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？
• 大多数植物是等渗（Isotonic）：water balance • 一些植物是低渗（Hypotonic）：(water loss)
• 盐生植物对盐生环境(200~1000 mol/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。
2.5 动物与水
• 鱼类的水分平衡（water balance）
• 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): the concentration of solutes in body fluids is higher than the solute concentration of the water. • 低渗透压(Hypotonic): the concentration of solutes in body fluids is lower than the solute concentration of the seawater. • 等渗透压(Isotonic): the concentration of solutes in body fluids is equal to that of their surroundings.
• 通用溶剂: polar nature
1.2 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’s law （比尔定律）
Rs=Rsce-ax
Where Rsc 是太阳常数, Rs 是x深处的太阳辐射 强度，a是消光系数（extinction coefficient）。
土壤组成
• Mineral particles of various sizes, shapes, and
chemical characteristics. [矿物质] • Plant roots. [植物根] • Living soil populations, e.g. earthworm. [活体生 物] • Organic matter component in various stages of decomposition. [有机质]
2.4 水分可获得性与植物生产 力
• Water significance to plant
– Essential constituent of a cell
– Requirement for photosynthesis
• 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., drought is a key cause of poor productivity. – In humid forest, there is a plateau beyond which productivity does not continue to rise.
• 土壤持水量取决于土壤孔隙大小（size of the pores）
– 毛细管作用力（Capillary action） vs. 地心引力 （gravity） – Field capacity (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(Permanent wilting point, 永久萎蔫点)。
生态系统生产力与光合能力
Site Desert 沙漠 Deciduous forest 落叶林 Coniferous forest 针叶林 Grassland 草原
单位叶重生产力 单位面积生产力 (g/ leaf biomass (g/ biomass m2 year-1) year-1)
2.33 2.22 1.64 1.21 90 1200 1300 600
– Breakdown of rocks by weathering 岩石矿化
– Release of nutrients except for carbon and nitrogen. 碳氮外的其他营养盐的释放
– Initial colonizers 碳氮固定: cyanobacteria (藻青菌) (photosynthesis and nitrogen fixation)
(土壤剖面)
土壤由几个土层（horizon） 构成的，最底层为底土 （Subsoil，parent material）。
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
– 土壤生物 Soil biota: microorganisms and others – 气候 Climate – 地形 Topography – 母质 Parent material
– 时间 time
土壤形成过程
• Initiation of soil formation
– In a status of dynamic balance
两栖动物水分平衡
• In fresh water
– Skin accumulates salts； – Kidney excrete dilute urine （稀尿）。
• On land
– 膀胱表皮（the epithelium of the urinary bladder） 重吸收水分
陆生动物的水保持
• Water loss （水分丧失）
– 呼吸、排泄、表皮。
• Water return （水分回收）
– 喝水、取食； – 逆流交换；
– 行为调节（nocturnal activity animal）；
– 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）。
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 (water content more than 90%). • 生物的外部介质: resource, condition, habitat.
Rs 27554 e
0.03718 x
a 0.0481 0.00039 T
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)]