生态学物质环境——水因子及其生态作用

生态学——物质环境（水因子及其生态作用）
物质环境：指地球上水、大气、土壤等生态因子构成的有机体的生存环境。

主要物质环境成分：水、大气、土壤、风
物质环境的特点：
1)物质环境的组成成分如水、大气、土壤等构成了有机体生活的空间或栖息地。

2)物质环境的组成成分又为生物体的组成需要提供了常量元素（如C、O、S、Fe、K、Na
等）和微量元素（如铬、钴、氟、铝、硒、锌、碘等）。

3)陆地上水量等物质元素的多少，影响到陆生生物的生长和分布。

4)水环境中的水量等物质元素的多少，影响到水生生物的生长和分布。

水因子及其生态作用
水分布于海洋、陆地以及大气之中，形成各种水体，共同组成水圈。

水的存在形式有固态（冰、雪、霜），液态（雾、露、云、雨）、气态（蒸汽）
水的分布形式有咸水（海洋水、咸水湖）和淡水（冰川、永久雪盖、地下水、地表水、大气水、生物水）
陆地上水的分布：
1)降雨量分布
i.纬度：纬度增加，降水量减少
ii.经度：由东向西减少
iii.海拔：海拔增加降水量增加
iv.地形：迎风坡多，背风坡少
v.季节：夏季多，冬季少
2)大气湿度
i.相对湿度收到环境温度的调节：温度增加，相对湿度降低；温度降低，相对湿度增
加；
ii.相对湿度随地理位置变化：热带雨林带80-100%，荒漠地带低于20%。

水的特性
1)水分子具有极性——能吸附到带电的离子上，这使得水能和其他生物成分结合，也使水
成为最好的溶剂。

2)水具有高热容量——水能吸收大量的热，而自身升温很少。

3)水具有特殊的密度变化——4℃时水密度最大。

4)水具有相变——固态-液态-气态
水体环境的特点：弱光；缺氧；密度大；粘性高；温度变化平缓；能溶解各种无机盐类
水陆环境的差异：密度、浮力与粘滞性不同；温度不同；含氧量不同；湿度不同。

水因子的生态作用：
1)水是生物体不可缺少的组成成分；
2)水是生物体所有代谢活动的介质；
3)水为生物创造稳定的温度环境；
4)水对动植物生长发育和数量分布有影响；
5)水对动植物的形态结构、行为等有影响；
6)水体的易受污染性能危害生物与人体的健康；
7)生物起源于水环境。

水分获得途径：
1)植物——根部吸收，叶面吸收；
2)动物——食物，体表吸收，代谢水，饮用水。

水分的丧失途径：
1)植物——蒸发（蒸腾作用、扩散作用）失水，分泌失水；
2)动物——皮肤蒸发失水，呼吸、排泄、分泌失水。

动物保水机制：
1)减少皮肤的透水性；
2)减少身体表面蒸发；
3)减少呼吸失水；
4)减少排泄失水；
5)利用代谢水。

植物保水机制：
1)发达的贮水组织；
2)气孔关闭；
3)发达的根系；
4)茎叶特化。

生物对水因子的适应
1)植物的适应（水生植物、陆生植物）
2)动物的适应（水生动物、陆生动物）
水生植物面临的主要问题：水分过多；水流漂动；盐度过高；供养困难；光线微弱。

水生植物分为3种生态类型：沉水植物、浮水植物、挺水植物
水生植物适应水因子的特点
1)水生植物渗透压的适应调节；
减少叶子的蒸腾作用来缓和细胞的渗透压；
在高盐度地区，主要有两种方式：
i.通过某些高浓度的适宜物质如氨基酸、某些多糖类、一些甲基氨、脯氨酸、山梨酸、
甘氨酸等增加细胞的渗透压，与环境维持平衡。

ii.形成排盐机制。

通过植物根系排盐、盐腺排盐。

2)水生植物具有发达的通气组织，以保证各器官组织对养的需要。

（莲茎、藕）；
3)沉水植物与浮水植物机械组织不发达，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流
动；
4)沉水植物在水下的叶片多分裂成带状、线状等，而且很薄，以增加吸收阳光、无机盐和
二氧化碳的面积。

（缎带椒）
水中氧气的两大来源：
1)大气中的氧扩散到水中；
2)水中植物光合作用释放出氧。

溶解氧是水生生物最重要的限制因素之一。

水中氧含量由水面向水底递减。

陆生植物面临的主要问题：水分供应不足；防止水分丢失；增强摄水能力。

根据植物与水的关系将陆生植物分为3类：旱生植物、中生植物、湿生植物
陆生植物适应水因子的特点：
1)旱生植物在保水方面的形态结构上的特征，主要表现在3方面：
i.发达的根系等增加水分摄取；
ii.通过叶形状和叶组织的特化减少水分丢失：针状叶或被有角质层及绒毛，或具扇状的运动细胞使叶片在缺水时卷曲。

iii.具有发达的贮水组织如肉质茎。

2)中生陆生植物具有一套完整的保持水分平衡的结构和功能，其根系和疏导组织均比湿生
植物发达。

（主要表现在形态结构适应）——中生植物樟树叶片表面角质层较发达、蜡质层也较厚。

3)湿生植物在潮湿环境中生长，根系不发达，不能忍受较长时间的水分不足，根部通过通
气组织与茎叶的通气组织相连，以保证根部的供氧。

——水稻
4)陆生植物的生理适应主要表现在：具有水分运输的动力；原生质的渗透浓度高；干旱时
种子休眠，遇水萌发。

水生动物面临的主要问题：
1)水分过多；
2)盐度过高；
3)供氧不足；
4)浮力不足与身体下沉；
5)水中阻力过大阻碍运动；
6)水中光线微弱。

水生动物适应水因子的特点
1.水生动物的渗透压的适应调节——主要依靠肾脏和鳃来进行淡水河海水环境中水分和
盐分的平衡调节。

i.体内水分调节：依靠肾脏排出水——淡水中排尿量大，海水中排尿量少。

ii.体内盐分调节：依靠鳃调节盐代谢——在海水中鳃逆向排盐，在淡水中鳃摄取盐。

低盐环境和淡水环境中的动物：淡水动物对环境是高渗性，导致水不断渗入动物体内，过剩的水不断排出体外，保持水分平衡。

补充丢失的盐分——食物，鳃主动吸收盐类
海洋动物：
低渗性海洋动物：体液或血液渗透浓度与海水渗透浓度基本相等的动物，如海胆；
低渗性海洋动物：血液和体液远低于海水的动物，如鲱鱼等。

海洋动物：鲨鱼和无脊椎动物——等渗；硬骨鱼——低渗；
淡水动物：硬骨鱼——高渗；
河口动物：洄游鱼类——变渗透压
水生动物的水平衡调节机制：
1)等渗：体内和体外的渗透压相等，水和盐以大致相等的速度在体内外之间扩散。

仅排泄
失水，通过食物、饮水、代谢水获得水，泌盐器官排出多余的盐分。

2)高渗：体内的渗透压高于体外，水由环境中向体内扩散，体内的盐分向外扩散。

通过排
泄作用排出多余的水，盐分通过食物和组织摄入。

3)低渗：体内渗透压低于体外，水分向外扩散，盐分进入体内。

通过食物、代谢水和饮水
获得水，多种多样的泌盐组织排出多余的盐分。

2.水生生物对水密度的适应
1)克服下沉：鳔——相当于植物的充气器官，增加脂肪增加浮力，减少运动阻力；
2)克服深海压力：具有适应的身体结构，肋骨无胸骨附着，有的甚至无肋骨，缺少中央腱
的肌隔膜斜置于胸腔内。

3.形成克服水阻力的快速运动的体型；
4.光线微弱时的适应：深海鮟鱇的放光器官；
5.水生动物对低氧的适应
1)鱼类增加鳃流过的水体积；
2)一定程度调节呼吸频率增加氧气量；
3)增加体内血红素含量；
4)少数鱼类有嫌弃性呼吸的发现。

陆生动物面临的主要问题：水分供应不足；防止水分丢失；增强摄水能力；形成产水能力。

陆生动物适应水因子的特点：
1)体壁结构的防水适应：几丁质的体壁；很厚的角质层；有羽毛和尾脂腺；有皮脂腺和毛
等。

2)行为适应：地下穴居，昼伏夜出，迁徙行为，滞育等。

3)生理适应：骆驼具有储水的胃；体内储藏丰富的脂肪可产代谢水；血液中具有特殊的脂
肪和蛋白质，不易脱水；排出固体尿酸或弄尿。