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第一节 植物的环境
作者:生科院植…    文章来源:西北农林科技大学    点击数:971    更新时间:2010/7/13
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第十三章 植物生态

    植物在生活过程中始终和周围环境进行着物质和能量交换,既受环境条件制约又影响周围环境。植物与环境的关系具有两方面含义:一是指植物以其自身的变异适应不断变化的环境,即环境对植物的塑造或改造作用;二是指植物群体在不同环境中的形成过程及其对环境的改造作用。研究植物与环境的相互关系的学科称为植物生态学。


    植物与环境间的关系非常密切。不同环境里同一种植物的形态、结构、生理、生化等特性不尽相同。如生长在溪流湿地上的野牛薄荷(Mentha arvensis),叶肉海绵组织发达,栅栏组织不明显,茎带赤色,薄荷油含量为0.17%;将其移植到肥沃台地时,叶肉栅栏组织明显,海绵组织减缩,茎枝浓绿色,薄荷油含量为1%。在气候因子影响下,大黄(Rheum offcinale)含有的蒽醌苷到冬天后转变为蒽酚苷,所以要在秋天收获。上述例子说明了植物和环境的密切关系。
    环境(environment)。是指生物有机体生活空间的外界自然条件的总和。它不仅包括对其有影响的各种自然环境条件,而且也包括其他生物有机体的影响和作用。组成环境的每个因子称为环境因子(environment factor),如气候因子、土壤因子、地形因子、生物因子等。在环境因子中,对于某植物有直接作用的因子叫生态因子 (ecological factor),如对植物的形态结构、生长发育、生理生化特性等有影响的环境因子。
    自然界的生态因子不是孤立地、单独地对植物发生作用,而是对植物发生综合作用。因此,生态因子的综合构成了植物的生态环境(ecological environment)
    按环境的范围大小可将环境分为宇宙环境(或称星际环境)、地球环境、区域环境、微环境和内环境。
    宇宙环境(space environment)。是指大气层以外的宇宙空间。
    地球环境(global environment)。是指大气圈中的对流层、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈,又称为全球环境。地球环境与人类及生物的关系最为密切。
    (1)大气圈:是不同气体的混合物成膜状包围着地球。海陆表面可以认为是大气圈假想的下限,因为实际上空气一直可以渗透到地壳内部;大气圈的上限变化不定,因为它将逐渐过渡到宇宙空间,约为1000公里以上。直接构成植物气体环境的是大气对流层,其密度最大,约含大气全部质量的70~75%,平均高度为10公里,在极地上为8公里,赤道上为16公里。对流层对地球外壳有重要意义。云、雨、气团的水平与垂直移动均在这里发生。气团不断运动使空气充分混合。不过,在对流层全部厚度中,空气组成的主要成分保持不变。
    大气中的氧对生物作用甚大。氮在空气中是一种中性介质,它的作用是“冲淡”氧气,使氧气含量不致过高,避免氧化作用过于激烈。CO2在空气中的含量变化较大,由于该气体比重较大,所以在2~4公里以上高度内CO2要比下层少些。直接与地面毗连的空气层,由于受植物光合作用的影响,C02含量也相对少些。C02在空气中虽然含量不多,但作用极大。首先,它是光合作用的原料,同时还具有吸收和释放辐射能的作用,影响地面和空气的温度。臭氧形成的臭氧层对高能紫外线辐射有吸收作用,保护生物体免遭紫外线的伤害。因此,生物圈内高等动植物才有可能发展、进化到现今的繁荣局面。
    大气中还含有水汽、粉尘等,它们在气温作用下形成风、雨、霜、雪、露、雾和雹等,调节生物圈的水分平衡,有利于植物生长发育。当这—平衡失调时,就会给植物带来破坏和损害。
    (2)水圈:水是生命过程的介质,也是生命过程氢的来源。地球上的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中共含有约15亿立方公里的水。如果以地球总表面积(5.1亿平方公里)上水的平均深度为计算单位,则海洋约占总水量的97%,深度在2700~3800m之间。在余下的3%中,四分之三是以固体状态存在于两极冰盖和冰川中,深度约为50m。地面水主要在世界各大湖中,约0.4~1m。大气中平均含水量相当于0.03m深的液体。水分在地球上通过大气环流、洋流和河流排水等三种形式流动和再分配。
    水体中溶有各种化学物质,溶解在水中的CO2和O2为植物生存提供了必要条件。水体不断进行物理化学过程、生物过程和地质过程。这些过程必然影响到水体溶液的总浓度,特别是大气中水热条件,促进水热的重新分配,影响着地区性气候变化和植物的生态分布。
    (3)岩石圈和土壤圈:岩石圈是指地球表面30~40公里厚的地壳层。它是组成生物体各种化学元素的仓库。岩石圈和水圈进行物质交换,并通过火山活动和放射衰变产物而影响到大气圈的组成,它主要是土壤形成的物质基础,从而给植物生存创造了各种不同的土壤类型。土壤圈不只是岩石圈的疏松表层,而是在生物体参与下形成的。物理风化和化学风化不断从岩石圈释放无机物质,而植物残体和死的有机体通过微生物腐解,这些腐解产物与土壤动物的排泄物一起逐渐变为腐殖质。它与无机风化物形成复合体,给植物生长发育提供了场所。因此,土壤圈和植物之间的关系十分密切。
    区域环境(regional environment)。是指占据某一特定地域空间的自然环境。
    微环境(micro-environment)。是指接近植物个体表面或个体表面不同部位的物理环境。如叶片表面附近,由于大气温度和湿度的变化,使叶表面附近形成一种特殊小气候。这种小气候对植物叶片的光合作用有直接影响。因此,植物叶片表面的光照强度、温度和湿度等就是植物叶片的微环境。
    体内环境(inner environment)。是指植物体内部的环境,如叶片内部直接和叶肉细胞接触的气腔、气室都是体内环境。二氧化碳从大气进入叶绿体进行光合作用所经过“三段”路程可说明环境、小环境和体内环境三者之间的相互关系。CO2从高层大气到群体叶片附近,再从叶片周围经过气孔到叶肉细胞表面,最后由叶肉细胞表面到叶绿体内同化CO2的酶系统。
    生境(habitat)。是指植物生活的具体环境,如水中、路边、林下等。

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