第二章生物與環(huán)境課時安排：4學(xué)時教學(xué)目的：通過講授，讓學(xué)生較全面掌握以下內(nèi)容：1.

生物種類及特征2.

環(huán)境及環(huán)境3.

主要環(huán)境因子的生態(tài)作用4.

環(huán)境因子的生態(tài)作用規(guī)律教學(xué)方法：1.概念的準確闡述2.大量事例剖析3.幻燈片的使用重點及難點：全部概念均需要準確掌握，難點是生物學(xué)的基本理論，重點是主要環(huán)境因子的生態(tài)作用和規(guī)律第一節(jié)環(huán)境與生物環(huán)境與生物是相互作用、相互影響、相互制約、不可分割的統(tǒng)一體。早在原始社會，人們?yōu)榱松?，在與大自然斗爭中就具有了一些關(guān)于環(huán)境的感性認識，即自然力量與人周圍的動植物的知識。環(huán)境是人類以及生物有機體賴以生存的各種外界客觀條件，因此只有對具體的環(huán)境、生物進行研究，才能了解環(huán)境與生物的生態(tài)作用規(guī)律及其機制。從環(huán)境中分析出來的各種要素或條件單位，稱為環(huán)境因子，如氣候因子、土壤因子、地理因子、生物因子等，這些因子對生物的形態(tài)、構(gòu)造、生長發(fā)育、遺傳變異、生態(tài)及分布等產(chǎn)生一定的影響。為了了解各生態(tài)因子的特性，下面將介紹自然環(huán)境。一、自然環(huán)境自然環(huán)境是空間中可以直接或間接影響人類生活、生產(chǎn)的生物有機體和無機的大氣、巖石、水、土壤等各種要素組成的自然綜合體，它是人類發(fā)生、發(fā)展和生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。這些條件在生物和人類還未出現(xiàn)前就在自然界客觀存在著，因此其中有需要的，也有不需要的甚至有害的。我們應(yīng)該通過科學(xué)研究、生產(chǎn)實踐，有目的、有計劃地去進行改造，消除有害因素，或使其逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦m合于人類活動生存的環(huán)境。但是如果人們不按照自然規(guī)律辦事，人為地破壞，使生態(tài)失去平衡，那么將會受到大自然的懲罰。因此，人類生存的環(huán)境既不能是單純的自然因素，也不是單純的社會因素所構(gòu)成，應(yīng)是兩者密切相關(guān)的統(tǒng)一整體，相互制約、相互作用，它體現(xiàn)著人類利用和改造自然的性質(zhì)和水平，影響著人類的生產(chǎn)和生活，關(guān)系著人類的健康和生存。（一）自然環(huán)境基本特征1．緯度地帶性：由于地理緯度的差異，自然環(huán)境具有規(guī)律性的變異特點。因地球接受太陽輻射量的不同而引起熱量的差異，從赤道向兩極，每移動一個緯度氣溫平均降低0.5—0.7℃。根據(jù)熱量不同可分為若干自然地理帶，有赤道、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶、亞寒帶、寒帶。每個帶的氣候狀況、水文特征、土壤類型以及生物種類都有明顯的不同。2．垂直地帶性：因太陽輻射和水熱狀況隨著地形高度的不同而不同，生物和氣候自山麓至山頂出現(xiàn)垂直地帶分異的規(guī)律性變化。地形每升高100米，氣溫下降0.5—0.6℃，或每升高180米，氣溫下降1℃。降水最初隨高度的增加而增加，但到一定界線后，降水量又開始降低。所以只要有足夠高度的山地，就可以自下而上地劃分出垂直自然帶。各自然帶的植被和土壤呈規(guī)律性分布，自然生態(tài)系統(tǒng)也呈規(guī)律性地垂直交替。3．經(jīng)度地帶性：這主要由地球內(nèi)在因素而造成的，如大地構(gòu)造形成的地貌和海洋分異，引起經(jīng)度地帶性變異。在北美大陸和歐亞大陸，由于海陸分布格局與大氣環(huán)流特點，水分梯度常沿經(jīng)向變化，而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)向分異，由沿海濕潤區(qū)的森林，經(jīng)半干旱的草原到干旱區(qū)的荒漠；我國內(nèi)陸地區(qū)和沿海地區(qū)的水分變異是隨經(jīng)度而變化的，從東南沿海向西北內(nèi)陸有規(guī)律的排列為濕潤地區(qū)、半濕潤地區(qū)、半干旱和干旱地區(qū)等。（二）自然環(huán)境各要素1．生物圈：由自然界中具有生命的動物、植物和微生物三大類共同組成的有機整體。它們分布在地面以上10千米的高空和下至12千米深的海洋，但有機體能夠定居的區(qū)域要比這個范圍狹窄得多，大量的生物存在于適宜的地表100米環(huán)境中（圖2-1）。已知動、植物約有250萬種，一般估計為300—400萬種。（1）動物已知的動物約有150余萬種，無脊椎動物占絕大多數(shù)。無脊椎動物主要特點是身體中軸無脊椎骨組成的脊柱，神經(jīng)系統(tǒng)在腹面，心臟在背面，故又稱為腹神經(jīng)動物。主要的有原生動物、海綿動物、腔腸動物、扁形動物、線形動物、環(huán)節(jié)動物、軟體動物、節(jié)肢動物、棘皮動物等。脊索動物現(xiàn)公認的分為三個亞門，尾索動物亞門、頭索動物亞門、脊椎動物亞門。脊椎動物是動物界中最高等的類群，體內(nèi)具有許多脊椎骨組成的脊柱，頭骨發(fā)達，中樞神經(jīng)在身體背側(cè)，心臟在腹側(cè)。包括圓口綱、魚綱、兩棲綱、爬行綱、鳥綱和哺乳綱。動物一般不能將無機物合成有機物，只能以植物、其他動物或微生物等為營養(yǎng)，屬異養(yǎng)性生物。它們與植物不同，具有復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機能，以進行攝食、消化、吸收、循環(huán)、排泄、感覺、運動和繁殖等一系列生命活動。動物與人類關(guān)系極為密切，對大自然的生態(tài)平衡有重要作用。（2）植物已知植物約有百余萬種，包括藻類、菌類、地衣、苔蘚、蕨類和種子植物。其中綠色植物能直接利用太陽能進行光合作用（包括具有葉綠素的原生動物），將二氧化碳和無機鹽等無機物制造成為有機物，并釋放氧，供異養(yǎng)生物利用，屬自養(yǎng)生物。但植物中的真菌等也不能進行光合作用，故也屬異養(yǎng)性生物。植物是自然界能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)的必要環(huán)節(jié)，它們的活動及其產(chǎn)物同人類經(jīng)濟文化生活有極其密切的關(guān)系，植物對防沙造林、水土保持、城市美化綠化、凈化空氣等改造自然及環(huán)境保護起重要的作用。（3）微生物約3萬多種，包括細菌、放線菌、霉菌、酵母菌、螺旋體、立克次體、支原體、病毒等。在自然界分布極廣，上至1萬2千米高空，下至1萬米海底，以及江、河、湖、溪中都有微生物的蹤跡。它是一群繁殖快、代謝類型多、形體微小、構(gòu)造簡單的單細胞或多細胞生物，有的沒有細胞結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)微生物必須用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能看清其形態(tài)結(jié)構(gòu)。凡有細胞形態(tài)的微生物稱細胞型微生物，反之稱為非細胞型微生物，如病毒和類病毒。根據(jù)微生物細胞結(jié)構(gòu)不同又可將其分為原核微生物和真核微生物。自然界的生物不能單獨生活在非生物環(huán)境中，而要受到周圍其他生物因子的影響。它們之間的關(guān)系十分復(fù)雜，包括種內(nèi)和種間關(guān)系，有直接和間接影響，有利和不利作用，形式也多種多樣，有共生、競爭、天敵、抑制和傳播等。它們相互制約、相互作用，維持了自然界的生態(tài)平衡，特別是植物和微生物在自然界的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)中起著重要的作用，對環(huán)境保護極為重要。2．大氣圈：包圍地球的空氣層，是由多種氣體組成的。它是環(huán)境的重要組成之一，其質(zhì)量的好壞關(guān)系到人類和生物的健康及生存。（1）大氣的組成包括恒定的、可變的和不定的三部分組分。恒定的組分氮占78.09％、氧占20.95％、氬占0.93％，三者約占空氣總量的99.97％，還有微量元素氖、氦、氪、氙以及臭氧等。這些氣體的含量幾乎是不變的?？勺兊慕M分有二氧化碳、水蒸汽等。在正常狀態(tài)下，水蒸汽的含量為0—4％，二氧化碳的含量近年來已達到0.035％。其含量可受地區(qū)、季節(jié)、氣候以及人們生活、生產(chǎn)活動、科學(xué)研究等因素的影響而發(fā)生變化。不定組分有塵埃、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物等，主要由人為因素造成，如生產(chǎn)工業(yè)化、人口密集、工業(yè)布局不合理以及環(huán)境管理不善等，也可由火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、油井燃燒、地震、海嘯等因素所引起。不定組分的種類和數(shù)量與該地區(qū)的工業(yè)類別、排放的污染物，以及氣象條件等多種因素有關(guān)，如在電廠、焦化廠、冶煉廠所在地區(qū)及其附近大氣中的不定組分就多。當大氣中不定組分達到一定濃度時，就會造成公害。大氣中除水氣和雜質(zhì)外，整個混合氣體稱為潔靜大氣，其組分見表2-1。大氣垂直方向上的分層其物理性質(zhì)有很大差異，可自下而上劃分為對流層、平流層、中間層、暖層（電離層）、逸散層（外層），見圖2-2。對流層下界是地面，上界因緯度和季節(jié)不同，厚度約8—10千米，空氣重量約占大氣總量的95％。由于氣溫作用，主要天氣現(xiàn)象如風、雨、霜、雪、露、冰雹等都發(fā)生在這層內(nèi)，大氣的污染也主要發(fā)生在這層里，所以對流層對人類生產(chǎn)、生活關(guān)系極為密切，對生物生長發(fā)育、繁殖和分布有很大影響。（2）大氣的生態(tài)作用主要是氧和二氧化碳及風對生物的作用。氧主要由植物光合作用產(chǎn)生，少部分來源于大氣層的光解作用。高層大氣中的氧分子在紫外線作用下與高度活性的氧原子結(jié)合生成臭氧，保護了地面生物免遭短波宇宙射線的傷害。二氧化碳則是植物光合作用的主要原料。氧和二氧化碳的平衡是生態(tài)系統(tǒng)能否進行正常運轉(zhuǎn)的重要因素，而植物在調(diào)節(jié)大氣中氧和二氧化碳的平衡過程中起重要作用。（3）風的作用大氣的流動產(chǎn)生風，風對生物的作用既有利又有害。有些風媒植物靠風的作用傳播花粉、種子和果實；很多小型活動力差的動物靠風力被動遷移；一些食肉哺乳動物對風帶來的氣味很敏感，在捕食時通常迎風而上；風對動植物的生長發(fā)育、繁殖、行為、數(shù)量、分布以及體內(nèi)水分平衡都有不良影響（圖2-3）。強風引起的風災(zāi)使植物折斷、倒伏、房屋倒塌、電線等斷裂，造成農(nóng)林生產(chǎn)、交通通訊中斷等嚴重損失。

3．水圈：圍繞地球各種類型的水，通稱為水圈。水是人類生存必不可少的、最重要的物質(zhì)，在地球上分布最廣。地球上的熱量輸送和氣候調(diào)節(jié)要靠水的作用，是自然環(huán)境中最活躍的因素，也是參與地表物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的重要因素。水圈由海洋、河流、湖泊、地下水、大氣水、冰共同構(gòu)成，其中海洋是水圈的主體，約占全球面積的71％。水量最多的是海洋咸水，占97％以上；淡水占2.53％，其中3/4在南、北極的冰蓋和冰川中；江河、湖泊等地面水約占地球總水量的1/10000；地表土壤和地下巖層中含有多層淡水。人類能夠利用的淡水約占全部淡水的20％，其中只有0.5％的淡水能直接取用于河湖，可見淡水資源是非常有限的。地球上的水并不是處于靜止狀態(tài)的。水以大氣環(huán)流、洋流和河流排水等形式在地球上流動和再分配，通過蒸發(fā)、降雨、滲透等進行水分循環(huán)，不斷往復(fù)，永無止境，使地球水量恒定不變，維持水分平衡（表2-4）。由于水分循環(huán)，不僅調(diào)節(jié)氣候，而且凈化了大氣。水中含有各種化學(xué)物質(zhì)、各種溶鹽的礦質(zhì)營養(yǎng)、有機營養(yǎng)物等，可提供生物的需要。由于各地區(qū)水質(zhì)的不同（表2-5、2-6、2-7），構(gòu)成了生物環(huán)境的生態(tài)差異。4．巖石圈和土壤圈：巖石圈是指地球表面30—40千米厚的堅硬地殼層，是大氣圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基礎(chǔ)，也是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤圈在地球陸地表面，由巖石圈表面物理風化而成的疏松層作母質(zhì)，加上水和有機物質(zhì)通過化學(xué)變化以及土壤母質(zhì)的生物作用，經(jīng)過相當長的時間才形成的，它是有機界和無機界相互聯(lián)系、相互作用的產(chǎn)物。

巖石圈中富含各種化學(xué)物質(zhì)，成為植物生長所需要的礦質(zhì)營養(yǎng)，還貯藏著豐富的地下資源，如煤炭、石油，鐵礦、銅礦等各種有色金屬，以及磷、氮、鉀等，為人們提供了大量的生產(chǎn)資料。由于巖石的厚度及其組分的不同，在分化過程中所形成的土壤性質(zhì)也有很大差異，從而為植物的生存創(chuàng)造了各種不同的土壤環(huán)境，成為植被分布的重要因素。土壤在自然環(huán)境中介于生物界與非生物界之間的一個復(fù)雜的獨立的開放性物質(zhì)體系，具有獨特的組分、結(jié)構(gòu)和功能，是環(huán)境中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)，是巖石圈、生物圈、大氣圈和水圈之間的接觸、過渡地帶（圖2-4）。土壤的地域分布具有一定的規(guī)律性。最基本的有緯度地帶性和非緯度地帶性（區(qū)域性）分異，其次是垂直帶性分異規(guī)律。土壤的緯度地帶性在歐亞大陸、非洲及北美東部表現(xiàn)最明顯（圖2-5）。我國地形復(fù)雜，土類多樣，水平分布基本上隨緯度而變化，沿海地區(qū)是季風濕潤氣候的森林土壤，屬海洋類型的土壤帶；內(nèi)陸地帶是整個歐亞大陸干旱中心，為內(nèi)陸干旱漠境土壤，甘肅和新疆的北面和西面為漠境草原棕鈣土帶環(huán)繞，為大陸型土壤帶。山地土壤分布隨垂直地帶性規(guī)律而變化。

由于土壤類型不同，土壤的質(zhì)地、水分、溫度以及化學(xué)性能等對土壤生物種類及分布有很大影響。生活在土壤中的動物對土壤水、氣、溫的變化有明顯的季節(jié)性和垂直性遷移，如磕頭蟲幼蟲在土壤濕度高時爬到土壤表層活動，干旱時鉆到約1米深的土層中，所以它們對農(nóng)作物的危害也隨季節(jié)而不同，夏季危害小，春季雨水多危害大。很多動物適宜于含鈣豐富的土壤中生活，過堿過酸或鹽度過高，土壤動物就較貧乏。土壤動物數(shù)量很多，據(jù)調(diào)查，每平方米的土壤中蠕蟲、線蟲、輪蟲、節(jié)肢動物等個體總數(shù)常在5000—7000萬；森林土壤中每平方米節(jié)肢動物的數(shù)量有時可達1.25億個，每立方厘米的土壤腐殖質(zhì)層里，體積為0.2—4毫米的各種動物數(shù)量有時可達100個以上。土壤的特性之一是具有肥力，能為植物、微生物、土壤動物生長提供營養(yǎng)和棲息場所；二是具有同化和代謝外界輸入的物質(zhì)的能力。土壤中生活著各種微生物和土壤動物能對外來的各種物質(zhì)進行分解、轉(zhuǎn)化和改造，故土壤又被人們看成是一個自然的凈化系統(tǒng)。土壤的這兩種特性是相輔相成的。在合理的經(jīng)營管理下，其肥力不僅不會因利用而損耗，反而會增加。它是人類的基本生產(chǎn)資料和勞動對象，為農(nóng)業(yè)和生產(chǎn)部門提供糧食和必要的原料。當土壤被污染超過土壤自凈能力，就會破壞土壤自然動態(tài)平衡，引起土壤系統(tǒng)成分、結(jié)構(gòu)和功能的變化，并導(dǎo)致土壤正常功能的失調(diào)。土壤質(zhì)量下降，影響到作物的生長發(fā)育，使產(chǎn)量和質(zhì)量下降；土壤污染物向環(huán)境輸出轉(zhuǎn)化，又使大氣、水體等進一步污染，最終通過食物鏈影響人類的健康。所以土壤污染對生態(tài)系統(tǒng)影響非常嚴重，應(yīng)該予以重視。（三）人為環(huán)境人類區(qū)別于動物之處不是被動的去適應(yīng)環(huán)境，而是以自己的智慧、勞動去改造環(huán)境。這種由于人類的活動干擾引起環(huán)境質(zhì)量的變化所形成的環(huán)境，稱人為環(huán)境，是人類為了不斷提高自己的物質(zhì)和文化生活而創(chuàng)造的環(huán)境。人為環(huán)境可以分為有利的和不利的兩個方面。廣義的人為環(huán)境包括動植物的引種、培育、馴化、農(nóng)作物需要的環(huán)境，以及工人管理經(jīng)營的森林、草地、綠化造林，自然保護區(qū)內(nèi)的一些控制、防護等措施，風景旅游區(qū)、城市、房屋、娛樂場地等。狹義的人為環(huán)境是指人工控制下的環(huán)境，如薄膜育苗，可提高苗床的土溫和氣溫，防止夜間低溫和霜凍，促進幼苗的生長發(fā)育，爭取豐產(chǎn)豐收；用人工光照以刺激家禽神經(jīng)內(nèi)分泌，加強卵巢活動，促使多產(chǎn)卵。由于人類以前對大自然的認識的片面性常采取一些顧此失彼的措施，只顧當前的、直接的利益而忽視環(huán)境在人為作用下長期緩慢的不良變化，如我國絲綢之路曾是植被繁茂的好地方，由于歷代戰(zhàn)火和不適當?shù)膲ㄖ硨?dǎo)致了嚴重的水土流失，而出現(xiàn)了沙漠化。另一方面不合理或不科學(xué)的大量砍伐森林、草原過度放牧造成的破壞，也造成水土流失、土壤鹽漬化、沙漠擴大化，使自然環(huán)境不斷惡化。（四）污染的環(huán)境在正常情況下，人和環(huán)境之間進行的物質(zhì)交換保持著動態(tài)平衡，所以人們和生物能夠正常生長發(fā)育、生活以及從事生產(chǎn)勞動。污染環(huán)境是由于人為因素或自然災(zāi)害所致，使環(huán)境中原有的組分或狀態(tài)發(fā)生了變化，影響環(huán)境自凈能力，降低或破壞環(huán)境的機能，并達致害程度。污染的環(huán)境具有以下特征；（1）各種有毒有害污染物通過大氣、水體、土壤及食物等環(huán)境介質(zhì)進入人體、生物機體后產(chǎn)生急性或慢性、短期或長期的毒性影響，且影響面大而范圍廣；（2）污染物一般以濃度低、持續(xù)時間長，并以多種毒物同時存在、聯(lián)合作用于人體，危及健康；（3）污染物通過物理、化學(xué)或生物作用而發(fā)生轉(zhuǎn)化，其毒性增加、減少或富集，使污染物的原有性狀和濃度發(fā)生變化，對人體產(chǎn)生不同程度的危害作用；（4）生態(tài)系統(tǒng)遭到擾亂，穩(wěn)定性降低。在各環(huán)境中，水體環(huán)境比陸地環(huán)境更容易受到污染，因為水體直接受污染源影響外，水體周圍土壤中的污物也會由于雨水沖刷以及融雪等而流入其中。根據(jù)水體中的可溶性有機物和溶解氧的含量，以及氯離子、氨離子、硫化氫的水平，可將水體污染分為多污性水體、中污性水體和寡污性水體。也有按原生動物和其他微生物種群的變化，而將其分為健康水、不完全健康水、污染水及重污染水。污染環(huán)境對人類的危害是非常嚴重的，已有記載發(fā)生的多起公害事件，不僅使人們患染各種疾病，而且還造成了死亡（表2-8）?，F(xiàn)在，污染的環(huán)境對人類、生物所發(fā)生的嚴重威脅已引起人們關(guān)注，但環(huán)境污染事件仍時有發(fā)生，如蘇聯(lián)諾切爾貝利核電站的泄漏，海灣戰(zhàn)爭大量原油污染海水，化工廠發(fā)生事故等。我國也時有發(fā)生，如1971年7月13日某市冶煉廠鎳冶煉車間，輸送氯氣的膠皮管破裂，造成氯氣污染大氣引起急性中毒，使工廠周圍284名居民受害，附近工廠也受影響，不能正常生產(chǎn)。污染事件必須引起高度的重視，采取強有力的措施消除污染，并使已受污染的環(huán)境得到及時的治理和改善。（五）人類、生物生存空間的有限性1．空間的有限性：地球適于人類和生物生存和發(fā)展，但是其空間卻是有限的。人類主要生活的陸地面積僅占地球的29％，而且還有很多是不能利用的。由于土地面積在人類出現(xiàn)以后的近200萬年內(nèi)相對穩(wěn)定，很少變化，所以是不可增長的，其位置也是相對固定的，因此土地是有限性的。據(jù)聯(lián)合國年鑒統(tǒng)計，世界總土地面積為121億公頃，耕地為10.5％、草地為23.4％、多年生作物面積為0.7％、林地為31.2％，其他占34.2％。我國土地面積為960萬平方千米，耕地占1/4、草地占1/3、林地占1/9，土地資源絕對數(shù)量或相對數(shù)量以及人均水平都偏低。隨著我國人口的不斷增長，使人均占有可耕地及綠化用地大大減少（表2-9）；生活、生產(chǎn)、科研所產(chǎn)生的污染；土地不合理使用，破壞性的開發(fā)，使水土流失、耕層瘠薄、沙漠化擴大等，有利于人類和生物生存的潔凈空間越來越小。2．資源的有限性：自然資源分為非再生性資源和再生性資源。生物雖然屬再生性資源，但是在自然界要受到非生物和生物環(huán)境因子的制約，所以在具體時間和空間范圍內(nèi)，對人類來說也是有限的。人類和異養(yǎng)性生物主要食物靠自養(yǎng)性植物制造供給。植物進行光合作用所需要的陽光雖然可以持續(xù)利用（在局部地區(qū)和特定時間內(nèi)其數(shù)量和質(zhì)量也可能會出現(xiàn)衰減），但植物能利用的卻很少，因為陽光通過大氣層時有1/3的光由于云層或其他物體的反射作用而不能抵達地面，其余的則為地球及大氣所吸收，最后被反射回太空，所以自養(yǎng)生物能利用進行光合作用所需的能量只有光能的極小部分，約4萬分之一，制造食物是有限的。生物通過種內(nèi)和種間關(guān)系互相競爭、互相制約，使其數(shù)量始終保持一定的動態(tài)平衡，個體數(shù)量限定在最大容量之內(nèi)，不能無限繁殖。如果生物數(shù)量過度擁擠，環(huán)境條件又有限，破壞了生態(tài)平衡就會發(fā)生疾病，或?qū)е律臏p少，使生物數(shù)量下降，這樣自然調(diào)節(jié)，能保持種族生命的延續(xù)。但當人們破壞生物生存環(huán)境，如森林的大量砍伐或燒毀，使森林內(nèi)的生物資源減少；海洋由于過度捕撈，淺海灘涂破壞，海產(chǎn)資源急劇下降。更嚴重的是導(dǎo)致物種資源的瀕危或滅絕。據(jù)研究，目前世界上有1000多種脊椎動物受到威脅，瀕于滅絕，有30000余種野生植物瀕防滅絕的危險。水是能被人類利用的資源，據(jù)統(tǒng)計世界淡水儲量為3.5億立方米，只有0.34％與人類生活密切有關(guān)。水可以通過循環(huán)持續(xù)利用（表2-10），但是由于水的區(qū)域分布不勻，季節(jié)性降水差異很大，加上人口劇增，生活生產(chǎn)用水需求量大大增加，以及水的浪費和污染，使淡水資源出現(xiàn)危機?，F(xiàn)在世界有60％的地區(qū)面臨供水不足，40多個國家鬧水荒。全世界約有5億人因水源衛(wèi)生條件差而生病，至少有1萬人由于嚴重缺水和引用水不干凈所引起的傳染病而死亡。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計全世界用水量每年遞增4％，到2000年將增加至7倍，水資源危機將繼能源危機之后來臨。所以認為再生性資源是取之不盡，用之不竭的觀點是沒有根據(jù)的，也是錯誤的。非再生性資源如各種礦物是經(jīng)過幾百萬年、幾千萬年，甚至幾億年、十幾億年的地質(zhì)變化、作用而形成的綜合體，儲量是有限的。人類要生存除消耗生物資源外，還要消耗大量的礦物資源、能源。人口的不斷增多，導(dǎo)致礦物能源消耗量的大幅度的增長，使儲量不斷減少，目前已探明的礦物儲量可使用的時間是有限的，如鐵61年、鋁79年、錳83年。各種燃料在地殼中的儲量估計值如表2-11所示。

二、生命的基本特征生物與非生物最本質(zhì)的區(qū)別是具有生命。生命是物質(zhì)最高級、最復(fù)雜的運動形式。在生物體的整個運動過程中貫穿了物質(zhì)、能量、信息三者的變化、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，形成了生物體有組織、有秩序的活動。生命的基本特征主要表現(xiàn)在以下幾方面。1．新陳代謝：簡稱代謝（metabolism）。是生物有機體維持生長、繁殖、運動等生命活動過程中化學(xué)變化的總稱。是生物體主動地與外界環(huán)境不斷地進行物質(zhì)和能量交換的過程，所以新陳代謝包括物質(zhì)代謝與能量代謝兩方面，由同化作用與異化作用互相協(xié)調(diào)共同完成。同化作用是生物體從外界攝取物質(zhì)，經(jīng)過一系列化學(xué)變化與合成，轉(zhuǎn)換成自身需要的組成物質(zhì)，并貯存能量，也稱為組織代謝；異化作用是生物體將自身的組成物質(zhì)加以分解釋放能量，并將所產(chǎn)生的廢物排出體外，也稱為分解代謝。異化作用所釋放的能量，一部分用于合成新的物質(zhì)；一部分變成熱量維持一定的體溫；還有一部分供其他生命活動需要。同化作用大于異化作用，所以生物體能不斷進行自我更新，從小長到大。不同生物體以及同一生物體在不同情況下，其代謝過程也各不相同，主要由細胞內(nèi)所含的酶系決定。所以，需要具體分析。新陳代謝失調(diào)就會發(fā)生病變；新陳代謝一旦停止，生命也就終止。所以新陳代謝是最基本的生命過程，為其他一切生命現(xiàn)象的基礎(chǔ)。2．生殖：又稱繁殖（reproduction）。生物體個體生長到一定程度，形成與親體相似的成熟個體時（性機能達到成熟），可以進行孶生后代的現(xiàn)象，使個體數(shù)目增多，種族得以綿延。生殖方式可分為兩大類：有性生殖和無性生殖。有性生殖是兩性細胞必須通過結(jié)合才能產(chǎn)生新的個體，它所產(chǎn)生的后代具有雙親的遺傳特性，有更大的生活力和變異性。有性生殖是生物界中最普遍的生殖方式，它在生物演化過程中具有一定的進步作用。無性生殖是不經(jīng)過生殖細胞的結(jié)合，由親代直接產(chǎn)生子代。無性生殖還可分為分裂生殖，親體縱裂或橫裂分成二個新個體，如細菌、渦蟲等；孢子生殖，親體產(chǎn)生一種稱為孢子的細胞，不經(jīng)結(jié)合，直接形成新個體，如孢子植物和孢子蟲類等；出芽生殖，在親體的一定部位上長出芽體，逐漸長大脫離親體而成為獨立的新個體，如酵母菌、水螅等。3．遺傳、變異與進化：種豆得豆，種瓜得瓜；牛生牛，馬生馬。說明一切生物有機體都具有產(chǎn)生與自身相似的后代，這種現(xiàn)象稱為遺傳（inheritance，heredity）。然而，世界上沒有兩個完全相似的生物，后代與親代之間以及后代各個體之間總有些差異，這種現(xiàn)象稱為變異（variation）。遺傳是相對的和保守的，而變異是絕對的和前進的。根據(jù)變異有無方向性可分為一定變異與不定變異；根據(jù)變異能否遺傳又可分為遺傳變異與不遺傳變異?，F(xiàn)代遺傳學(xué)認為通過遺傳物質(zhì)基因的變化所產(chǎn)生的變異，一般是能遺傳的。由于生物體具有遺傳性才使物種保持相對的穩(wěn)定性和類型間的區(qū)別；也由于生物體具有變異性才能產(chǎn)生新的性狀導(dǎo)致物種的變化發(fā)展。如果只有遺傳沒有變異，生物界就沒有進化的原材料，同樣只有變異沒有遺傳，變異就不能形成穩(wěn)定的新類型，生物也不能進化（evolution）。所以遺傳變異是進化的因素和動力，加上自然選擇的長期作用使生物不斷進化。進化的證據(jù)很多，遺傳學(xué)提供了微觀進化的證據(jù)；其他學(xué)科可以提供大量的宏觀進化的證據(jù)。如古生物學(xué)主要提供目和綱的進化資料；胚胎學(xué)可提供種、屬、科和目的進化資料；分類學(xué)提供種和屬的進化資料；生物化學(xué)可提供門、界的進化資料；化學(xué)可涉及到生命出現(xiàn)前無生命階段的化學(xué)進化情況。另外，通過比較解剖學(xué)的研究，使我們更深刻地了解生物的系統(tǒng)發(fā)展；比較生理學(xué)的研究又可以確定生物之間親緣關(guān)系的遠近程度。親緣關(guān)系越遠，越不容易雜交。4．反應(yīng)及調(diào)節(jié)：無論是單細胞或多細胞生物體，當其外界環(huán)境發(fā)生變化受到刺激時，都有迅速作出回答的一種能力，稱之為反應(yīng)（response）。如變形蟲遇到不同物體時，將其偽足伸出或縮回；含羞草的葉子受到觸動立即閉合。生物體對外界環(huán)境刺激的反應(yīng)是一種適應(yīng)性，可以使生物體與發(fā)生變化的外界環(huán)境保持動態(tài)平衡。動物越高等，適應(yīng)性越強。人類不僅能適應(yīng)環(huán)境，而且還能改造環(huán)境。生物有機體內(nèi)各組織、器官、系統(tǒng)進行著各種生理活動，這種生理活動受調(diào)節(jié)機構(gòu)神經(jīng)系統(tǒng)控制，使它們互相密切協(xié)調(diào)配合，使機體形成一個統(tǒng)一的整體，同時不斷調(diào)節(jié)機體的各種生理活動，以適應(yīng)機體內(nèi)外環(huán)境的變化。調(diào)節(jié)作用是通過神經(jīng)調(diào)節(jié)與體液調(diào)節(jié)兩種方式進行的。神經(jīng)調(diào)節(jié)迅速而精確，但作用部位較局限，持續(xù)時間短；體液調(diào)節(jié)緩慢，但作用部位較廣泛，持續(xù)時間長。從系統(tǒng)發(fā)生看，體液調(diào)節(jié)出現(xiàn)較早，在進化過程中神經(jīng)系統(tǒng)逐漸發(fā)展完善，發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用。在人和大多數(shù)高等動物都具備這兩種調(diào)節(jié)機制，兩者相輔相成，共同完成機體機能調(diào)節(jié)任務(wù)。體液調(diào)節(jié)是由內(nèi)分泌腺產(chǎn)生的某些特異化學(xué)物質(zhì)，通過血液循環(huán)起作用，而大多數(shù)內(nèi)分泌腺又是直接和間接受中樞神經(jīng)系統(tǒng)所控制，所以神經(jīng)調(diào)節(jié)是機體最主要的調(diào)節(jié)方式，處于主導(dǎo)地位。閱讀材料二、生物對環(huán)境的適應(yīng)地球上的生命大約在30多億年前在一定條件下形成的，并經(jīng)過不斷進化，從低等到高等、從簡單到復(fù)雜，種類由少到多。前面提到過一切生物都有遺傳變異的特性，那么遺傳是怎樣變異的，變異又是怎樣穩(wěn)定下來形成適應(yīng)新環(huán)境的生物，并逐漸成為物種多樣性的呢？這便是自然選擇的作用。（一）適應(yīng)概述適應(yīng)（adaptation）是生物在環(huán)境中，經(jīng)過生存競爭而形成的一種適合環(huán)境條件的特性與性狀的現(xiàn)象，它是自然選擇的結(jié)果。自然選擇（naturalselection）在自然界里廣泛存在著。它包括高度的生育、生存競爭、不定變異、最適者生存、受惠種族的保存，以及隔離條件引起種群的分化等。自然選擇的作用主要是引起種內(nèi)群體基因頻率的改變，即定向地改變?nèi)后w的基因率（generate）（指在一個群體里某一等位基因的數(shù)量）。自然選擇是一個復(fù)雜的現(xiàn)象，選擇類型很多，主要的有穩(wěn)定性選擇（steadyselection）、單向性選擇（directionalseleetion）和分裂性選擇（disruptiveselection）三種基本類型（圖2-7）。穩(wěn)定性選擇是把趨于極端的變異淘汰，而保留中間型的個體，使生物類型具有相對的穩(wěn)定性；單向性選擇是把趨于某一極端的變異保留下來，另一極端的變異被淘汰，使生物向某一變異方向發(fā)展。單向性選擇隨著時間的推移，一個物種可能轉(zhuǎn)化為新的物種；分裂性選擇是把一個群體中的極端變異個體按不同方向保留下來，減少中間常態(tài)的選擇。如原先較為一致的生態(tài)環(huán)境分隔成若干次一級的環(huán)境，或群體向幾種不同的地區(qū)擴展，都會出現(xiàn)分裂性選擇。如大西洋中的克格倫島，由于經(jīng)常發(fā)生風暴，對動植物有很大影響，那里找不到稍微高大的樹木，植物都蔓生匍匐在地上，許多植物都密集而叢生；本地特有的29個昆蟲屬中，有23個屬全部翅退化，產(chǎn)生了殘翅型甲蟲。自然選擇通過生存競爭，保留對生存和生殖有利的變異，淘汰有害的變異；通過定向作用，即在自然條件作用下，控制生物發(fā)展的方向，創(chuàng)造出更加適合于新條件的各種各樣的生物類群。適應(yīng)性包括兩方面，一是生物不斷改變自己，形成一定特性和性狀，以適應(yīng)改變的環(huán)境；二是保留有利于生物生存和繁殖的各種特征，充分利用穩(wěn)定條件下的資源，鞏固自身的競爭能力。生物對環(huán)境的適應(yīng)是自然界普遍的現(xiàn)象，是生物環(huán)境相互制約、相互影響的過程，它保證了生物的生存和發(fā)展。但是，適應(yīng)不是十全十美的、絕對合理的，而是相對的，它只能針對一定的條件，而不是所有的條件。如大多數(shù)的食蟲鳥怕吃毛蟲，但杜鵑喜歡吃毛蟲，每只杜鵑一天能吃掉幾百條毛蟲；雄鹿的角是一種防御和攻擊的武器，一般長得大一些有利，但長得太大就成了生活中的負擔，變成不利因素，如已絕滅的愛爾蘭鹿（Megaloceros），雄性兩角的長枝展開寬度約近3米（圖2-8）。一些古生物學(xué)家認為，愛爾蘭鹿發(fā)達的角盡管在性選擇中曾起過作用，占優(yōu)勢，但也是它絕滅的主要原因。適應(yīng)也是一種暫時的現(xiàn)象，它不是永久的，當適宜的環(huán)境變化了，適應(yīng)就會失去其作用，并且還會成為有害的，致死的因素。生物對環(huán)境的適應(yīng)對生物種族的發(fā)展有重要的意義。首先是個體數(shù)量的增加，動物在適宜的環(huán)境條件下繁殖速度快，能在短時期里獲得較多的個體數(shù)目；其次是能擴大分布區(qū)，由于個體數(shù)量增多，密度增加，動物便會逐漸向鄰區(qū)遷移，并在新的地區(qū)生活繁衍；第三是物種的分化，動物對新的生存條件逐漸適應(yīng)而產(chǎn)生遺傳變異，這些變異積累發(fā)展的過程使一個種開始逐漸分化。

生物對環(huán)境的適應(yīng)有趨同適應(yīng)（convergentadaptation）和趨異適應(yīng)（divergenceadaptation）（圖2-9、2-10），前者是不同種類的生物由于生物在相同環(huán)境中，受到某種主導(dǎo)因子的長期作用，產(chǎn)生相同的或相似的適應(yīng)方式；后者又稱輻射適應(yīng)（adaptiveradiation），是同一種生物在不同環(huán)境條件下長期生活，產(chǎn)生了不同的適應(yīng)方式，而形成的多種多樣的生態(tài)類型。（二）形態(tài)構(gòu)造的適應(yīng)動物對環(huán)境的適應(yīng)多種多樣，形形色色。大部分適于陸上生活的爬行類、哺乳類，由肺呼吸空氣，有完善的皮膚保護，避免水分失散，都有四肢便于奔走，空中飛行的動物如鳥類、昆蟲等，體形一般不大，有飛翔器官。有些動物具保護色（protectivecoloration）、警戒色（warningcoloration）和擬態(tài)（mimiry），如有一種Caligo屬的梟蝴蝶，當其突然展翅顯示翅下大斑點時，斑點顏色和形狀似貓頭鷹的眼睛，能恐嚇捕食者（圖2－11）。有些毒蛾幼蟲大多具鮮艷的色彩或條紋，其毒毛能刺傷鳥的口腔粘膜，使鳥在受到一次傷害后長期不敢問津；植物中某些有毒的高等菌類，蕈色都比較鮮明艷麗，引人警惕。澳大利亞近海有一種葉海馬（Phyllopteryxeques），其身體各部都有一些赤色的葉狀突起，使葉海馬和周圍環(huán)境中生活的赤色海藻極為相似；生活在美洲亞馬遜河中的獨須魚（Monocirrhuspolyacanthus），身體形狀和顏色與一片枯葉相似，而且在下頜前端還有一條似葉柄的短的突出物（圖2－12）。動物的這種擬態(tài)，能混淆捕獵者的視覺，借以保護自己，逃脫危害。植物中由昆蟲傳粉的蟲媒花，一般花大、顏色鮮艷、有香氣或密腺、花粉大其外壁有突起或粘質(zhì)，與昆蟲傳粉相適應(yīng)；靠風傳播的風媒花，一般花粉小而干燥，外壁光滑、輕而數(shù)量大，如蒲公英的果實還有毛絨絨的白色纖維，適于被風吹走。有種菊芋（洋薑Helianthustuberosus）在不同地區(qū)種植，其形態(tài)有很大差異（圖2-13）。（三）行為適應(yīng)1．運動：生物有機體對于外界環(huán)境中某一特定刺激所引起的定向運動，包括直線運動和調(diào)轉(zhuǎn)運動兩種形式。這是行為適應(yīng)的最普遍方式。如草履蟲（Paramaecium）不喜歡二氧化碳濃度過高的地方，若將其置于高濃度二氧化碳的氣泡中時，它就會向前、向后游動，并不斷的重復(fù)這種動作，直至大多數(shù)草履蟲都處于離開氣泡有一定距離的地方。動物通過一定的躲避或接近運動，最后達到或避開某一刺激，借此回避不利環(huán)境，使自己經(jīng)常處于適宜的生活區(qū)域。由于刺激因素不同可分為很多類型，如趨化性、趨溫性、趨濕性、趨光性、趨重力性等。根據(jù)趨性（tendency）的方向又可分為正趨性和負趨性，一般說向光性反應(yīng)使動物容易獲取食物，背光性反應(yīng)可以逃避敵害，免遭捕食。人們可以利用某些昆蟲的趨光性對農(nóng)林害蟲進行捕殺；利用某些魚類的趨光性進行捕魚。待仔魚孵出后雄魚繼續(xù)撫幼（圖2－14）。雄三棘魚在繁殖季節(jié)求偶過程中，為保衛(wèi)其領(lǐng)域，爭奪配偶和保護魚卵，特別好斗。雄魚好斗和攻擊行為具有重要的適應(yīng)意義，對動物的個體生存和種群繁衍有利。3．遷移和遷徙：遷移（migration）是動物進行一定距離移動的習性?？梢苑譃樗竭w移，如昆蟲的遷移；垂直遷移，如水生無脊椎動物的晝夜垂直移動。還有如植物的種子、果實的傳播以及植物本身的傳播，以擴大分布區(qū)，也稱為遷移。遷徙（migration）是動物根據(jù)季節(jié)不同而變更棲居地區(qū)的一種習性，它不是簡單的搬家。其特點是動物在遷徒時幾乎在差不多的時間內(nèi)進行；往往是成群結(jié)隊，經(jīng)過相同的路線長途跋涉，最終達到同一目的地；具有周期性，大都是每年一次。如有些候鳥的遷徙，某些魚類的洄游等。遷移和遷徙行為的歷史原因很多，有溫度變化、食物的來源、生殖習性等，非常復(fù)雜。4．防御和抗敵：如螞蟻遇到一種危險即將來臨時，以跳瘋狂舞或用身體撞擊巢壁產(chǎn)生顫動，或從口腔、肛門散放外激素，以警告同類逃避或共同防御；響尾蛇（Crotalusadamanteus）遇到敵害時尾端角質(zhì)環(huán)劇動能發(fā)出響聲，以警告對方；眼鏡蛇（Najanaja）激怒時前半身豎起，頸部膨大，一對白邊黑心似眼鏡的斑紋特別明顯，并發(fā)出呼呼聲，以嚇跑來侵者。在同種動物個體之間進行格斗時，失敗的一方往往會做出一種屈服的姿態(tài)，這時勝利者即刻停止進攻，兩者俱傷的情況往往很少發(fā)生的。如有一種鷗在雙方進行格斗時，成年鷗會很迅速扭轉(zhuǎn)頭部避開對方，以示求和，這種標準的扭頭動作（圖2－15），在大多數(shù)動鷗是不會的。（四）生理適應(yīng)生理適應(yīng)是生物有機體身體里發(fā)生的各種變化，雖然看不見，但非常重要，主要有以下幾方面。1．生物鐘（biologicalclock）：又稱生理鐘、時辰節(jié)律。生物有機體通過感受外界環(huán)境的周期變化而調(diào)節(jié)本身生理活動的節(jié)律與之適應(yīng)。如有花植物每年在一定的季節(jié)或一定的時間（早晨、傍晚、黑夜）開花。有的植物花白天朝向陽光展開，到了傍晚閉合或下垂，如太陽花、向日葵等；蝶類大多在白天活動，而蛾類則在夜晚活動；海灘動物在潮汐周期的一定時間產(chǎn)卵；此外光合作用的進行、生長激素的產(chǎn)生、細胞分裂速度等也具有明顯的晝夜活動的規(guī)律。2．休眠（dormancy）：又稱蟄伏，是生物對外界環(huán)境條件的一種適應(yīng)。休眠時新陳代謝低下，在恒溫動物中表現(xiàn)為停止取食、不活動、心跳緩慢、呼吸減弱，體溫下降并陷入昏睡狀態(tài)；在變溫動物則表現(xiàn)為生命活動延緩以至幾乎停頓。休眠發(fā)生在夏季的稱為夏眠（夏蟄），如海參、非洲肺魚與美洲的肺魚（Lepidosirenparadoxa和Protopterusannectens）、沙蜥（Phrynocephalusprzewalskii）、黃鼠（Citellusdauricus）。夏眠在無脊椎動物中比較常見。發(fā)生在冬季的稱為冬眠（冬蟄），如蛙、蛇、蝙蝠等。植物和微生物中也有休眠狀態(tài)，如植物在冬季芽停止萌發(fā)，樹木落葉；還有些多年生植物的枝上腋芽，長期保持休眠狀態(tài)，只有在頂芽除去或死亡，或樹干受傷、受凍時才萌發(fā)，形成新枝；有些多年生草本植物，以休眠的地下鱗莖、球莖或塊莖越冬或度過干旱期。有些細菌在不良環(huán)境時能形成芽孢，壁厚、不易透水、耐熱性很強，芽孢遇到適宜的條件，又可萌芽而生成細菌繁殖體。3．生理生化變化：如鳥類具有雙重呼吸（dualrespiration），這是生理上適應(yīng)飛翔生活的一種呼吸方式。鳥類除有肺外，還有很多由肺壁凸出而形成的薄壁氣囊，伸展到臟器間、肌肉和骨骼中，鳥飛翔時氣囊一張一縮，氣體經(jīng)肺進入氣囊，又從氣囊經(jīng)肺排出，在肺部進行二次氣體交換，故稱雙重呼吸。小麥在干早時如萎蔫4小時，可引起氣孔關(guān)閉，其脫落酸含量可增加40倍，并以不活潑的形式貯存于葉片中，當水分供應(yīng)充足時，又可恢復(fù)到正常水平，說明脫落酸的效力是可逆的。（五）營養(yǎng)的適應(yīng)植物是動物營養(yǎng)的主要來源，是動物賴以為生的重要生物環(huán)境條件。營養(yǎng)與食性有關(guān)，動物食性在長期適應(yīng)過程中形成了多種類型的特化，如狹食性動物取食的食物種類少，其特化程度就比較高；廣食性動物取食的食物種類多，其特化程度就不明顯。狹食性和廣食性反映了動物對不同環(huán)境條件適應(yīng)的二種基本特化類型，前者由于食物質(zhì)量比較一致不必形成復(fù)雜的消化器官，或者在對某種食物的特殊形態(tài)適應(yīng)的情況下，就能提高食物利用的效率。但是狹食性動物要求有比較嚴格而穩(wěn)定的環(huán)境條件，因此生活范圍與地理分布受到限制，主要分布在氣候穩(wěn)定與季節(jié)變化不明顯的低緯度熱帶地區(qū)，所以狹食性類型中的單食性動物在自然界并不普遍，在脊椎動物中幾乎沒有。廣食性動物多分布在食物種類多，而蘊藏量少且季節(jié)變化特大和高緯度地帶，種類變異性和生態(tài)可塑性也較大。營養(yǎng)適應(yīng)還受種間競爭的影響。動物在進化過程中，為了減少食物競爭力而出現(xiàn)二種適應(yīng)趨向，一是劃成分布區(qū)，每種動物有自己的取食區(qū)域；一是改變食物的種類，每種動物取食不同食物，形成不同食性，使各種動物占據(jù)不同的營養(yǎng)小生境，緩和種間關(guān)系，以便在同一生態(tài)系統(tǒng)或生物群落中和其他的種類共同生存。植物對外界環(huán)境具有自動調(diào)節(jié)的功能。如對土壤的酸堿度具有中和、緩沖能力，所以土壤的酸堿度對植物營養(yǎng)具有密切的關(guān)系。許多植物由于它們的營養(yǎng)吸收率與土壤有限供應(yīng)能力的協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出生長緩慢，這種緩慢生長的遺傳性反映了植物在進化過程中對低土壤肥力的一種適應(yīng)。如柳葉菜（Epilobiumpyrricholophum）正常生長所需養(yǎng)分比千屈菜（Lythrumsalicaria）多，故在中等程度缺鉀情況下，柳葉菜的生殖過程受到明顯的阻礙。因此柳葉菜分布對土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力要求比千屈菜高。第二節(jié)主要因子的生態(tài)作用環(huán)境生態(tài)因子除了有機因子外，無機因子包括很多種，它們的生態(tài)作用有些在第一節(jié)自然環(huán)境條件要素中已加以敘述，本節(jié)主要介紹光、溫度以及水對生物的生態(tài)作用。一、光的生態(tài)作用（一）光輻射（rayradiation）光是太陽的輻射能以電磁波的形式，投射到地球表面上的輻射線。太陽輻射通過大氣層后，一部分被反射到宇宙空間，一部分被大氣層吸收，其余部分投射地球表面。投射到地球表面上的太陽輻射稱為總輻射，其中包括直接輻射和散射輻射。到達地球表面的太陽輻射約為太陽全部輻射的47％，其中直接輻射平均為24％，散射輻射為23％。光質(zhì)在空間變化總的趨勢是隨緯度增加而減弱，隨海拔升高而增加；一年中夏季光照最強，冬季光照最弱，一天中以中午最強，早晚最弱。從生態(tài)學(xué)上要特別注意光周期（photoperiodism）的變化，如一晝夜中光照和黑暗。水中的光輻射強度較空氣中的弱，且隨水的深度而成指數(shù)下降，在污染而較混濁的水域中，稍深于50厘米的水處光強可降低7％。水中光的強度與水面平靜程度關(guān)系也很大，在太陽高度大時，平靜水面反射入射光為6％，而有明顯波浪的水面為10％。水中光質(zhì)也隨水深而不同，表層吸收長波長的光多，紫外線可穿過幾米，藍綠光可透過十幾到20米深，海洋中黎明與黃昏以籃綠光為主，湖水中以黃綠光為主，水生植物吸收的多為漫射光。光的生態(tài)作用有四個重要方面，即生物生活所必需的全部能量，都直接或間接地來源于太陽光；植物利用太陽光進行光合作用，制造有機物，動物直接或間接從植物中獲取營養(yǎng)；光是生物的晝夜周期、季節(jié)周期的信號；光污染對生物和人類帶來危害。（二）光對動植物的影響與作用根據(jù)光質(zhì)、光強和光照時間的不同對動植物的影響與作用也不同?？梢姽鈱游锏纳?、體色、遷徙、毛羽更換、生長發(fā)育和形態(tài)建成等都有重要影響。如春天生殖的鳥、獸，光可促進其生殖腺機能活躍；有種蛺蝶（Vanessa）在光照環(huán)境中體色變淡，在黑暗環(huán)境中體呈暗色，幼蟲和蛹體色變化也與成蟲類似；蚜蟲在連續(xù)有光的條件下產(chǎn)生無翅個體，連續(xù)無光條件也產(chǎn)生無翅個體，而在兩者交替下則產(chǎn)生較多的有翅個體。不同光質(zhì)對植物的光合作用、色素形成、形態(tài)建成不同，如紅、橙光被葉綠素吸收最多，具有最大的光合活性，藍光有利于蛋白質(zhì)合成，紅光有利于糖類的形成，藍紫光與青光對植物的伸長有抑制作用。如蘋果、梨在強光下能增加果實的含糖量和耐貯性，形成的花色素也多、果實著色也好。根據(jù)光強不同，可分成陽性植物（heliophytes）、陰性植物（sclopytes）、耐陰植物（shadeplant）；植物對光照長度的不同又可分為長日照植物（longdayplant）、短日照植物（shortdayplant）、中日照植物（dayintermediateplant）等。植物光合作用吸收的CO2量與呼吸排放的CO2量相等時的最低光照強度為植物的光補償點（lightcompensationpoint）。不同植物的光補償點不同，陽性植物相當于全光照的3—5％，陰性植物為0.5—1％。在光補償點時植物不能積累干物質(zhì)，因此在環(huán)境光照長期不足的情況下，植物光補償點的高低對其生長、產(chǎn)量很重要。所以在作物栽培與環(huán)境綠化中，要注意結(jié)合環(huán)境光照條件，選擇適當光補償點的植物品種。如果環(huán)境光照接近或低于植物光補償點，則植物難以生長。另外可利用植物對不同顏色光源的吸收作用，用人工光源、濾光、薄膜覆蓋等措施提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。（三）光污染對環(huán)境的危害光污染有很多種，如可見光中的夜間汽車行駛照明燈、核武器爆炸時的強閃光，紫外光、激光、紅外光等，但對環(huán)境污染最嚴重的還是光化學(xué)煙霧。它是由工業(yè)產(chǎn)生的廢氣、汽車排放的尾氣，如氮氧化物、碳氫化合物等污染物在強陽光作用下，發(fā)生光化學(xué)作用而形成的光化學(xué)煙霧污染大氣。光化學(xué)煙霧常出現(xiàn)在副熱帶高壓控制下的太陽輻射強、溫度高的夏秋季中午。光化學(xué)煙霧是白色煙霧，有時帶有藍紫色或黃褐色，使大氣能見度降低，并具有特殊的氣味。煙霧是光化學(xué)氧化劑混合物，主要由臭氧（O3）、氮氧化物（NOx）、過氧乙酰硝酸酯（PAN）類組成?？諝馕廴疽哺淖兞说孛骊柟庾V的構(gòu)成。臭氧；是一種氣態(tài)的次生大氣污染物，由氮氧化物在日光下發(fā)生復(fù)合反應(yīng)所形成，光化學(xué)反應(yīng)十分復(fù)雜，簡括如下：

發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生各種自由基（3）烯烴與氮氧化物反應(yīng)為過氧?；跛狒≒ANS）。臭氧是光化學(xué)煙霧的主要成分，占90％，對植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)都有很大的影響，能使植物葉片扭曲、皺縮、葉柄或葉軸下彎、落葉或葉表面出現(xiàn)各種傷害癥狀，以及引起花器官受害等（表2－13），使產(chǎn)量和質(zhì)量下降。對人體危害是刺激眼睛，并直接侵入呼吸道深處，引起支氣管炎和肺氣腫、氣喘病等。過氧乙酰硝酸酯類：它是以烴類和陽光復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物的一種形式存在，在幼株植物中從氣孔侵入，傷害幼葉的尖端或葉基等；老葉敏感部分，在高溫條件下植物受害更嚴重。氮氧化物：在污染空氣中大量存在，除形成臭氧外，其中一氧化氮和二氧化氮對植物有潛在的毒害作用。二、溫度的生態(tài)作用地球上的溫度千變?nèi)f化，熱量分布也極不均勻，但還是有一定的規(guī)律，在時間上有季節(jié)和晝夜的變化。根據(jù)太陽高度角的變化所形成的熱量劃分，一年中最高值為夏季，溫度在22℃以上，最低值為冬季，溫度在10℃以下，春秋季平均溫度為10—22℃。最高值與最低值之差為年較差；一日之中最高值為午后2時，最低值出現(xiàn)在日出之前，最高值與最低值之差為日較差。植物生長發(fā)育與溫度晝夜和季節(jié)性變化同步的現(xiàn)象稱為溫周期（thermoperiod），或稱節(jié)律性變溫。日較差與年較差的大小受緯度（表2－14）、海拔、坡向、天氣狀況等的影響。（一）溫度對生物生長、發(fā)育、繁殖的影響溫度對生物的作用主要是變溫，因為白天適當高溫有利于光合作用，夜間適當?shù)蜏厥购粑饔脺p弱，光合作用產(chǎn)物消耗少，凈積累增多。同時低溫對某些植物的開花結(jié)果有一定刺激作用，即所謂的春化作用（vernalization）。如冬小麥春播或北方某些作物引種到南方雖然也是秋播，但都不能當年抽穗結(jié)實，必須要經(jīng)過低溫處理，才能發(fā)育，開花，結(jié)果。變溫能提高種子萌發(fā)率，能促進植物生長發(fā)育，增加開花數(shù)，果實豐滿品質(zhì)好。如毛冬青（Ilexpubescens）浸種14—30天后，置于恒溫25℃時，發(fā)芽率為20—30％，在變溫20—30℃時，發(fā)芽率為70—80％；在自然條件下，植物在夜間及早晨生長率最高，如水稻在盡夜溫差大的地區(qū)栽培，稻株健壯，子粒充實，米質(zhì)好；甘薯晝夜溫差大，開花數(shù)多，尤其在開始孕蕾時更需要變溫。溫度對種子萌發(fā)有極限性，如小麥、大麥種子萌發(fā)最低溫度為3—5℃，水稻為10—12℃。溫度對動物胚胎發(fā)育有直接影響，并有極限性，溫度低胚胎發(fā)育緩慢，溫度升高發(fā)育速度也隨之增快。如鯉魚的卵在14—20℃發(fā)育，蛙卵為22℃，雞胚為38—39.5℃。昆蟲只有在符合溫度要求下才能正常發(fā)育，并且與生長速度成正比，如多氏伊蚊（Aedestogoi）的蛹在8℃時，需要197小時，在28℃時，需要43小時，在33℃時，需要46小時。溫度的高低對動物的繁殖影響也很大，原生動物中的腹毛蟲（Stylonichia）在7—10℃時每日只分裂一次，在24—27℃每日分裂多到5次；魚類繁殖洄游與水溫有密切關(guān)系。鯉魚要到水溫18℃才產(chǎn)卵；長江流域一帶黑線姬鼠（Apodemusagrarius），一般到冬天雌鼠卵細胞不能成熟，雄鼠睪丸萎縮不產(chǎn)精子，不能進行繁殖；小白鼠在18℃時繁殖率最高，超過30—31℃繁殖降低或抑制。根據(jù)動物與溫度的關(guān)系，可分為兩種熱能代謝類型，變溫動物（poikilothermalanimal）熱能代謝水平低不穩(wěn)定，缺乏體溫調(diào)節(jié)機制，體溫能隨環(huán)境的溫度而變化；恒溫動物（homothermalanimal）熱能代謝水平高穩(wěn)定，具有較完善的體溫調(diào)節(jié)機制，使體溫保持相對穩(wěn)定，一般不受環(huán)境溫度的變化而變化。根據(jù)動物體溫獲得熱源的狀況，可把動物分為外溫動物（ectotherms）和內(nèi)溫動物（endotherms）。動物熱能的獲得、產(chǎn)生和散失，主要受神經(jīng)系統(tǒng)的反射活動所調(diào)節(jié)和控制。（二）熱污染和熱島效應(yīng)由于工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及人們的生活需要，使能源的消耗量大大增加，從而產(chǎn)生大量的二氧化碳、水蒸汽、熱廢水，引起環(huán)境增溫而影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能效應(yīng)的現(xiàn)象稱為熱污染（thermalpollution）。熱污染多發(fā)生在人口稠密和能源消費量大的地區(qū)，如城市、工廠、火電廠、原子能發(fā)電站等。城市熱島效應(yīng)，是熱污染的一種表現(xiàn)形式，是一個很典型的環(huán)境生態(tài)問題。城市好比一個孤島，人口密集，建筑林立，各種建筑物所用的材料及一些深色的裝飾，吸熱性都非常強，因此城市成為一個能以高效率利用太陽能加熱周圍空氣的加熱系統(tǒng)，同時城市上空的微塵云和大量二氧化碳，能阻隔熱量向外散發(fā)。當城市上空大氣的風速很弱或靜風時，大氣層中的熱氣流都聚集在逆溫層之下，像保溫層一樣包圍在城市上空，使城市氣溫高于四周，往往形成熱島。熱島中心溫度最高，逐漸向市外減低，一般情況白天城市氣溫要比農(nóng)村高1—3℃，夜間則高3—5℃或更多，如我國沈陽地區(qū)的市內(nèi)外氣溫差可達3℃以上。城市市區(qū)被污染的暖氣流上升，并從高層向四周擴散，郊區(qū)的新鮮冷空氣則從低層流向市區(qū)，造成局部環(huán)流，這樣雖然加強了城區(qū)與郊區(qū)的氣體交換，但在一定程度上使污染物停滯于環(huán)流之中，而不易向更大范圍擴散、稀釋，使城市上空形成一個污染物幕罩。城市內(nèi)外溫度差的大小與城市規(guī)模、城市性質(zhì)、水陸分布、人口多少、生活生產(chǎn)水平等多種因素有關(guān)。一般說城市規(guī)模越大、人口越多，消耗的能量越多，市內(nèi)外的溫差也就越大。熱島除對環(huán)境產(chǎn)生熱污染外，城市空氣中大量的塵埃和煙霧，易形成霧，使空氣冷卻變慢，能見度降低，發(fā)生交能事故；人們呼吸受影響，使健康受危害。（三）水體熱污染水體熱污染屬于一種物理性污染物，廢水中的熱主要來源于熱電站、醫(yī)院、冶金、造紙等工礦企業(yè)的高溫廢水或廢熱排入水體，使自然水系增溫而影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為水體熱污染。水體熱污染會造成嚴重后果，首當其沖的是水生生物，水體溫度升高含氧量會降低，同時還可加速其他污染物的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，降低或喪失水體自凈能力，影響水生生物的生長、發(fā)育和繁殖，從而危害水生生態(tài)系統(tǒng)，也威脅著陸生生態(tài)系統(tǒng)，進而影響人類健康。水溫升高也降低了水的冷卻效率，使工業(yè)運轉(zhuǎn)率下降，造成國民經(jīng)濟損失，影響人們生活。三、水的生態(tài)作用水是構(gòu)成生命物質(zhì)原生質(zhì)的組成部分，參加體內(nèi)一系列的新陳代謝反應(yīng)。生物體內(nèi)含水量約占體重的60—80％，有的還可高達90％以上，水生生物含水量比陸生生物高，生物不同發(fā)育階段及不同生長季節(jié)含水量和需水量也不同。水也是多種物質(zhì)的溶劑，如土壤中很多礦物質(zhì)要先溶于水后，才能被植物吸收和運轉(zhuǎn)；有的營養(yǎng)物質(zhì)如水溶性維生素只有溶于水后，才能被機體吸收。水能維持細胞和組織的緊張度（膨脹），使各器官保持飽滿狀態(tài)，使機體保持一定形態(tài)；水也是植物光合作用制造有機體的原料。此外，水的比重、密度、比熱及電導(dǎo)率等特性都有利于水生生物的生活。水對生物的作用因水的形態(tài)（固體、液體、氣體）、水的量（指大氣濕度和土壤濕度）及持續(xù)時間（包括降水、水淹、干早的持續(xù)日期）的不同而異。（一）水對生物的生態(tài)關(guān)系1．對植物的影響：植物一生中要消耗大量的水分，如玉米一天中就需水2千克，一生要消耗200多千克的水，這些水主要用于蒸騰作用，維持植物體水分平衡，滿足各種生理生化活動的需要。水是種子萌發(fā)的主要關(guān)鍵，只有吸足水以后種皮才能膨脹軟化，使氧易透過，增加胚的呼吸，突破種皮萌發(fā)，并進行其他生理生化過程。種子萌發(fā)需吸收25—50％或更多的水，如水稻需40％、小麥需50％、棉花需52％、大豆需120％、豌豆為186％。根的發(fā)育與土壤水分含量有密切關(guān)系，土壤水分過多空氣相對減少，根系因缺氧生長緩慢，形態(tài)短小根毛缺乏。反之，根系生長加快，擴展范圍大根毛發(fā)達。土壤水分含量對植物的果實種子質(zhì)量也有影響，土壤干燥有利于蛋白質(zhì)、纖維素的形成和積累，水分含量高，會增加脂肪和淀粉的合成。由上所述，水對植物的生長發(fā)育有不同的基點，最適點時水分平衡生長正常良好，低于最適點植物萎蔫、生長停止，超過最高點植物缺氧、窒息。所以干旱和水澇時間過長形成災(zāi)害時，植物的新陳代謝受到破壞就會死亡，故在農(nóng)業(yè)上采取合理灌溉、排水等措施，調(diào)節(jié)作物與水分的關(guān)系，能保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。根據(jù)植物生境（habitat，site）中水分多少以及植物對水的依懶程度，可將植物分為水生植物和陸生植物兩大類。水生植物終生離不開水的環(huán)境，水體光弱、氧少、溫度變化平緩、溶解有各種無機鹽類，因此形成了水生植物（aquaticplant）一系列的特征與環(huán)境相適應(yīng)。如有發(fā)達的通氣組織，以保證對氧的需要；體重減輕面積增大；機械組織不發(fā)達或退化，植物體具彈性和抗扭曲能力；葉柔軟而薄，缺乏氣孔，常成絲狀。水生植物類型很多，按其生長環(huán)境中水的深淺以及沉沒于水中程度可分沉水植物、浮水植物、挺水植物。陸生植物根據(jù)對水的需要量以及對干旱的耐受能力分為濕生植物、中生植物、旱生植物。旱生植物按其形態(tài)、生理特征以及抗旱方式又可區(qū)分為少漿植物和多漿植物。2．對動物的影響：水對動物比饑餓更重要，動物沒有食物生存時間要比缺水時間長；人如長期缺乏食物，體重降低40％，但如果降低身體水分10％，生命活動就嚴重失調(diào)，降低水分20％時就會死亡?？梢娝畬游锏闹匾饔?。水對動物的影響有以下幾方面：濕度：濕度有絕對濕度和相對濕度兩種表示方式。相對濕度受地勢地理位置、地面性質(zhì)、植被、年降雨量等影響，有晝夜和季節(jié)變化。濕度對動物的形態(tài)、體色、生長發(fā)育、繁殖、分布代謝、活動和行為以及壽命都有影響。如我國蘇北的棕色田鼠（Microtusmandarinus）比河南一些較干旱地區(qū)的棕色田鼠體色要深暗，因為較高的濕度能提高生色素的酶活性；一種螺牛（Alopiamaxima）生活在濕度較高的山峰上無厴（operculum），而生活在海拔200米且濕度較低的地方則有發(fā)達的厴；一種粉螟在相對濕度為20％時產(chǎn)卵16個，40—50％時產(chǎn)卵28個，濕度高達90—100％時產(chǎn)卵177個；衣魚的幼蟲在相對濕度小于70％或大于90％時，不能生長而死亡；鼠蚤在32℃，相對濕度80—90％的條件下，平均壽命為152小時，濕度降低到27％時，只能活27小時。降水：包括雨、雪、雹等，其中雨量是最重要的。降水影響有直接和間接兩方面。暴雨可沖擊動物，浸沒其隱蔽地或巢穴，使動物淹死或受潮后熱能代謝破壞，過冷而死亡；蝗蟲的數(shù)量消長與雨水成負相關(guān)作用，雨量越多對蝗蟲的發(fā)生越不利，因為雨水多溫度相對降低，蝗蟲發(fā)育遲緩，而有利于它的天敵蟾蜍、寄生蜂、線蟲等生長，數(shù)量增加，使蝗害減少。冰覆蓋：它可分為季節(jié)性，如在中緯度和高緯度的河、湖、海的冰塊覆蓋；經(jīng)常性的如北極海上的冰塊覆蓋。冰塊覆蓋能限制動物的活動，尤其對水棲動物的影響較大，有時可發(fā)生急性的氧氣供應(yīng)惡化，阻塞覓食通路，迫使一些水棲的小獸離開水域。有些動物能很好的適應(yīng)冰上生活，在冰上交配、產(chǎn)仔、換毛等，如格陵蘭海豹和斑海豹（phocavitulina）等。水體最易受污染，污染物中的耗氧污染物，使水體溶解氧降低，使有機物在厭氧條件下分解，放出甲烷、硫化氫和氨等，使生物窒息，甚至中毒，水體發(fā)生臭氣，破壞水產(chǎn)養(yǎng)殖。營養(yǎng)物質(zhì)能刺激藻類和水草急劇繁殖，形成水面隔光層，導(dǎo)致水體中下層光線減弱，生物群落發(fā)生變化，影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；無機化合物及礦物質(zhì)、放射性污染物可通過食物鏈，最后危害人類。（二）水生生物的水鹽代謝及滲透壓調(diào)節(jié)水能溶解各種無機鹽類，故根據(jù)水中所含鹽的成分和量的不同，可把水體分為淡水（含鹽量0.01—0.05‰）、鹽水（含鹽量0.5—16‰）、海水（含鹽量32—38‰）、超鹽水（0.5—347‰）。不同天然水其含鹽量有很大差別，并隨深度而變化（圖2—16）。我國沿海水的含鹽量在不同地區(qū)和不同深度有所變化，大致在34—段不同，即使在同一地段也會由于季節(jié)或水質(zhì)污染情況不同，離子組成會發(fā)生變化。根據(jù)水生動物對水環(huán)境含鹽量的耐性以及水鹽代謝和滲透壓調(diào)節(jié)的適應(yīng)性，可分為狹鹽性種類和廣鹽性種類，前者通常都生活在含鹽量比較穩(wěn)定的水環(huán)境中，水中含鹽量變化很??；后者能生活在含鹽量變化較大的水環(huán)境中，或者能從淡水到海水，或者由海水移入淡水。如某些洄游性魚類，其體表對水分和鹽類的滲透性較低，能適應(yīng)在不同的海水和淡水中生活，當它們由淡水轉(zhuǎn)移到海水中時，有一段時間體重因失水而減輕，體液濃度增加，但在48小時內(nèi)能進行滲透調(diào)節(jié)，而使體重和體液濃度恢復(fù)正常。生物細胞的質(zhì)膜具有半滲透性膜物質(zhì)，故質(zhì)膜是對物質(zhì)通透性的尺度。似篩子對各種物質(zhì)有選擇性。除水分可以通過外，只有小的溶質(zhì)粒子如鉀、氯等離子能通過，大的粒子如硫酸根等較難通過，各種質(zhì)膜上的孔徑約0.4納米至6—12毫米，大多數(shù)質(zhì)膜接近于較小的孔徑。離子移動的方向取決于質(zhì)膜內(nèi)外的電位差和濃度梯度，一般離子傾向于從較高的電化學(xué)電位向較低電化學(xué)電位擴散，若要向相反方向移動，質(zhì)膜必須做積極的功來運輸。離子的調(diào)節(jié)與環(huán)境接觸的身體表面性質(zhì)，以及表面利用主動的離子泵有選擇地來吸收或排出離子有關(guān)。滲透調(diào)節(jié)可以用限制外表對鹽類和水的通透性，改變所排出的尿和糞便的濃度與體積，逆濃度梯度地主動吸收或主動排出鹽類和水等的方法來實現(xiàn)。如淡水動物體液的濃度對環(huán)境是高滲性的，體內(nèi)的部分鹽類既能通過體表組織彌散，又能隨糞便、尿排出體外，因此體內(nèi)的鹽類有降低的危險，那么它們是如何保持水鹽代謝平衡呢？一是使排出體外的鹽分降低到最低限度；二是通過食物和鰓，從水中主動吸收鹽類。海洋生活的大多數(shù)生物體內(nèi)的鹽量和海水是等滲的（如無脊椎動物和盲鰻），有些比海水低滲（如七鰓鰻和真骨魚類），低滲使動物易于脫水，于是要喝水，在喝水的同時又將鹽吸入，它們對吸入多余的鹽類排出的辦法是將其尿液量減少到最低限度，同時魚的鰓可以逆濃度梯度向外分泌鹽類。海產(chǎn)真骨魚的鹽類轉(zhuǎn)換是非常快的，每小時大約轉(zhuǎn)換其所含氯化物總量的10—20％，淡水真骨魚每小時只轉(zhuǎn)換0.5—1％。根據(jù)動物體液和水環(huán)境的滲透壓差別大小，以及其調(diào)節(jié)機制的是否完善，可將水生動物分為兩大類：滲透壓順應(yīng)者（osmoconformer）又稱變滲透壓性動物，其滲透壓通常與水環(huán)境的滲透壓不相近，而調(diào)節(jié)滲透壓機制又不完善，所以水環(huán)境的含鹽量升高時，體重因失水而減少；含鹽量降低時，體重可由于水的滲入而增加，大多數(shù)海洋無脊椎動物屬此類。另一類滲透壓調(diào)節(jié)者（osmorequlator）又稱恒滲透壓性，具有比較完善的調(diào)節(jié)機制，以保持體內(nèi)滲透壓的穩(wěn)定，而不受水環(huán)境的滲透壓影響，如淡水和半咸水的無脊椎動物，全部水生脊椎動物以及在高鹽度水中生活的動物。在植物中有一種生活在積水坑中的鞭毛藻，在細胞中能大量合成環(huán)己丁醇化合物，作為滲透穩(wěn)定因素，當水環(huán)境中鹽含量增高時，能迅速排出。在一些紅藻和金色單細胞藻內(nèi)含有一種紅藻糖苷，在鹽度降低時就迅速排出。閱讀材料四、水環(huán)境中主要化學(xué)因子對生物的影響（一）溶解氧水中的含氧量很少，1升水中只有7立方厘米氧，而1升空氣中有210立方厘米氧，所以在一定體積和時間內(nèi)水生動物所獲得的氧要比陸生動物少很多，因此水生動物的能量代謝水平要比陸生動物低。恒溫動物新陳代謝需要較多氧，在水環(huán)境中不能滿足，所以水生動物中恒溫動物較少。盡管水中含氧量比較少，但水中氧分壓和大氣中的氧分壓相平衡，所以水中溶解氧通過水生動物呼吸器官的量和大氣中氧通過陸生動物呼吸器官是相同的，因此只要接觸呼吸器官的水流不斷得到補充，水生動物就可以獲得必需的氧。在自然水體中，由于溫度和水流的季節(jié)變化以及光合作用、呼吸作用、分解作用的不同速率，經(jīng)常使水中含氧量和氧氣飽和程度發(fā)生變化。在一定的環(huán)境條件下，經(jīng)常出現(xiàn)含氧量的晝夜波動，這是由于白天水生植物在陽光下進行光合作用，使水中含氧量增加，夜間植物進行呼吸作用和分解作用，使水的含氧量下降。此外在水生植物大量繁殖時，溶氧量可以比正常多1—2倍，達到過飽和狀態(tài)。不同的水體中含氧量不同，通常海洋里的氧較多；停滯的池塘和沼澤中由于大量有機物質(zhì)的分解而缺氧；江河中的溶解氧一般情況下是飽和的，但有過多排泄物與污染則會出現(xiàn)缺氧，如果污染物被氧化又能恢復(fù)正常。溶解氧在一定的溫度和鹽度條件下接近飽和，但水溫越高，鹽度含量越大，則氧的溶解量就越低，反之氧的溶解量就越高。氧在水體中的垂直分布含量也不同，表層含量最高，因表層經(jīng)常和接觸的空氣處于平衡狀態(tài)。表層以下受到海洋生物生命活動的影響，含氧量變化較大，在正常條件下缺氧層在100—150米水層，向下則又稍為增加，所以海洋最低含氧量在中間水層（圖2-17）。淡水含氧量有明顯的垂直分布差異和季節(jié)變化。根據(jù)水生動物和氧的關(guān)系可以分為專性厭氣動物、兼性厭氣動物、需氧性動物。許多水生動物對缺氧環(huán)境有一定適應(yīng)能力。如養(yǎng)殖魚類，在池水缺氧時浮頭，以通過口腔粘膜利用大氣中的氧。但這種適應(yīng)能力是有一定限度的，當水中氧不足或完全缺氧時，會使大多數(shù)動物受影響，并可能引起死亡。有氧呼吸提高新陳代謝的效能，為生物圈的進一步發(fā)展提供極有利的條件（二）pH在天然水體中碳酸鹽占主要地位，它起著控制pH值的作用。淡水和海水中的pH值在很大程度上決定于同大氣中二氧化碳，以及碳酸鹽巖層間的平衡。在其他條件不變的情況下，二氧化碳含量多，水呈酸性，二氧化碳含量相同而碳酸鹽含量多，則水呈堿性，故各水體pH值相差很大。公海中pH是恒定的，在7.8—8.0之間，在孤立的潮間積水坑中pH變化范圍就很大；在一定天然水中，pH就接近于常數(shù)。我國沿海水的pH在表層為8.1—8.3，深層為7.8。水生生物對水環(huán)境中的pH有廣泛的適應(yīng)性，根據(jù)它們對pH的耐受范圍，可分為狹酸堿性動物和廣酸堿性動物，大多數(shù)淡水動物和海洋動物生活在中性和堿性水中。低于pH3.3或大于pH10.7，動植物就會受傷害。pH過高影響綠色植物對碳的利用，抑制光合作用；pH過低會導(dǎo)致動物血液pH值下降，影響血液載氧能力，造成生理性缺氧。許多生長在潮間積水坑或海岸的藻類能在pH變動范圍很大的情況下生存，但它們不能進行正常的生理功能和生長。生物有機體之所以能對外界pH變化有所適應(yīng)，其主要原因是體內(nèi)具有化學(xué)緩沖系統(tǒng)。（三）氨氮氮在水中的溶解度比氧小，它與氧的比例是1∶20。水中的氮一部分由空氣中的氮溶解，另一些由氮化合物被反硝化細菌還原，以及各種生物殘體腐爛分解形成游離氮。不太清潔的河流中含氮較高，湖泊含氮量變化較大。氨通常是在氧不足時由有機物分解而成，在水中含量一般較少，每升0.025毫克，超過會抑制生物生長甚至死亡。自然水體氨的濃度一般不會太高。氮是一種惰性氣體，它不能直接被大多數(shù)生物所利用，但生物有機體在合成細胞物質(zhì)時又必須有氮素參加，這就需要通過一些微生物，如根瘤菌、固氮菌或某些藍綠藻的固氮作用或用工業(yè)方法固定以后，才能被植物利用轉(zhuǎn)變成植物蛋白質(zhì)，植物被動物消耗而形成動物蛋白質(zhì)等。動物的排泄物以及動植物的尸體沉積在土壤中以后，又被多種微生物分解，產(chǎn)生氨基酸混合物，再經(jīng)一些微生物的氨化作用產(chǎn)生氨，氨經(jīng)過亞硝酸細菌氧化形成亞硝酸鹽，被硝化細菌硝化成硝酸鹽為植物吸收。硝酸鹽可經(jīng)異養(yǎng)菌還原成亞硝酸鹽，再還原成氨，或被細菌如假單胞桿菌等還原成氣態(tài)氮。生物體將分子氮轉(zhuǎn)化為氮化物的過程稱為生物固氮作用或氮素循環(huán)。氮是水環(huán)境的重要物質(zhì)，水體生產(chǎn)力的高低與氮化合物的質(zhì)和量密切相關(guān)。（四）營養(yǎng)鹽類生物所必需的、且需要量較大的溶解無機鹽類稱為營養(yǎng)鹽類。溶解在水域中的鹽類很多，主要是硝酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽等，單純的鈣、鈉、鉀、鎂等鹽溶液對生物是有害的。各種動物對水環(huán)境中營養(yǎng)鹽類的需求各不相同，而維持動物體液的正常滲透壓及酸堿平衡和調(diào)節(jié)的主要是鈉、鉀、氯。在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，硝酸鹽和磷酸鹽在一定范圍內(nèi)起限制作用。在軟水的湖泊、河流中，鈣和其他鹽類也起限制作用。除礦泉外，最硬的淡水中，其含鹽量或鹽度低于0.5‰。大洋的鹽度變化范圍小，其中的生物通常是狹鹽性的；海灣和河口的咸淡水，鹽度和季節(jié)變化非常明顯，生活的生物通常是廣鹽性的。海洋中氯化鈉和其他鹽類的濃度以千分之幾十計算，硝酸鹽、磷酸鹽和其他營養(yǎng)鹽類含量稀少，以十億分之幾計算。而且這些營養(yǎng)鹽類的濃度按不同地區(qū)和不同季節(jié)而有明顯的變化。絕大多數(shù)無脊椎動物以及盲鰻能夠濃縮鉀而減少硫酸鹽。有少數(shù)軟體動物能濃縮鎂。動物鹽類的喪失能主動地從環(huán)境中吸取補充，氯化物、鈉和鉀都可通過鰓來吸收。鰲蝦可以從鈉含量很低（0.02—0.09毫摩爾每升）的水中吸取鈉，從含量與此相近的環(huán)境中吸取氯化物；一般蛙能從氯化物含量僅為0.01毫摩爾每升的水中吸取氯化物。有些氯化物是與呼吸所產(chǎn)生的重碳酸鹽交換來的，有些鈉是與蛋白質(zhì)代謝過程中所排泄的銨離子交換來的。水生昆蟲的幼蟲是用消化管來保存或吸取鹽類。水體中的pH能影響鹽類的吸收，陽離子的吸收隨pH值上升而上升，陰離子的吸收隨pH值的增加而下降。營養(yǎng)鹽類的種類和濃度對生物分布及種群大小等是極為重要的限制因子。五、其他物理因子的影響（一）核輻射對生物的影響核輻射的主要來源是核試驗，隨著生產(chǎn)科研的發(fā)展，核能發(fā)電、輻射在醫(yī)學(xué)及生物與生產(chǎn)上的應(yīng)用，使放射性物質(zhì)在環(huán)境中的散布量又越來越多。核試驗爆炸所產(chǎn)生的微粒附著在其他塵埃上，形成放射性顆粒沉降到地面，造成大氣、土壤、水體污染。這些放射性物質(zhì)主要是鈾、钚的裂變物，其中危害較大的90Sr、137Pu、131I和14C。放射性顆粒粘附到植物葉子上，不僅對葉子產(chǎn)生輻射損傷，而且被食草動物吃下去后，放射性顆粒能直接進入食草者的食物鏈，并通過食物鏈進入人體造成危害；同時人們也可直接從受放射性顆粒污染的大氣和水體中，因呼吸和飲水受到危害，引起惡性腫瘤、白血病以及其他疾病，甚至直接傷害人體及影響壽命。生物受輻射的影響，因放射源的種類和劑量不同而有差異。大劑量輻射能使動物失去繁殖能力或殺死，如用60Co輻射蒼蠅的蛹，使羽化出來的雄蠅喪失繁殖力，然后釋放出去，與雌蠅交配，產(chǎn)生的受精卵都不能發(fā)育，利用這種方法消滅蒼蠅，既無污染，又非常見效。小劑量的、允許劑量范圍以內(nèi)的輻射，能促進動植物生長發(fā)育，如農(nóng)作物種子經(jīng)一定劑量的輻射處理，可獲得高產(chǎn)，對惡性腫瘤有一定的抑制和殺傷作用。因此消除核輻射對生物、人類不利的一面，充分發(fā)揮其有利作用，變害為利將是輻射生態(tài)學(xué)的重要任務(wù)。（二）噪聲的生物效應(yīng)噪聲是由不同振幅和頻率組成的無調(diào)噪雜聲，通常將不需要的聲音或影響人們工作或休息的聲音也稱之為噪聲。噪聲主要來源于三方面：氣體動力噪聲，如通風機、鼓風機、發(fā)動機等傳出的聲音；機械噪聲，如鍛錘、紡織廠和重型機械等廠機器產(chǎn)生的噪聲；電磁性噪聲，如發(fā)電機、變壓機等發(fā)出的噪聲。另外還有各種交通工具產(chǎn)生的噪聲，如汽車喇叭聲、飛機轟隆聲、火車汽笛聲等；日常生活中的各種噪聲如廚房切菜聲、踩縫紉機聲、電視機、收音機、高頻喇叭、洗衣機、電風扇、空調(diào)機、抽油煙機等發(fā)出的各種噪聲，日益嚴重地威脅人們身心健康，成為現(xiàn)代城市環(huán)境污染的一大公害。分貝是衡量噪音對環(huán)境污染的尺度，各種音響噪音強度如圖2－18。據(jù)專家研究，45—60分貝的噪音對談話產(chǎn)生中等程度干擾，65分貝以上噪音，講話人必須大聲叫喊才能被聽到，70分貝噪音開始損害人的聽覺，80—90分貝噪音對聽覺有中等程度損傷，90分貝以上噪音危險就更大。有些人在85分貝噪音時就感到不舒服，但大部分人可能到115—145分貝噪音時，才會感到難受痛苦。噪聲不僅損傷聽力，嚴重時可造成耳聾（表2－15）；對睡眠干擾，使人多夢失眠和煩噪，縮短熟睡時間，休息不好從而影響情緒、影響工作，易出事故；由于精神緊張引起心臟病、高血壓以及神經(jīng)衰弱等癥狀，甚至得神經(jīng)病，據(jù)美國洛杉磯進行的一次調(diào)查，在機場附近居住的人，患精神病的比率高于遠離機場8千米以外的人，這項調(diào)查與倫敦調(diào)查的結(jié)果相一致。據(jù)加拿大聲學(xué)專家估計，城市噪音正以每年半分貝的速率增長。現(xiàn)在全世界約有15—20％的居民生活在噪聲嚴重的環(huán)境中。噪聲對動物也有影響，它使鳥類羽毛脫落，不產(chǎn)卵，甚至內(nèi)出血死亡；實驗證明將豚鼠置于170分貝的噪聲條件下可以死亡。海洋噪聲污染不亞于海水污染，如石油鉆井操作機聲、航船的馬達聲等，高于180分貝噪聲作用下，能損傷海洋生物內(nèi)耳；噪聲掩沒海洋生物求偶的呼叫與進食聲，能使食用貝類的生長速度及繁殖率有明顯的降低。噪聲污染的特點是影響面廣，但是一種暫時性的污染，所以治理比較容易，只要搞清噪聲源的場所，產(chǎn)生的原因及其傳播方式等具體情況，采取相應(yīng)措施，就能消除。如消除聲源，這是最根本的辦法；減少