三、水因子的生态作用及生物的适应
(一)水因子的生态作用
1.水是生物生存的重要条件
水是生物体的组成成分。植物体一般含水量达60%~80%，而动物体含水量比植物更高。例如，水母含水量高达95%，软体动物达80%~92%，鱼类达80%-85%，鸟类和兽类达70%-75%。水是很好的溶剂，对许多化合物有水解和电离作用，许多化学元素都是在水溶液的状态下为生物吸收和运转。 水是生物新陈代谢的直接参与者，水是光合作用的原料。 水是生命现象的基础，没有水也就没有原生质的生命活动。 水有较大的比热，当环境中温度剧烈变动时，它可以发挥调节体温的作用。 水能维持细胞和组织的紧张度，使生物保持一定的状态，维持正常的生活。
2.水对动植物生长发育的影响
就植物而言，水分对植物的生长也有一个最高、最适和最低(量)的三基点。低于最低点，植物萎蔫、生长停止；高于最高点，根系缺氧、窒息、烂根；只有处于最适范围内，才能维持植物的水分平衡，以保证植物有最优的生长条件。种子萌发时，需要更多的水分，因水能软化种皮，增强透性，使呼吸加强，同时水能使种子内凝胶状态的原生质转变为溶胶状态，使生理活性增强，促使种子萌发。 水分还影响植物的各种生理活动。实验证明，在萎蔫前，蒸腾量减少到正常水平的65%时，同化产物减少到55%；相反，呼吸却增加62%，从而导致生长基本停止。
水对动物也有较重要的影响。 在水分不足时，可以引起动物的滞育或休眠。例如，降水季节在草原上形成一些暂时性水潭，其中生活着一些水生昆虫，其密度往往很高，但雨季一过，它们就进人滞育期。 此外，许多动物的周期性繁殖与降水季节密切相关，例如，澳洲鹦鹉遇到干旱年份就停止繁殖。 羚羊幼兽的出生时间，正好是降水和植被茂盛的时期。
3.水对动植物数量和分布的影响
降水在地球的分布是不均匀的，这主要因地理纬度、海陆位置、海拔的不同所致。我国从东南至西北，可以分为3个等雨量区，因而植被类型也可分为3个区，即湿润森林区、干旱草原区及荒漠区。即使是同一山体，迎风坡和背风坡，因降水的差异各自生长着不同的植物，伴随分布着不同的动物。 水分与动植物的种类和数量存在着密切的关系。在降水量最大的赤道热带雨林中，每100m2达52种植物，而在降水量较少的大兴安岭红松林群落中，每100m2仅有10种植物，在荒漠地区，单位面积物种数更少。
(二)生物对水因子的适应
1.植物对水因子的适应
在生物圈中水的分布是十分不均匀的，在长期进化过程中，形成的不同类型的植物对水因子的要求各不相同，根据植物对水分的需求量和依赖程度，可把植物划分为水生植物和陆生植物。
(1)水生植物：水生植物是所有生活在水中植物的总称。水体和陆生环境有很大的差异。水体的主要特点在于：弱光、缺氧、密度大、黏性高和温度变化平缓，以及能溶解各种无机盐类（O2是限制因子）。 因此，水生植物具有发达的通气组织，以保证各器官组织对氧的需要，减轻体重、增大体积，例如荷花，从叶片气孔进人的空气，通过叶柄、茎进人地下茎和根部的气室，形成了一个完整的通气组织，以保证植物体各部分对氧气的需要。 其次，机械组织不发达或退化，以增强植物的弹性和抗扭曲能力，适应于水体流动。 同时，水生植物在水下的叶片多分裂成带状、线状，而且很薄，以增加吸收阳光、无机盐和CO2的面积。 最典型的是伊乐藻属植物，叶片只有一层细胞。又如有的水生植物，出现有异型叶，毛茛在同一植株上有两种不同形状的叶片，在水面上呈片状，而在水下则丝裂成带状。
水生植物类型很多，根据生长环境中水的深浅不同，可划分为沉水植物、浮水植物和挺水植物3类。水生植物具有三个特征：1、具有发达的通气组织；2、其机械组织不发达甚至退化；3、水生植物在水下的叶片多分裂呈带状、线状，而且很薄。
(2）陆生植物：陆生植物指生长在陆地上的植物。 包括湿生、中生和旱生3种类型。
湿生植物指在潮湿环境中生长，不能忍受较长时间的水分不足，即为抗旱能力最弱的陆生植物，根据其环境特点，还可以再分为阴性湿生植物和阳性湿生植物两个亚类。
阳性湿生：如水稻(有角质层、通气组织发达)。水稻与陆稻：水稻种在水田，陆稻种在旱地。水陆稻形态上差异较小，生理上差异较大。水、陆稻均有通气组织，但陆稻种子发芽时需水较少，吸水力强，发芽较快；陆稻的茎叶保护组织发达，抗热性强；根系发达，根毛多，对水分减少的适应性强。陆稻可以旱种，也可水种，有些品种既可作陆稻也可作水稻栽培，但陆稻产量一般较低，陆稻逐渐为水稻所代替，北方稻区只有少量陆稻栽培。
阴性湿生：森林下的草蕨类植物(海绵组织发达，栅栏组织不发达)。
中生植物指生长在水分条件适中生境中的植物。该类植物具有一套完整的保持水分平衡的结构和功能。其根系和输导组织均比湿生植物发达。（叶片有较厚角质层：大部作物、蔬菜、果类）
旱生植物生长在干旱环境中，能耐受较长时间的干旱环境，且能维护水分平衡和正常的生长发育。 这类植物在形态或生理上出现了多种多样的适应干旱环境的特征，多分布在干热草原和荒漠区。
旱生植物在形态结构上的适应，主要表现为增加水分摄取和减少水分丢失。一个显著的特点是具有发达的根系，例如沙漠地区的骆驼刺地面部分只有几厘米，而地下部分可以深达15m，扩展的范围达623m2，可以更多地吸收水分。又如仙人掌科的许多植物，叶特化成刺状；松柏类植物叶片呈针状或鳞片状，且气孔下陷；夹竹桃叶表面被有很厚的角质层或白色的绒毛，能反射光线；许多单子叶植物，具有扇状的运动细胞，在缺水的情况下，它可以收缩，使叶面卷曲，尽量减少水分的散失。 还有一类植物是从生理上去适应，即表现在它们的原生质渗透势特别低。 低渗透势使植物（原生质内有更多亲水的胶体物质）根系能够从干旱的土壤中吸收水分，同时不至于发生反渗透现象使植物失水。
2.动物对水因子的适应
动物按栖息地同样可以划分为水生和陆生两大类。 水生动物的媒质是水，而陆生动物的媒质是大气，因此，它们的主要适应特征也有所不同。
(1)水生动物对水因子的适应：不同类群的水生动物，有着各自不同的适应能力和调节机制。水生动物的分布、种群形成和数量变动都与水体中含盐量的情况和动态特点密切相关。渗透压调节可以限制体表对盐类和水的通透性，通过逆浓度梯度主动地吸收或排出盐类和水分，改变所排出的尿和粪便的浓度与体积，如淡水动物体液的浓度对环境是高渗性的，体内的部分盐类既能通过体表组织弥散，又能随粪便、尿液排出体外，因此体内的盐类有降低的危险。海洋生活的大多数生物体内的盐量和海水是等渗的(如无脊椎动物和盲鳗)，有些比海水低渗(如七鳃鳗和真骨鱼类)，低渗使动物易于脱水，于是在喝水的同时又将、盐吸入，它们对吸入多余的盐类排出的方法是将其尿液量减少到最低限度，同时鱼的鳃可以逆浓度梯度向外分泌盐类。
洄游鱼类，如溯河的鲑鱼和近海的鳗鱼以及广盐性的罗非鱼、赤鳟、刺鱼等，在生活史的不同时期分别在淡水和海水中生活，一般地说，其体表对水分和盐类渗透性较低，有利于在浓度不同的海水和淡水中生活。
(2)陆生动物对水因子的适应：影响陆生动物水分平衡更多的是环境中的湿度，其适应特征表现在以下几个万面：
(生物体水分来源：饮水，食物，代射水）
(生物体失水方式：呼吸失水，皮肤失水，排泄失水）
①形态结构上的适应：不论是低等的无脊椎动物还是高等的脊椎动物，它们各自以不同的形态结构来适应环境湿度，保持生物体的水分平衡。 昆虫具有几丁质的体壁，防止水分的过量蒸发；生活在高山干旱环境中的烟管螺可以产生膜以封闭壳口来适应低湿条件；两栖类动物体表分泌黏液以保持湿润；爬行动物具有很厚的角质层；鸟类具有羽毛和尾脂腺；哺乳动物有皮脂腺和毛，都能防止体内水分过分蒸发，以保持体内水分平衡。
②行为的适应：沙漠地区夏季昼夜地表温度相差很大，因此，地面和地下的相对湿度和蒸发力相差也很大。一般沙漠动物，如昆虫、爬行类、啮齿类等白天躲在洞内，夜里出来活动，更格卢鼠能将洞口封住，这表现了动物的行为适应。另外，一些动物白天躲藏在潮湿的地方或水中，以避开干燥的空气，而在夜间出来活动。
干旱地区的许多鸟类和兽类在水分缺乏、食物不足的时候，迁移到别处去，以避开不良的环境条件。 在非洲大草原旱季到来时，大型草食动物往往开始迁徙。
③生理适应：许多动物在干旱的情况下具有生理上的适应特点。“沙漠之舟”骆驼，可以17d不喝水，身体脱水达体重的27%，仍然照常行走。 它不仅具有储水的胃，驼峰中还储藏有丰富的脂肪，在消耗过程中产生大量水分，血液中具有特殊的脂肪和蛋白质，不易脱水。
