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第八章 植物与土壤

Lesson 8/11 | Study Time: 20 Min


土壤的类型



土壤的类型



土壤的形成:岩石的“漫长蜕变”


土壤是由地壳上的岩石经过长期风化作用,碎裂而成的。简单来说,土壤就是岩石的“后代”,它们经历了风吹、雨淋、阳光晒,慢慢变成了我们脚下的泥土。



生活例子:

想象一下,山上的大石头经过千万年,被风化成细小的颗粒,最终变成种庄稼的土壤。





土壤的成分:土壤的“营养大餐”


土壤中包含多种成分,就像一碗“混合营养汤”,为植物和生物提供支持。





































成分 特点 生活例子
矿物颗粒 岩石风化后变成的小颗粒,风化越久,颗粒越小 沙滩上的沙子就是矿物颗粒的一种
腐殖质 动植物尸体或排泄物腐烂后形成的有机物,给土壤提供养分 秋天落叶腐烂后,变成黑色的“天然肥料”
水和空气 土壤中的水和空气比例随湿度变化:湿土含水多,空气少;干土含水少,空气多 雨后泥土湿润,晴天泥土干燥
矿物盐 溶解在水中的矿物质,如钾、钠、钙、镁等,被植物根毛吸收 植物需要矿物盐来长高,比如钙让植物更结实
小生物 土壤里的“居民”:蚯蚓、昆虫、藻类、真菌、细菌等,它们帮助土壤更肥沃 蚯蚓钻洞松土,微生物分解有机物,都是土壤的“功臣”



土壤的种类:不同土壤,不同“性格”


土壤根据质地和性质可以分为三种主要类型,每种都有自己的特点和用途。



























土壤名称 土壤质地 特点
砂土类 砂粒多,黏粒少,颗粒较粗 通气性强,但保水性差,容易漏水
黏土类 黏粒和粉砂粒多,颗粒较细 不容易渗水,保水性最强,但通气性差
壤土类 砂粒、黏粒、粉砂粒比例均匀 保水性和通气性适中,是植物生长的“黄金土壤”












8.2 植物的根与物质吸收


植物的根与物质吸收



植物的根不仅是它扎根土壤的“锚”,更是吸收水分和矿物盐的重要器官。接下来,让我们一起学习植物如何通过根吸收物质,以及体内的物质运输。




植物体内物质的运输:双向高速公路


植物体内的运输系统就像一条“双向高速公路”,不同的物质沿着不同的方向流动。






















运输方向 运输内容 运输路径
向上运输 水分及矿物盐:从根毛吸收后,向上运输至枝叶系统 根 → 茎 → 叶
向下运输 养料:由叶子光合作用产生的有机物,输送到植物体的其他部分 叶 → 茎 → 根或其他储存器官


生活例子:

  • 向上运输:大树的根吸收地下的水分,通过树干运送到高高的树叶中。

  • 向下运输:秋天时,植物将叶片制造的养分储存在根部(如红薯、胡萝卜)。





扩散作用和渗透作用:物质流动的“秘密法则”


(A) 扩散作用:分子自发移动


定义:高浓度的液体或气体分子不借助外力,自动向低浓度处分散,直到浓度均衡为止的现象。



















特点 生活例子
不需要能量 香水喷洒后,香味会扩散到整个房间
高浓度 → 低浓度 氧气从空气中扩散进入植物的叶片细胞,供光合作用

(B) 渗透作用:水分子的“单向通道”


定义:稀溶液中的水分子通过半渗透膜,扩散进入浓溶液中的现象。



















特点 生活例子
需要半渗透膜 半渗透膜允许水分子通过,但阻止其他大分子通过
稀溶液 → 浓溶液 植物根毛细胞通过渗透作用吸收土壤中的水分



渗透作用的示范实验:有趣的实验现象


(C1) 非生活物质的渗透现象


实验描述:



  • 在一个长管内装入浓糖水,并用玻璃膜(半渗透膜)封住底部,将其浸入清水中。

  • 一段时间后,发现长管内的糖水柱升高。















实验现象 原因
糖水柱升高 水分子通过玻璃膜从稀溶液进入浓溶液

(C2) 生活物质的渗透现象


实验描述:



  • 将两块马铃薯(A和B)分别挖空,放入浓糖水中。

  • 一段时间后,A块马铃薯内的水位上升,而B块没有变化。



















实验现象 原因
A块马铃薯水位上升 水分子通过马铃薯细胞膜渗透进入浓糖水中
B块马铃薯无变化 可能是实验操作问题或细胞膜未起作用



植物根的吸收与渗透作用的关系


植物根吸收水分的过程,其实就是渗透作用的应用:



  • 土壤中的水分子(稀溶液)通过根毛细胞的半渗透膜,进入根毛细胞(浓溶液)。

  • 水分通过渗透作用被吸收后,再通过向上运输,送到植物的枝叶部分。




总结



  • 植物的运输系统就像一条双向高速公路,水分和养料各行其道。

  • 渗透作用是植物吸收水分的关键,就像水分子会“自动找到”浓糖水一样。

  • 马铃薯实验趣味:你也可以在家尝试这个实验,观察水位变化,感受渗透作用的神奇!













8.3 植物体中物质的运输


植物体中物质的运输



植物的运输系统是植物生长和生存的关键,它负责水分、矿物盐和养料的运输。以下是详细的知识点总结。




植物的运输系统:维管束


植物的运输系统由维管束(叶脉)组成,分为以下两部分:



















组成部分 功能
木质部(木质导管) 负责运输水分和矿物盐,从根部向上输送到枝叶系统。
韧皮部(韧皮筛管) 负责运输养料(如葡萄糖),将光合作用产生的有机物输送到植物体的各部分。


重点:

  • 水分通过渗透作用进入根毛细胞。

  • 矿物盐通过扩散作用进入根毛细胞。





单子叶植物和双子叶植物的根与茎的区别


根的区别



















单子叶植物的根 双子叶植物的根
木质部在内侧,韧皮部在外侧,两者交替排列成环状 木质部呈星形,位于中央,韧皮部位于木质部的夹角间。
无形成层 有形成层

茎的区别























单子叶植物的茎 双子叶植物的茎
维管束散生 维管束排列成环状
无形成层 木质部和韧皮部被形成层隔开
茎不会加粗 茎会加粗



水分与矿物盐的吸收


吸收路径:水分与矿物盐的流动



















物质 吸收路径
水分 土壤的水分通过渗透作用:根毛 → 表皮层 → 皮层 → 内皮层 → 木质导管 → 枝叶系统
矿物盐 土壤中的矿物盐通过扩散作用:根毛 → 表皮层 → 皮层 → 内皮层 → 木质部 → 枝叶系统


特别注意:

如果施肥过量,土壤水溶液浓度增加,水分会从根毛细胞向外渗出,导致植物失水过多,最终枯萎。





有机物质的运输


环状实验:证明养料由韧皮部运输


实验步骤与现象:



  • 在木本植物的茎上剥去一圈韧皮部(树皮),只保留木质部。

  • 两周后观察:


    • 植物的枝叶仍保持挺立,因为水分和矿物盐通过木质部向上运输。

    • 环切部位的上端茎出现肿胀现象,因为养料在此堆积,无法向下运输到根部。





总结



  • 维管束是植物运输系统的核心,木质部负责水分和矿物盐的运输,韧皮部负责养料的运输。

  • 单子叶植物与双子叶植物在根和茎的结构上有显著区别,尤其是形成层和维管束的排列方式。

  • 水分与矿物盐的吸收与运输:水分通过渗透作用进入根毛细胞,矿物盐通过扩散作用进入。

  • 实验验证:


    • 芹菜实验:木质部运输水分。

    • 环状实验:韧皮部运输养料。














8.4 植物的蒸腾作用


植物的蒸腾作用



蒸腾作用是植物通过叶片将多余水分以水蒸气形式散失到空气中的过程。它不仅是植物水分运输的原动力,还对植物的生理活动起着重要的调节作用。




水分向上运输的原动力


植物体内的水分从根部向上运输到枝叶,依靠以下三种力量:























原动力 作用机制
根压 水分通过渗透或扩散进入根组织,产生压力。
根压将水分压入木质部,推动水分向上流动。
毛细作用 木质导管口径小,管壁对水有附着力。
水分因毛细作用沿着管壁向上移动。
蒸散牵引力 叶片通过气孔蒸散水分,形成向上的拉力。
导管中的水柱受牵引不断上升,是主要的运输原动力。



蒸腾作用的定义与功能


蒸腾作用的定义


植物通过叶片的气孔将体内多余的水分转化为水蒸气,并扩散到空气中的过程。



特点:

植物90%以上的水分通过叶片蒸散。



蒸腾作用的功能



























功能 作用
排除多余水分 帮助植物将不需要的水分排出体外。
降低植物体温 蒸腾作用带走热量,防止植物因高温而受损。
供应矿物盐 帮助矿物盐从根部运输到植物的其他部分。
维持水分平衡 通过蒸腾作用调节植物体内的水分含量,保持平衡。



蒸腾作用的实验


证明蒸腾的主要器官是叶子


实验步骤:



  • 取一盆栽植物,分两组:


    • 一组枝条摘除叶片。

    • 另一组枝条保留叶片。


  • 分别用塑胶袋包裹两组枝条,置于阳光下。


实验结果:带叶枝条的塑胶袋内凝结水滴,无叶枝条的塑胶袋内无水滴。


结论:水滴为叶片蒸散出的水蒸气凝结而成,证明叶片是蒸腾的主要器官。




总结



  • 蒸腾作用的原动力主要是蒸散牵引力,它通过气孔调控水分的散失。

  • 蒸腾作用的功能包括排除多余水分、降低植物体温、供应矿物盐、维持水分平衡。

  • 实验验证蒸腾的主要器官是叶片,蒸腾作用主要通过气孔进行。

  • 环境因素如温度、湿度、风、光等都会显著影响蒸腾速率。

  • 植物适应性:通过蜡质表皮、卷叶、绒毛等结构减少水分散失。












8.5 保护土壤


保护土壤



土壤是农业生产和生态系统的重要组成部分。然而,随着人类活动的加剧,土壤的数量和质量正面临严重威胁。以下是关于土壤保护的详细总结。




土壤数量和质量下降的原因































原因 具体表现
土壤肥力下降 长期过度耕种和施肥导致土壤中有机质和养分流失。
土壤严重退化
包括以下几种情况:

  • 盐碱化:土壤中盐分累积,导致植物无法正常生长。

  • 沙化:土壤结构破坏,变成沙质地表,失去生产力。

  • 沼泽化:土壤长期积水,氧气不足,影响植物生长。

  • 化学污染:工业废水、农药等污染物进入土壤,破坏土壤结构和功能。


土壤遭受侵蚀 水土流失、风蚀等自然因素,以及不合理的耕作方式加剧土壤流失。
农田被工业侵占 工业化和城市化占用大量农田,使耕地面积减少。
人类活动污染土壤 生活和工业废水、废气、固体废物排放到土壤中,超过土壤的自净能力,导致土壤质量恶化和微生物活动抑制。



土壤污染物的分类



















污染物类型 具体来源
无机污染物 酸、碱、重金属(如铅、汞)、盐类、放射性元素等。
有机污染物 农药、酚类化合物、石油、污水、污泥。
牧畜排泄物、生物残体(可能带有有害病毒、寄生虫、病菌)。



土壤污染的危害



  • 土壤组成和结构变化:污染物破坏土壤颗粒结构,使土壤通气性和渗透性下降。

  • 土壤功能受损:土壤的养分循环和水分调节能力降低。

  • 微生物活动抑制:土壤中的有益微生物减少,生态平衡被破坏。

  • 植物生长受阻:污染物进入植物体内,影响植物的生长发育,甚至导致毒性积累。

  • 环境和健康问题:污染物通过食物链进入人体,危害健康。




土壤污染的防治措施



































措施 具体方法
合理使用农药和化肥 避免过量使用农药和化肥,减少化学物质对土壤的污染。
排水方法 对于溶解度较大的污染物,通过排水减少其浓度,降低污染程度。
深翻土地 对于稳定且难分解的污染物,通过深翻土地将其移出耕作层,减少对作物的影响。
禁止污水灌溉 严禁未经处理的工业或生活污水直接用于农田灌溉,防止有害物质进入土壤。
加强土壤保护立法 制定相关法律法规,规范工业废弃物的排放,保护耕地资源。
推广有机农业 鼓励使用有机肥料和生物防治技术,减少化学物质的使用。



土壤保护的重要性



  • 维持农业生产:土壤是粮食生产的基础,其质量直接影响农作物产量和品质。

  • 保护生态环境:健康的土壤能调节水循环、碳循环等生态过程,维持生态系统平衡。

  • 防止污染扩散:通过保护土壤,避免污染物向地下水、地表水和大气扩散。

  • 保障人类健康:减少土壤污染物进入食物链,降低对人体的潜在危害。




总结



  • 土壤数量和质量下降的原因包括肥力下降、退化(盐碱化、沙化等)、侵蚀和污染。

  • 土壤污染物分为无机污染物(如重金属、酸碱等)和有机污染物(如农药、污泥等)。

  • 土壤污染的防治措施包括合理施肥、深翻土地、禁止污水灌溉等。

  • 土壤保护的重要性体现在农业生产、生态平衡和人类健康等方面。