《生态与环境》配套PPT电子课件

《生态与环境》配套PPT电子课件,生态与环境,生态,环境,配套,PPT,电子,课件 第第6 6讲讲 生命的物质环境生命的物质环境沈沈 显显 生生中国科学技术大学生命科学学院中国科学技术大学生命科学学院主要内容主要内容一、水与生物对水环境的适应水与生物对水环境的适应二、大气环境对生物的影响大气环境对生物的影响三、土壤环境中的科学问题土壤环境中的科学问题全球的水总量是全球的水总量是1.41.410109 9kmkm3 3 海洋水海洋水97%水的生理和生态意义是什么？水的生理和生态意义是什么？一、水与生物对水环境的适应一、水与生物对水环境的适应 水有液态、固态和汽态，在水有液态、固态和汽态，在1标准大气压下，标准大气压下，0是水的三相平衡点。在是水的三相平衡点。在太阳能的驱动下，自然界发生了水的循环与变化。太阳能的驱动下，自然界发生了水的循环与变化。水的变化规律水的变化规律（1 1）汽汽态态水水：来来自自地地面面和和水水面面的的蒸蒸发发，以以及及植植物物的的蒸蒸腾腾作作用用。其表示方法有其表示方法有4 4种：种：水水汽汽压压（e e）：指指大大气气中中由由水水汽汽所所产产生生的的分分压压力力，称称水水汽汽压压，是是大大气气压压的的一一部部分分，用用mmHgmmHg或或mbmb表表示示。因因为为大大气气中中水水汽汽的的含含量量与温度有关系，所以，水气压会随大气的温度变化而改变。与温度有关系，所以，水气压会随大气的温度变化而改变。绝绝对对湿湿度度（a a）：指指1m1m3 3大大气气中中所所含含水水的的克克数数，用用g/mg/m3 3表表示示。当当绝绝对对湿湿度度用用g/mg/m3 3，而而水水汽汽压压用用mmHgmmHg表表示示时时，两两者者的的数数值值相相近近似似。当环境温度当环境温度t=16.4t=16.40 0C C，a=ea=e。水的变化规律（续）水的变化规律（续）相相对对湿湿度度（R R）：指指大大气气中中的的实实际际水水汽汽压压（e e）与与最最大大水水汽汽压压（E E）之之比比，常常用用百百分分比比表表示示。R R=e/Ee/E。相相对对湿湿度度与与环环境境温温度度成成反比。相对湿度越小，空气越干燥。反比。相对湿度越小，空气越干燥。饱饱和和差差（d d）：用用最最大大水水汽汽压压和和实实际际水水汽汽压压的的差差值值表表示示，既既d d=E-eE-e；意意思思是是距距大大气气饱饱和和程程度度还还差差多多少少水水量量，单单位位用用mmmm表表示示。环环境境温温度度与与最最大大水水汽汽压压成成正正比比；所所以以，在在相相同同大大气气体体积积和和等等量量水水分分时，温度降低，饱和差减小；温度升高，饱和差增大。时，温度降低，饱和差减小；温度升高，饱和差增大。露点露点空气中水汽达到饱和时的温度，可以在零上，也可以在空气中水汽达到饱和时的温度，可以在零上，也可以在零下，取决于大气相对湿度。零下，取决于大气相对湿度。降雨量的命名降雨量的命名（依据日降水量依据日降水量mm）10 10 mm 小雨小雨10.110.125 25 mm 中雨中雨25.125.150 50 mm 大雨大雨50.150.1100 100 mm 暴雨暴雨100.1100.1200 200 mm 大暴雨大暴雨200.1 200.1 mm 特大暴雨特大暴雨降雪的等级降雪的等级（融化成水的量（融化成水的量mm）2.9 mm 2.9 mm 小雪小雪3 35.9 mm 5.9 mm 中雪中雪6 69.9 mm 9.9 mm 大雪大雪10 mm 10 mm 暴雪暴雪雪的形成有雪的形成有2 2个条件：饱和水汽及温度，凝结核。个条件：饱和水汽及温度，凝结核。霜的形成与当时天气条件，以及所附着物体属性有关。霜将霜的形成与当时天气条件，以及所附着物体属性有关。霜将升华为水汽或融化为水。升华为水汽或融化为水。白霜与黑霜的区别，白霜与黑霜的区别，为什么黑霜比白霜严重？为什么黑霜比白霜严重？湖泊环境的变化湖泊环境的变化海水的生态作用海水的生态作用河流入海口的生态环境河流入海口的生态环境陆生动物主要靠控制饮水和失水来调节体内的水盐平衡。水生动物有调节体内水盐平衡并稳定内环境的特殊机制 动物的水分平衡l水盐平衡的调节水盐平衡的调节 静脉（组织静脉（组织来的血）来的血）动脉（去心脏）动脉（去心脏）鱼腮呼吸的原理鱼腮呼吸的原理动动物物对对环环境境的的行行为为适适应应植物体的水分平衡植物体的水分平衡植物水分外逸：吐水与蒸腾植物水分外逸：吐水与蒸腾植物的气孔蒸腾植物的气孔蒸腾 与与 角质蒸腾角质蒸腾根、茎、根、茎、叶的水分平衡叶的水分平衡干旱或水涝对植物的影响干旱或水涝对植物的影响干旱对植物的影响和植物的抗旱性干旱对植物的影响和植物的抗旱性水涝对植物的影响水涝对植物的影响以水分关系为基础的植物生态类型以水分关系为基础的植物生态类型水污染对植物的危害与植物的净化效应水污染对植物的危害与植物的净化效应二、大气环境对生物的影响大气环境对生物的影响地球上的大气圈地球上的大气圈对流层的生态作用对流层的生态作用盖雅假说（盖雅假说（Gaia）氧分压对生物有机体的影响氧分压对生物有机体的影响微风有利于植物的生长（略）微风有利于植物的生长（略）防风林的结构与效果（略）防风林的结构与效果（略）中层平流层臭氧层对流层飞机高度飞机高度大气层（圈）垂直结构大气层（圈）垂直结构哈德莱环流圈哈德莱环流圈 Hadley cycle气压和风带气压和风带表面洋流表面洋流风的类型风的类型季风季风由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风，在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风，称为季风称为季风海陆风海陆风由于海面和陆地之间的昼夜热力差异而引起，由于海面和陆地之间的昼夜热力差异而引起，白天由海面吹向陆地的风，称海风，夜间由陆地吹向海面白天由海面吹向陆地的风，称海风，夜间由陆地吹向海面的风，称陆风。的风，称陆风。山谷风山谷风白天，山下吹向山顶；夜晚，山顶吹向山下。白天，山下吹向山顶；夜晚，山顶吹向山下。冷湖现象（喜温作物栽植方法，作物品质）冷湖现象（喜温作物栽植方法，作物品质）城市风城市风由郊区吹向市区。由郊区吹向市区。台风和飓风。台风和飓风。台风与飓风台风与飓风“台风台风”和和“飓风飓风”都属于北半球的热带气旋，在大西洋或东都属于北半球的热带气旋，在大西洋或东太平洋发生，中心风力达到十二级或以上的热带气旋，称为太平洋发生，中心风力达到十二级或以上的热带气旋，称为飓飓风风。至于在西太平洋上发生，达到同样强度的热带气旋，则称。至于在西太平洋上发生，达到同样强度的热带气旋，则称为为台风台风（国际日期变更线以西）。（国际日期变更线以西）。在北半球，台风呈在北半球，台风呈逆时针逆时针方向旋转，而在南半球则呈方向旋转，而在南半球则呈顺时针顺时针方方向旋转。向旋转。10-1110-11级的是级的是强热带风暴强热带风暴；8-98-9级的是级的是热带风暴热带风暴；小于小于8 8级的是级的是热带低压热带低压。（天气预报术语）。（天气预报术语）盖雅假说盖雅假说（Gaia由英国大气学家拉伍洛克提出由英国大气学家拉伍洛克提出）地球表面的温度、酸碱度、氧化还原电位势及大气的气体构成等是由生命活动所控制并保持动态平衡，从而使得地球环境维持在适合于生物生存的状态。包含5个层次的含义：地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；地球上的各种生物有效地调节着大气的温度和化学构成；地球生物影响了环境，而环境又反过来影响着生物进化过程，两地球生物影响了环境，而环境又反过来影响着生物进化过程，两者共同进化；者共同进化；各种生物与自然界之间主要由负反馈调节，从而保持地球生态的稳定状态；大气能保持在稳定状态不仅取决于生物圈，而且在一定意义上为了生物圈；各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物优化的生存条件。对流层的生态作用对流层的生态作用寒害寒害寒流寒流寒害寒害霜害霜害冻害冻害血氧饱和度为50%氧分压，作为亲和力指标。血球比积 即红细胞压积红细胞占血液的容积比例。42-47%男；39-41%女。三三、土壤环境中的科学问题土壤环境中的科学问题土壤土壤陆地表面由矿物质、有机物质、水、空气和陆地表面由矿物质、有机物质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。土壤是如何形成的？土壤发育的开路先锋是什么？土壤是如何形成的？土壤发育的开路先锋是什么？土壤是由植物群落发育的。形成土壤是由植物群落发育的。形成1 1厘米土壤需要厘米土壤需要800-800-10001000万年。万年。土壤肥力的的4 4要素（要素（水、肥、气、热水、肥、气、热）土壤的三相系统土壤的三相系统土壤三相系统土壤三相系统有机质包括：有机质包括：腐殖质（胡腐殖质（胡敏酸，富里敏酸，富里酸）和非腐酸）和非腐殖质。殖质。解决水和解决水和气的矛盾气的矛盾土壤的类型土壤的类型根据土壤形成条件、成土过程、土体构型、土壤属性和肥根据土壤形成条件、成土过程、土体构型、土壤属性和肥力特征的异同，进行类比和区分。通过分类构成一个由不力特征的异同，进行类比和区分。通过分类构成一个由不同分类单元组成的土壤分类系统，以反映各类土壤间发生同分类单元组成的土壤分类系统，以反映各类土壤间发生上的联系和地理分布上所处的地位。上的联系和地理分布上所处的地位。世界上许多国家都有自己的分类系统，按照界、门、纲、世界上许多国家都有自己的分类系统，按照界、门、纲、目、科、属、种逐一划分。目、科、属、种逐一划分。地带性土壤；非地带性土壤（如冲积土）。地带性土壤；非地带性土壤（如冲积土）。一般分为一般分为3类类9级：级：沙土类沙土类（2级，粗、细）；级，粗、细）；粘土类粘土类（3级，轻、中、重）；级，轻、中、重）；壤土类壤土类（4级）级）特征是什么？特征是什么？土壤有机质土壤有机质（1 1）概概念念：指指位位于于土土壤壤中中的的动动物物和和植植物物的的新新鲜鲜组组织织及及残残体体、腐烂分解产物，以及微生物重新合成的物质。腐烂分解产物，以及微生物重新合成的物质。（2 2）土壤有机质的来源与组成：土壤有机质的来源与组成：来源：植物；土壤动物与微生物；来源：植物；土壤动物与微生物；组组成成：土土壤壤有有机机质质是是各各种种不不同同物物质质的的复复杂杂体体系系，新新鲜鲜的的有有机机质质、半半分分解解的的有有机机质质、腐腐殖殖质质、简简单单的的有有机机化化合合物物（糖糖类、脂肪酸、氨基酸、醇、酚等）。类、脂肪酸、氨基酸、醇、酚等）。土壤有机质（续土壤有机质（续1 1）（3 3）分分类类：腐腐殖殖质质微微生生物物利利用用死死亡亡有有机机体体的的腐腐烂烂分分解解产产物物重重新新合合成成的的大大分分子子物物质质，主主要要是是富富里里酸酸和和胡胡敏敏酸酸；非非腐腐殖殖质质动动物物和和植植物物新新鲜鲜组组织织和和半半分分解解的的残残体体、腐腐烂烂分分解产物，主要是碳水化合物和含氮化合物等。解产物，主要是碳水化合物和含氮化合物等。（4 4）腐殖质的作用：具有凝胶特性，遇水稳定，形成的土）腐殖质的作用：具有凝胶特性，遇水稳定，形成的土壤颗粒具良好的保肥保水能力；被微生物分解后是植物营壤颗粒具良好的保肥保水能力；被微生物分解后是植物营养源（碳源和氮源）；为土壤中异养微生物提供营养；促养源（碳源和氮源）；为土壤中异养微生物提供营养；促进种子萌发和根系发育，是一种植物生长激素；有利于植进种子萌发和根系发育，是一种植物生长激素；有利于植物体糖类合成和磷的吸收。物体糖类合成和磷的吸收。土壤有机质（续土壤有机质（续2 2）（5 5）非腐殖质的作用：）非腐殖质的作用：a.a.植物碳素营养主要来源，分解后以二氧化碳进入大气，被植植物碳素营养主要来源，分解后以二氧化碳进入大气，被植物利用；所以，可补充大气二氧化碳。（森林是一个碳库）物利用；所以，可补充大气二氧化碳。（森林是一个碳库）b.b.植物氮素重要来源，分解产物是氨基酸和酰胺，可溶于水直植物氮素重要来源，分解产物是氨基酸和酰胺，可溶于水直接被植物利用；接被植物利用；1/31/3不溶于水氨，经过转化为有效氮后，才被不溶于水氨，经过转化为有效氮后，才被利用。利用。c.c.其他矿质元素来源，有机磷是植物磷素主要来源，最多的是其他矿质元素来源，有机磷是植物磷素主要来源，最多的是植酸钙镁，分子式：植酸钙镁，分子式：CaCa5 5Mg(CMg(C6 6H H1212O O2424P P6 63H3H2 2O)O)2 2，被根系直接吸，被根系直接吸收。收。看不见的土壤（微）生物看不见的土壤（微）生物土壤中活的有机体，我们把生活在土壤中的微生物（细菌、土壤中活的有机体，我们把生活在土壤中的微生物（细菌、放线菌、放线菌、真菌、粘菌）、动物（原生动物和无脊椎动物）和真菌、粘菌）、动物（原生动物和无脊椎动物）和植物（蓝藻、藻类）等总称为土壤生物植物（蓝藻、藻类）等总称为土壤生物(soil organism)(soil organism)。土。土壤酶（胞内酶，游离态酶）。壤酶（胞内酶，游离态酶）。土壤生物参与岩石的风化和原始土壤的生成，对土壤的生长土壤生物参与岩石的风化和原始土壤的生成，对土壤的生长发育、土壤肥力的形成和演变，以及高等植物营养供应状况发育、土壤肥力的形成和演变，以及高等植物营养供应状况有重要作用。土壤物理性质、化学性质和农业技术措施，对有重要作用。土壤物理性质、化学性质和农业技术措施，对土壤生物的生命活动有很大影响。土壤生物的生命活动有很大影响。锄地锄地对作物有什么益处对作物有什么益处保墒保墒保温保温疏松透气疏松透气减少杂草竞争减少杂草竞争有利根系生长有利根系生长改变土层结构改变土层结构 现在是现在是“懒人懒人”种地时代，实行机械化、集约化和种地时代，实行机械化、集约化和“科学科学化化”种植，传统的精耕细作的农业方式再也不会出现了，所以种植，传统的精耕细作的农业方式再也不会出现了，所以土壤肥力在退化。土壤肥力在退化。Tansley进行的植物对进行的植物对土壤适应性的实验土壤适应性的实验土壤污染土壤污染 当排入土壤系统的当排入土壤系统的“有害有害”物质破坏其原来的平衡，引起土物质破坏其原来的平衡，引起土壤系统成分、结构和功能的变化而发生土壤污染。壤系统成分、结构和功能的变化而发生土壤污染。土壤污染的主要途径：土壤污染的主要途径：1 1、农业生产污染、农业生产污染施用化肥、农药、除草剂、灌溉等；施用化肥、农药、除草剂、灌溉等；2 2、土壤作为废物的处理场所；、土壤作为废物的处理场所；3 3、土壤承接大气和水体污染物的迁移转化。、土壤承接大气和水体污染物的迁移转化。土壤净化功能土壤净化功能土壤中的污染物，经过生物和化学降解变为无毒害的物质，土壤中的污染物，经过生物和化学降解变为无毒害的物质，以及通过化学沉淀、络合和螯合作用、氧化还原作用变为不以及通过化学沉淀、络合和螯合作用、氧化还原作用变为不溶性化合物，或被土壤胶体牢固地吸附，植物难以利用而暂溶性化合物，或被土壤胶体牢固地吸附，植物难以利用而暂时退出生物小循环，脱离食物链或排至土壤之外。时退出生物小循环，脱离食物链或排至土壤之外。土壤改良与土壤修复的科学问题土壤改良与土壤修复的科学问题土壤改良土壤改良不适合种植的土壤通过改造可以利用，不适合种植的土壤通过改造可以利用，pHpH值调值调整，微量元素，土壤微生物，土壤板结。整，微量元素，土壤微生物，土壤板结。土壤过酸性，可施用石灰；土壤过酸性，可施用石灰；土壤过碱性，可施用石膏。用量逐年递减。土壤过碱性，可施用石膏。用量逐年递减。土壤修复土壤修复被污染后的土壤如何恢复？被污染后的土壤如何恢复？生命的物质环境重要性生命的物质环境重要性生命的物质组成；生命的物质组成；生命的物质代谢（水、气、食物）；生命的物质代谢（水、气、食物）；生命体的运动空间与介质；生命体的运动空间与介质；生命的物质环境的动态性、整体性与系统性；生命的物质环境的动态性、整体性与系统性；保护生态环境的意义是不言而喻的。保护生态环境的意义是不言而喻的。主要内容回顾主要内容回顾一、水与生物对水环境的适应水与生物对水环境的适应二、大气环境对生物的影响大气环境对生物的影响三、土壤环境中的科学问题土壤环境中的科学问题