环境科学概论第二章-然环境

第二章自然环境？你眼中的自然环境2自然环境（图片）内蒙古草原研究样地，5月自然环境（图片）上海内容2.1地球表层系统2.2自然环境的圈层结构2.3自然环境的功能2.4自然环境的地带性分布规律2.1地球表层系统•在地球表面，生命活动集中发生的区域•独特的适合生物生存和繁衍环境距地面15～40km处有臭氧层，保护地球不受高能紫外线的伤害适量CO2的存在，使地球保持适合生物生长的温度地壳运动实现物质交换，地表土壤圈为植物提供了营养和生长基地地球的优越环境创造了生命。大地女神（Gaia）假说最早是由Lovelock在1969年美国普林斯顿大学举行的有关生命起源的国际会议上公开提出的。1979年Lovelock的著作《Gaia：对地球上生命的认识》引起关注。1988年完善和修正。地球自我调节理论。主要观点：强调只有把生物和环境看成一个整体才能真正了解地球地球上生物不断地主动积极地对地球环境起着调节作用地球的进化包括地球上所有的生物和物质环境的进化，是两者共同作用的结果中心思想：生命活动创造了地球环境2.2自然环境的圈层结构自然环境的结构受地球结构的影响地球的圈层结构软圈层：位于地面下150公里处，将地球分成内圈与外圈地球各圈层分布特点：地球内部与表面高空呈平行分布；地球表面附近，各圈层相互渗透相互重叠，由此形成了影响生命的自然环境软圈层大气圈水圈生物圈岩石圈外圈2.2.1大气圈(Atmosphere)大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，大气圈包围着海洋和陆地大气圈的物质组成：气体：N2(78%)、O2(21%)、Ar(氩，0.93%)、CO2等水汽：表面水的蒸发和植物蒸腾大气颗粒物：悬浮在大气中的固体、液体微粒，如烟尘等大气圈的垂直结构：对流层、平流层、中间层、热成层、逸散层。对人类的意义：调解并维持适宜环境，生命基础条件主要的环境问题：气候变化、大气污染等生命集中区75%生命按气温垂直分布分层——热分层2.2.2水圈（Hydrosphere）水圈由大气圈、海洋、陆地水体（河流、湖泊、冰川）、土壤和岩石孔隙以及生物体中的气、液、固各态水组成的连续的圈层称为水圈总水圈：豪恩大气中的水土壤中的水生物圈中的水狭义的水圈例：水蒸汽，雨霜渗流生物体液湖河，海洋总水圈11地球上水的分布海洋97.6%淡水2.4%冰帽和冰河87%液态水13%地下水95%土壤含水2%人类与水圈的关系水的重要性：生命组成成分（约70%），营养物质的载体湖、河、溪流3%人类对水圈的影响直接影响大量开采利用地下水和地表水间接影响修建大型水库、大坝河流渠道化水体过度利用环境问题水资源匮乏水质恶化短片淮河水污染水体污染怪现象一：河水当化肥产粮全卖出怪现象二：淮河千余闸闸闸截污水人类对水循环的影响有那些？1、植被破坏2、水利工程3、水体污染4、开采地下水人类对水循环的影响是多方面的。如修筑水库、塘堰可扩大自然蓄水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小；地下水的过度开采利用，使某些人口集中的地区出现了地下水位和水质量的下降，如目前我国许多北方大城市的地下水分布出现“漏斗”。对人类的价值能源和资源2.2.3岩石圈（Lithosphere）组成由地壳和地幔圈中上地幔顶部组成人们从岩石圈中获取自己需要的各种资源和能源厚度33-35km主要问题能源和资源短缺与耗竭2.2.4生物圈(Biosphere)概念：生物圈是地球上所有的生物及其生存环境的总称。其中，生物包括植物、动物和微生物对人类的价值：健康营养物主要问题：物种锐减2.2.5土壤圈(Pedosphere)土壤圈是以上四个圈层的交界面，是联系无机成分与有机成分的枢纽。土壤结构示意图土壤组成固相物质矿物质有机质土壤粒间物质气相，主要是氧气和氮气等液相，粒间水分和溶解物质生物体各类昆虫，线虫，节肢动物土壤微生物包含固相、液相和气相物质以及生物体四部分组成这一复杂结构是物理、化学和生物的长期共同作用的结果功能：提供各种营养物质；同时还具有稳定自然系统的功能（吸附性、缓冲性、氧化还原性和自净功能）主要环境问题：水土流失、沙漠化、盐碱化、土壤污染2.3自然环境的功能自然环境的三大功能:物质循环：物质元素在各圈层之间的交换过程，又称生物地球化学循环(biogeochemicalcycle)能量流动：太阳能进入到地球生态系统，然后耗散到外部环境中的过程信息传递：各种信息在生态系统各生命成分之间的流通北极岛屿简单的食物网23沙燕松鸡贼鸥蜱螨典型实例之一：食物链与食物网2.3.1物质循环典型实例（1）水循环生态系统中的水循环降雨截留穿透雨蒸腾渗透土壤吸收地表径流地下径流消费者地面蒸发（2）碳循环碳循环途径有：①在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；②大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环；③大气CO2──植物──动物──微生物之间的食物链水平上的循环(这些循环均属于生物小循环)。此外，碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。当人们开采利用这些化石燃料时，CO2被再次释放进入大气。碳循环1个体水平细胞水平食物链水平地质大循环碳的储存库大气圈：储量最小，二氧化碳等岩石圈：储量最大，碳酸盐岩等水圈：无机盐，有机体生物圈：2000年的估计数据,全球陆地生态系统碳储量约24770亿t,其中植被4660亿t,土壤20110亿t。森林为陆地生态系统中最大的碳储库,森林植被的碳储量约占全球植被的77%,森林土壤的碳储量约占全球土壤的39%。横坐标是时间，左方纵坐标是气体的浓度人类的应对措施1.改造植物，营林并定期砍伐2.20世纪80年代，约翰·马丁针对全球变暖提出了“Geritol方案”（Geritol是一种治疗缺铁性贫血的营养补充剂）?3.将工厂排放的二氧化碳气体压缩后，送到海底。在3000m以下的深海，压强足够大，二氧化碳可以维持液态。?4.人工树：在科学界，它被称之为“空气捕手”。主要的功能就是吸收空气中的二氧化碳。设计可以化学吸附二氧化碳的空气过滤片，加压使二氧化碳变成液体，然后再运送到处理厂。处理这些废料的成本会很高。（3）氮循环•开发生物固氮资源对增加农业生态系统的氮素输入，提高生物产量具有重要意义。生产化学氮肥需要耗费大量能源，并且可能造成环境的污染（污染水体、加速全球气温升高、臭氧成破坏、降低土壤质量、污染空气并形成酸雨）。在生物固氮资源方面，豆科作物的共生固氮占全球生物固氮总量的40%左右。（4）磷循环•磷的循环过程–岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内–沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤–含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。–一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环•动植物遗体在陆地表面的磷矿化•磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋•为什么用了多年的含磷洗涤用品会给环境造成破坏呢？含磷洗衣粉以磷酸盐作为主要助剂，磷酸盐是一种高效助洗剂，同时也是藻类的助长剂，水中的磷含量升高，水质趋向富营养化，会导致各种藻类、水草大量滋生，水体缺氧会使鱼类死亡等现象。•据有关部门统计，目前我国洗涤用品仅洗衣粉一项的年消费量就在350万吨左右。若将会成洗衣粉中磷酸盐的平均含量接15%计算，每年就有超过50万吨含磷化合物排放到地表水中，而1克磷就可使藻类生长100克、有调查资料显示，因含磷过多，我国湖泊及城市水系几乎都处于富营养化状态，水质严重恶化，许多地方根本不能饮用。•我国从1994年开展环境标志产品认证，无磷洗涤品拥有了明显的绿色标志。（5）硫循环•硫是原生质体的重要组分，它的主要蓄库是岩石圈。硫循环包括长期的沉积阶段（有机或无机沉积物中）和短期的气体阶段。•岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自然分化作用进入生态系统。酸雨的形成（6）氧循环28物质循环的类型:1.水循环：以水体（海洋）为物质的储库2.气体型循环：以大气和海洋为物质的主要储库，如碳、氮、氧、氯等物质的循环3.沉积型循环：以岩石圈为物质的主要储库，如硫、磷、钾等物质的循环4.有毒有害物质循环：对生物体有毒害作用的物质的循环，如重金属、有毒的有机物物质循环的特点:•物质在生态系统中做循环式运动•物质循环过程中将发生多种变化，包括物理、化学等方面，是一个复杂的过程•在数量上，存在着一定的相互制约关系思考在人类活动干扰下，物质循环发生了怎样的变化？举例说明2.3.2自然环境的功能—能量流动光合作用能量流动三个基本过程：•能量的固定过程：光合作用•分解还原过程：分解作用，把有机物分解为无机物•储存与矿化过程：部分生物体埋入地下，形成矿物燃料能量流动的特点：•单向性：生态系统中能量沿营养级单向流动•递减性：能量的数量沿营养级逐级递减，形成能量金字塔•能量的质量逐级提高：低质能转变为高质能•变动性：生态系统的能量随输入、输出和内部生物消耗量的变化而不断变化能量金字塔（PyramidofEnergy）永远正塔型2.3.3自然环境的功能—信息传递信息传递：系统中各生命成分之间各种信息（物理、化学、生物等方面的特征）的流通信息传递的特点•信息量非常庞杂•信息来源广•信息的性质、形态以及内容丰富信息传递类型-蜜蜂通过舞蹈行为可以向同伴传递4种信息，即食物的类型、食物的数量和质量、食物的距离和食物的方位。-食物的类型靠粘附在体毛上的花蜜和花粉传递；食物的数量和质量靠舞蹈的持续时间和舞蹈者兴奋程度来传递；举例-食物的距离首先是靠舞蹈类型来决定，其次则决定于跳八字舞时走中间直线的长度。-食物所在地的方位是靠八字舞中间直线的方向来指示的。•如果这只工蜂在距蜂巢50米内的范围采集到高质量花蜜，它就作一种绕圆圈的舞蹈，称做圆舞。想想看你观察到自然环境中信息传递的现象了吗？试举例说明功能决定了各圈层结构间的关系各圈关系的复杂性:•相互依存,相互作用•物理、化学、生物和人文过程交织在一起。•复合系统的整体性•形成发展、变化和反馈机制•各圈层始终不停地进行着协同演化2.4自然环境的地带性规律地带性：自然环境要素（如温度、压力、物质含量等）受地理位置的影响，呈现出随纬度、经度等发生变化分类：纬度地带性经度地带性40纬度地带性规律由于热量沿纬度变化，生态系统也随地球纬度的变化而发生有规律地更替，从赤道向北极依次出现了热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。经度地带性规律由于水分沿经度变化，生态系统也发生了经度更替，如北美大陆和欧亚大陆由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠垂直地带性规律垂直带与水平带本章小结强调自然环境对人类发展的基础性作用自然环境的圈层结构自然环境的功能：物质、能量和信息流动自然环境的规律我做我能-课后练习？以小组为单位，选择自己熟悉的不同自然环境，进行历史演变与现状分析要求：5分钟左右，报告或口述阅读资源•蔡晓明.生态系统生态学.北京：科学出版社•钱易.环境保护与可持续发展.北京：高等教育出版社•WilliamP,MaryAnn.PrincipleofEnvironmentalScience---InquiryandApplication.Boston:McGraw—HillHigherEducation.2002•（中国环境生态网）•（中国环境）ThankYou!