环境科学概论第二章-自然环境.ppt

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,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：,N,2,(78%),、,O,2,(21%),、,Ar(,氩，,0.93%),、,CO,2,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,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,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,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,2.2.5,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,(biogeochemical cycle),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,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：,在光合作用和呼吸作用之间的,细胞水平,上的循环；,大气,CO,2,和植物体之间的,个体水平,上的循环；,大气,CO,2,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，,CO,2,被再次释放进入大气。,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,24 770,亿,t,其中植被,4 660,亿,t,土壤,20 110,亿,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,（,Pyramid of Energy,）,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,William P,Mary Ann.Principle of,Environmental,Science-Inquiry and Application.Boston:,McGraw,Hill Higher Education.2002,,/,（中国环境生态网）,,/,（中国环境）,Thank You!,