第六章 生物圈与生态系统.doc

第六章 生物圈与生态系统一、什么是生物圈地球上所有活着的有机体连同与这些有机体相互作用着的环境构成生物圈。 它占有大气圈的底部、水圈和岩石圈的上部，厚度约为20km。实际上，生物的大部分个体集中分布在地表上下约100m的范围内。二、生物圈的组成与结构1） 物质组成 包括生物及其由岩石、大气和水组成的无机环境。2） 元素组成 研究表明，生物体的元素组成成分主要是氢、氧和碳，三种元素占到生物有机体的99.6%H: 49.8% O: 24.9% C: 24.9% N: 0.27% 3) 系统组成4） 生物组成 在地球上生存着数量惊人的生物。已经被描述和鉴定过的大约有250万种以上。目前生物一般分为4大类：原核微生物；原生生物；后生植物；后生动物2 生物圈的结构 1） 垂直准正态分布式结构 生物集中分布在平均海平面附近，从海平面向上或者向下随着高度或深度的增大，生物的种类和数量依次减少。2） 水平连续不均匀结构3） 生物的地域分异与区系性 a 地域分异：是指地球上的动、植物随着自然环境的空间地理变化，而产生一定的地理格局，形成不同的动植物分布区域。纬度地带性、经度地带性和垂直地带性。 b 区系性：是指不同的动、植物，在漫长的历史演变过程中，在一定的地理条件下，由于分布区相同而组成一定的生物区系。（区系性反映生物彼此间的亲缘关系和系统发育过程以及地理隔离情况） 三、生物圈的形成与演化基本事实: 地球早期大气层中含有C、H、N、O等组成生命的基本元素; 地球早期的温度适合生命的存在;地球上产生的生命是从无机界发展而来的; 陨石和宇宙尘中发现了有机物。实验证实: 碳、氧、氢、氮的混合物在电击、紫外线照射、冲击波作用下可生成有机物。基本过程： 从无机物到简单有机物阶段；从简单有机物到复杂有机物阶段；从高分子有机物到具有新陈代谢机能的蛋白体阶段。基本特征：生物种类由少到多与生物圈结构由简单到复杂；生物分布的空间范围由小到大与并由海洋向陆地扩展。四、生态系统的组成与结构生态系统研究是现代生态学研究的主流，当前全球所面临的重大资源与环境问题的解决，都依赖于对生态系统结构与功能、多样性与稳定性以及生态系统的演替、受干扰后的恢复能力和自我调节能力等问题的研究。 1. 生态系统的基本概念1)概念(ecosystem) ：在一定空间中共同栖居着的所有生物群落与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。2) 特征（1）是生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的高层次。（2）内部具有自我调节能力。（3）能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。（4）生态系统中营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和这些能量在流动中巨大损失，因此生态系统中营养级不会超过5-6个。（5）生态系统是一个动态系统。2 生态系统的组成1） 非生物环境 包括参加物质循环的无机元素和化合物、联系生物和非生物成分的有机物和气候或其他物理条件。2） 生产者 :是能以简单的无机物制造食物的自养生物3） 消费者 : 直接或间接依赖于生产者所制造的有机物4） 分解者 属异养生物，其作用是把动植物残体的复杂有机物分解为生产者能重新利用的简单化合物，并释放能量。3 生态系统的结构 生态系统除了具有垂直和水平空间结构外，以食物关系把各类生物有机体连接起来形成的营养结构是最重要的。 1）营养级：生态系统中的生物部分，从绿色植物开始的各个环节，通常称为营养级。 不同的生态系统往往具有不同数目的营养级，一般3至5个；在一个生态系统中，不同营养级的组合就是营养结构。2）食物链：在生态系统中，一类生物被另一类所食，从而沿着营养级形成了食物的链锁关系，这就是食物链。捕食性食物链：反映捕食性生物之间的食物联系。这种食物链在水域和陆地都存在，它的链索是由小生物开始逐渐到较大的生物。构成方式是：植物植食性生物肉食性动物。寄生性食物链：反映寄生物与宿主之间的食物联系，它的链索是由较大的生物逐渐到较小的生物，后者是前者躯体上的寄生物。这是一种类型。腐生食物链：反映腐烂的动物尸体和植物被微生物分解利用的关系。这是另一种类型。碎食性食物链：这种食物链的最初食物源是碎食物。高等植物叶子的碎片，经细菌与真菌的作用后，再加入微小的藻类，就构成碎屑性食物。其构成形式是：碎食物碎食物消费者小肉食性动物大肉性动物。3)食物网：食物链彼此交错连结，形成一个网状结五、生态系统的功能1 生物生产生产过程：生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物的生物量（包括个体数量和生长）增加；消费者摄食植物已经制造好的有机物质（包括直接的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物），通过消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增加动物的生产量。包括初级生产和次级生产两方面。初级生产（primary production）：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初级生产力。次级生产(secondary production)：异养生物再生产过程，提供的生产力为次级生产力初级生产有关的基本概念1）初级生产量(primary production)：生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，由无机物合成、转化成复杂的有机物。绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产。2）淨初級生产量(net primary production) ：在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量。3）总初級生产量(gross primary production)：GP=NP+R4）初級生产力(primary productivity)：植物群落在一定空间一定时间内所生产的有机物质积累的速率称为生产率(productivity rate)，或生产力(productivity)。5）生物量(biomass):是指某一时刻调查时单位面积上积存的有机物质(kg/m2)。以鲜重(fresh weight,FW)或干重(dry weight，DW)表示。6）现存量(standing crop)：是指绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分。SC=GP-R-H-D2 能量流动1）生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2%。2）能量只朝单一方向流动。3）流动中能量逐渐减少。4）各级消费者之间能量的利用率不高。平均为10%。5）只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能才能保持动态的平衡。3、物质循环1）物质循环的模式库：存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物所构成的。生态系统中各组分都是物质循环的库，如植物库、动物库、土壤库等。流通量：在单位时间或单位体积的转移量。周转率（ turn over rate）：=流通率/ 库中营养物质总量周转时间（ turn over time）：=库中营养物质总量/流通率，即移动库中全部营养物质所需要的时间。2）影响物质循环速率的因素元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如CO2周转时间为1年左右，而大气圈中氮周转时间为100万年。生物的生长速率：它决定生物对该物质吸收的速率以及该物质在食物网中运动的速度。有机物质腐烂的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用。人类活动的影响：如开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，从而影响物质循环的速率。另，化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中。3）生物地球化学循环的类型 根据物质在循环时所经历的路径不同，从整个生物圈的观点出发，并根据物质循环过程中是否有气相的存在，生物地球化学循环可分为： 气体型循环（gaseous type)：其贮存库是大气和海洋。气相循环把大气和海洋相联系，具有明显的全球性，循环性能最为完善。元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程。气体循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等。物质来源充沛，不会枯竭。沉积型(sedimentary type)：这类循环速度比较慢，参与沉积循环的物质，其分子或化合物主要通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是相当长的、缓慢的、单向的物质转移过程，时间要以千年计算。主要储库在土壤、沉积物和岩石，而无气体状态。因此沉积循环的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善。 水循环：生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。4 信息传递1）信息流概念：在生态系统的各个组成成员之间及各个成员的内部都存在着信息交流，彼此间进行着信息传递，这种信息传递又称为信息流。生态系统中存在着信息流。2）信息种类：有物理信息、化学信息、营养信息和行为信息四种。3）信息传递特征：生态系统中信息传递具有可传扩性、永续性、时效性、分享性与转化性。 生态系统中能量流和物质流通过个体与个体之间，种群与种群之间，生物与环境之间信息传递协调。动物之间的信息传递是通过其神经系统和内分泌系统进行的，决定着生物的取食、居住、社会行为、防护、性行为等一切过程。 第七章 大气圈与岩石圈相互作用 一、岩石风化与气候1 风化作用与风化壳1） 风化作用：地球表层的岩石，在太阳辐射、大气、水及生物的作用下，其物理、化学性质不断地发生着变化，并形成新的物质的过程。分为物理风化、化学风化和生物风化三类。物理风化作用（physical weathering）是指主要由气温、大气、水等因素的作用引起的矿物、岩石在原地发生崩解、破碎而使其物理性质发生变化的过程。在此过程中，矿物、岩石的物质成分不发生变化，只是从整体或大块崩解为大小不等的碎块。物理风化常有以下几种方式 ：温差风化、冰劈作用、.层裂或卸载作用。2） 风化壳：地球表层岩石风化后，由残留在原地基岩上的风化产物组成的壳层。2 气候对岩石风化的影响 气候、地形、岩性是影响风化作用的主要因素。 气候决定风化作用类型:干旱气候区以物理风化为主，温湿气候区以化学和生物风化为主。 地形影响风化作用的程度。岩性影响风化作用的速度。1） 干旱荒漠地区，化学风化和生物风化非常微弱，发育为含碎屑的碱性风化壳，颜色更浅，厚度更薄。2） 半湿润、半干旱的森林草原或草原地区，发育的主要为浅色的、中性至碱性的钙质风化壳，厚度薄。3） 湿润的热带、亚热带森林地区，多形成酸性的红色风化壳，风化壳厚度很大，铁铝残积。4） 湿润的温带森林地区，主要为弱酸性的棕色或黄色风化壳。5） 湿润的极地苔原带，酸性的灰化土。3 岩石风化对气候的反作用岩石风化，将吸收大气中的二氧化碳CaCO3H2SO4CaS4CO2H2OCaCO32HNO3Ca（NO3）2CO2H2OCaCO3CH3COOH（CH3COO）2CaCO2H2O二、岩石圈的变动与气候1 海陆分布变化对气候的影响 由于地质历史上大陆与大洋的分布状况与现在完全不同，决定了洋流的分布、大气活动中心的分布格局与现在完全不同。2 地形起伏变化对气候的影响1）气温随高度的变化而变化2）对局部地区气候产生影响3）大范围的地形起伏变化对区域和全球气候产生影响青藏高原的形成对世界气候的影响 高原隆升导致北半球晚更新世新生代气候变冷； 高原隆升加强季风环流，是气候的季节差异增大； 高原隆升导致北半球中纬度地区干旱气候的形成；距今约8百万年前开始的黄土高原的粉尘堆积，表明西北内陆干旱化的开始和青藏高原有意义的隆升。过去7百万年的黄土高原地区风尘沉积通量变化表明了我国西北内陆一直向变干的趋势发展，然而在变干的趋势上仍然存在有意义的干湿气候波动。三、气候对地貌的影响与控制 地球表面的形态叫做地貌。地貌上内动力（或内力）与外动力共同作用的结果，由于气候不仅控制了温度、降水，而且还影响和控制了生物的分布，所以气候可以在一定程度上反映外动力的特征与强度。地貌形成的外动力，主要受气候因素的控制。1 寒冷气候区1） 冰川气候区 降雪量大于消融量的情况下，发育冰川。外动力作用以冰川作用（冰蚀和冰积）为主，其次是冻融作用、块体运动等。地貌以角峰、刃脊、冰斗、冰川谷等冰川地貌为主。2） 冰缘气候区 降雪量较小，不足以补偿消融量，发育为冰缘地貌（冻土地貌）。外动力作用以冻融作用为主，其次是流水与风的作用。2 温润气候区 以流水作用为主，化学风化作用、块体运动也较普遍。主要形成流水地貌，常见岭脊突起、山坡下凹、和缓的山丘等。3 温热气候区 流水作用为主，化学风化强烈。发育有深厚的红色风化壳，平原或缓丘上，往往出现由抗蚀性较强的基岩组成的穹状或钟状岛山。4 干旱气候区 以风或间歇性洪流为主要外动力。主要形成风沙地貌（风蚀和风积）、间歇性洪流地貌。四、沙尘暴1、概念 沙尘暴: 就是大风扬起的地面尘埃使空气浑浊，水平能见度小于1000m的恶劣天气现象。 扬 沙：风将地面沙尘吹起，使空气相当混浊，水平能见度在110公里以内的天气现象；沙 。 浮 尘：悬浮在大气中的沙或土壤粒子，使水平能见度小于10公里的天气现象。 2、沙尘暴和扬尘天气的发生的两个条件1）需要地面干燥，并且地面上要有比较丰富的碎屑物质；2）必须具备特定的大气环流条件；我国沙尘暴的两个主要源区：I塔克拉玛干沙漠; II巴丹吉林沙漠 气候模拟结果表明，青藏高原从尚未隆升到隆升到现代高度，东亚地区（包括黄土高原）的日平均降雨从2.1mm/日增加到3.3mm/日，而西北地区的日平均降雨从1.8mm/日降低到1.0mm/日。表明了青藏高原隆升是我国西部干旱化的原因。在现有的条件下，这种源于我国西北干旱区天然戈壁和沙漠的自然因素所造成的沙尘暴是难以避免的。第八章 水圈与岩石圈的相互作用 一、岩石与水1 岩石的形成离不开水 1） 沉积岩形成的四个阶段与水关系密切(风化剥蚀阶段、搬运作用阶段、沉积作用阶段、成岩作用阶段 2） 岩浆岩的形成与水的散失有关 3） 变质岩的形成，尤其是交代变质，气水热液起了至关重要的作用 2 岩石的性质决定了水的下渗、流动与循环 1） 岩石的孔隙率与裂隙率，决定了其含水量 2） 岩石空隙的连通性决定岩石的通透性，决定水的下渗与在岩石中的流动，从而决定水的循环，尤其是地下水循环 3） 在地表水循环过程中，水的下渗与地下水的流出，是其中重要的一个环节 3 水对岩石的侵蚀改变了岩石圈表面的形态 水是外动力作用中最活跃的因素，在内力作用背景基础上，对岩石圈表面的轮廓与架构进行改造，从而改变了岩石圈表面的形态。 (河流地貌、海岸地貌、冰川地貌、岩溶地貌、黄土地貌和冻土地貌)二、岩石圈的结构与水系发育及流域性质1 岩石圈的结构决定了水系的形状 1) 穹隆构造水系呈放射状或环状 2) 褶皱岩层岩层走向与裂隙的走向多平行和垂直，易形成格子状水系 3) 水平岩层多发育树枝状水系2 岩石圈结构决定流域的大小、形状和性质1) 流域：河流水系的汇水区域2) 分水岭：地上分水岭、地下分水岭3) 性质：外流区、内流区总之，流域是水循环的最有效、最基本的地域单元。既然岩石圈的结构与构造影响与控制流域的大小、形状与内外流域性质，那么也就在一定程度上影响与控制水循环，反过来，改变了的水循环，又在一定程度上影响水动力对岩石圈的改造。 三、水的分布、负荷均衡与岩石圈形变 岩石圈的变形导致了水的重新分布，水的重新分布又反过来通过均衡作用引起岩石圈的变形，反映了岩石圈与水圈相互作用、相互影响的一个侧面。1 岩石圈的变动与水的分布的变化 岩石圈的结构与变形，控制水的分布及其变化(海洋、陆地水）2 水均衡与岩石圈的变形1） 静力平衡原理：单位面积上岩石圈的重力与软流圈对它的上浮支撑力是相等的。 2） 水层的重量应与由于岩石圈负荷增加导致的岩石圈的下沉所引起的软流圈物质从该地流出的质量相等(与阿基米德浮力实验相同）。 3） 水均衡：由于地球表面水分布的变化，导致各个地区受到的水的重力负荷发生改变，从而导致岩石圈变形、地面升降的过程。 4） 水均衡对于大洋深度的贡献率可能达到三分之一至四分之一。5) 在海洋的边缘，由于海水深度向大陆的减少，水均衡下沉量向岸边逐渐减小，从而导致大陆架、大陆坡地区的掀斜。由于海底的均衡下沉，软流圈物质从海底流向大陆，从而引起大陆边缘地区的隆升。结果：海洋的加深和大陆的增高，海洋与陆地的高差、起伏增大；大陆架、大陆坡的坡度增大（变陡）；海洋面积的缩小和陆地面积的增大。3 岩石圈与水圈的正反馈作用（读书）四、 构造侵蚀地貌循环 构造-侵蚀-地貌循环，反映了构造运动对水力侵蚀的控制和水力侵蚀对岩石圈表面塑造和改造的关系。 侵蚀循环理论 1、戴维斯于19世纪末（1899年）提出的该理论，用于描述地面发育的阶段性。 2、这一理论是建立在构造上升与河流侵蚀基础之上的。 3、理论内容：五、流水作用与流水地貌 流水对地貌的改变具有三种作用，即侵蚀作用、搬运作用与沉积作用，统称为流水作用。 通过侵蚀、搬运和沉积，流水作用于地表岩石或沉积物形成各种各样的地貌形态，即流水地貌。 流水地貌通常划分为坡面流水地貌、沟谷流水地貌和河流地貌三种。六、其他水圈与岩石圈作用地貌第九章 水圈与大气圈的相互作用 一、水汽与天气 水汽是联系大气圈和水圈的纽带，它即是水圈的一部分，也是大气圈的重要组成成分。1 水汽分布与天气 1） 水汽的分布 水汽来源：液态水的蒸发 影响水汽分布的因素：温度和水源 分布特征：温度越高、水源越充足的地区，大气中水汽的含量越多；反之，越少。2） 水汽分布与天气 水平层次 水汽充足的地区：多云、多雾、多阴雨天气 水汽稀少的地区：晴朗、干旱 此外，垂直层次上，天气现象的分布亦因水汽分布而改变 2 水汽相变与天气 1） 云 一切天气现象的产生，实际上是大气中水汽运动及其变的结果。 A 概念 云是由水汽在空中形成的凝结（华）产物，主要由水滴、过冷水滴及冰晶组成B 分类 物质组成： 通常根据物质组成的差异，分为水成云、冰成云和混合云三类 按云底高度及形成云的气流上升运动特点：联合国世界气象组织（WMO）主要根据云底高度（大体决定了云的厚度）和云状相结合，将云划分为高云、中云和低云三个族和下面的十属二十九类高云族 高云族的云底在5000米以上，由冰晶组成。云体呈白色，有蚕丝般的光泽，薄而透明，日月光通过高云时可以出现日、月晕圈。高云气温低，水汽含量很少，因而高云一般不发生降水。根据云的形状，高云还包括卷云、卷层云和卷积云三属卷云（Ci）：云体具有纤维状结构，常呈白色，无暗影，有毛丝般的光泽。日出前、日落后常带有黄色或红色，云层较厚时呈灰白色(层状云)卷层云（Cs）：云体均匀成层，透明或乳白色，透过云层日月轮廓清楚，地物有影，常有晕的现象(层状云)。卷积云（Cc）：云块很小，呈白色鳞片状，常成行、成群排列整齐，很像微风吹拂水面而成的小波纹(波状云)。 中云族 云底高度一般在25005000米之间，云的上部一般由冰晶或过冷却水滴(温度在零下而尚未冻结)组成，下部主要是由水滴组成。中云族中按云状分为高层云和高积云两属。阳光和月光通过较薄的高层云和高积云时可以出现月华和日华。 高层云（As）：云体均匀成层，呈灰白色或灰色，布满全天空。厚的高层云可以降雨雪(层状云)。 高积云（Ac）：云块较小，轮廓分明，在厚薄、形状上有很大差异。薄云块呈白色，能见日月轮廓；厚云块呈灰暗色，日月轮廓无法辨别。常呈扁圆形、瓦块状、鱼鳞片状或水波纹状的密集云条。常成群、成行、成波状沿一个或两上方向整齐地排列。高积云一般不发生降水(波状云)。 低云族 云底高度通常在2500米以下，包括积云、积雨云、层积云、层云和雨层云五个属，前两属是积状云，后三属是层状云。由于低云厚度很大，因此云的颜色常不再是白色，甚至呈灰黑色。 积雨云（Cb）：云浓而厚，云体庞大如耸立高山，顶部开始冻结，轮廓模糊，有的有毛丝般纤维结构。积雨云上部有冰晶结构，常发生雷暴、阵性雨或雪、冰雹等，有时还会出现龙卷风(积状云)。层云（St）：云体均匀成层，呈灰色，很像雾，云底很低，但不接触地面(波状云)。 层积云（Sc）：云块一般较大，在厚薄、形状上有很大差异，常呈灰白色或灰色，结构比较松散，薄的云块可辨日月位置，厚的云块比较阴暗。有时零星散布，多数则成群、成行、成波状沿一个或两上方向整齐地排列(波状云)。 雨层云（Ns）：雨层云是降水云层，水平范围分布很广，云层厚而均匀，能完全遮蔽阳光，通常降连续性雨或雪(层状云)。 C 云的形成 各种云形成的具体条件不同，但最基本的条件有两个：一是要有水汽；二是水汽相变的温度条件 积状云的形成； 层状云的形成； 波状云的形成2） 降水（雨、雪、冰雹和霰）A 降水形成过程，就是云滴增大成为雨滴、雪花及其他降水物的过程B 形成 云滴凝结（凝华）增长 云滴相互合并增长二、水与气候1、海洋水的分布影响全球气候 1）水体在全球不均匀的分布，形成海洋性气候和大陆性气候 3） 洋流对气候的影响主要表现在暖流的增温、增湿和寒流的降温、减湿 2、陆地水的分布影响局部气候三、大气环流与水的循环1、大气环流与全球水循环2、大气环流与水体运动 1） 洋流 2） 波浪 3） 湖流四、海气相互作用几个典型事件1 厄尔尼诺 1) “厄尔尼诺”一词源自西班牙文 El Nino，原意是“圣婴”，用来表示在南美洲西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）向西延伸，经赤道东太平洋至国际日期变更线附近的海域海面温度异常增暖的现象。 2) 判定EN发生：赤道东太平洋海水温度大体上连续三个月正距平在0.5或其季距平达到0.5以上。 2 南方涛动 指南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压这两大活动中心之间气压变化的负相关关系，即南太平洋副热带高压比常年增高时，印度洋赤道低压就比常年降低，两者气压的变化有“Oscillate”特征，故称涛动。第十章 水圈、大气圈、岩石圈的相互作用 一、气候海面冰川均衡 气候的变化，将导致海平面的升降、冰川的消长，而海平面的升降、冰川的消长将通过均衡作用引起岩石圈的变动与调整，岩石圈的变动又会影响气候的变化、海平面的升降与冰川的消长。 二、气候水的分布地球自转速度构造运动或形变1 气候变化与地球表面水的分布 气候的冷暖变化，导致冰川的进退和海平面的升降，从而引起地球表面水的重新分布。 2 地球表面水的分布与地球自转速度 1） 根据角动量守恒原理 WI=C W为地球自转的角速度；I为地球转动惯量；C为常数 2） 转动惯量 I=mr2 3） 地球上物体因地理位置（纬度）不同，I的变化规律 4） 水的分布对W的影响 冰期来临时，高纬地区m增加，地球W升高；反之，间冰期时，W降低。 3地球自转速度变化与构造运动或形变1） 地质力学观点：地壳运动的起源是地球自转速度的变化2） 受力分析3） W变化的结果4、气候-水的分布-地球自转速度-构造运动或形变 1）岩石圈的变动和构造形变，导致地球表层物质的重新分配 2）厄尔尼诺与地球自转速度变化关系 3）1月份地球自转速度比7月慢的原因三、构造运动大气环流水循环 构造运动导致海陆分布、地形起伏的变化，从而引起大气环流、洋流的变化，改变地球的水循环1 地球表面完全由行星风系控制的情况2 构造运动造陆、造山的影响 四、水圈、大气圈、岩石圈相互作用与黄土地貌1、黄土的分布与概念 1）概念 通常情况下，由于学科差异，学者们对于黄土的定义与认识是不同的，一般把具有下面特征的称为黄土，而具有其他特征的黄色土状堆积物都称为黄土状黄土。甚至有学者呼吁将风成黄土命名为黄土，其他成因为次生黄土。 2）分布 黄土在全世界都有分布，惟有我国分布最广，厚度最大，最为著名。2 黄土的形状与成因 黄土是一种灰黄色或棕黄色的特殊的土状堆积物 1） 黄土的性状 质地均一，以粉沙为主； 结构松散，空隙比较发育；无沉积层理，垂直节理发育；2） 黄土风成的证据 a 黄土主要分布在戈壁、沙漠外围，三者逐渐过渡，呈带状排列； b 黄土颗粒由沙漠边缘向外围逐渐变细； c 黄土披盖在不同成因、高低起伏的各种地貌部位上，并且保持相似的厚度； d 黄土中含有随地形起伏的多层重叠的埋藏古土壤； e 黄土的矿物组成及元素组成在很大区域范围内具有高度的一致性，而与当地岩石的矿物及元素组成有所不同； f 黄土中发现旱生和中生植物和陆生动物化石； 2 黄土地貌的类型及其形成机制1） 类型 地貌部位： 沟间地貌黄土塬、黄土梁和黄土卯； 沟谷地貌纹沟、细沟、切沟、冲沟和坳沟。发育时间： 准同生地貌 是指与黄土的发育差不多同时发育的地貌； 后生地貌是指在黄土形成以后发育的地貌 ； 发育过程： 侵蚀地貌黄土受侵蚀而形成的地貌； 堆积地貌黄土阶地、黄土涧等； 潜蚀地貌黄土碟、黄土陷穴和黄土桥 ；2） 形成机制3 黄土地貌的发育与水圈、大气圈、岩石圈的相互作用 黄土地貌的发育受制于以下几个条件：原始地形、黄土堆积、水的作用。 1）原始地形条件是岩石圈运动以及岩石圈与水圈、大气圈相互作用的结果； 2）黄土主要是风力吹蚀干燥的松散的地面，将以粉沙为主的细粒物质搬运到合适的地点堆积而形成松散堆积物，它是大气与岩石相互作用的产物； 3）水的侵蚀、溶蚀、潜蚀和淋滤是黄土地貌发育的重要动力。 总之，黄土地貌是水圈、大气圈与岩石圈相互作用的产物 第十一章 生物圈与岩石圈、水圈、大气圈的相互作用 一、生物圈与岩石圈的相互作用1 生物风化与岩石的分解 生物风化是指生物在其生命活动过程中对岩石、矿物产生的破坏作用。 1） 生物机械风化作用：生物在其生命过程中对岩石产生的机械破坏作用。包括植物根劈、动物穴居、人类活动等。 2） 生物化学风化作用：是通过生物新陈代谢和生物死亡之后的遗体腐烂、分解进而导致岩石分解的作用（255页）。 2 岩石与生物及其他因素共同作用形成土壤 1）生物与岩石相互作用形成土壤 岩石风化后形成的松散碎屑物质，称为成土母质；成土母质在生物的作用下便可形成土壤。 2）土壤是生物与岩石相互作用的纽带 矿物质的转移；水的循环；有机质的转化；其他生物地球化学循环。3 岩石的性质对生物的影响 1）土壤地质背景值影响生物产品质量 法国西南部的波尔多的葡萄酒；我国浙江的龙井茶；山东肥城桃；江西南丰密橘。 此外，还有浙江黄岩的澄江柑橘、甘肃大黄等（见257页）。 （大多是通过影响水来影响生物的特征）2）岩石性质影响生物健康、生长与发育 人体吸收是岩石环境影响人体健康的主要途径。例如克山病、甲状腺肿等。 克山病是一种流行于荒僻的山岳、高原及草原地带的以心肌病为主的疾病。本病于1935年首先发现于黑龙江省克山县，故名克山病。在黑龙江、吉林、内蒙、河北、陕西、甘肃、四川、云南等地的荒僻地区有流行。 4 岩石圈的运动与生物 1）从地质历史角度 岩石圈的运动： 导致海陆重新分布产生新的生物分布格局； 大陆位置的改变导致生物群落外貌改变； 引起地面高程的变化，改变生物特征； （山脉隆升和海岸下沉） 2）火山、地震等 彻底地摧毁过去，产生一个崭新的未来。由于火山喷发碎屑物迅速降落覆盖生长的植物，炽热碎屑物将植物枝干烘烤成碳木，可用于测定火山喷发的时代。经测定，该处的碳化木14C 年龄分别为204075和196070a. B. P.，表明该处火山属于我国境内新发现的又一处大约距今2000年喷发形成的活火山。5、生物岩石、生物矿床与生物地貌 1）生物可以破坏岩石，也可以建造岩石。 生物作用形成的岩石称为生物岩石，例如海洋中的硅藻土和珊瑚礁。鉴别硅藻土的几个特征：1硅藻含量必须大于50%，硅藻壳体基本完整，具生物结构。2组成硅藻的矿物必须是未经变化的蛋白石。3硅藻土的SiO2含量为50-95% 。4硅藻土一般均产于年轻的地质时代，如第三纪、第四纪。5硅藻土常和粘土岩类、变质程度很低的煤层共生。 2）自然界许多矿床的形成与生物作用密切相关 例如石油、天然气的形成，还有硅藻土矿等。 硅藻土的形成：硅藻土是一种由单细胞水生植物-硅藻的遗骸沉积而形成的。这种硅藻有一种独特的性能，它能吸收水中游离的硅形成骨骼，当其死后在一定的地质条件下形成硅藻土的矿床。中国硅藻土资源丰富。全国10个省(区)有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第2位。在地区分布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北等地次之。矿床类型主要为火山物源沉积型矿床(吉林长白、山东临胸、浙江嵊州市硅藻土矿等)和陆源沉积型矿床(云南寻甸、四川米易硅藻土矿等) 。成矿时代集中在第三纪和第四纪，以第三纪为主。3）生物可以建设一些地貌类型，并可形成一些特殊的生物海岸 例如珊瑚礁（岸礁、环礁与堡礁）和红树林海岸等。红树：常绿乔木，俗称海榄，根系发达，根部有气根，生长在热带、亚热带海岸的泥滩上，是防海护堤的树种，有海岸卫士之美誉。红树之名，大概是因其花萼鲜红色而名。成片的红树林生长在海滩，枝杆弯曲，高的有数米，墨绿色的树叶，枝交连理，退潮时，林片全露，象一幅巨大的绿毯铺在海面上。海水涨潮时，把整片红树林淹没，故又称海底森林。最常见的有海桑、海榄、红树等十多种，大部分属红树科，故称红树林。在盘根错节的树根下有螃蟹、跳鱼、崩虾栖息，其情其状，生机盎然。 二、生物圈与大气圈的相互作用1 生命活动与大气组分 生物与大气间相互作用、相互影响 1）科学研究发现，除了极少数厌氧微生物外，其他所有生物都必须依赖氧气而生存。 2）二氧化碳虽然在空气中的含量很低，但它对大气物理状态和生物过程，尤其是对植物的生长有着显著的影响。 此外其他大气组分对生命活动作用也是不容忽视的。（C3plant）亦称C3-植物：在光合作用过程中仅以C3途径同化二氧化碳的植物。如小麦、大豆、烟草及菠菜等。与C4植物相比，它们的光呼吸及二氧化碳补偿点（50150ppm）均高；光饱和点（23万米烛光）、光合作用最适温度（1525）低，在强光及其他条件适合情况下，光合速率（1040CO2毫克分米-2小时-1）也低。（C4plant）亦称C4-植物：在光合作用过程中，仅以C4 途径同化二氧化碳的植物。如玉米、甘蔗、高粱、马齿苋等。其叶解剖学上的一个重要特点是在维管束周围，有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞，典型者在这圈细胞外，又环列有几层叶肉细胞形成花环结构。与C3植物相比，光呼吸弱，二氧化碳补偿点（110ppm）低，光饱和点几乎达到全日照；光合作用最适温度（3045）高；在强光及其他适合条件下光合速率（4080CO2毫克分米-2小时-1）高。这主要是由于通过C4途径，将外界二氧化碳收集到维管束鞘细胞内，使核酮糖-1，5-双磷酸羧化酶加氧酶周围二氧化碳含量增高所致。2 大气运动与生物 在某些环境条件下，风对生物有重要作用 1）风影响植物的蒸腾作用 2）风影响部分植物花粉的传播，同时对小型、微型生物的传播有重要意义 此外，植物也通过自身影响风的大小、分布和类型3 大气污染与植物 1）大气污染对植物的影响 大气污染对植物影响的机制； 大气污染对植物的影响； （降低植物的寿命、降低植物生产率、导致植物群落变化以及植物的死亡） 2）植物对空气有净化作用 除尘灭菌；吸碳吐氧；对污染物的吸附、吸收。三、生物圈与水圈的相互作用 某种角度，水的多少决定了生物的特征与种类，反过来，生物的作用又在一定程度上改变了水的分布、水的循环、水的组成与性质1、生命来源于水2生物的生存离不开水 水既是构成生物体的物质基础，又是生物新陈代谢的必要介质。3生物的分布与水 1）干湿度分带性降水的空间分异与生物分带现象 2）植物的分布形式与地表水、地下水分布有关 格状分布、条带状分布、岛状分布、弧状分布、帽状分布和盆状分布。4 水质与生物 1）海水、淡水与生物 主要是生物与环境之间进行水和溶质交换的问题。 2）水体污染与生物 A 水体污染对生物的影响：废水中的污染物主要包括无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物和其他污染物，它们影响水生生物的生命过程，进而改变水生生态系统的结构和功能，并通过食物链影响其他生物的新陈代谢或遗传功能，最后危及人类。 水体富营养化，是指水体中含有大量的磷、氮等植物生产所需要的营养盐（无机无毒），造成藻类植物和其它浮游生物的爆发性繁殖，致使水的溶氧量大幅度下降，水质恶化，导致鱼类和其他生物大量死亡的现象。在海洋中发生的是赤潮。B 生物对污染物的吸收和降解：主要是微生物的作用，使废水中溶解性和胶体性有机污染物降解，转化为简单的物质，将有毒物质转化为无毒物质。 生物处理污染物方法分为好氧和厌氧两大类。具体包括活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法和污水处理塘法（生物塘）。预处理阶段主要包括粗格栅、提升泵、细格栅、沉淀池四道工序，即从工厂各个生产部门产生的污水通过粗格栅滤掉大块污物，再通过提升泵提升到一定的高度，供以后工序操作，通过细格栅滤掉小块污物，通过沉淀池沉淀比重较大，易沉淀的颗粒物质到A段进行进一步处理。A段处理：主要包括A级曝气池和中间沉淀池。A级曝气池主要作用是通过曝气池调节水池的氧气含量，提供微生物生长及分解吸收有机污染物所必须的环境，并起到混合搅拌作用，中间沉淀池的作用主要是使带有大量微生物的活性污泥与处理过的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。B段处理：主要包括B级曝气池和二次沉淀池。B级曝气池主要作用是通过曝气、内外回流调节水池的氧气含量，提供微生物生长及分解吸收有机污染物所必须的不同环境，并起到混合搅拌作用；二次沉淀池的作用主要是使带有大量微生物的活性污泥与处理过的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。4 植被与水循环 1）植物的蒸腾作用 2）植被对降水的影响 3）植被对径流的影响 4）植被与水循环 减慢了水分大循环的速度；加快局部水循环的速度；调节洪水/枯水的径流；提高水的利用率。第十二章 土壤与土壤系统一、土壤与土壤肥力1 土壤 1）陈效逑：通常是指位于陆地表层和浅水域底部、由有机质和无机物组成的，具有一定肥力而能够生长植物的疏松层，其厚度从数厘米到数米不等。 2）王健：是陆地最表层能够为植物生长提供营养成分、水和自然支撑的物质层次。 3）伍光和：是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，是一个独立的历史自然体，土壤的基本属性和本质特征是具有肥力。 4）李天杰等：是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层。也有人提出，土壤还包括海、湖浅水区陆地的疏松层。它是一个独立的历史自然体。 肥力：是指土壤为植物生长供应和协调营养因素（水分和养料）以及协调环境条件（温度和空气）的能力。二、土壤的组成 1土壤矿物质 1）原生矿物 是指来自岩石母质的组成与结构没有变化的矿物。土壤中原生矿物的种类和含量，随母质类型、风化强度和成土过程的不同而异，土壤中直径为10.001mm的砂和粉砂几乎全是原生矿物。土壤中品主要的原生矿物包括硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物4种。2）次生矿物 是指在成土过程中形成的新矿物。土壤中次生矿物的颗粒很小，粒径一般均小于0.95mm，具有胶体的性质，是土壤固体物质中最有影响的部分。土壤中很多重要的物理性质(如粘性、膨胀性等)和化学性质(如吸收性、保蓄性等)都与次生矿物有着密切的关系。 土壤中次生矿物的种类很多，不同的土壤所含次生矿物的种类和数量也不尽相同。通常根据其构造和性质可分为三类：简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。 C 次生硅酸盐类 这类矿物在土壤中普遍存在，种类很多，是由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成。它们是构成土壤粘粒的主要成分，故又称为粘土矿物或粘粒矿物。 特点：颗粒微小(粒径一般小于1微米)，呈薄片层状结晶构造，稳定性高。 土壤中次生硅酸盐类可分为三大类，即伊利石、蒙脱石和高岭石。2 土壤有机质 1）来源和组成2）进入土壤的有机质的成分和性质3）土壤生物及其对有机质转化和土壤形成的作用土壤中的生物作用，主要是多种微生物，其中包括细苗、放线茵、真菌、藻类和原生动物(左图)，它们能起着各种各样生物化学作用，决定着土壤有机质的转化。此外土壤中还有大量的无脊椎动物、脊椎动物和植物等对土壤有机质转化和土壤形成起作用。4）有机质对于土壤肥力的形成的作用 A 土壤有机质含丰富的植物所需要的营养元素，不断供应植物吸收利用；B 土壤有机质具有很强的代换能力，可以大量吸收、保存植物养分，以避免淋容损失；C 土壤有机酸和氨基酸是络合剂，与钙、镁、铁、铝形成稳定的络合物，能提高无机磷酸盐的溶解性，从而便于植物的吸收；D 二、三羟基羟酸与金属离子形成络合物的能力较强，有活化土壤微量元素的作用；E 土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，有缓冲酸碱化的作用； F 腐殖质是胶结剂，能使土壤形成良好的团粒结构，改善土壤耕性；G 腐殖质色暗，可增加土壤吸热力，同时导热性小，有利于保温。3土壤水 1）来源：大气降水、地下水、灌溉水和大气凝结水 2）损耗：土壤蒸发、植物吸收和蒸腾、水的渗漏与径流 3）分类：固态水、气态水、束缚水和自由水4）土壤 水分常 数和含水量的表示4土壤空气的组分及其来源三、土壤形态和性质1土壤形态 是指土壤和土壤剖面外部形态特征，主要包括： 1）颜色 2）质地 3）结构 4）酸碱度 5）松紧度 6）孔隙度 7）干湿度 8）新生体和侵入体2）土壤粒级与质地由于各种矿物抵抗风化的能力不同，经受风化后，矿物在各个粒级中分布的多少也不相同。石英抗风化的能力很强，故常以租的土粒存在，而云母、角闪石等易于风化，故多以较细的土粒存在。一般来说，粒级越小，所含养分越多。3）结构土壤结构是指土壤颗粒之间的胶结、接触关系4）土壤团粒结构在农业生产中的意义2土壤的性质和垂直分层 1）土壤的性质 A 自然土壤 B 农业土壤： 人类将具有自然肥力