环境化学课件：生物环境与生态系统

1、 生物环境化学生物环境化学 1. 生物环境与生态系统生物环境与生态系统 2. 生物组成与微生物的生理特征（略）生物组成与微生物的生理特征（略） 3. 污染物的生物积累污染物的生物积累 4. 污染物的生物转化污染物的生物转化 5. 污染物的毒性污染物的毒性1. 生物环境与生态系统生物环境与生态系统 1.1 生物环境 1.2 生物圈 1.3 生态系统 自然界中的生物，包括植物、动物、微生物等有生命的机体，构成了人类赖以生存的生物环境。 生物环境是自然环境要素中的重要组成部分，为人类提供了基本食物来源，通过绿色植物的光合作用，将CO2和H2O固定为糖类等有机物；又通过动、植物的呼吸作用将这些有机物的

2、化学键断裂，变植物体内的储存能量为人体或生物体内的储存能量；此外，通过微生物的作用可将生物残体和排泄物分解成无机物返回自然界完成碳循环、氮循环、硫循环、磷循环等。 生物环境是维持人类生存和整个地球自然生态平衡的不可或缺的环境要素。 生物圈的概念是奥地利地质学家休斯（Eduard Suess）在1875年提出的，但是直到1926年前苏联地球化学家维尔纳茨基所做的“生物圈“报告后，才引起人们的注意。现代对生物圈的理解仍然沿用维尔纳茨基的概念。生物圈是指地球上有生命活动的范围及其生存环境的整体，其范围的上限可达1525km高空，下限可达海平面以下1011km海洋深处。陆地上在油井钻孔深达7.5km处

3、仍发现有细菌生存。绝大部分生物通常生活在地球陆地上和海面之下各约100m厚的范围内。生物圈是生物界和水圈、大气圈以及岩石土壤圈长期相互作用的结果。 生物圈的存在具备几个条件：1）可以直接或间接获得来自太阳的充足的光能2）有大量可利用的液态水3）有适宜的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、固态和液态三种物态变化4）提供氧气、CO2以及氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等营养元素。1.3.1 概念生态系统的概念是英国植物学家Tansley在20世纪30年代首先提出的，到50年代得到广泛传播，60年代后逐渐成为生态学研究的中心。种群（population）在一定的自然区域内，同种生物所有个体的总和。

4、群落（community）在一定的自然区域内，许多不同种群生物的总和。生态系统（ecosystem）任何生物群落与周围非生物环境（水、大气、土壤等）的综合体就是生态系统。 生态系统可大可小，小到一滴含有微生物的天然水，大到整个生物圈。 生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间相互作用、相互制约、不断演变，达到动态平衡、相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单位。生态系统是自然界的划分单位，大系统又可分为若干亚系统或子系统，具有明显的层次性。生态系统农业生态系统农田生态系统土壤生态系统土壤动物生态系统土壤微生物生态系统土壤植物根区微环境生态系统植物生态系统森林生态系统草原生态系统城市生态系统

5、1.3.2 组成组成生态系统是由生物群落和非生物环境（阳光、空气、土壤、矿物养分等）所组成，其中生物部分根据其在系统中物质和能量迁移转化中的作用不同，又可分为三个机能群：第一性生产者：主要指绿色植物，即含有叶绿素能利用太阳辐射能和光能合成有机体的植物，包括某些藻类在内。没有第一性生产者生产有机体，任何生态系统都不会有能流和物流组成食物链。第一性生产者是生态系统的基石。消费者：以生物有机体为食的各类异养性生物，主要包括各类草食动物、肉食动物和人类。按照消费者在食物链中的位置又分为一级消费者（草食动物）、二级消费者（以草食动物为食的肉食动物）和三级消费者（以二级消费者为食的肉食动物）。人类为最高级

6、的消费者。分解者：主要指依靠分解有机质维持生命的微生物群。它们是使自然生态系统中各种物质与元素得以周而复始地循环利用的重要途径，也在净化环境污染物、维持生态平衡方面起着重要的作用。1.3.3 食物链和营养级生态系统中由食物关系把多种生物联系起来，一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食彼此形成了一个以食物关系联接起来的锁链关系称为食物链。按照生物间的相互关系，一般又可把食物链分成四类：捕食性食物链（predatory food chain）：又称为放牧式食物链，是以植物为基础。构成形式是植物草食动物肉食动物，后者可以捕食前者。碎食性食物链（detritus food chain）

7、：以碎食物为基础，即由高等植物叶子的碎片经细菌和真菌的作用，再加入微小的藻类构成。构成形式是碎食物碎食物消费者小肉食性动物大肉食性动物。寄生性食物链（parasite food chain）：以大动物为基础，由小动物寄生到大动物身上构成。比如哺乳动物跳蚤原生动物细菌过滤性病毒。腐生性食物链（sparophagous food chain）：以腐烂的动植物尸体被土壤或水中的微生物分解利用构成。各种食物链相互交错形成食物网，能流和物流就是通过网、链进行。食物链的各个环节，相同地位起同样作用的一群生物称为一个营养级，一般不超过7级，人类处于最高营养级。营养级递升时能流传递的效率不高，因此低营养级在数量上要大大多于高营养级，形成生物数目金字塔，或生物量金字塔、生产率金字塔。1.3.4 生物污染大气、水环境以及土壤环境中各种各样的污染物质，包括农药等，可