自然环境与生物圈

1、2022-7-31 理解内容理解内容大气圈各层的特点大气圈各层的特点水的特征及分布水的特征及分布岩石圈与矿物资源岩石圈与矿物资源土壤及其肥力的概念土壤及其肥力的概念土壤的组成土壤的组成 了解内容了解内容地球的形成与演化地球的形成与演化大气圈的演化大气圈的演化人类对岩石圈的影响人类对岩石圈的影响土壤在生态系统中的作用土壤在生态系统中的作用生物圈的发育历程生物圈的发育历程视频1视频2原原始始岩岩石石圈圈产生产生产生产生 原 始 水 圈大气圈、水圈大气圈、水圈地球表面聚积太阳能地球表面聚积太阳能地表风化地表风化太阳太阳辐射辐射能、能、大气、大气、水体水体相互相互作用作用酸性降水径流酸性降水径流降水降

2、水淋洗淋洗大气大气中的中的原始原始火山火山气体气体原始海洋原始海洋有机化合物（合成氨基酸、蛋白质）有机化合物（合成氨基酸、蛋白质）元素和水分子化合物元素和水分子化合物为生命诞生创造条件为生命诞生创造条件导致导致营营养养物物质质产生产生生生物物圈圈生物圈生物圈土壤圈土壤圈2022-7-313v地球上的生命主要存在于大气、水和土壤三地球上的生命主要存在于大气、水和土壤三个圈层之中。个圈层之中。v人类活动造成环境污染和生态破坏，目前主人类活动造成环境污染和生态破坏，目前主要发生在大气圈、水圈和土壤圈之中。要发生在大气圈、水圈和土壤圈之中。v因此，有必要对这三个圈层加以介绍，这对因此，有必要对这三个圈

3、层加以介绍，这对理解环境污染和生态破坏发生和发展的规律理解环境污染和生态破坏发生和发展的规律以及寻找解决这些问题的方法具有重要意义。以及寻找解决这些问题的方法具有重要意义。2022-7-3152022-7-3162022-7-3172022-7-3182022-7-319近地表干燥空气的主要组分（近地表干燥空气的主要组分（1ppm = 百万分之一百万分之一 ）组组 分分体积比（体积比（ppm）组组 分分体积比体积比（ppm）氮（氮（N2）780,900甲烷（甲烷（CH4）1.2氧（氧（O2）209,500氪（氪（Kr）1.1氩（氩（Ar）9,340氢（氢（H2）0.5二氧化碳二氧化碳（CO2）

4、330氙（氙（Xe）0.08氖（氖（Ne）18臭氧（臭氧（O3）0.010.04氦（氦（He）5.2_2022-7-3202022-7-3212022-7-3222022-7-323800千米以上千米以上2022-7-3242022-7-3252022-7-3262022-7-3272022-7-3282022-7-3292022-7-3302022-7-3312022-7-3322022-7-333名称名称温度温度空气对流程度空气对流程度自然现象自然现象外层外层（散逸层）（散逸层）随高度增加随高度增加而递减而递减空气更为稀薄空气更为稀薄只受到微小的地心吸力，只受到微小的地心吸力，是地球大气向

5、星际空间是地球大气向星际空间过渡的层次。过渡的层次。热层热层（电离层）（电离层）随高度增加随高度增加而递增而递增空气稀薄空气稀薄大气处于电离状态，能大气处于电离状态，能反射无线电波。反射无线电波。中间层中间层随高度加而随高度加而递减递减相当强烈相当强烈缺少氧原子，臭氧很少缺少氧原子，臭氧很少平流层平流层随高度增加随高度增加而递增而递增空气上热下冷，不易形成对空气上热下冷，不易形成对流，空气稀薄平静，含水气流，空气稀薄平静，含水气少，天气晴朗，能见度好少，天气晴朗，能见度好最适宜飞机高空飞行。最适宜飞机高空飞行。大气中的臭氧主要分布大气中的臭氧主要分布于此，能大量吸收于此，能大量吸收UV-B区紫

6、外线。现有臭氧空区紫外线。现有臭氧空洞洞对流层对流层随高度增加随高度增加而递减而递减显著显著紧贴地面。风、雪、云、紧贴地面。风、雪、云、雨等天气现象都发生在雨等天气现象都发生在这一层。气象复杂多变，这一层。气象复杂多变，与人类关系最为密切与人类关系最为密切大地大地 地球上水量分布表地球上水量分布表2.58%2022-7-343洋洋，是，是海洋的主体海洋的主体，水深一般在水深一般在3000米以上米以上，最深处可达，最深处可达1万万1千千多米。每个大洋都有自己独特的洋流和潮汐系统。多米。每个大洋都有自己独特的洋流和潮汐系统。海海，是，是大洋的附属部分大洋的附属部分，水深较浅水深较浅；可以分为边缘海

7、、内陆海和地；可以分为边缘海、内陆海和地中海（中海（海临近大陆，受大陆、河流、气候和季节的影响，海水的温度、盐度、颜色和透明度，都有明显的变化)。1.海水海水 2010年年1月月15日黄海北部海冰卫星遥感图日黄海北部海冰卫星遥感图 图3 2010年1月15日胶州湾海冰卫星遥感图 神华港附近冰情 图曹妃甸附件海域冰情 图 东营港附近冰情东营港两侧沿岸及近岸海域浮冰：油码头南侧海域上有浮冰聚集，大部分海面出现堆积叠加，海冰的单冰厚度15厘米左右，外缘线15公里以上。永久饱和带（层永久饱和带（层）B-B干季潜水面干季潜水面间歇饱和带间歇饱和带(层层)不饱和带不饱和带(层层)A-A雨季潜水面雨季潜水面

8、3.河水河水我国河流总数达我国河流总数达6000余条，总长度余条，总长度43万万km流域面积流域面积1000km2以上的河流以上的河流1500条条 4.湖水湖水湖湖 名名所所 在在 国国里海里海哈萨克、俄罗斯、哈萨克、俄罗斯、伊朗伊朗苏必利尔湖苏必利尔湖美国、加拿大美国、加拿大维多利亚湖维多利亚湖乌干达、坦桑尼乌干达、坦桑尼亚亚休伦湖休伦湖美国、加拿大美国、加拿大密执安湖密执安湖美国美国咸海咸海哈萨克、乌兹别哈萨克、乌兹别克克坦噶尼喀湖坦噶尼喀湖坦桑尼亚、刚果坦桑尼亚、刚果民主共和国民主共和国大熊湖大熊湖加拿大加拿大贝加尔湖贝加尔湖俄罗斯俄罗斯尼亚萨湖尼亚萨湖 (马拉维湖马拉维湖) 坦桑尼亚、

9、马拉坦桑尼亚、马拉维维极极 地地 冰冰 山山 融融 化化蒸发蒸发水汽太阳能太阳能环流环流水汽雨雨雪雪地下水地下水地表径流地表径流壤中流壤中流 水水 资资 源源降水降水陆地陆地2/3蒸发蒸发 并非每一颗行星都有坚硬的地表并非每一颗行星都有坚硬的地表 地面地面2895KM5000KM 花岗岩、玄武岩花岗岩、玄武岩 岩石岩石水 氧气二氧化碳生物生物风化破碎风化破碎构成土壤圈构成土壤圈 （4 4） 土壤生物土壤生物土壤生物主要类型土壤生物主要类型1、细菌、细菌 2、原生动物、原生动物 3、小线虫、小线虫 4、藻类、藻类 5、病毒、病毒 6、真菌、真菌 7、线虫、线虫 8、蠼螋、蠼螋 9、木虱、木虱 1

10、0、螨、螨 11、蜈蚣、蜈蚣 12、马陆、马陆 13、蜘蛛、蜘蛛 14、15、弹尾目昆虫、弹尾目昆虫 16、蟋蟀、蟋蟀 17、昆虫的幼虫、昆虫的幼虫 18、蜗牛、蜗牛 19、蛞蝓、蛞蝓 20、蚯蚓、蚯蚓 21、地鼠类、地鼠类土壤动物：长期或一生中大部分时间土壤动物：长期或一生中大部分时间生活在生活在土壤或地表凋落土壤或地表凋落物层物层中的动物。中的动物。它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。 作用作用1 1、破碎土壤中的生物残体，为、破碎土壤中的生物残体，为微生物活动和有机

11、物质微生物活动和有机物质进一步分解进一步分解创造条件创造条件2 2、改变土壤的物理、化学以及生物学性质，对、改变土壤的物理、化学以及生物学性质，对土壤形土壤形成及土壤肥力成及土壤肥力发展起着重要作用发展起着重要作用按体型大小分类按体型大小分类小型土壤动物，体长在小型土壤动物，体长在0.20.2毫米以下毫米以下 中型土壤动物，体长中型土壤动物，体长0.2-20.2-2毫米毫米 大型土壤动物，体长大型土壤动物，体长2-202-20毫米毫米 巨型土壤动物，体长大于巨型土壤动物，体长大于2020毫米毫米 按食性分类按食性分类按土壤中生活时期按土壤中生活时期土土壤壤动动物物的的分分类类分为植食性、菌食性

12、、尸食性、粪食性、杂食性分为植食性、菌食性、尸食性、粪食性、杂食性和寄生性土壤动物等。和寄生性土壤动物等。 分为全期土壤动物，周期土壤动物，部分土分为全期土壤动物，周期土壤动物，部分土壤动物等。壤动物等。 原生动物：原生动物：生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物。生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物。变形虫类（靠假足移动）变形虫类（靠假足移动）1 纤毛虫类（靠纤毛移动）纤毛虫类（靠纤毛移动）3 鞭毛虫类（靠鞭毛移动）鞭毛虫类（靠鞭毛移动）2 123 土壤线虫：土壤线虫：线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长（线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长（1毫米左右）毫米左右）的白色或半透明无节动物。

13、线虫一般喜湿，的白色或半透明无节动物。线虫一般喜湿，主要分布在有机质丰富的潮湿主要分布在有机质丰富的潮湿土层及植物根系周围。土层及植物根系周围。线虫可分为线虫可分为腐生型线虫腐生型线虫和和寄生型线虫寄生型线虫 作用：作用：蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土壤土壤团粒结构的形成团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性改善土壤的通透性，提高提高土壤肥力土壤肥力。 因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的重要指标。因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的重要指标。 蚯蚓：蚯蚓：土壤蚯蚓属环节动物门的寡毛纲，是土壤蚯蚓属环节动物门的

14、寡毛纲，是被研究最早（自被研究最早（自1840年达尔文起）和最多的土年达尔文起）和最多的土壤动物。壤动物。 弹尾和螨目：弹尾和螨目：弹尾（又名跳虫）和螨目分属节肢动物门的昆虫纲和蛛形弹尾（又名跳虫）和螨目分属节肢动物门的昆虫纲和蛛形纲，是土壤中数量最多的节肢动物（分别占土壤动物总数的纲，是土壤中数量最多的节肢动物（分别占土壤动物总数的54.9%和和28%），它们是我国森林土壤中中型动物的主要优势类群。），它们是我国森林土壤中中型动物的主要优势类群。 跳虫跳虫主要生活于土壤表层，绝大多主要生活于土壤表层，绝大多数跳虫以取食花粉、真菌、细菌为数跳虫以取食花粉、真菌、细菌为主，少数可危害甘蔗、烟草和

15、蘑菇。主，少数可危害甘蔗、烟草和蘑菇。 甲螨甲螨螨目螨目的主要代表是甲螨（占土壤螨类的的主要代表是甲螨（占土壤螨类的62%94%），主要分布在表土层中。），主要分布在表土层中。大多数甲螨取食真菌、藻类和已分解的植物残体，在控制微生物数量及促大多数甲螨取食真菌、藻类和已分解的植物残体，在控制微生物数量及促进有机质分解过程中起着重要作用。进有机质分解过程中起着重要作用。 土壤微生物土壤微生物1324图图1：古细菌（产甲烷菌）：古细菌（产甲烷菌）图图2：细菌（金黄色葡萄球：细菌（金黄色葡萄球菌）菌）图图3：真菌（青霉菌）：真菌（青霉菌）图图4 ：病毒（：病毒（T4噬菌体）噬菌体） 土壤细菌常见属有：

16、土壤细菌常见属有：节杆菌属、芽孢杆菌属、节杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、土壤杆菌假单胞菌属、土壤杆菌属、产碱杆菌属和黄杆属、产碱杆菌属和黄杆菌属。菌属。 固氮细菌固氮细菌自生固氮细菌自生固氮细菌共生固氮细菌共生固氮细菌 共生固氮细菌共生固氮细菌是指两种生物相互依存生活在一起是指两种生物相互依存生活在一起时，由固氮微生物进行固氮的作用。时，由固氮微生物进行固氮的作用。 自生固氮细菌自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成是指独自生活时能将分子态氮还原成氨，并营养自给的细菌类群。氨，并营养自给的细菌类群。 根瘤菌根瘤菌是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子态氮，是指与豆科植物共生，形

17、成根瘤，能固定大气中分子态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。向植物提供氮营养的一类杆状细菌。根瘤根瘤根瘤菌根瘤菌 土壤真菌：土壤真菌：是指生活在土壤中菌体是指生活在土壤中菌体,多呈分枝丝状菌丝体，多呈分枝丝状菌丝体，少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物。 生态习性：生态习性：适宜酸性；好气性微生物。适宜酸性；好气性微生物。 作用：作用：是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质是土壤中糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解分解的的 积极参与者。积极参与者。 主要的土壤真菌：主要的土壤真菌：分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属

18、、镰刀分布最广的是青霉属、曲霉属、木霉属、镰刀菌属、毛霉属和根霉属。菌属、毛霉属和根霉属。 在自然界分布很广，在自然界分布很广，绝大多数绝大多数为腐生为腐生，少数寄生少数寄生。产生。产生种类繁多种类繁多的抗生素的抗生素，据估计，已发现的，据估计，已发现的4000多种抗生素中，有多种抗生素中，有2/3是放线菌产是放线菌产生的，如链霉素、庆大霉素、利福生的，如链霉素、庆大霉素、利福霉素等。霉素等。 重要的属有：链霉菌属，小单重要的属有：链霉菌属，小单孢菌属和诺卡氏菌属等。孢菌属和诺卡氏菌属等。 土壤藻类土壤藻类是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素的低

19、等植物。色素的低等植物。 地衣地衣是真菌和藻类形成的不可分离的是真菌和藻类形成的不可分离的共生体共生体。地衣广泛。地衣广泛分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，地衣通常是裸露地衣通常是裸露岩石和土壤母质的最早定居者岩石和土壤母质的最早定居者。 地衣地衣一、壳状地衣一、壳状地衣 二、叶状地衣二、叶状地衣 三、枝状地衣三、枝状地衣风化作用风化作用：暴露于地表及其附近的岩石，在：暴露于地表及其附近的岩石，在大气、大气、温度、水和生物温度、水和生物的联合影响下，使的联合影响下，使原来岩石的物理原来岩石的物理性质或化学成分发生改变性质或化学成分发生改变的的地质作用地

20、质作用称为风化作用。称为风化作用。 （1）物理风化作用：）物理风化作用： 指岩石在风化过程中，指岩石在风化过程中，只改变物理状态，不改只改变物理状态，不改变化学成分变化学成分的破坏作用的破坏作用。 物理风化的产物物理风化的产物：产生岩石碎屑和矿物碎屑产生岩石碎屑和矿物碎屑。 物理风化的因素物理风化的因素：温度、压力、水、重力、风、温度、压力、水、重力、风、雷电雷电等。 （南京地校P78图42、图44） （2）化学风化作用：）化学风化作用： 在氧、水和溶于水中的各种酸在氧、水和溶于水中的各种酸的作用的作用下，母岩遭受下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变氧化、水解和溶滤等化学变化化，使其，使其分解

21、、产生新矿物分解、产生新矿物的过程。的过程。 氧化作用：氧化作用： 空气和水中的游离氧是地表最重要的氧化剂。氧化作用最易破坏的是硫化物、有机化合物和含有氧化亚铁、氧化亚锰、钒、钴的矿物。 例如：例如：由硫化矿物组成的矿床，经过氧化作用以后，常常形成以褐铁矿为主要成分的疏松多孔的堆积体，这种堆积体称为铁帽铁帽。4FeS2 14H2O 15O2 = 2(Fe2O33H2O) 8H2SO4黄铁矿 水 氧 褐铁矿 硫酸 石灰岩与二氧化碳的作用：石灰岩遇到石灰岩与二氧化碳的作用：石灰岩遇到含有含有COCO2 2的水时，就会形成可溶于水的的水时，就会形成可溶于水的Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2

22、, ,因而被风化。因而被风化。 CO2的的化学风化作用举例：化学风化作用举例：CaCO3 CO2 H2O = Ca(HCO3)2石灰岩（不溶于水） （溶于水）正长石与含二氧化碳的水作用后，能使正长石分解。正长石与含二氧化碳的水作用后，能使正长石分解。4KAlSi3O82CO24H2O=Al4Si4O10(OH)88SiO22K2CO3 正长石正长石 高岭土高岭土水的化学风化作用：水的化学风化作用： 水解作用：水解作用： 矿物与含有矿物与含有，能使矿物的，能使矿物的阳离子形成氢氧化物，阳离子形成氢氧化物，从矿物中解脱出来从矿物中解脱出来，因而破坏了矿物。，因而破坏了矿物。 例如：正长石与水作用，

23、可使正长石中的例如：正长石与水作用，可使正长石中的钾形成钾形成KOH溶于水中。溶于水中。 4KAlSi3O86H(OH)=Al4Si4O10(OH)88SiO24KOH 正长石 离解水 高岭土水化作用：水化作用： 有些矿物与水起反应，吸收水分子形成新的矿物。有些矿物与水起反应，吸收水分子形成新的矿物。 例如：硬石膏与水作用后形成石膏，例如：硬石膏与水作用后形成石膏，体积增大体积增大60%，对周围岩石产生很大压力，因而促进了物理的破，对周围岩石产生很大压力，因而促进了物理的破坏作用。坏作用。 CaSO4 2H2O = CaSO42H2O硬石膏 石膏石膏较硬石膏的溶解度要大得多，加速了石膏被水的溶

24、解石膏较硬石膏的溶解度要大得多，加速了石膏被水的溶解。 含硫酸水的作用：含硫酸水的作用： 硫化物氧化后，经常产生大量的硫酸，硫化物氧化后，经常产生大量的硫酸，含硫酸含硫酸的水对矿物岩石的化学风化作用的水对矿物岩石的化学风化作用能力很强，从能力很强，从而破坏岩石。而破坏岩石。例如：含硫酸的水与石灰岩作用，也能使石灰例如：含硫酸的水与石灰岩作用，也能使石灰岩产生溶蚀现象。岩产生溶蚀现象。 CaCO3 H2SO4 = CaSO4 CO2 H2O石灰岩 硬石膏含碱质水的作用：含碱质水的作用： 长石经过化学风化后，可产生长石经过化学风化后，可产生K K2 2COCO3 3、NaNa2 2COCO3 3及

25、及KOHKOH等，它们都易溶解于水，使水呈碱性。等，它们都易溶解于水，使水呈碱性。 （3）生物风化作用）生物风化作用： 生物物理风化作用：生物物理风化作用： 生物化学风化作用：生物化学风化作用： 菌类、藻类及其他微生物菌类、藻类及其他微生物通过它们的生命活动能放出通过它们的生命活动能放出COCO2 2、O O2 2、H H2 2S S等气体等气体，这些气体能，这些气体能对矿物岩石对矿物岩石进行强烈进行强烈的的化学风化化学风化作用。作用。生物本身分泌出的生物本身分泌出的有机酸有机酸能能腐蚀和溶解岩石腐蚀和溶解岩石，使岩石，使岩石遭到破坏（如地衣、植物的根等）。遭到破坏（如地衣、植物的根等）。 石

26、砾：石砾： 1mm砂粒：砂粒：1-0.05mm粉粒：粉粒：0.05-0.002mm粘粒：粘粒： 0.002mm物理性砂粒：物理性砂粒： 粒径0.01 mm的土粒。物理性粘粒：物理性粘粒： 粒径0.01 mm的土粒。物理性粘粒：物理性粘粒： 粒径0.01 mm的土粒。土粒土粒 粒级粒级土壤粒级划分标准土壤粒级划分标准 (1)矿物组成矿物组成: 砂粒以原生矿物砂粒以原生矿物为主，最多的是石英；为主，最多的是石英； 粉粒除原生矿物粉粒除原生矿物外外,还有一些风化后形成的次生矿物；还有一些风化后形成的次生矿物； 粘粒则以次生矿物粘粒则以次生矿物为主。为主。SiO2含量由多到少含量由多到少 Fe2O3与

27、与Al2O3含量由少到多含量由少到多 CaO、MgO、P2O5、K2O含量增加。含量增加。保水能力增加，通透性降低。保水能力增加，通透性降低。土壤湿胀性和可塑性增加，对耕作带土壤湿胀性和可塑性增加，对耕作带来不利影响。来不利影响。黏性土壤性土沙性土小小孔孔隙隙大大孔孔隙隙土壤渗透等级土壤渗透等级1）概念：）概念：分散相物质的粒径在分散相物质的粒径在1100毫微米之间物质；是一种液毫微米之间物质；是一种液-固体系。固体系。土壤中高度分散的部分，土壤中最活跃的物质土壤中高度分散的部分，土壤中最活跃的物质. （3）土壤胶体离子交换）土壤胶体离子交换 根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不均一的分布状态

28、，固体颗粒表面的离子浓度与溶液内部不同的现象称为吸附作用。 凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部浓度的作用称为正吸附，反之则称为负吸附.吸附作用吸附作用土壤的离子吸收土壤的离子吸收 影响土壤阳离子交换量的因素影响土壤阳离子交换量的因素离子交换作用的度量离子交换作用的度量反映供肥能力，反映供肥能力，BSBS越大，供肥能力越强盐基饱和的土壤越大，供肥能力越强盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应；具有中性或碱性反应；盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤； 四大肥力因子：水、肥、气，热（2）分类）分类 气候是土壤形成的能量源泉。气候是土壤形成的能量源泉。气候因素气候因素 民以食为天，食以土本！ 土壤土壤植物性生产动物性生产2、养分转化和循环作用、养分转化和循环作用3、雨水涵养作用、雨水涵养作用4、生物的支撑作用、生物的支撑作用5、稳定和缓冲环境变化的作用、稳定和缓冲环境变化的作用1、营养库的作用营养库的作用黑钙土黑钙土棕钙土棕钙土（2 2）土壤是陆地生态系统的重要组成部分