2第二章生态环境的形成与演变 环境生态学基础电子教案

1、第二章生态环境的形成和演化，地球和生命1.1地球的形成和生命起源，根据地质学家的研究和同位素测量，科学家认为地球形成了大约45亿年。地球形成的远视情况与我们现在的情况大不相同。1.1.1远视地球表面的环境远视地球表面的环境是无生物世界，即无生计。其表面特征是大气层以CO2，CH4，NH3，H2O为主，不包含O2。地球表面的矿物特征：将Fe，Mn迁移到Fe(HCO3)2，Mn(HCO3)2。由于没有氧化作用，FeS广泛分布在地球表面。地球表面的元素特征：K、Na、Ca、MgCl、S、P、V、碱性反应。无生命。1.1.2目前地球表面的环境大氧气圈以O为主。矿物特征：由于氧化作用，Fe2O3、Mn2

2、O3的红色沉积物和氧化状态的硫酸盐光布。元素特性：K、Na、Ca、MgCl、S、P、V、中间或酸性反应。有生命。1.1.3关于生命起源的假设释生说：对生物来说，绝对有机发生元素只有物种，即H，C，O，N，P，S，K，Mg。牙齿元素是形成远视生命的基础，30亿年前在地球表面形成了细菌和鸟类(银生计)。活的有机体利用光合作用合成有机物，从大气层复原的环境转变为氧化的环境。6CO2 6H2O 674C6H12O6 O2，氧化圈的形成，表生地球化学环境作用发展到了新的阶段。许多原本被禁止的元素在氧化作用下大量释放和迁移，使地球上的活有机体蓬勃发展，不断改变地球化学环境，促进元素的生物循环。同时，地球化

3、学环境促进了生物的发展和进化，人类的出现。牙齿过程经历了约30亿年。示意图：氧化圈活有机体元素的生物循环使人类进化。海生说，海生声称生命起源于海洋，大气中的H2O，H2S，NH3，CH4等气体分子通过太阳热和核聚变的轰击产生了简单的有机物。有机物与无机物反应，产生单个生物化学分子，即氨基酸和糖。牙齿个别生化分子在海洋环境中最好的环境是海滩，生物高聚物，即蛋白质、多糖核酸、生物高聚物再形成远视细胞，演化成成人类。牙齿过程需要35亿年。牙齿假说的理论是，单个生化分子发展成高聚物的一系列反应必须在海洋和海滩上进行。这些反应需要较高化学浓度的海水，也需要干燥、急躁、没有水的条件。很多科学家从事有关生命

4、起源的研究，与海洋中的各种生命起源、进化和环境有关，他们认为海洋中各种动物的血液中的主要化学成分类似海水的化学成分。其示意图：有机物-单一生物化学分子-生物高聚物-原始细胞(氨基酸，糖) (蛋白质，多糖核酸)-人类，石生说，海生说，地球表面环境和活有机体是统一的整体，相互依存。这种进化也正是本科系研究的内容。生态环境的构成生态环境由大气层、水权、岩石圈、土壤圈、生物圈构成。2.1大气层分布在地壳岩石圈表面和外部空气层，称为大气层。大气层的厚度约为1000公里，我们赖以生存的空气主要是地面10-20公里范围内的空气部分。大气由N，O2，Ar，CO2的主要成分各种气体组成。一定成分：n，78.09

5、%；O2占20.96%。Ar(氩)为0.93%。三种牙齿占总气体的99.97%。可变性分：CO2和H2O，CO2占总气体的0.02-0.04%，H2O4%。未确定的组：与自然因素和人为因素有关。火山爆发、山火、海啸等可能在大气中包含一定数量的S、H2S、NO。人为的生活，尤其是煤烟，空气中含有NO，SO2，微细的固体灰尘，固体灰尘中含有一定程度的重金属。大气中的氧气约占大气的全部体积，植物的光合作用能产生氧气。氧气不断生产和消耗，生物呼吸需要大量氧气，气体分解时消耗氧气，在地表条件下元素从低到高的变化时需要氧气。氧的循环对元素的迁移有重大影响。大气中的二氧化碳很少，但意义很大。岩石的风化，植物

6、的光合作用，碳酸盐的生成，气候的调节都需要CO2的参与。O2，CO2，不定组与生态环境密切相关。2.2岩石圈地球在桌子和内部大致可分为地壳、地幔和地核三个部分。对于地球内部的壳层分裂原因，很多科学家认为化学成分不同。地壳又可分为大陆地壳和大洋地壳。莫霍克，大陆地壳约为0-33公里，上地壳约为0-20公里，下肢角约为20-33公里。大陆地壳以硅铝层和硅镁层为主。那个硅铝层相当于花岗岩的成分。硅镁层根据实验研究，其组成矿物主要是角闪石、绿帘石、以及少量石英、蛇纹石、金属矿物等。大洋地壳的厚度约为5-10公里，平均厚度为8公里。从海洋壳上部到莫霍克面分为三层。一层是沉积物，由沉积泥、碎屑、页岩、石灰

7、岩构成，最大厚度为2-4公里。第二层被确认为海洋钻探，玄武岩质熔岩1-2.5公里。第三层是海洋外壳的主要岩石，由辉长岩组成，厚度约为2.4-7.5公里。从模糊面到400公里深，被称为上地幔，主要是将矿物质稳定为橄榄岩类。深度在400-2898公里，是转移台和下地幔。2.3水圈由海水和陆地水组成。包括海洋、河流、湖泊、冰川、土壤水和地下水。水资源的数量、水质的好坏直接影响生态环境的质量。自然数是地球的血，人类的生命。水：水权以海洋水为主体，淡水水资源仅为3.8%，其中地表水体积为24.15104km3，占0.01776%。水质：水有很多特性，所以与生态有很密切的关系。水是溶剂、营养液、毒药、化学

8、领域和载体。表2-1地球表面水体分布，林芝、希卡克、罗木草、布达拉宫、西藏、水是可以溶解广泛元素、矿物、有机物、肥料、农药、产业污染物的良好溶剂。牙齿水中含有Mn、Se、Zn等促进生物和人类生长的多种微量元素。水含有某种毒性很强的有机化合物或某些过量的元素，对人体有毒性作用。有机、无机分解、化学、合成场所的许多化学和生化反应都可以在水中进行。能携带多种矿物、有机物、微生物的水载体。牙齿物质通过水进入人体。在92种天然元素中发现了70多种元素，在人体中发现了60多种，它们都是移动元素或可移动元素，其中约有35种元素存在于生物体中。特别是人体中的不足和过剩都会引起疾病。这些元素为Li、Be、b、n

9、、f、Na、Mg、Si、p、s、k、Ca、Ti、v、Cr、Mn、Fe、Co、Ni土壤圈是岩石圈经过生物圈、大气层、水权的长期综合而形成的与生态、生物直接相关的环境，土壤是陆地生态系统的组成部分或子系统。也称为土壤生态系统。土壤生态系统是徐璐连接和约束的各种要素有机结合的网络模型，具有多种复杂多样的组成、特定的结构、功能和进化规律。在土壤生态系统中，物质流和能量流不断从外部环境输入土壤，通过体内的迁移引起土壤成分、结构、性质和功能的变化，促进土壤的发展和演化。相反，从土壤到环境的物质和能量流的出口必然导致环境构成、结构和性质的变化，从而促进环境的持续发展。土壤生态系统也具有保持生态平衡比较稳定的

10、调节能力。土壤是陆地生态系统中各环境要素密切接触的地带，是连接各环境要素的枢纽，也是武器系统和生物界相结合的中心环节，有人认为，它是环境要素中物质和能量转移转化的复杂活跃场所。土壤生态系统包括自然生态系统和人工生态系统。2.5生物圈是整个地球中厚度非常薄、特别的圆圈，由生物物质环绕地球的生活物质构成的连续层，称为“生物圈”。生物生命活动所需的外部环境条件有比较严格的限制，特别是高级生物，选择适合生存的外部条件尤为严格。生物选择的牙齿狭小空间主要位于地球固相、液相、气相交叉介面附近，围绕牙齿界面的高度，地球上99%的生物物质存在的地方包括生物圈的范围，即整个水权、弃权的下层、岩石圈的上层。生物圈

11、具有稳定有效的太阳辐射能量，满足生物生命过程所需的能量有三种茄子状态：存在于生物圈或交替存在的固体、液体、气体，具有完全大的三相物质接口，如农作物的生长。其根延伸到固体土壤，茎和叶充分延伸到大气，液态的水通过植物体连接物质和能量的转换和流通。生态环境的能源转换和生态平衡3.1生态系统3.1.1系统和生态系统将非常复杂的研究对象称为系统。也就是说，相互作用和相互依赖的多个组成部分结合在一起，是具有特定功能的有机体，牙齿系统是从属的更大系统的组成部分。生态系统：有机体(个体及群体)的集合体在空间中有规律地排列运行，在运行过程中要利用能量和原材料。像动植物一样的机器一样的群落和控制它的环境一起被称为

12、生态系统。生态学的基本单位是生态系统。3.1.2生态系统的组成生态系统由两部分组成：环境和生物群落。自然环境提供能源、远视物质和生存空间，包括能源、水、空气、地形、地质和土壤。生物群落为了成长和生活，必须利用自然环境。环境包括自然环境和人工环境。自然环境：光：辐射有助于生物的生长，不足则缺乏叶绿素合成。温度：东北，单季作物，华北二季作物，长江以南双季稻冬季作物。空气：CO2，O2土地：土壤保持水分，透气性有助于去除CO2，保持温度和养分。地形：全国山地有30，平原10，盆地16，丘陵10，高原34。水：地表水、地下水和质量人工环境：植被水利工程、渠道、灌溉、人工湖、农田、生态系统是相互作用的生

13、物及其环境的复合体，是由生物群和武器环境构成的自然界基本功能单位。生态系统处于不断的运动、变化和发展中，运动的本质是在系统中进行的物质循环和能量流通。由于这种循环和流通，系统不断更新，维持适合生命的环境。我们必须研究这种再生和再生周期的物质和能量，采取有效的环境保护措施，实现新的生态平衡。3.1.3生态系统的时空变化1，周期变化日周期，月周期，演奏机，多年周期。植物随着其周期性而变化。2.空间变化水平变化：太阳辐射水平的空间分布值由南向北降低，降水量减少。土壤从北到南：棕壤、棕壤、黄褐色土、黄色土到红色土。植物由玉米、大豆、早熟水稻、第二季水稻、棉花和花生组成。垂直变化：喜马拉雅山：5000米

14、寒带2250-5000米温带1000-2000米亚热带1000米热带秦岭：3600米寒带2800-3600米温带1500-2800米温带1500米以下温带3.2能量，物质在生态系统中，当能量从一个有机体转移到另一个有机体时，其中的大部分化学能转化为热能，只有一小部分重新构成新原生质的化学能。也就是说，能量流有定量的联系，有人称之为“十分之一”定律。自然界中，进入某个群体的能量只有一小部分能转移到以此为食的群体，其移动量约为十分之一。生产者绿色植物将自己固定能量的十分之一直接转移到消费者、一级消费者或素食者身上。一级消费者将自身十分之一的能量直接转移给消费者，即二级消费者(肉食者)，形成能量传递

15、的金字塔。在向营养级输送能量的过程中，越来越少，营养级越来越多，食物链越来越长，能量在各级传递中减少也越来越多。一般来说，发展良好的植物群落可以支持3-4个营养级动物群体。3.2.2物质循环在生态系统的不同组成部分之间不断进行物质循环，物质循环在生态系统中又起着重要作用。物质是储存化学形态潜在能量的场所，同时物质也是支持生化活动的天然结构。生态系统的物质循环主要包括养分循环、气体循环、水分循环。(1)养分循环生态系统所需的各种营养素主要来自土壤，然后通过植物根的吸收或土壤微生物的固定进入生态系统的生物学部分。养分循环包括氮循环、碳循环、磷循环、硫循环、钙循环等。氮是大气中最丰富的气体，大气中的

16、游离氮可以通过固氮菌、光合细菌、异养微生物等转化为硝酸盐，进入土壤。牙齿含氮分子与植物中复杂的含碳分子相结合，形成由氨基酸组成的各种氨基酸，用氨基酸形成植物蛋白质，动物吃食物，将植物蛋白质转化为动物蛋白质。在动物的新陈代谢中，一些蛋白质分解成含氮废物，排放到土壤中。动物死后，体内的蛋白质分解成氮、CO2、水，其中氮排放到土壤中，土壤中的氮通过硝化形成硝酸盐，成为植物养分-生态系统的氮循环。植物通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，制造糖类，释放氧气，供动物使用。同时，植物和动物通过呼吸作用吸入氧气，释放二氧化碳，再次回到空气中。动植物死亡后的尸体被微生物分解破坏，氧化成CO2、水和其他无机盐。磷的主要来源是磷灰石的矿物和沉积物，以及鸟类和化石动物。在一个生态系统中，磷的大部分来自分解已死的有机物，磷矿床开采使环境中的磷丰富。磷和粘土颗粒具有丰富土壤磷的强大亲和性，但很少吸收根，导致植物磷缺乏。在表生环境中，大部分人被海水冲走了，通过浅海的鱼和鸟类再次回到陆地参与了生物地球化学循环。牙齿周期需要数百万年。，()生态系统中的气体循环主要是氮和碳的循环，在氮的循环中，其中一些是矿物营养元素的循环。碳的循环是在