1、第五章第五章第五章 纲要第一节第一节 生态系统物流的一般特点生态系统物流的一般特点一、生命与元素一、生命与元素3、生命活动含、生命活动含20多种必要元素：多种必要元素：二、物质循环的基本原理二、物质循环的基本原理 1.物质不变定律物质不变定律 化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量，即在一般的化学变化过程中，觉察不到物质在量上的增加或减少。物质存在的两种基本形式：物质存在的两种基本形式：2.质能转化与守恒定律质能转化与守恒定律 相对论相对论认为，世界上不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质量的物质能量。能量和质量作为一个统一体，其总量在任其总量在任何过程中都是保持不变的守恒量何过程中
2、都是保持不变的守恒量。E=mc2 （质能方程）E=mc2（质能亏损方程）三、物质循环的库与流三、物质循环的库与流1.源源 源(source)：产生和释放物质的库。汇(sink)：吸收和固定物质的库。举例：温室气体CO2的一个重要的源：化石燃料燃烧；CO2的一个重要的汇：海洋2库（库（pool）生态系统中能量和物质在运动过程中生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所，称为被暂时固定、贮存的场所，称为库库。农业生态系统中主要有农业生态系统中主要有植物库植物库（农作（农作物、蔬菜、果树、林木、牧草等），物、蔬菜、果树、林木、牧草等），动物库动物库（畜、禽，虫等）（畜、禽，虫等）土壤库、
3、大土壤库、大气库和水体库。气库和水体库。库存库存（S S）-库在某一时刻所贮存的库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。某一化学元素的数量。物质循环的库可分为两大类：物质循环的库可分为两大类：3流流(flow)能量和物质通过食物链形成的转移运能量和物质通过食物链形成的转移运动状态，称为动状态，称为流流。生态系统中主要流有生态系统中主要流有物质流、能量流物质流、能量流和信息流和信息流。农业生态系统要获得高的生产力，就农业生态系统要获得高的生产力，就要使系统内的能量和物质的要使系统内的能量和物质的流量大，流量大，流速快且畅通无阻。流速快且畅通无阻。4库与流的作用及相互关系库与流的作用及相互关系5.
4、周转期与周转率周转期与周转率 周转率与周转期衡量物质流动效率的指标周转率与周转期衡量物质流动效率的指标 输入（输入（FI）1流通率（流通率（flow rate）：单位时间：单位时间 内出入库的物质流量内出入库的物质流量 输出（输出（FO）2周转率：周转率：系统达到稳定状态后，流通率（系统达到稳定状态后，流通率（FI或或FO）与库存（与库存（S）的比例。）的比例。RFS 3.周转期：周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。换一次平均需要的时间。TSF 4.循环效率：循环效率：循环物质占总输入物质的比例循环物质占总输入物质的比例 E
5、CFCFI四、物质循环的基本类型四、物质循环的基本类型（一）生物地球化学循环生物地球化学循环（Biogeochemical cycles）1、概念：、概念：各种各种化学元素化学元素，包括生命有机体所必，包括生命有机体所必需的营养物质，在不同层次、不同大需的营养物质，在不同层次、不同大小的小的生态系统生态系统内，乃至生物圈里，沿内，乃至生物圈里，沿着特定的途径从着特定的途径从环境到生物体，从生环境到生物体，从生物体再到环境物体再到环境，不断地进行着流动和，不断地进行着流动和循环，构成了生物地球化学循环。循环，构成了生物地球化学循环。2 2、生物地球化学循环分类、生物地球化学循环分类 根据循环的范
6、围和周期，可分为根据循环的范围和周期，可分为:地质大循环和生物小循环。地质大循环和生物小循环。（1 1）地质大循环）地质大循环：物质和元素经生物：物质和元素经生物体的吸收作用，从体的吸收作用，从环境环境进入有机体内，进入有机体内，然后生物有机体以死体、残体、排泄然后生物有机体以死体、残体、排泄物等形式将物质或元素物等形式将物质或元素返回环境返回环境，进，进入五大自然圈的循环。入五大自然圈的循环。回忆五大自然圈回忆五大自然圈地质大循环的特点地质大循环的特点 特点特点：时间：时间长长、范围、范围广广，影响面广，具有，影响面广，具有全全球球性质，是性质，是闭合性闭合性循环。循环。大气中的大气中的CO
7、2通过生物圈的光合和呼吸作通过生物圈的光合和呼吸作用约用约400年循环一次。年循环一次。O2通过生物代谢，通过生物代谢，2000年循环一次。年循环一次。水圈（包括占地球表面水圈（包括占地球表面71%71%的海洋）中的的海洋）中的水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每当水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每当200200万年才循环一次。万年才循环一次。至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环一次则需要更长时间，甚至要经过几亿年。一次则需要更长时间，甚至要经过几亿年。（2 2）生物小循环：）生物小循环：是指环境中元素经是指环境中元素经生物体吸收生物体吸收，在生态，在生态
8、系统中被相继利用，然后经过分解者的系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，回到环境后，再为作用，回到环境后，再为生产者吸收生产者吸收、利用的循环过程。利用的循环过程。特点：特点：在一个系统内进行，范围在一个系统内进行，范围小小、时、时间间短短、速度、速度快快，是，是开放式开放式的循环。的循环。2 2根据循环主要是与大气圈，还是与岩根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根据物质在五石土壤或水圈联系划分（根据物质在五大自然库的库存量的主次、大小和固定大自然库的库存量的主次、大小和固定的时间长短）的时间长短）（二）物质循环的几种基本类型（二）物质循环的几种基本类型 根据物质的主要贮藏
9、库主要贮藏库不同，可分为：（三）农业生态系统物质循环的特点（三）农业生态系统物质循环的特点 第一节要点第一节要点第二节第二节水水 循循 环环第二节第二节 纲要纲要一、水循环具有重要意义一、水循环具有重要意义地球上总水量分布地球上总水量分布数数 量量%地表水地表水淡淡 水水 湖湖949410103 30.0090.009盐湖内海盐湖内海75 75 10103 30.0080.008流流 水水0.9 0.9 10103 30.00010.0001地下水地下水土土 壤壤 水水50 50 10103 30.0050.005800800米地下水米地下水3000 3000 10103 30.310.31更
10、深地下水更深地下水3000 3000 10103 30.310.31冰冰 川川29 29 10106 62.152.15大大 气气9 9（1313）10103 30.0010.001海海 洋洋980980（13501350）10106 69797合合 计计1515亿亿KmKm3 3（1）地球上咸水多、淡水少。）地球上咸水多、淡水少。全球水量15亿km3，海洋占97%，淡水占3%。（2）淡水中，固态水多，液态水少，）淡水中，固态水多，液态水少，能直接利用的少。能直接利用的少。淡水中，3/4为固态水为固态水，主要分布在两极的冰川。1/4为液态水为液态水，其中多为地下水。二、生物圈中的水循环二、生物
11、圈中的水循环降水降水99103降降 水水324 103蒸发蒸发62 103蒸蒸 发发361103径流径流37 10337 103大大 气气0.013106陆地陆地生物中生物中水水0.6 103海 洋1350106（一）地球上的水分循环（一）地球上的水分循环w单位单位:km3（二）水循环特点（二）水循环特点三、水资源现状三、水资源现状（一）世界的水资源危机世界的水资源危机 1.1.全球水资源分布不均；全球水资源分布不均；1/3人口缺水人口缺水,发展中国家居多发展中国家居多,例如非洲中东例如非洲中东和中亚大部分地区和中亚大部分地区 2.2.随着人口增长随着人口增长,缺水趋势更为明显；缺水趋势更为明
12、显；3.3.国家之间因为争夺水资源而发生纠纷国家之间因为争夺水资源而发生纠纷.19世纪争土地世纪争土地,20世纪争石油世纪争石油,21世纪争水世纪争水以色列和叙利亚以色列和叙利亚美国干旱西部土壤龟裂美国干旱西部土壤龟裂严重干旱小船无法下水严重干旱小船无法下水（二）中国水资源状况（二）中国水资源状况 中国水资源总量居世界中国水资源总量居世界第第6位。位。人均人均2600m3，相当于世界人均的相当于世界人均的1/4，列世，列世界第界第88位，已被列为世界贫水国之一。位，已被列为世界贫水国之一。人均水资源量人均水资源量 m3大于大于1000050001000010005000降水量,大气干燥影响降水
13、.空中云水资源相对比较丰富，相当于近千个大型水库的容量，空中云水资源转化率低，是新疆降水少的重要原因。？向天空要水破解新疆缺水难题向天空要水破解新疆缺水难题.(二二)农业技术措施农业技术措施扬州大学在节水农业技术方面取得成果扬州大学在节水农业技术方面取得成果 我校朱庆森老师，杨建昌老师：水稻节水高效栽培技技术获得部省级的多项奖励。他们的研究成果率先将土壤水势土壤水势应用于水稻灌溉技术，提出了分生育阶段控制分生育阶段控制低限水势低限水势的节水灌溉方法。节水15-30%，单产增加4.14-5.01%.(三三)管理节水管理节水 1.政策法规管理制度是节水的重要保证。政策法规管理制度是节水的重要保证。
14、中国人民共和国水法 新疆相继出台了全疆农业节水灌溉项目管理办法、供水到户等节水管理制度。法国“节水警察”，节水观念也深入人心。2.价格杠杆调动节约用水。价格杠杆调动节约用水。如北京拟向农业征收水资源费,促进农业节水.实现水的良性循环第二节第二节 小小 结结问题：污水灌溉农业应用前景？问题：污水灌溉农业应用前景？第三节第三节 碳循环碳循环一一.碳的循环路径碳的循环路径碳循环碳循环 碳循环的生物学意义碳循环的生物学意义二二.农业生态系统的碳素循环农业生态系统的碳素循环植物植物土壤土壤有机物有机物残体残体 微生物微生物动物动物燃燃烧烧光合光合作用作用其他输入其他输入饲料、燃饲料、燃料、肥料料、肥料呼
15、吸、呼吸、产品移产品移出系统出系统农业生态系统碳循环模式农业生态系统碳循环模式三、人类对碳循环的干扰及生态学效应三、人类对碳循环的干扰及生态学效应（一）化石能源消费与碳循环（一）化石能源消费与碳循环 20世纪人类的能源消耗量增加了16倍，同期CO2排放量超过了10倍。在大部分高碳排放的亚洲国家里，CO2增加与能源消费几乎一致。启示：启示：减少化石能源的消费，增加核能增加核能及可更新能源的使用。（二）经济发展与碳循环（二）经济发展与碳循环 全球CO2排放量的增加大部分源于经济发达地区。1990年，CO2排放份额：38个经济发达的工业化国家为67%；161个发达中国家仅占33%。工业化阶段：能源消
16、费正比GDP增长；工业化后期向信息化转换：能源消费小于GDP增长。P139（三）农业生产活动与碳循环（三）农业生产活动与碳循环 过去200年里，农业土地利用的变化，已相当于同期化石燃料燃烧排放的CO2量。19世纪以来，大气中CH4浓度增加了一倍多，约70%是人类活动结果，如水稻种植、生物燃烧、牲畜数量的快速增长。农业生产既是碳源，又是碳汇，它对碳循环的影响具有双刃剑双刃剑作用。3.1 土地利用变化与碳循环土地利用变化与碳循环 大气中碳增加的第二大来源，仅次于化石燃料的燃烧。由于土地利用变化每年向大气中排放1.6 Pg碳，约占总排放量20%。通过减少自然生态系统向人工生态系统的转换，退耕还林还草
17、，减少碳排放。我国70年代末以来，森林CO2量占工业排放量的5%。3.2 农业土地整治与碳循环农业土地整治与碳循环 土壤有机碳在碳循环中占有重要地位，通过：水土流失、盐碱地等退化土地恢复、秸秆还田、改良土壤等措施，提高有机碳含量。土壤储存碳能力有限，通过整治增加碳储存最多只能持续50-100年。3.3 农业生产力水平、结构变化与碳循环农业生产力水平、结构变化与碳循环四、温室效应及其对农业的影响四、温室效应及其对农业的影响（一）温室效应（一）温室效应 地球的地面平均温度：如无大气，为-18度；有了大气，为15度。差33度，大气象被子一样造成温室效应。全球温度上升趋势，2010年全球平均温度 升幅
18、度1.8-4度，海平面升高18-59cm。高纬度、冬季、陆地增温明显。COCO2 2,CH,CH4 4,N N2 2O,HO,H2 2O O地表吸收地表吸收地表吸收地表吸收温室温室太阳短波辐射太阳短波辐射地球和大气长波辐射地球和大气长波辐射大气层大气层太阳短波辐射太阳短波辐射地球和大气长波辐射地球和大气长波辐射增温效应增温效应增温效应增温效应气温升高的原因气温升高的原因温室效应温室效应大中的某些气体能使大中的某些气体能使太阳的短波辐射太阳的短波辐射几乎无衰减地通过，几乎无衰减地通过，但却可以但却可以吸收地球的长波辐射吸收地球的长波辐射，使地表的温度升高，使地表的温度升高，就象温室就象温室 中的
19、玻璃一样，称为中的玻璃一样，称为温室效应温室效应。受控的受控的6种种人为温室气体：人为温室气体：CO2（二氧化碳）（二氧化碳）CH4（甲烷）（甲烷）O3（臭氧）（臭氧）N2O（氧化亚氮）（氧化亚氮）氯氟碳（氯氟碳（CFCs）水蒸汽水蒸汽全球年气温变化全球年气温变化江苏年气温变化江苏年气温变化大气大气COCO2 2浓度增加显著浓度增加显著大气CO2浓度已经从工业革命前的280 ppm升高到了目前的377 ppm,若按现在的趋势增加,到2050年,大气中的CO2浓度将倍增。（二）温室效应对农业的影响（二）温室效应对农业的影响 1.1.对农作物光合作用的影响对农作物光合作用的影响 不同光合代谢途径不
20、同 C3作物与CO2浓度升高呈正反应，增产；C4作物反应较弱，半干旱热带C4作物因CO2倍增减产；国际市场C4占75%，玉米交易量最大，引起某些地区饥荒加剧。2.对农作物品质的影响对农作物品质的影响 CO2增加后，C吸收增加，C/N比升高，蛋白质含量下降。3.3.对农作物水分有效性的影响对农作物水分有效性的影响 植物易获CO2后，气孔开放变小、时间缩短，蒸腾作用减弱，水分利用效率提高；由于温室效应，气温升高，蒸发加快；蒸腾减少与蒸发加快在不同区域平衡。4.4.对土壤肥力的影响对土壤肥力的影响 温度升高，加快有机质消耗和矿化；使土壤微生物对有机质分解加快；高二氧化碳浓度，土壤中碳储存量增加，豆科
21、作物固氮能力加强。土壤碳是否平衡取决于区域分解加速和存储增加之间量的关系。5.5.对农业病虫草害的影响对农业病虫草害的影响 害虫发育的起始时间有可能提前提前，繁殖代代数增加数增加，农田多次受害的概率增大；褐飞虱、稻纵卷叶螟安全越冬北移北移；黏虫、稻飞虱等春季向北迁飞提前向北迁飞提前，秋季向南回迁推迟向南回迁推迟。C4杂草超常生长。6.对农业气象灾害的影响对农业气象灾害的影响 极端气候条件产生，如干旱、炎热、冷害等。高温胁迫的热害限制作物生产，影响产量。由于气温升高，大气层中气流交换增强，风蚀引起水土流失加剧。气温升高导致土壤耗水量加大，干旱和半干旱地区旱灾频发。7.对农业耕作制度的影响对农业耕
22、作制度的影响 0积温增加，将多熟种植的界线北移北移。在温带，温度每升高1 使气候带移动200300 km。在我国，如CO2浓度倍增后：一年一熟制：一年一熟制：约向北推移200300 km，由63%降至34%。一年二熟（三熟）：一年二熟（三熟）：向北推移500 km.由24.2%变为24.9%，三熟由13.5%提至35.9%。8.对畜牧业的影响对畜牧业的影响 气温升高会影响牲畜的体表温度。影响饲料生产而抑制了畜牧业的发展。牧草产量和品质降低，病虫害发生频繁。9.冰川融化和海平面升高对农业的影响冰川融化和海平面升高对农业的影响小结：温室效应对农业的影响小结：温室效应对农业的影响小结：温室效应对农业
23、的影响小结：温室效应对农业的影响FACEFACE装置装置Free-air CO2 enrichment人类活动对大气中甲烷浓度的影响人类活动对大气中甲烷浓度的影响 甲烷俗称沼气，其浓度在温室气体中占第二位。其增长与世界人口的增长有非常大的相关。甲烷的主要源地主要源地是沼泽、稻田及牲畜反刍。稻季甲烷排放趋势稻季甲烷排放趋势*各处理稻季CH4排放通量均呈先升高后降低的变化趋势。*CH4平均排放通量的大小顺序表现为T7T5）T6T8T4T3T2T1不同处理稻季甲烷累积排放量不同处理稻季甲烷累积排放量秸秆还田对稻季CH4累积排放量有极显著影响，土壤耕作、秸秆还田土壤耕作的互作效应对稻季CH4累积排放量
24、的影响未达显著水平。对氧化亚氮累积排放量的影响对氧化亚氮累积排放量的影响*秸秆还田土壤耕作的互作效应对稻季N2O累积排放量的影响未达显著水平稻田稻田CH4减排的其他措施还包括：减排的其他措施还包括：夏收季节焚烧秸秆对江苏大多数城夏收季节焚烧秸秆对江苏大多数城市空气质量造成了严重污染。市空气质量造成了严重污染。20062006年年5-65-6月江苏粮食产地城市空气污染指数趋势月江苏粮食产地城市空气污染指数趋势表明在夏收季节表明在夏收季节,各年度城市空气各年度城市空气质量严重下降质量严重下降盐城市盐城市2006年年5-6月空气污染浓度趋势月空气污染浓度趋势推行农田固碳减排技术措施推行农田固碳减排技
25、术措施（农田林网）（农田林网）农业土壤固碳可缓解气候变化；IPCC 第4次气候变化评估报告认为，世界农业土壤具有巨大的缓解气候变化的潜力，特别是在亚洲地区。因此，农业土壤固碳与温室气体减排已经被国际社会接受为扭转日益增加的大气CO2 浓度的可选途径。低碳经济低碳经济 Low-carbon economy 所谓低碳经济低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭减少煤炭石油等高碳能源消耗石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放减少温室气体排放，达到经济社会发展经济社会发展与生态环境保护生态环境保护双赢的一种经济发展形态。2010年8月
26、，发改委确定在5省8市开展低碳产业建设试点工作。低碳经济特征低碳经济特征第三节 碳流动小结第四节第四节 氮流动与氮效率氮流动与氮效率 氮是构成生物蛋白质和核酸的主要元素。氮是主要贮存库是大气，占78%，却不可直接被利用，必须先经过固氮作用固氮作用，才能进入生态系统，参与循环。一、氮循环的基本过程一、氮循环的基本过程 1.1.固氮途径：固氮途径：（1）生物固氮）生物固氮（最重要）：100-200 kg/hm2.a 固氮生物：固氮菌、根瘤菌、蓝绿藻等。农业上利用根瘤菌较多，占全部生物固N的40%左右。因此农田中用豆科作物轮作来维持土壤持续肥力。（2）工业固氮）工业固氮（化肥）（3）大气固氮）大气固
27、氮（闪电、宇宙射线、火山爆发）形成氨或硝酸盐，随雨到达地面，为8.9 kg/(hm2.a)农业与非农业环境的生物固氮量估计农业与非农业环境的生物固氮量估计 (Burns,1974)环环 境境类类 型型农业环境农业环境非农业环境非农业环境陆陆地地海海洋洋全全球球合合计计豆豆科科作作物物稻稻其其他他草草原原山山地地林林地地未未利利用用土土地地冰冰盖盖面积（面积（10106 6公顷）公顷）25013510153000410049001500149003610051000单位面积固氮量单位面积固氮量（/公顷）公顷）1403051510201总固氮总固氮（10106 6 T/T/年）年）35454.54
28、19.80139.836175.8氮循环的基本过程氮循环的基本过程 2.氨化作用由氨化细菌和真菌的作用将有机氮（氨基酸和核酸）分解成为氨与氨化合物。3.硝化作用氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。4.反硝化作用反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。大气氮素大气氮素硝酸盐硝酸盐大大气气固固氮氮 亚硝酸盐亚硝酸盐生生物物固固氮氮动植物蛋白质动植物蛋白质动植物废物动植物废物死有机体死有机体反硝化作用反硝化作用氧氧化化亚亚氮氮硝硝酸酸盐盐还还原原氮的地质大循环氮的地质大循环氨氨工工业业固固氮氮生物圈中的生物圈中的N循环循环 单位单位106公吨公吨 (Delwiche,1
29、970）大气大气 陆地有机体陆地有机体 772 活有机体活有机体 12死有机体死有机体 760非有机体非有机体 140 地壳地壳 14000000 海洋水（溶解）海洋水（溶解）20000海洋有机体海洋有机体 901活有机体活有机体 1死有机体死有机体 900非有机体非有机体 100沉积物沉积物 4000000 陆陆 地地海海 洋洋总有机体总有机体=1673 =1673 总非有机体总非有机体=21820240=21820240植物植物残体残体动物动物生物固定生物固定燃烧燃烧工业固定工业固定施施 肥肥产品产品微生物微生物土土 壤壤淋溶、流失淋溶、流失水蚀、风蚀水蚀、风蚀反硝化反硝化饲料添加剂饲料添
30、加剂二、农业生态系统二、农业生态系统N循环模式循环模式大气固定大气固定生物固定生物固定农业生态系统中农业生态系统中N循环及调控循环及调控02000400060008000100001200014000世界1380412160129581351213725中国25903594387339814084%18.829.629.929.529.819901995199619971998中国和世界化肥施用量中国和世界化肥施用量中国化肥施用量(万吨)中国化肥施用量(万吨)0 010001000200020003000300040004000500050001940194019601960198019802
31、000200020202020三、人类对氮循环的影响和氮污染三、人类对氮循环的影响和氮污染（一）人类对氮循环的干扰（一）人类对氮循环的干扰（二）氮污染问题（二）氮污染问题（一）人类对氮循环的干扰（一）人类对氮循环的干扰 1.氮氧化物废气排放 2.氮肥施用及氮素的损失（一）人类对氮循环的干扰（一）人类对氮循环的干扰 1.氮氧化物废气排放氮氧化物废气排放 大气中NOx主要以NO、NO2形式存在。氮氧化物产生来源：（1）自然界本身：500 106 t（2）人类活动：50 106 t(浓度高、集中）2A.含氮化合物的燃烧；2B.亚硝酸、硝酸及其盐类工业生产及使用（一）人类对氮循环的干扰（一）人类对氮循
32、环的干扰 2.氮肥施用及氮素的损失氮肥施用及氮素的损失 氮肥产量密切相关；施用氮肥1/3以上进入环境；损失途径（3374%）：淋洗、硝化、反硝化、挥发、地表径流等。后果：地下水及地表水污染。挥发性气体排放：NH3挥发，反硝化过程中生成的NOx（二）氮污染问题（二）氮污染问题2.硝酸盐中毒硝酸盐中毒3.温室效应气体温室效应气体N2O（贡献率（贡献率6%）4.大气氮沉降与酸雨大气氮沉降与酸雨 湿沉降：NH4+、NO3-、少量可溶性有机氮；干沉降：NO、N2O、NH3、HNO3、(NH4)2SO4、NH4NO3粒子。95%沉降氮被土壤吸收，施肥。氮沉降增加导致土壤中氮饱和，致NO3-淋失和土壤酸化，
33、如森林。5.破坏臭氧O3层 反硝化作用产生的N2O进入大气后会破坏臭O3N2O+O3 2NO+O2NO+O3 NO2+O2 若臭O3层破坏5%，进入地球的紫外线会增加10%，结果会使皮肤癌的发病率大为提高。2000年，臭氧层密度减少2%，在南极、北极均发现臭氧层空洞。臭氧空洞及生态效应臭氧空洞及生态效应 太阳除了给地球以光和热外，还向地球大太阳除了给地球以光和热外，还向地球大量输入有害射线量输入有害射线(如紫外线、如紫外线、X射线射线)和高能重离和高能重离子。如果这些有害射线和高能重离子得不到有子。如果这些有害射线和高能重离子得不到有效屏蔽，地球上的一切生命将被它们无情杀戮效屏蔽，地球上的一切
34、生命将被它们无情杀戮。1、臭氧的消长机制臭氧的消长机制自然条件下臭氧的生成和消失自然条件下臭氧的生成和消失 自然条件下臭氧的生成和消失处于平衡状态，自然条件下臭氧的生成和消失处于平衡状态，大气中臭氧浓度保持稳定。大气中臭氧浓度保持稳定。臭氧的生成臭氧的生成O2+h2O(h240nm)O+O2O3臭氧的消失臭氧的消失O3+hO2+O(h:280-320nm)O3+O2O22、人类活动导致的臭氧破坏、人类活动导致的臭氧破坏（1）氟氯烃对臭氧的破坏作用氟氯烃对臭氧的破坏作用 氟氯烃有极好的化学氟氯烃有极好的化学稳定性，能稳定地上稳定性，能稳定地上升到平流层，经紫外升到平流层，经紫外线照射，慢慢地分解
35、线照射，慢慢地分解成氯、氟和碳。每个成氯、氟和碳。每个氯原子在失活前要消氯原子在失活前要消耗耗10万个臭氧。万个臭氧。Cl+O3 ClO+O2ClO+O Cl+O2（2 2）N N2 2O O对臭氧的破坏作用对臭氧的破坏作用N2O+h NO+N(250nm)N2O+O 2NONO+O3 NO2+O2 进入大气中的进入大气中的N2O经过多种反应可生成经过多种反应可生成NO，NO和和O3反应可使反应可使O3分解。分解。（3 3）溴化物对臭氧的破坏作用）溴化物对臭氧的破坏作用BrO+ClOBr+Cl+O2Br+O3BrO+O2Cl+O3ClO+O2 溴化物也能破坏臭氧。自溴化物也能破坏臭氧。自197
36、2年以来大气年以来大气中的溴代甲烷的数量己径增高了中的溴代甲烷的数量己径增高了4-5倍。倍。3 3、臭氧空洞、臭氧空洞 1974年加利福尼亚大学的科学家奥利纳与罗兰年加利福尼亚大学的科学家奥利纳与罗兰假设，如果大量使用氟氯烃，可能会增加同温层中假设，如果大量使用氟氯烃，可能会增加同温层中的氯离子，氯离子通过复杂的化学反应，可减少同的氯离子，氯离子通过复杂的化学反应，可减少同温层中的臭氧。这个假设现在已被证实。温层中的臭氧。这个假设现在已被证实。1984年英国年英国南极南极考察队的科学家首先在南极观考察队的科学家首先在南极观察到南极上空有一个巨大的、面积与察到南极上空有一个巨大的、面积与美国大陆
37、美国大陆差不差不多大的臭氧层多大的臭氧层“空洞空洞”。1988年，发现年，发现“空洞空洞”又又往北扩大往北扩大480km，已逼近南美大陆的南端，空洞大，已逼近南美大陆的南端，空洞大小相当于小相当于整个北美洲整个北美洲。1987年德国科学家发现年德国科学家发现北极北极上空也出现了臭氧上空也出现了臭氧空洞，面积是空洞，面积是南极臭氧空洞的南极臭氧空洞的1/3。中国气象科学家也发现，中国气象科学家也发现，青藏高原青藏高原上空也出现上空也出现一个大气臭氧浓度异常低值的中心。这里臭氧总量一个大气臭氧浓度异常低值的中心。这里臭氧总量比正常值比正常值低低11左右，而且低值中心区域的臭氧量左右，而且低值中心区
38、域的臭氧量正在逐年减少，这可以说是地球上发现的正在逐年减少，这可以说是地球上发现的第三个臭第三个臭氧空洞。氧空洞。4 4、臭氧空洞的生物学后果、臭氧空洞的生物学后果（1）导致人和动物皮肤癌和白内障的发病率明）导致人和动物皮肤癌和白内障的发病率明显增加。显增加。（2）使人和动物免疫系统功能降低。）使人和动物免疫系统功能降低。（3）导致植物生长异常。如，叶面积缩小，株）导致植物生长异常。如，叶面积缩小，株高降低，生物量下降，作物减产等。且双高降低，生物量下降，作物减产等。且双子叶植物较单子叶植物对紫外线敏感；子叶植物较单子叶植物对紫外线敏感；C3植物比植物比C4植物更敏感。植物更敏感。5 5、保护
39、臭氧层的对策、保护臭氧层的对策 年，通过了年，通过了臭氧层行动世界计划臭氧层行动世界计划，并成立，并成立“国际臭国际臭氧层协调委员会氧层协调委员会”。年和年分别签署了年和年分别签署了保护臭氧层维也纳公约保护臭氧层维也纳公约和和消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书。议定书最初的控制时间。议定书最初的控制时间表是分阶段地减少特定表是分阶段地减少特定氟利昂氟利昂的生产和消费量，到世纪末减至的生产和消费量，到世纪末减至年水平的一半。年水平的一半。但是，除了但是，除了氟利昂外氟利昂外有机氯化合物、全有机氯化合物、全氯也是破坏臭氧的物质，即使氟利昂的排放减半，破坏臭氧层物质氯也是破
40、坏臭氧的物质，即使氟利昂的排放减半，破坏臭氧层物质依然会持续增加，因而，必须全面禁止破坏臭氧层物质的使用。依然会持续增加，因而，必须全面禁止破坏臭氧层物质的使用。因此因此19901990年月在伦敦召开的蒙特利尔议定书缔约国会议上，对年月在伦敦召开的蒙特利尔议定书缔约国会议上，对原议定书进行了大幅度强化控制的修改，提出到原议定书进行了大幅度强化控制的修改，提出到20002000年要全面禁止年要全面禁止特定氟利昂的使用。同时将特定氟利昂的使用。同时将四氯化碳和三氯乙烷四氯化碳和三氯乙烷增列为新的破坏臭增列为新的破坏臭氧层物质，提出这些物质也要在氧层物质，提出这些物质也要在20002000年年200
41、52005年之间全面禁止使用。年之间全面禁止使用。我国积极参与了国际保护臭氧层合作，并制订了我国积极参与了国际保护臭氧层合作，并制订了中国逐步淘汰中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案消耗臭氧层物质国家方案。6.降低土壤质量降低土壤质量四、农田氮素控制的途径四、农田氮素控制的途径 第四节第四节 氮流动与氮效率小结氮流动与氮效率小结 第五节第五节 磷循环磷循环磷是有机体不可缺少的重要元素，磷是细胞膜、核酸、骨骼的主要成分。典型的沉积型循环沉积型循环，以地壳作为主要贮藏库，是一种不完全的循环不完全的循环。海洋海洋陆地陆地生生 物物4.0310沉积物沉积物 生生 物物63074可开采可开采P矿资源矿资源
42、10000每年每年100-200万万吨吨0.61400万吨磷酸盐万吨磷酸盐10万吨磷酸盐万吨磷酸盐地壳地壳8109G.W.Cox（单位单位1011摩尔摩尔）海水海水40000一、全球磷循环模式一、全球磷循环模式二二.农业生态系统中农业生态系统中P循环及其调节循环及其调节 世界P肥用量大幅度增长，P矿资源面临着枯竭。应注意以下几个方面：三、人类对磷循环的干扰、三、人类对磷循环的干扰、水体富营养化、赤潮水体富营养化、赤潮（一）水体富营养化和赤潮（一）水体富营养化和赤潮1 1、什么是富营养化？、什么是富营养化？水中营养物质（尤其是水中营养物质（尤其是N N、P P）过多，导致浮游藻）过多，导致浮游藻
43、类大量繁殖，影响水体与大气正常的氧交换，且类大量繁殖，影响水体与大气正常的氧交换，且死亡藻类的分解大量消耗氧气，造成水体溶解氧死亡藻类的分解大量消耗氧气，造成水体溶解氧迅速下降，水质恶化，其它水生生物大量死亡。迅速下降，水质恶化，其它水生生物大量死亡。称为水体富营养化。称为水体富营养化。是是水体衰老水体衰老的一种表现，也是潮泊分类与演化的一种表现，也是潮泊分类与演化的一个指标。的一个指标。2 2、富营养化形成的机制、富营养化形成的机制富光带富光带光补偿带光补偿带深水带深水带光合放氧光合放氧 呼吸耗氧呼吸耗氧光合放氧光合放氧=呼吸耗氧呼吸耗氧光合放氧光合放氧 氮氮我国赤潮发生频率增加、泛滥范围扩
44、大。我国我国赤潮发生频率增加、泛滥范围扩大。我国60年代赤潮年代赤潮仅发生几次，而仅发生几次，而90年代则发生了年代则发生了360多次，多次，60年代波及的年代波及的面积很小，而面积很小，而1997年年7月，渤海出现了前所未有的一次赤月，渤海出现了前所未有的一次赤潮大爆发，面积达潮大爆发，面积达46km2，延续时间近，延续时间近1个月。个月。赤潮对生物态系统的影响主要表现在：赤潮对生物态系统的影响主要表现在：（1）破坏生态平衡和渔业环境，危害渔业和养殖）破坏生态平衡和渔业环境，危害渔业和养殖业。业。（2）有毒赤潮还能通过食物链的转移造成人畜中）有毒赤潮还能通过食物链的转移造成人畜中毒死亡，俗称
45、贝类麻痹性中毒（毒死亡，俗称贝类麻痹性中毒（Paralytic Shellfish Poisoning(PSP)）。）。例如：例如：2003年年2-4月，月，Florida南部沿海至少有南部沿海至少有60头濒危海牛死于有毒头濒危海牛死于有毒“赤潮赤潮”。1996年有年有149头头海牛在海牛在6个星期内死于赤潮。个星期内死于赤潮。水体富营养化与水中氧平衡有密切的联系。因水体富营养化与水中氧平衡有密切的联系。因此，常用一些反映水体氧平衡的指标来描述水体此，常用一些反映水体氧平衡的指标来描述水体富营养化：富营养化：1 1、溶氧量、溶氧量 DODO：指溶解于水中的分子态氧。指溶解于水中的分子态氧。2
46、2、生化耗氧量、生化耗氧量 BODBOD：指水体中的有机物在好气指水体中的有机物在好气条件下经微生物分解成条件下经微生物分解成COCO2 2和和H H2 2O O时所需要的氧气。时所需要的氧气。3 3、化学耗氧量、化学耗氧量 CODCOD：指化学氧化剂氧化水中有指化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧气。机污染物时所需的氧气。高锰酸钾法和重铭酸钾法高锰酸钾法和重铭酸钾法 4 4、总有机碳与总需氧量、总有机碳与总需氧量 总有机碳（总有机碳（TOCTOC）包括水中所有有机物质的）包括水中所有有机物质的含碳量，是评价水体有机物污染的一个综合含碳量，是评价水体有机物污染的一个综合指标。指标。总需氧量（
47、总需氧量（TODTOD）是指把水体中的碳、氮、）是指把水体中的碳、氮、硫、氢等元素全部氧化时所需氧的总量。硫、氢等元素全部氧化时所需氧的总量。TOCTOC、TODTOD与与BODBOD只在水质条件基本相同的情只在水质条件基本相同的情况下才能表示为一定的相关关系。况下才能表示为一定的相关关系。氮、磷是主要元素，氮、磷是主要元素，最小值定律：最小值定律：P P 贫营养性浮游硅藻（小环藻、平板藻贫营养性浮游硅藻（小环藻、平板藻浮游黄鞭毛藻（锥囊藻）浮游黄鞭毛藻（锥囊藻）富营养拴浮游硅藻（星杆藻、囫杆型、冠盘藻，颗粒富营养拴浮游硅藻（星杆藻、囫杆型、冠盘藻，颗粒直连藻）直连藻）富营养性浮游绿藻（盘星藻
48、、栅藻）富营养性浮游绿藻（盘星藻、栅藻）浮游蓝藻（向囊藻、囊丝藻、鱼腥藻浮游蓝藻（向囊藻、囊丝藻、鱼腥藻 眼虫藻类浮游生物（裸藻）眼虫藻类浮游生物（裸藻）细菌类浮憎生物细菌类浮憎生物没有统一的评价模型。没有统一的评价模型。模糊决策法：模糊决策法：蓝蓝 藻藻 蓝藻属于单细胞“原核生物”。已知蓝藻约2000种 大多数（约75%）淡水产，少数海产。海产。蓝藻危害蓝藻危害 在营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称“绿潮”。绿潮引起水质恶化绿潮引起水质恶化，耗尽水中氧气造成鱼类死亡。蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生毒素（
49、简称毒素（简称MCMC），），大约50%的绿潮中含有大量MC。MC除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌肝癌的重要诱因。MC耐热，不易被沸水分解，不易被沸水分解，但可被活性碳活性碳吸收，可用活性碳净水器对被污染水源进行净化。天敌天敌蓝藻等藻类是鲢鱼鲢鱼的食物，可以通过投放此类鱼苗来治理藻类，防止藻类爆发。蓝藻爆发原因 长江每年被灌超长江每年被灌超300亿吨污水，亿吨污水，官方称可安全使用官方称可安全使用 长江长江“排污大户排污大户”是谁？是谁？中小城市不规范排污令人忧中小城市不规范排污令人忧 长江水质怎么样？长江水质怎么样？干流干流86%达到饮用水标准达到饮用水标准 长江控污怎么办？长江控
50、污怎么办？两新规严管排污口两新规严管排污口 长江干支流涉及到19个省、市、自治区，流域内目前设置了170个省界水质监测断面。第六节 钾流动 一、土壤生态系统中的平衡 二、农业生态系统钾素利用和管理二、农业生态系统钾素利用和管理第七节 硫循环 一、农业生态系统中硫的平衡一、农业生态系统中硫的平衡 酸雨及生态效应酸雨及生态效应 酸雨是指酸雨是指pH小于小于5.6的降水的降水(美国采用美国采用pH小于小于5)。酸雨的酸度不仅决定于酸量，更主要是决定于对酸雨的酸度不仅决定于酸量，更主要是决定于对酸起中和作用的碱量。因此，酸雨的酸度主要由酸起中和作用的碱量。因此，酸雨的酸度主要由SO42-、Ca2+、N
