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索式提取器人类从岩石圈获得矿产资源

时间:2020-04-18 18:14     浏览:

的生物世界。物种多样性 是 动物、植物、微生 物 的 丰富 性,索式提取器是 组 成生 物 界的 基本单位,在很大程度上可以反映 出生 态系统 的现 状和发 展趋 势。目前,地 球上大约有 500~3000万种生物,即使是目 前已经定 名或描 述的物种 数目, 大约有 170多万种,其中脊椎动物有近 4.28万种,高等植物 28万种,此外还 有许多生物人类对它们一无所知。各种生物种数量见表 2 5。 表 2 5 各类生物种数量 种 类 已鉴定物种数 物种总数估计值 非维管束植物 150000 200000 维管束植物 250000 280000 无脊椎动物 1300000 4400000 鱼 类 21000 23000 两栖类 3125 3500 爬行类 5115 6000 鸟 类 8715 9000 哺乳类 4770 4300 总 计 1742000 4926000 注:引自钱 易、唐孝 炎,2000。 2.3 自然环境中的能量流动、物质循环与信息传递 29 (4)环境功能的多样性 物质、系统和自然环境过程的多 样性 决定 了环境 功能 必然也 


是多 样的。 环 境主要具有以下四大功能: ① 为人类生存提供各种资 源:如大气 圈为 人类提 供 洁净 的空 气,水圈 为 人 类提供生存必需的水,人类从岩石圈获得矿产资源,从土壤圈、生物圈获得食物。 ② 调节功能:自然环境通 过物 流、能流达 到动 态 平衡,在 可承 受的 强度 下, 具有一定的自我调节能力,保证自身的正常功能不被破坏。 ③ 服务功能:自然环境及 其资 源除了 提供 资源以 外,还 为人 类提 供多 种 服 务功能,如森林生态系统能够调节气候,净化环境,防止水土流失,为人们提供休 闲的场所等。 ④ 学问功能:优美的自然 环境 给人带 来身 心的放 松,为 各种 艺术 创作 提 供 源泉,丰富了人们的精神生活,让人们能够感受自然的独特魅力。 图 2 4 食物网 2.3.2 物质循环 宇宙是由物质构成的,运动是物 质存 在的 形式。生 态系 统之间 矿物 元素 的 输入和输出以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间以及生物间的交换称为物质循 环。生产者从各种环境固定营养物质,通过食物链和食物网向上一级传递,一级 级向上推进。图 2 4是一个 陆地生 态系 统的 食物 网,生态 系 统从 大气、水 和 土 30 第 2章 自 然 环 境 壤等环境中获得营养物质,通过绿色 植物吸 收,进入 生态 系统,被其 他生 物重 复 利用,最后,通过分解者,再归还于环 境,这就是 物质 循环,又 称为生 物地 球化 学 循环。 (1)物质循环的特点 作为生态系统最重要的功能,物质循环具有以下特点: ① 物质在生态系统中做循环式运动,这表明任何一种物 质或元素 都可以 重 复利用。 ② 物质循环是一个复杂的过程,这主要是由于:环境介质多 样,物 质在陆 地 生态系统和水域生态系统中的循环明显 不同;涉 及的


 元素众 多,形态 各异;循 环 过程中存在多种化学作用,物质在循环中被氧化、还原、分解等。 绿色卡片 食物链与食物网 生物之间存在着一 系 列捕 食与 被捕 食的 关 系,各 种 生物 按 其食 物 关系 排列的链状顺序就叫 做食 物链 (foodchain),“大 鱼 吃小 鱼,小 鱼 吃虾 米 ”就 是一条典型的简单食 物链。 一般 有 捕食 食 物链 和 碎屑 食 物链 两 种 食物 链, 前者以活的动植物为起点,后者则 以死 的生物 为起 点。实际 上,自然 界中的 取食关系非常复杂,一种生物可能被 多种生 物捕 食,还可 能取食 多种 其他生 物,这样多条食物链彼 此 交错 联结,就 构 成了 一 个 网状 结 构,包 括了 许 许多 多的生物,这就是食物网 (foodweb)。生 产者 所固 定的 能量 和 物质,就 是通 过食物链和食物网在生态系统中传递的,因 此,反映 了生 态系统 中物 种间的 营养关系。 食物链不是一成不变的,它是随 时间 变化而 变化 的,往往具 有暂 时的性 质,如青蛙在其不同的个体发育阶段 里,所需 的食物 是不 同的,因 此,食物链 也不同,一般只有在生物群落组成 中是 优势种 类,其食 物链 才较稳 定。自然 规律表明,食物网越复 杂,生 态系 统就 越 稳定,一 种物 种 的消 失 不至 于 使整 个生态系统崩溃,反之,则生态系统越脆弱。 澳大利亚的食物 网不 太复 杂,兔 子 灾就 差 点使 其 生态 系 统 崩溃。 澳大 利亚本来 不产 兔子,1859年,有移 民从 英国 带来了 12只欧 洲野兔。 由于兔 子在当地没有鹰和狐狸等天敌,便开 始大量 繁殖,到 1907年,兔 子已 遍布整 个大陆,和牛羊争夺牧草,使澳大利亚 的畜 牧业遭 受巨 大损 失。人们 想了许 多办法,如筑围墙、打猎、捕捉、放毒等,但仍 无法 消除兔 灾,最终 是靠 生物学 家从美洲引进了一种靠蚊子传播的病毒,这 种病 毒能杀 死欧 洲兔 却对人、畜 和野生动物无害,问题才得以解决。 2.3 自然环境中的能量流动、物质循环与信息传递 31 ③ 物质循环可以用库(pool)和流 通率(fluxrate)来描述。物 质在环 境中 有 一个或多个储存场所,它是由存在于生 态系 统一 些生物 或非 生物成 分中 一定 数 量的某种化合物所组成的。物质在生态系统中的循环主要是在库与库之间进行 的,在库中,元素的含量要远远大于结合在生物体中的含量。流通率通常是指单 位时间、单位面积物质在生态系统中流通数量,主要用来衡量库中物质的流通过 程,在库中营养物质总量不变的前提 下,流通率 越大,物 质循 环的周 转时 间就 越 短,这表明移动库中全部的营养物质所需的时间就越短。 (2)物质循环的类型 根据循环中元素的属性,通常可 将物质 循环 分为 四大类 型,即水 循环、气 体 型循环、沉积型循环以及有毒有害物 质循 环。也 有一些 学者 强调水 分循 环的 重 要性,把其从生物地球化学循环中独立出来,作为一个与生物地球化学循环相互 作用的循环。 ① 水循环:水循环是物质 循环 的核 心,是 物质 循 环的 驱动 力,可以 说,没 有 水的循环,就没有生态系统的物质循环,生命将难以维持。这主要表现在: a.水循环是陆地生态系统和水域生态系统连接 的桥梁。水 循环中,物质 的 主要储存库是海洋。海水在太阳能的作用下汽化为水蒸气,进入大气,在大气环 流的作用下传播到各处,遇到合适的条 件就 以大 气降水 的形 式降落 到海 洋和 陆 地。到达地面的降水,一部分渗入地下成为土壤水或地下水,其中的一部分又通 过地下径流流回海洋


;一部分落在植物中,经植物吸取后通过植物的蒸腾作用又 进入大气;一部分从地面直接蒸发回 到大 气层;一部 分通 过地 表径流 回归 海洋。 进入海洋的水又经水面蒸发进入大气,如此循环往复,这就是自然环境中的水循 环。通过水循环,整个地球上的水分达到平衡状态(图 2 5)。 b.水循环是优秀的物质 搬运 工。绝大 多数 物质 都能 溶于 水,随水 迁移,因 此,水循环可以在循环过程中携带大量的物质,将物质从一个生态系统搬运到另 一个生态系统,这也是地质变化的原因之一,因此,一个地方矿质元素流失,另一 个地方的矿质元素就沉积。 ② 气体型循环:该循环具 有明 显的全 球性,物 质的 主要 储存 库是 大气 和 海 洋,它是三大物质循环中循环性能最为完善的。氧、碳、氮、氯等元素的循环都属 于气体型循环。以下重点先容碳循环和氮循环。 a.碳循环:所有生物都 是由含 有碳 的有 机分 子构 成的,因此 碳循 环是 重 要 的气体型循环。无论是海洋生态系 统中 的碳循 环,还是 陆地 生态系 统中 的碳 循 环,都是生产者(陆地植物、水生植物)通 过光合作 用,将 大气中 的二氧化 碳固 定 在有机物中,通过食物链传递给其他 生物,在这 个过 程中,有 一部分 碳转 化为 生 物的组分,生物的排泄物或生物残体中 的碳 通过 分解者 又转 化为二 氧化 碳返 回 大气,或是转化为化石燃料,通过燃 烧释 放出二 氧化 碳;另一 部分碳 则通 过各 种 32 第 2章 自 然 环 境 图 2 5 水循环 动植物的呼吸作用释放到大气中(图 2 6)。同 时,二 氧化碳 又通过扩 散作用 而 在大气圈和水圈的界面上相互交换,这 样就 使碳 在生态 系统 中的含 量能 够得 到 图 2 6 碳循环 自我调节修复,不会过多 也不 会过 少。据 统计,大气 中每 年大 约有 1×1011 t的 二氧化碳进入水体,同时水中每年也 有相 同数 量的二 氧化 碳进入 大气。 目前 由 于人类活动的影响,破坏了自然环境 原有 的碳循 环,使大 气中 的二氧 化碳 增多, 导致温室效应。 2.3 自然环境中的能量流动、物质循环与信息传递 33 b.氮循环:另一个非常 重要的 气体 循环 就是氮 循环,它 包括 生态 系统 中 生 物和非生物之间氮的循环。由于氮气分子中两个氮原子结合得非常紧密,因此, 尽管大气中有 78%的氮,但是植 物不 能 直接 利用,所 以 一个 生态 系统 要通 过 各 种途径将其转化为新的含氮分子,如通过固氮作用将游离氮转化为氨或氨盐,或 通过氨化作用变为氨,才进入生态 系统,供生 物所 利用,参 与循环。 氮循 环可 用 图 2 7 氮循环 图 2 7来表示。通过闪电、火山爆 发、工业、生物 等途 径可 以 把氮 固定 下来,其 中利用固氮菌、根瘤菌等进行固氮是最主要的途径。氮进入生态系统以后,经过 硝化作用成为亚硝酸盐或硝酸盐,被绿色植物吸取以后转化为氨基酸,合成蛋白 质,然后植食动物利用植物蛋白质合 成动物 蛋白 质,在动 物代谢 过程 中,一部 分 蛋白质分


解为含氮的排泄 物 (尿 酸、尿素 ),另一 部分 又 经细 菌的 作用 分解 释 放 出氮。动植物死后的残体经微生物等分解者分解为氨、CO2 和水,从有 机态氮 转 化为无机态氮,经过硝化细菌的硝化作用,又形成了硝酸盐,被植物再次吸取、利 用,再次进行循环,同时硝酸盐还可 被反 硝化细 菌还 原,经过 反硝化 作用 生成 游 离的氮,返回大气。如此循环往复,实现了氮在生命物质与非生命物质之间的循 环。同样,水体中的蓝绿 藻 可 将大 气 中的 氮 转化 为 氨,继 续 进行 生 物循 环。 此 外,陆地生态系统中的 一部 分硝 酸盐 还可 能 储 存于 腐 殖质 中 被淋 溶,进 入 到 水 34 第 2章 自 然 环 境 体。氮的循环始终处于一种动态平衡状态。 ③ 沉积型循环:沉积型循环主要是矿质元素的循环,如磷、硫、钾等,它们 主 要是通过岩石风化及人类活动等 作用 释放出 来,又通 过沉 积进入 地壳。 以磷 循 环为例,由于岩石风化等作用,磷被释放出来,通过降水成为磷酸盐,被植物直接 从土壤或水中吸取,合成自身所需物质,然后通过草食动物和肉食动物在生态系 统中循环,同时经过排泄物和动植物 残体的 分解 作用,又 成为无 机离 子,回到 环 境中,再次被植物吸取,继续循环。 陆地 生态系 统中,含 磷有 机物被 细菌 分解 为 磷酸盐,回到土壤中重新被植物利用;部分在循环中被分解者合成为微生物的一 部分;还有一些则随水进入海洋和湖 泊,在水 中进行 水域 生态 系统中 的磷 循环, 一部分磷以钙盐的形式沉积在深海,由于磷不具有挥发性,它没有再次回到陆地 的有效途径,所以磷循环是不完全的 循环。 实际 上多数 沉积 型循环 都是 不完 全 的循环。 ④ 有毒有害物质循环:有毒有害物质的循环是指那些对 有机体有 毒害作 用 的物质(如汞、镉、砷、铬、铜等重金属以及 各种有 毒有机物 )进入生 态系统,通 过 食物链富集或分解的过程。有毒物质的生态系统循环与人类健康的关系相当密 切,目前 有毒物质 的循环 及对人体 的影响已 经受到 了人们的 普遍关 注。有毒物 质常常是痕量的,即使如此,毒物经过空气流动、水的搬运以及食物链的生物放大 作用,不易从环境中消失,往往毒性增强,这样长期地积累和富集,也会对人体产生 危害,甚至致死。 2.3.3 能量流动 生命的维持除了依赖物质提 供,还需 要源 源不断 地提 供能量。 能量 是生 态 系统的动力,是一切生命活动的基础。一切生命活动都伴随着能量的变化,没有 能量的转化,也就没有生命和生态系统。生态系统中能量流动有三个基本过程: ① 能量的固定过程:主要通过绿色植物进行,把太阳能转化为生物化学能。 ② 分解还原过程:主要通过分解者完成,把有机物还原为水、二氧 化碳等 无 机物。 ③ 贮存与矿化过程:有一部分生物体埋入地下进入矿化过程。 对生态系统中能量流动,可以从种群、食物链和生态系统三个层次上来进行 研究。能量流动以食物链作为主线,将 绿色 植物 与消费 者之 间进行 能量 代谢 的 过程有机地联系在一起。 (1)能量传递与转化规律的热力学说明 热力学第一定律和


第二定律适用于生态系统中能量的传递和转化。热力学 第一定律又称能量守恒定律,是指自然界中能量不会凭空产生和消失,只会发生 转化,总能量守恒,例如,生态系统通过光合作用获得的能量,实际上是环境中太 2.3 自然环境中的能量流动、物质循环与信息传递 35 阳辐射所转化的能量,如图 2 8所示。 图 2 8 光合作用图 能量传递遵从热力学第二定律,即 生态 系统 中当能 量以 食物形 式在 食物 之 间传递时,能量不 可能 100%地传递 和转化,必然会有一部分 能量以热的形式 消 散,使系统的熵和无序性增加,系统的 稳定 性下降。 生态 系统 是一个 开放

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