環(huán)境地球化學(xué)市公開課獲獎?wù)n件

1、環(huán) 境 地 球 化 學(xué)(Environmental Geochemistry)第1頁第1頁緒 論主要內(nèi)容：環(huán)境地球化學(xué)概念及主要研究內(nèi)容 環(huán)境地球化學(xué)與其它學(xué)科互相關(guān)系 環(huán)境地球化學(xué)發(fā)展歷史、研究現(xiàn)實狀況及相關(guān)問題第2頁第2頁一、環(huán)境地球化學(xué)概念及其主要研究內(nèi)容概念：環(huán)境地球化學(xué)（Environmental Geochemistry）與其它許多學(xué)科有密切關(guān)系，是介于環(huán)境科學(xué)和地球化學(xué)之間一門新興邊沿交叉學(xué)科，是研究化學(xué)元素和微量元素在人類賴以生存周圍環(huán)境中含量、分布和遷移和循環(huán)規(guī)律科學(xué)，并研究它們對人類健康造成影響。同時，還研究人類生產(chǎn)和消費活動對自然環(huán)境這些地球化學(xué)規(guī)律造成影響。 第3頁第3

2、頁2. 主要研究內(nèi)容環(huán)境地球化學(xué)以研究人類賴以生存地球環(huán)境化學(xué)構(gòu)成、化學(xué)作用、化學(xué)演化與人類活動互相關(guān)系及全球環(huán)境改變?yōu)橹饕蝿?wù)。進而揭示人類生存與環(huán)境之間內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)前環(huán)境地球化學(xué)研究集中表現(xiàn)在下面幾種方面：地球化學(xué)環(huán)境與人類健康，亦即原生環(huán)境地球化學(xué)性質(zhì)及其與植物、動物和人體健康關(guān)系；環(huán)境污染地球化學(xué)研究，亦即人類活動對環(huán)境化學(xué)構(gòu)成、化學(xué)作用、化學(xué)演化影響及其環(huán)境效應(yīng)。全球環(huán)境改變地球化學(xué)統(tǒng)計農(nóng)業(yè)地球化學(xué)研究 第4頁第4頁主要內(nèi)容：研究元素在巖石、土壤、水體和大氣中含量、分布及其分派規(guī)律，并評價原生環(huán)境質(zhì)量，為改造原生環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)；研究個別元素和元素正確環(huán)境地球化學(xué)行為，亦即研究對人類

3、有益或有害元素以及生命元素賦存規(guī)律、結(jié)合形態(tài)及其對人類健康影響；研究區(qū)域環(huán)境地球化學(xué)特性，揭示與原生環(huán)境相關(guān)地方性疾病發(fā)生原因，探討人類長壽環(huán)境地球化學(xué)原因； 研究原生地球環(huán)境及其演化原因環(huán)境地球化學(xué)分類、元素演化過程中能量作用、元素環(huán)境背景值確實定、原生環(huán)境質(zhì)量評價以及人類活動對自然環(huán)境影響和預(yù)測等；研究人類活動對環(huán)境破壞和污染問題，并闡明污染規(guī)律及其環(huán)境效應(yīng)；研究過去地球環(huán)境（尤其是15萬年以來）演變歷史以及環(huán)境改變統(tǒng)計信息提??；研究碳、氧、氫、磷、硫及其它元素全球地球化學(xué)和生物地球化學(xué)循環(huán)；研究農(nóng)業(yè)環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)元素分布、結(jié)合轉(zhuǎn)化、遷移循環(huán)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響。第5頁第5頁二、環(huán)境地球化學(xué)與相

4、關(guān)學(xué)科關(guān)系 總體上，環(huán)境地球化學(xué)從屬于環(huán)境科學(xué)分支。它與其它相關(guān)學(xué)科有密切關(guān)系，因此要注意環(huán)境地球化學(xué)及各個學(xué)科在研究對象、內(nèi)容、辦法等方面區(qū)別。 環(huán) 境 地 球 化 學(xué)地球化學(xué)環(huán)境科學(xué)土壤學(xué)醫(yī)藥學(xué)生態(tài)學(xué)巖石學(xué)生物學(xué)物理化學(xué)礦物學(xué)第6頁第6頁三、環(huán)境地球化學(xué)發(fā)展歷史及研究現(xiàn)實狀況 1.環(huán)境地球化學(xué)發(fā)展歷史 ：1)環(huán)境地球化學(xué)與人類健康研究：時間：20世紀(jì)60年代及以前。特點：以生物地球化學(xué)思想作指導(dǎo)，把生物地球化學(xué)中關(guān)于地球化學(xué)環(huán)境與植物、動物健康關(guān)系研究進一步延伸到地球化學(xué)環(huán)境與人體健康關(guān)系研究方面。我國與國外基本同時開展了一系列卓有成效研究工作，并取得很大成績。 第7頁第7頁2)環(huán)境地球化

5、學(xué)與污染研究 ：時間：二十世紀(jì)70-80年代。特點：既研究天然產(chǎn)出化學(xué)元素在環(huán)境中地球化學(xué)行為及其與植物、動物和人體健康關(guān)系，更研究人為活動釋放元素地球化學(xué)行為及其影響；它不但研究碳、氮、硫、磷等生命支撐元素；同時還研究人為活動釋放入環(huán)境中各種重金屬和毒性化合物。 我國該時期尤其是八十年代以來環(huán)境地球化學(xué)研究得到蓬勃發(fā)展。注：這一時期環(huán)境科學(xué)基本學(xué)術(shù)特性突出反應(yīng)在兩個方面：一是它力圖對社會需要充足滿足和適應(yīng)，環(huán)境科學(xué)把它本身注意力幾乎所有投入到了人類生產(chǎn)活動引起局部地方性或區(qū)域性污染問題上；其二是含有明顯拼合性，即這一時期環(huán)境科學(xué)基本上是老式地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)和社會科學(xué)研

6、究活動向環(huán)境污染領(lǐng)域延伸或擴展結(jié)果。第8頁第8頁3)環(huán)境地球化學(xué)與全球環(huán)境改變研究：時間：二十世紀(jì)90年代以來。特點：環(huán)境地球化學(xué)研究活動不但包括地球化學(xué)環(huán)境與植物、動物和人體健康，也包括人為活動釋放入環(huán)境中污染物地球化學(xué)，并且還包括了全球環(huán)境改變地球化學(xué)方面。環(huán)境地球化學(xué)研究范圍實現(xiàn)了第三次擴展或更新。環(huán)境地球化學(xué)已被理解為研究人類賴以生存地球環(huán)境化學(xué)構(gòu)成、化學(xué)作用、化學(xué)演化與人類互相關(guān)系科學(xué)。第9頁第9頁2.環(huán)境地球化學(xué)研究現(xiàn)實狀況 1) 區(qū)域環(huán)境研究 ；2) 環(huán)境地球化學(xué)理論問題摸索 ；3) 區(qū)域性典型環(huán)境研究 ；4) 過去全球改變中環(huán)境信息提取. 第10頁第10頁1) 區(qū)域環(huán)境研究區(qū)域

7、環(huán)境分異研究 ;區(qū)域環(huán)境地球化學(xué)分異特性是區(qū)劃環(huán)境主要基礎(chǔ)。區(qū)域性環(huán)境規(guī)劃是發(fā)展區(qū)域環(huán)境中協(xié)調(diào)資源開發(fā)、發(fā)展經(jīng)濟和改進環(huán)境大綱。編制區(qū)域環(huán)境規(guī)劃必須在環(huán)境目標(biāo)和環(huán)境內(nèi)容上與區(qū)域規(guī)劃協(xié)調(diào)。80年代初以區(qū)域環(huán)境綜合研究為主，著重探索區(qū)域內(nèi)環(huán)境物質(zhì)運移和凈化關(guān)系。經(jīng)過度析自然環(huán)境特性和承載能力，說明了環(huán)境區(qū)域控制原因及凈化功效，提出了環(huán)境保護分區(qū)，說明了環(huán)境污染過程及環(huán)境質(zhì)量情況，提出了區(qū)域環(huán)境對策提議。 區(qū)域環(huán)境背景研究 ;為了評價人為經(jīng)濟社會對環(huán)境地球化學(xué)平衡關(guān)系影響程度，必須了解不同區(qū)域、不同環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)元素及化學(xué)物質(zhì)背景濃度水平。80年代以來以地球化學(xué)背景為基本概念，適應(yīng)于環(huán)境學(xué)科發(fā)展所需

8、要“環(huán)境背景值”調(diào)查和研究成為環(huán)境地球化學(xué)熱點研究問題。 第11頁第11頁區(qū)域環(huán)境效應(yīng)研究地方性分布疾病是經(jīng)典環(huán)境效應(yīng)。我國環(huán)境地球化學(xué)工作者對地方病環(huán)境病因作了大量研究，對克山病、大骨節(jié)病、地方性氟中毒、地方性甲狀腺腫等疾病進行了環(huán)境地球化學(xué)病因研究，同時對伽師病、地方性砷中毒、肝癌、肺癌、宮頸癌、鼻咽癌、食管癌、腸癌等地方性或區(qū)域性高發(fā)疾病環(huán)境地球化學(xué)病因進行了探索，揭示了許多故意義現(xiàn)象。 區(qū)域環(huán)境容量研究區(qū)域地球化學(xué)分異造成同一個化學(xué)元素或污染物在不同區(qū)域生態(tài)效應(yīng)差異。亦即不同地球化學(xué)環(huán)境類型環(huán)境介質(zhì)中，允許存在污染物臨界數(shù)量不盡一樣。也就是一個環(huán)境容量問題。從地球化學(xué)角度看，環(huán)境容量是

9、一定地域單元內(nèi)環(huán)境條件、環(huán)境背景、污染物性質(zhì)及其人體健康和生物學(xué)效應(yīng)函數(shù)。對于確定地域和污染物而言，環(huán)境容量是稀釋擴散和凈化降解能力及其生態(tài)效應(yīng)綜合評定。二十世紀(jì)80年代來，我國環(huán)境地球化學(xué)工作者分別對大氣、水體及土壤環(huán)境容量詳細含義、計算方法進行了廣泛討論，并在土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、污泥施用標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放總量及土壤污染預(yù)測等方面表達出較大實際意義。 第12頁第12頁2) 環(huán)境地球化學(xué)理論問題方面摸索環(huán)境介質(zhì)中重金屬和微量物質(zhì)含量水平、分布規(guī)律、賦存狀態(tài)、運移特性、轉(zhuǎn)化機制及其對生物學(xué)效應(yīng)研究；土壤植物系統(tǒng)污染生態(tài)學(xué)研究 ；環(huán)境質(zhì)量變異地球化學(xué)原理確實立；“環(huán)境界面地球化學(xué)”概念提出

10、；核素示蹤技術(shù)在環(huán)境地球化學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 第13頁第13頁3) 區(qū)域性典型環(huán)境研究處理區(qū)域性環(huán)境問題首先要結(jié)識這些問題產(chǎn)生原因及其發(fā)展演繹過程。因此應(yīng)在較大時空尺度下，綜合各種環(huán)境要素影響和改變，對比自然演化過程與人為干擾影響份額，進一步剖析其發(fā)生演繹機理，揭示問題實質(zhì)。環(huán)境地球化學(xué)以其宏觀與微觀結(jié)合工作辦法、各種環(huán)境因子界面作用原理、對比辨認自然改變與人為干擾關(guān)系等學(xué)科專長，來結(jié)識和處理典型區(qū)域環(huán)境問題 。第14頁第14頁4) 過去全球改變中環(huán)境信息提取提取過去全球歷史演變過程中地質(zhì)和地球化學(xué)統(tǒng)計，可預(yù)測未來地球環(huán)境演變，并為評價現(xiàn)今環(huán)境提供了對照基準(zhǔn)。在過去歷史統(tǒng)計研究辦法上，樹輪、湖泊

11、沉積物、海洋沉積物、冰巖心、黃土剖面、古土壤、沉積巖層、抱粉及火山灰等均提供了可供人類分析環(huán)境演變豐富信息。 第15頁第15頁3.環(huán)境地球化學(xué)發(fā)展趨勢此后一段時期內(nèi)環(huán)境地球化學(xué)研究中幾種前沿問題：地球化學(xué)環(huán)境與健康地球化學(xué)敏感及生態(tài)脆弱地域風(fēng)化淋溶；環(huán)境微量物質(zhì)與人體健康和生態(tài)效應(yīng)關(guān)系。環(huán)境污染地球化學(xué)研究地氣界面碳、硫及大氣飄塵釋放以及環(huán)境地球化學(xué)行為；城鄉(xiāng)和經(jīng)濟開發(fā)區(qū)地球化學(xué)環(huán)境基礎(chǔ)調(diào)查以及礦山開發(fā)環(huán)境地球化學(xué)研究。環(huán)境改變地球化學(xué)統(tǒng)計研究過去全球改變研究中氣候信息提??；地球化學(xué)環(huán)境信息系統(tǒng)模型和模擬； 地球環(huán)境地史演化。 農(nóng)業(yè)地球化學(xué)研究農(nóng)作物生長地球化學(xué)研究（為農(nóng)作物合理種植和選擇肥料

12、提供科學(xué)依據(jù)）；農(nóng)業(yè)礦物巖石資源開發(fā)；生態(tài)農(nóng)業(yè)體系地球化學(xué)研究。第16頁第16頁第一章：環(huán)境問題與可連續(xù)發(fā)展 本章主要內(nèi)容： 環(huán)境及其環(huán)境要素； 環(huán)境問題；當(dāng)前人類所面臨環(huán)境問題；可連續(xù)發(fā)展。第17頁第17頁第二節(jié)：環(huán)境問題 1.環(huán)境問題概念及劃分：a.概念：所謂環(huán)境問題，是指作為中心事物人類與作為周圍事物環(huán)境之間矛盾。當(dāng)前所指環(huán)境問題，主要是人類利用環(huán)境不妥和人類社會發(fā)展中與環(huán)境不協(xié)調(diào)所致。環(huán)境問題內(nèi)容涉及到各個方面，如環(huán)境污染、生態(tài)破壞、人口急劇增長和資源破壞與枯竭等。第18頁第18頁b.環(huán)境問題劃分(1).原生環(huán)境問題是與人類活動無關(guān)，由自然界本來環(huán)境給人類造成，如許多自然災(zāi)害是大自然活

13、動必定結(jié)果；又如疾病流行或一些地方病發(fā)生等。(2).次生環(huán)境問題是由人類活動引起環(huán)境質(zhì)量改變，以及這種改變對人類生產(chǎn)、生活和健康影響問題。(3).社會環(huán)境問題是由于社會結(jié)構(gòu)本身不合理所造成，如人口增長、都市膨脹、科技和教育結(jié)構(gòu)不合理，以及經(jīng)濟發(fā)展不平衡帶來社會結(jié)構(gòu)和社會生活問題。需要注意是，普通討論環(huán)境問題多指次生環(huán)境問題，但上述三類環(huán)境問題往往又是彼此聯(lián)系、不易分割，尤其是討論全球環(huán)境問題時，不也許不涉及社會環(huán)境問題。 第19頁第19頁二、當(dāng)代環(huán)境問題特點人類本身發(fā)展到一個關(guān)鍵時刻；當(dāng)代許多認為過程到了可與自然過程相匹敵程度；人類合成了各種自然界原本不存在地物質(zhì)，它們對環(huán)境影響尚難以預(yù)料；人

14、類大規(guī)模干預(yù)環(huán)境一些活動也許造成一些自然過程不可逆改變；人類與環(huán)境矛盾中，人口增長已成為矛盾主要方面；環(huán)境保護已成為公眾、政府和國際都十分關(guān)切問題第20頁第20頁三、世界當(dāng)前面臨幾大環(huán)境問題 人口問題 :人口急劇增長是當(dāng)前環(huán)境首要問題 。資源問題：土地資源在不斷減少和退化、森林資源在不斷縮小、淡水資源出現(xiàn)嚴重不足、生物物種在減少、一些礦產(chǎn)資源瀕臨枯竭。 生態(tài)破壞：全球性生態(tài)破壞主要包括：森林減少、土地退化、水土流失、沙漠化、物種消失等。 環(huán)境污染 ：環(huán)境污染主要是指溫室氣體過量排放造成氣候改變、廣泛大氣污染和酸雨沉降、臭氧層破壞、有毒化學(xué)物質(zhì)污染危害及其全球氣候改變。 第21頁第21頁第三節(jié)：

15、環(huán)境保護 環(huán)境保護就是利用當(dāng)代環(huán)境科學(xué)理論與辦法，協(xié)調(diào)人類和環(huán)境關(guān)系，處理各種環(huán)境問題，是保護、改進、創(chuàng)建環(huán)境一切人類活動總稱。 第22頁第22頁環(huán)境保護內(nèi)容： 大氣污染防治；水污染防治 ；食物污染防治 ；土壤污染防治 ；自然保護和自然保護區(qū) 。第23頁第23頁第四節(jié)：可連續(xù)發(fā)展一、可連續(xù)發(fā)展定義：普通將可連續(xù)發(fā)展了解為：既滿足當(dāng)代人需求，又不對后代人滿足其本身需求能力組成危害發(fā)展。這里隱含了兩層含義：一是人類要發(fā)展，要滿足人類發(fā)展需求；二是不能損害自然界支持當(dāng)代人和后代人生存能力。因此，可連續(xù)發(fā)展被明確地了解為一個“正向”、“有益”過程，而且可望在不同空間尺度和不同時間尺度，作為一個標(biāo)準(zhǔn)去診

16、療、去核查、去監(jiān)測、去仲裁“自然社會經(jīng)濟”復(fù)雜系統(tǒng)健康程度?？蛇B續(xù)發(fā)展表現(xiàn)為生態(tài)連續(xù)、經(jīng)濟連續(xù)和社會連續(xù)三大特性。其中生態(tài)連續(xù)是基礎(chǔ)，經(jīng)濟連續(xù)是條件，社會連續(xù)是目標(biāo)。人們共同追求應(yīng)是自然經(jīng)濟社會復(fù)合系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。第24頁第24頁二、可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略基本思想(一)可連續(xù)發(fā)展勉勵經(jīng)濟增長：人類通過經(jīng)濟增長提升當(dāng)代人福利水平，增強國家實力和社會財富。但可連續(xù)發(fā)展不但要注重經(jīng)濟增長數(shù)量，更要追求經(jīng)濟增長質(zhì)量。這就是說經(jīng)濟發(fā)展包括數(shù)量增長和質(zhì)量提升兩部分。 (二)可連續(xù)發(fā)展標(biāo)志是資源永續(xù)利用和良好生態(tài)環(huán)境 ：經(jīng)濟和社會發(fā)展不能超越資源和環(huán)境承載能力。可連續(xù)發(fā)展以自然資源為基礎(chǔ)，同生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)

17、。它要求在嚴格控制人口增長、提升人口素質(zhì)和保護環(huán)境、資源永續(xù)利用條件下，進行經(jīng)濟建設(shè)、確保以可連續(xù)方式使用自然資源和環(huán)境成本，使人類發(fā)展控制在地球承載力之內(nèi)。 (三)可連續(xù)發(fā)展目的是尋求社會全面進步 發(fā)展本質(zhì)應(yīng)當(dāng)包括改進人類生活質(zhì)量，提升人類健康水平，創(chuàng)造一個保障人們平等、自由、教育和免受暴力社會環(huán)境。這就是說，在人類可連續(xù)發(fā)展系統(tǒng)中，經(jīng)濟發(fā)展是基礎(chǔ)，自然生態(tài)保護是條件，社會進步才是目的。人類共同追求目的，是以人為本自然一經(jīng)濟一社會復(fù)合系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。 第25頁第25頁三、可連續(xù)發(fā)展基本原則(一)公平性原則 可連續(xù)發(fā)展公平性原則包括兩個方面：一是本代人公平即代內(nèi)之間橫向公平。可連續(xù)發(fā)

18、展要滿足所有入基本需求，給他們機會以滿足他們要求過美好生活愿望。二是代際間公平即世代縱向公平。人類賴以生存自然資源是有限，當(dāng)代人不能由于自己發(fā)展與需求而損害后代入滿足其發(fā)展需求條件自然資源與環(huán)境，要給后代人以公平利用自然資源權(quán)利。(二)連續(xù)性原則 資源永續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境可連續(xù)性是可連續(xù)發(fā)展主要確保。人類在經(jīng)濟社會發(fā)展進程中，需要依據(jù)連續(xù)性原則調(diào)整自己生活方式，擬定本身消耗原則，而不是盲目地、過度地生產(chǎn)、消費。 (三)共同性原則 實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展就是人類要共同增進本身之間、本身與自然之間協(xié)調(diào)，這是人類共同道義和責(zé)任。 第26頁第26頁四、可連續(xù)發(fā)展評價為了對區(qū)域可連續(xù)發(fā)展情況做出診斷，必須把區(qū)域可

19、連續(xù)發(fā)展評價放在首位。區(qū)域可連續(xù)發(fā)展評價與規(guī)劃是一個戰(zhàn)略性、主線性、指導(dǎo)性，也帶有風(fēng)險性管理行為。區(qū)域可連續(xù)發(fā)展評價在于它是兩種功效有機結(jié)合：從縱方面講，即從過程角度出發(fā)，可連續(xù)發(fā)展評價強調(diào)資源世代分派、強調(diào)過程順暢運營、強調(diào)社會發(fā)展穩(wěn)定健康、強調(diào)人類在發(fā)展上倫理道德與責(zé)任感；從橫方面講，即從區(qū)域系統(tǒng)瞬間場景出發(fā)，可連續(xù)發(fā)展強調(diào)結(jié)構(gòu)均衡、強調(diào)生產(chǎn)鏈協(xié)調(diào)、強調(diào)供需關(guān)系平衡、強調(diào)社會管理有序。第27頁第27頁第二章：地球環(huán)境 本章主要內(nèi)容：地球圈層結(jié)構(gòu) ;地球大氣環(huán)境； 地球水環(huán)境； 地球生態(tài)環(huán)境（生態(tài)系統(tǒng)）； 地球各圈層與人類關(guān)系。第28頁第28頁第一節(jié)：地球環(huán)境概述： 一、地球環(huán)境及其構(gòu)成：自

20、然環(huán)境包括人類賴以生存環(huán)境要素，比如空氣、陽光、水、土壤、礦物、巖石和生物等，以及由這些要素構(gòu)成各圈層，如大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈和巖石圈。這些要素和圈層構(gòu)成了人類生存環(huán)境和地理環(huán)境。 二、地球環(huán)境獨特性 ：地球環(huán)境豐富多樣，適合生物生存和繁衍：地球上存在著大氣、陸地和海洋；距地面1540km處有一個臭氧層，保護著地球不受高能紫外線侵襲；大氣中含有一定數(shù)量CO2，使地表保持適中溫度，有助于生物生長,地表上覆蓋著一層或厚或薄土壤，為植物提供營養(yǎng)和生長基地。地球獨特性在于它是一個靠生命來捕獲、轉(zhuǎn)移和儲存太陽輻射能，靠生命活動來驅(qū)動地球表層物質(zhì)元素循環(huán)，靠生命過程來調(diào)控并保持其遠離天體物理學(xué)平衡

21、開放系統(tǒng)。 第29頁第29頁三、地球（生物）圈層演化及其作用： 約46億年時候：地球是一個炙熱大火球，還沒有圈層分化。地球外面包圍著原始大氣，主要由H2、CH4、NH3和水蒸氣等構(gòu)成，是一個還原性大氣圈。 在38億年左右：在某種機制作用下，地球上出現(xiàn)了水。水分蒸發(fā)和降雨，減少了地表溫度產(chǎn)生了河流、湖泊和海洋，為地球生命出現(xiàn)創(chuàng)造了最基本條件。水出現(xiàn)是地球發(fā)育史第一個重大事件。 20億年前后：地球上出現(xiàn)了較為進化細菌和藍藻等生物。從此，開始了一個新生命過程光合作用，大氣圈中初次出現(xiàn)O2。生命出現(xiàn)是地球史上第二個重大事件。到距今16億年左右：一個含氧大氣圈終于形成。性質(zhì)極其活潑O2對大氣圈進行了一場

22、“氧革命”，造成還原性原始大氣逐步向含有C02、H20和O3氧化性大氣轉(zhuǎn)化。這一過程不但進一步改變了大氣圈構(gòu)成，并且03在高空積累逐步形成了保護地球臭氧層，為更高等海洋生物進化和生命登陸創(chuàng)造了條件。16億年后，生物進化過程加速。12億年前出現(xiàn)最早真核細胞。5億年前出現(xiàn)海洋無脊椎動物，4.5億年以前，哺乳類動物出現(xiàn)在2億年前。今天，大約有500萬至5000萬種生物構(gòu)成了五彩擯紛生物界，構(gòu)成了包括人類在內(nèi)生物圈。地球各圈層發(fā)育過程中生物能動作用起有主要作用。 第30頁第30頁第二節(jié)：大氣圈 一、大氣圈構(gòu)成與結(jié)構(gòu) .構(gòu)成：大氣是由干潔大氣、水汽及氣溶膠質(zhì)粒子三部分構(gòu)成。1.干潔空氣 ：大氣中除去水汽

23、和雜質(zhì)空氣稱為干潔空氣。其構(gòu)成成份最主要是氮、氧、氬三種氣體，。尚有少許二氧化碳、臭氧、各種氮氧化合物及其它一些惰性氣體(表2-1)。2.水汽：大氣中水汽起源于海洋、湖泊、江河、沼澤、潮濕地面及植物表面蒸發(fā)或蒸騰作用。3.固體雜質(zhì)（氣溶膠粒子）：固體雜質(zhì)（或大氣氣溶膠粒子）是指懸浮于空氣中液體和固體粒子，包括水滴、冰晶、懸浮著固體灰塵微粒、煙粒、微生物、植物抱子花粉以及各種凝結(jié)核和帶電離子等。4.大氣污染物 人類活動所產(chǎn)生一些有害顆粒物和廢氣，可分為兩類：一類是有害氣體，如SO2、CO、CH4、N2O、H2S、HF等；另一類是灰塵煙霧，如煤煙、煤塵、水泥、金屬粉塵等。 第31頁第31頁表2-1

24、 大氣構(gòu)成成份體積混合比成份體積混合比氮(N2) 0.78083 氪(Kr) 1.110-6氧(O2) 0.20947氙(Xe) 0.110-6氬(Ar) 0.00934氡(Rn) 0.510-6二氧化碳(CO2) 0.00035甲烷(CH4) 1.710-6氖(Ne) 1.8210-6一氧化二氮(N2O) 0.310-6氦(He) 5.210-6臭氧(O3) 10-5010-6第32頁第32頁、大氣圈結(jié)構(gòu) 按大氣溫度隨高度分布特性可把大氣分為對流層、平流層、中間層、熱層和外層(圖21)。1)對流層： 大氣圈最下一層，平均厚度在高緯度地域為89km，中緯度地域為10.12km，低緯度地域為17

25、18km。2)平流層： 從對流層頂以上到大約50Km左右高度為平流層。3)中間層：平流層頂以上到大約80km一層為中間層。4)熱層(或暖層)：中間層頂以上到800km高空屬于暖層。5)外層（或逸散層）：是指熱層以上大氣層，即800km高度以上大氣層屬散逸層。 第33頁第33頁地球大氣層結(jié)構(gòu)第34頁第34頁二、地球大氣平衡對生命影響 構(gòu)成地球大氣各種成份可分為穩(wěn)定組分和不穩(wěn)定組分。氮、氧、氬、氦、氪、甲烷、氫、氖等，這些氣體之間百分比，從地表到90km高度范圍內(nèi)都是穩(wěn)定，屬穩(wěn)定組分；不穩(wěn)定組分包括二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等。不穩(wěn)定組分CO2、O3等濃度改變對生物圈會造成極大影響。作為大氣微

26、量組分C02和03等氣體濃度已經(jīng)發(fā)生實質(zhì)性改變則是不爭事實，當(dāng)前還沒有觀測到大氣氧濃度這種戲劇性改變。大氣圈各組分之間平衡是地球環(huán)境億萬年來發(fā)育結(jié)果。保持這種平衡乃是維護生物圈所必須，破壞這種平衡就是破壞生命基礎(chǔ)。然而，人類社會實現(xiàn)工業(yè)化以來，規(guī)模和強度日益加大人類活動正在破壞這種平衡，這是人類面臨重大環(huán)境問題之一。 第35頁第35頁第二節(jié)：水圈 一、水圈構(gòu)成水分布地球水體總質(zhì)量為1.51018t，體積約1.41018m3：，其中，海洋水約占97.212，大陸表面水約占2.167，地下水為0.619，大氣水占0.001(表22)。從表中能夠看出，地球上水體分布是極不均勻，能被人類飲用淡水只占所

27、有水體一小部分，并且大部分又為固結(jié)在兩極及高山地域固態(tài)水。 第36頁第36頁地球上水分布分布類型水量（104km3)百分比（）海 洋132,00097.212陸地表面水河 流0.1250.0001淡水湖12.50.0092咸水湖10.40.0077冰 川29202.15地下水土 壤6.70.0049淺層地下水4200.31深層地下水4140.305生 物 水1.30.001總 計135,786,145100第37頁第37頁水類型按天然水所處環(huán)境不同可分為：海水、大氣水和陸地水3類 。1海水(sea water) 海洋是地球表面最大積水盆地，是水圈主體。海水溫度常隨緯度和水深改變而改變，低緯度地

28、域海水溫度較高；深部海水溫度較穩(wěn)定，常在(-14)之間，但表層海水溫度改變較大。海水密度取決于海水鹽度和溫度，0時，正常鹽度(35)海水密度為1.02gcm3，密度隨鹽度增長而增長但隨溫度增高而減少。通常深部海水密度較大，而淺處較??；近岸邊較大，而海洋中心較小。海水壓力每加深10 m約增長105Pa。海水透明度是指海水透過光線能力，普通近岸帶海水透明度低，而遠岸海水透明度高。第38頁第38頁2.陸地水 陸地水主要包括地面流水、地下水、湖泊與沼澤及冰川。(1)地面流水 地面流水是指沿陸地表面流動水體，其水源主要有大氣降水、冰雪融水、地下水和湖泊。(2)地下水地下水是埋藏在地表下列巖石和松散堆積物

29、空隙中水體。水源主要來自地面流水和大氣降水，通過巖石或松散堆積物空隙下滲而保留在地表下列。常見泉、水井就是地下水在地表露頭。(3)湖泊與沼澤湖泊是陸地上較大集水洼地，全世界湖泊總面積約27105km2，占陸地面積18。沼澤是陸地上潮濕積水、喜濕性植物大量生長并有泥炭堆積地方。沼澤主要分布在濕潤氣候區(qū)，無論熱帶、溫帶和寒帶都可產(chǎn)生。(4)冰川冰川是指由積雪形成、并能運動冰體。它是陸地上以固體形式存在水?，F(xiàn)在陸地上冰川主要分布于地球兩極及高山地域，覆蓋陸地面積10，集中了全球85淡水。 第39頁第39頁3大氣水 大氣水是指存在于大氣圈中水，它以汽態(tài)形式存在。據(jù)估算，大氣中水總量約為1.31013m

30、3：，而絕大多數(shù)分布于大氣圈對流層中。我們通慣用濕度表示大氣中水含量。大氣水對地球溫度能起到“溫室效應(yīng)”，使地球表面溫度保持恒定。水汽與CO2同樣，能吸取大量來自地面長波熱輻射。把太陽輻射能量截留住，使大氣升溫。據(jù)研究，假如大氣圈水分含量減少50，氣溫將減少5左右。第40頁第40頁二、水圈循環(huán)地球上各種形態(tài)水，在太陽輻射和地心引力作用下，不斷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降落往復(fù)循環(huán)過程就構(gòu)成水循環(huán)。水循環(huán)是一個巨大動態(tài)系統(tǒng)，它將地球上各種水體連接起來構(gòu)成水圈，使得各種水體能夠長期存在，并在循環(huán)過程中進入大氣圈、巖石圈和生物圈，構(gòu)成一個循環(huán)聯(lián)系有機整體，從而使水能被周而復(fù)始地重復(fù)利用，成為再生性資源。水圈

31、循環(huán)可分為自然循環(huán)和人為循環(huán)，我們通常所說是水自然循環(huán)。 第41頁第41頁圖2-2 全球水循環(huán)過程（通量單位為1015kg/a，各源匯中水量用占全球總水量百分比表示）第42頁第42頁三、水圈對生命主要作用 無色透明水允許太陽光中可見光和波長較長紫外線部分能夠透過，使光合作用所需光能能夠到達水面下列一定深度，而對生物體有害短波紫外線則被阻擋在外。水是一個極好溶劑，為生命過程中營養(yǎng)物和廢棄物傳播提供了最基本媒介。水高比熱4.18J(g) 、高蒸發(fā)熱在20下為2.4kJg使得地球上海洋、湖泊、河流等水體，白天吸取到達地表太陽光熱量，夜晚又將熱量釋放到大氣中，避免了猛烈溫度改變，使地表溫度長期保持在一

32、個相對恒定范圍內(nèi)。水在4時密度最大，這一特性在控制水體溫度分布和垂直循環(huán)中起著主要作用。 冰輕于水冰密度只有0.92g/cm3。能夠浮在水面上。這一特性對水下生物含有十分主要意義。 第43頁第43頁第三節(jié)：土壤圈 土壤圈是指巖石圈最外面一層疏松部分，其上或里面有生物棲息。土壤圈是構(gòu)成自然環(huán)境五大圈之一，它與大氣圈水圈同等主要，為第三大環(huán)境要素。土壤圈是聯(lián)系有機界和無機界中心環(huán)節(jié)，也是與人類關(guān)系最為密切一個環(huán)節(jié)要素。第44頁第44頁一、土壤構(gòu)成土壤為由固相(礦物質(zhì)、有機質(zhì))、液相(土壤水分或溶液)和氣相(土壤空氣)等三相物質(zhì)四種成份有機地組合在一起構(gòu)成一個特殊物質(zhì)。 可分為：1.無機構(gòu)成（礦物質(zhì)

33、） 原生礦物主要有硅酸鹽類：橄欖石、石榴子石、鋯石、輝石、角閃石、滑石、黑云母、白云母、鉀長石、鈉長石、鈣長石。碳酸鹽類：方解石、白云石。氧化物，氫氧化物：石英、針鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、水鋁礦、硬水鋁礦等。硫酸鹽類：石膏。硫化物類：黃鐵礦。磷酸鹽類：磷灰石等。次生礦物是原生礦物在成土過程中新生成礦物，包括各種簡樸鹽類、次生氧化物和鋁硅酸鹽類，主要是：方解石、白云石、石膏、芒硝、針鐵礦、褐鐵礦、伊利石、蒙脫石和高嶺石等。第45頁第45頁2.有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是指以各種形式存在于土壤中有機化合物，其含量普通僅占百分之幾。土壤有機質(zhì)可分為兩大類：普通有機物和腐殖質(zhì)。 3.機械組成 土壤是由粗細不等土

34、壤顆粒組成，這種粗細不等土粒按不同百分比組合稱為土壤機械組成，又稱土壤質(zhì)地。 4.土壤溶液（水分） 土壤溶液是土壤水分及其所含氣體、溶質(zhì)和懸浮物質(zhì)總稱。 第46頁第46頁二、土壤性質(zhì)1.土壤剖面：土壤形成過程中，因為物質(zhì)在土壤中垂直遷移和累積結(jié)果，促使土壤中物質(zhì)發(fā)生淋溶和聚集，因而在土壤層次上發(fā)生垂向分化，并可劃分出不同土層。2.土壤物理性質(zhì)：土壤物理性質(zhì)是土壤基本性質(zhì)，它包含土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、比重、容量、空隙度、顏色、溫度等。3.土壤化學(xué)性質(zhì)：土壤化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為土壤膠體性質(zhì)、土壤酸堿度和氧化還原反應(yīng)三個方面。土壤溶液中膠體顆粒擔(dān)當(dāng)著離子吸取和保留作用；土壤溶液酸堿度決定著離子互換和養(yǎng)分有效

35、性；土壤溶液氧化還原反應(yīng)則影響著有機質(zhì)分解和養(yǎng)分有效性程度。 第47頁第47頁土 壤 剖 面單個土體土體枯枝落葉層腐殖質(zhì)層淋溶層淀積層母質(zhì)層第48頁第48頁三、土壤圈與人類關(guān)系 土壤含有肥力，也就是含有提供和調(diào)整水、氣、熱和營養(yǎng)元素能力，為植物生長提供了必要條件。地球半徑約為6400km而地表土壤厚度僅為幾十厘米，相比之下微乎其微，但卻正是這薄薄一層土壤，才使得地球上有了遼闊森林、農(nóng)田和草場，人類得以從中取得珍貴生產(chǎn)和生活資源。盡管人類日益急迫地面臨土地匱缺問題，但是，人類在其經(jīng)濟、政治和軍事活動中仍然故意無意地傷害關(guān)系到人類衣食住行土壤圈。人類對土壤圈較嚴重影響包括荒漠化、水土流失、鹽漬化和

36、水澇，以及土壤污染等方面。第49頁第49頁第四節(jié)：生物圈 生物圈(biosphere)是指地球上有生命活動領(lǐng)域及其居住環(huán)境整體。它包括海平面以上23km至海平面下列12km范圍 。主要由生命物質(zhì)、生物生成性物質(zhì)和生物惰性物質(zhì)構(gòu)成。生命物質(zhì)又稱活質(zhì)，是生命有機體總和。生物生成性物質(zhì)是由生命物質(zhì)所構(gòu)成有機礦質(zhì)作用和有機作用生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質(zhì)等。生物惰性物質(zhì)是指大氣低層氣體、沉積巖、粘土礦物和水。 第50頁第50頁生物圈存在基本條件 能夠取得來自太陽充足光能；存在有可被生物利用大量液態(tài)水 ；生物圈內(nèi)要有適合生命活動溫度條件，在此溫度改變范圍內(nèi)物質(zhì)存在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種改變；提供生

37、命物質(zhì)所需各種營養(yǎng)元素，包括02、C02、N、C、K、Ca、Fe和S等，它們是生命物質(zhì)構(gòu)成或中介。 第51頁第51頁一、生物與環(huán)境1環(huán)境原因與生物相互影響 任何生物有機體都不能脫離環(huán)境而生存，環(huán)境控制和塑造著生物生理過程、形態(tài)結(jié)構(gòu)和地理分布。同時，生物有機體尤其是其群體對環(huán)境也產(chǎn)生有顯著改造作用。 不同生物種對生態(tài)原因和環(huán)境適應(yīng)能力存在差異。普通來說，對環(huán)境適應(yīng)能力較強種類，其分布范圍亦較廣。第52頁第52頁2生物適應(yīng)性和批示現(xiàn)象 (1)生物適應(yīng)性生物適應(yīng)性 是指生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理機能、個體發(fā)育和行為等與其生存一定環(huán)境條件互相統(tǒng)一、彼此適合現(xiàn)象。(2)生物批示現(xiàn)象生物批示現(xiàn)象 是指依據(jù)生物種或

38、它們?nèi)后w、或生物一些特性來擬定地理環(huán)境中其它成份現(xiàn)象。 第53頁第53頁二、生物群落 1.種群占據(jù)著一定環(huán)境空間同一個生物個體集群叫做種群。換言之，種群就是在一定空間中同種生物個體群。自然界中，種群是物種存在、物種進化和表示種內(nèi)關(guān)系基本單位，是生物群落或生態(tài)系統(tǒng)基本構(gòu)成部分，同時也是生物資源開發(fā)、利用和保護詳細對象。 第54頁第54頁2.生物群落 群落 為種群集合體，是一個比種群更復(fù)雜更高一級生命組織層次。 生物群落 在一定地段自然環(huán)境條件下，由彼此在發(fā)展中有密切聯(lián)系動物、植物和微生物有規(guī)律地組合成生物群體。 每個生物群落都是自然界真實存在一個整體單位，占據(jù)著生物圈一定地域，含有一定構(gòu)成和結(jié)構(gòu)

39、，在物質(zhì)和能量互換中執(zhí)行著獨特功效。 第55頁第55頁3.生物多樣性生物多樣性包含了遺傳多樣性（包含一個物種內(nèi)個體之間和種群之間差異 ）、物種多樣性（一個區(qū)域內(nèi)動植物和其他生物不同類型 ）和生物群落或生態(tài)系統(tǒng)多樣性（一個地區(qū)內(nèi)各種各樣生境 ）。多樣性在生態(tài)系統(tǒng)中重要性有一部分是因為它們可認為人類服務(wù)水、氣體、營養(yǎng)物和其他物質(zhì)循環(huán)。 第56頁第56頁三、生態(tài)系統(tǒng) 1.概念在自然界中，一定空間內(nèi)由生物成份和非生物成份構(gòu)成一生態(tài)學(xué)單位構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)。即：生態(tài)系統(tǒng)就是由生命系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)在特定空間組合。 任何生態(tài)系統(tǒng)都含有三個共同特性：能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞；具自我調(diào)整能力；屬一動態(tài)系統(tǒng)。第57頁

40、第57頁2.生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成及類型 1)構(gòu)成第58頁第58頁自養(yǎng)型生物：稱為生產(chǎn)者，包括各種綠色植物和化能合成細菌。異養(yǎng)型生物：稱為消費者，包括草食動物和食肉動物。 異養(yǎng)型微生物：稱為分解者（或還原者），如細菌、真菌、土壤原生動物和一些小型無脊椎動物，它們靠分解動植物殘體為生。 2）類型第59頁第59頁3.生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu) 指生態(tài)系統(tǒng)中無機環(huán)境與生物群落之間和生產(chǎn)者、消費者與分解者之間，經(jīng)過營養(yǎng)或食物傳遞形成一個組織形式。食物鏈?zhǔn)巧鷳B(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同生物之間類似鏈條式食物依存關(guān)系。營養(yǎng)級食物鏈上每一個步驟稱之。食物網(wǎng)食物鏈相互交叉形成復(fù)雜攝食關(guān)系網(wǎng)稱之。第60頁第60頁能量在食物網(wǎng)中流

41、動轉(zhuǎn)移效率是很低。后一營養(yǎng)級所儲存能量只有大約10能夠被其上一營養(yǎng)級所利用。其余大部分能量被消耗在該營養(yǎng)級呼吸作用上，以熱量形式釋放到大氣中去。這在生態(tài)學(xué)上被稱為10定律或110律。 能力傳遞1/10律第61頁第61頁4.生態(tài)系統(tǒng)功效 生態(tài)系統(tǒng)功效主要表現(xiàn)為生物生產(chǎn)、能量流動和物質(zhì)循環(huán)，它們是通過生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵部分生物群落來實現(xiàn)。第62頁第62頁(1)生態(tài)系統(tǒng)生物生產(chǎn) 生態(tài)系統(tǒng)生物生產(chǎn)是指生物有機體在能量和物質(zhì)代謝過程中，將能量、物質(zhì)重新組合，形成新產(chǎn)物(碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等)過程。植物性生產(chǎn)或初級生產(chǎn)綠色植物通過光合作用，吸取和固定太陽能，將無機物轉(zhuǎn)化成有機物生產(chǎn)過程。動物性生產(chǎn)或次級生

42、產(chǎn)消費者利用初級生產(chǎn)產(chǎn)品進行新陳代謝，通過同化作用形成異養(yǎng)生物本身物質(zhì)生產(chǎn)過程。 第63頁第63頁(2)生態(tài)系統(tǒng)能量流動 生態(tài)系統(tǒng)中能量流動都是按照熱力學(xué)第一定律和第二定律進行。在熱力學(xué)定律約束下，自然界中大大小小生態(tài)系統(tǒng)處于完美友好之中。 在熱力學(xué)定律約束下，自然界中大大小小生態(tài)系統(tǒng)處于完美友好之中。大自然賦予生物多樣性使生態(tài)系統(tǒng)愈加友好。由于存在著這種多樣性，每種生物都會在生態(tài)系統(tǒng)中找到適宜棲息地。生存競爭造成優(yōu)勝劣汰。當(dāng)某種病害襲來時，只有一些敏感物種遭到傷害。災(zāi)害過后，幸存物種也許使生態(tài)系統(tǒng)得以復(fù)蘇。值得注意是，自然界生態(tài)平衡很脆弱，易遭外力破壞。人類雖無力改變熱力學(xué)定律，但往往能容易

43、地破壞生態(tài)金字塔和生物多樣性，使不少地域陷入“生態(tài)危機”之中。 第64頁第64頁(3)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán) 自然界各種元素和化合物在生態(tài)系統(tǒng)中運動為一個循環(huán)式流動, 稱為生物地球化學(xué)循環(huán)。 生物地球化學(xué)循環(huán)可分為三種主要類型：水循環(huán)，氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。氣體型循環(huán)主要包括碳和氮循環(huán)，這兩個元素貯存庫主要是大氣和海洋。循環(huán)具全球性。碳循環(huán) 氮循環(huán) 硫循環(huán) 第65頁第65頁a.碳循環(huán) 碳循環(huán)最簡樸形式在有陽光條件下，植物把大氣中C02轉(zhuǎn)化為碳水化合物，用以構(gòu)成本身。同時，植物通過呼吸過程產(chǎn)生C02被釋放到大氣中，供植物再度利用。碳循環(huán)第二種形式 植物被動物采食后，碳水化合物轉(zhuǎn)入動物體內(nèi)，經(jīng)消化、合

44、成，由動物呼吸排出C02。另外，動物排泄物和動、植物遺體中碳，經(jīng)微生物分解被返回大氣中，供植物重新利用 。碳循環(huán)第三種形式 人類通過燃燒煤、石油和天然氣等釋放出大量C02，它們也能夠被植物利用，加入生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中。另外，在大氣、土壤和海洋之間時刻都在進行著碳互換，最后碳被沉積在深海中，進入更長時間尺度循環(huán)。 第66頁第66頁全球碳循環(huán)示意圖第67頁第67頁b.氮循環(huán) 氮屬于不活潑元素，氣態(tài)氮并不能直接被普通綠色植物所利用。氮只有被轉(zhuǎn)變成氨離子、亞硝酸離子和硝酸離子形式，才干被植物吸取，這種轉(zhuǎn)變稱為硝化作用。大氣氮進入生物體主要路徑有四種：生物固氮(豆科植物、細菌、藻類等)；工業(yè)固氮(合成氨)

45、；巖漿固氮(火山活動)；大氣固氮(閃電、宇宙線作用)。四種路徑中第一個使大氣氮直接進人生物有機體，其它則以氮肥形式或隨雨水間接地進人生物有機體。 第68頁第68頁全球氮循環(huán)示意圖每年進入生物圈氮：92106t 每年回歸大氣氮： 83106t （反硝化作用 ）每年生物圈固氮速度9106t 第69頁第69頁c.硫循環(huán) 地球中硫大部分儲存在巖石、礦物和海底沉積物中，以黃鐵礦、石膏和水合硫酸鈣形式存在。大氣圈中天然源硫包括H2S、SO2和硫酸鹽。H2S來自火山活動、沼澤、稻田和潮灘中有機物嫌氣(缺氧)分解等路徑，SO2來自火山噴發(fā)氣體；大氣圈中硫酸鹽(如硫酸銨)則來自海浪花蒸發(fā)。大氣圈中硫l3(包括硫

46、酸鹽99)來自人類活動，其中2/3來自含硫化石燃料(煤和石油)燃燒，其余來自煉油和冶金工業(yè)和其它工業(yè)過程。第70頁第70頁全球硫循環(huán)數(shù)字表示通量（1012g/a)；小字體表示天然源奉獻，大字體表示人為源奉獻第71頁第71頁四、信息傳遞 物理信息由聲、光和顏色等組成。比如，動物叫聲能夠傳遞驚恐、警告、安全和求偶等信息；一些光和顏色能夠向昆蟲和魚類提供食物信息。 化學(xué)信息 由生物代謝作用產(chǎn)物(尤其是分泌物)組成化學(xué)物質(zhì)。如同種動物間釋放化學(xué)物質(zhì)能傳遞求偶、行蹤和劃定活動范圍等信息。 營養(yǎng)信息 營養(yǎng)信息由食物和養(yǎng)分組成。食物網(wǎng)和食物鏈就是一個營養(yǎng)信息系統(tǒng)。行為信息 不論是同一個群還是不同種群，它們個

47、體之間都存在行為信息表現(xiàn)。如一些動物以飛行姿勢和舞蹈動作傳遞覓食和求偶信息，以鳴叫和動作傳遞警戒信息等。第72頁第72頁五、生態(tài)平衡及其破壞 任何一個正常、成熟生態(tài)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與功效，包括其物種構(gòu)成，各種群數(shù)量和百分比，以及物質(zhì)與能量輸出、輸入等方面，都處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。就是說，在一定期期內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)者、消費者和分解者之間保持著一個動態(tài)平衡，系統(tǒng)內(nèi)能量流動和物質(zhì)平衡在較長時期內(nèi)保持穩(wěn)定。這種狀態(tài)就是生態(tài)平衡， 第73頁第73頁假如生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量輸入不小于輸出，其總生物量增長，反之則生物量減少。在自然狀態(tài)下，生態(tài)系統(tǒng)演替總是自動地向著物種多樣化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、功效完善化方向發(fā)展。生態(tài)平衡是

48、靠一系列反饋機制維持。物種循環(huán)與能量流動中任何改變，都是對系統(tǒng)發(fā)出信號，會造成系統(tǒng)向進化或退化方向改變。生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，物種愈多，食物鏈和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)也愈復(fù)雜多樣，能量流動與物種循環(huán)就能夠通過多渠道進行，有些渠道之間能夠起互相補償作用。一旦某個渠道受阻，其它渠道有也許替換其功效，起著自動調(diào)整作用。當(dāng)然，這種調(diào)整作用是有程度，超出這個程度就會引起生態(tài)失調(diào)，乃至生態(tài)系統(tǒng)破壞。第74頁第74頁影響生態(tài)平衡原因既有自然，也有些人為。自然原因如火山、地震、海嘯、林火、臺風(fēng)、泥石流和水旱災(zāi)害等經(jīng)常在短期內(nèi)使生態(tài)系統(tǒng)破壞或毀滅。受破壞生態(tài)系統(tǒng)在一定期期內(nèi)有也許自然恢復(fù)或更新。人為原因包括人類故意識“改造自

49、然”行動和無意識造成對生態(tài)系統(tǒng)破壞。比如，砍伐森林、疏干沼澤、圍湖圍海(墾殖)和環(huán)境污染等。這些人為原因都能破壞生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功效，引起生態(tài)失調(diào)，直接或間接地危害人類本身。所謂“生態(tài)危機”大多是指人類活動引起這類生態(tài)失調(diào)。第75頁第75頁第三章：全球改變本章主要內(nèi)容：全球改變概念； 全球改變研究辦法及信息獲取； 中國陸域在全球改變研究中作用 及其科學(xué)問題 。第76頁第76頁第一節(jié)：全球改變一、全球改變科學(xué)內(nèi)涵1.全球改變定義全球環(huán)境(包含氣候、土地生產(chǎn)力、海洋和其它水資源、大氣化學(xué)及生態(tài)系統(tǒng)等)中能改變地球承載生命能力改變 稱之 。 2.全球觀點與全球尺度 全球觀點就是從地球系統(tǒng)思想出發(fā)把地球

50、看作一個整體，研究地球系統(tǒng)隨時間改變，集中研究那些把系統(tǒng)中全部部分緊密地聯(lián)絡(luò)在一起、并造成系統(tǒng)發(fā)生改變過程和機制，而不是孤立地研究地球不同組分和它環(huán)境。 全球尺度是指過程或事件本身空間尺度大約相稱于地球半徑以上，或即使過程或事件本身空間尺度沒有達到上述規(guī)模，但其影響卻是全球性 。第77頁第77頁3.全球改變時間過程 全球改變研究不但是為了揭示發(fā)生在過去全球改變規(guī)律，更主要地是為認識當(dāng)代正在進行及未來將要發(fā)生全球改變。全球改變主要時間尺度能夠分為五個不同時段：幾百萬年至幾十億年 幾千年至幾十萬年 幾十年至幾百年 幾天至幾個季度 幾秒到幾小時 五個時段中，幾十年至幾百年中等時間尺度改變是全球改變研

51、究重點，在此時間尺度內(nèi)自然改變對人類有著主要影響，而人類活動對全球過程影響也最為顯著。 第78頁第78頁4.全球改變中人類作用 由于人類活動影響加劇，全球改變過程正以前所未有速度加快進行，人類已經(jīng)成為造成全球改變營力之一。狹義理解全球改變主要是指人類生存環(huán)境惡化。因此當(dāng)前全球改變研究尤其關(guān)注是對人類和對生物圈影響最大、對人類活動最為敏感時間尺度為幾十年至幾百年全球改變，以及作為這一尺度改變背景幾千至幾萬年尺度改變。 第79頁第79頁二、全球改變研究主要內(nèi)容1.全球改變過程全球改變是地球系統(tǒng)在各個時間尺度上自然改變和人類活動所造成全球改變兩部分疊加 。全球改變是地球各個構(gòu)成部分地核、地幔、巖石圈

52、、水圈、大氣圈和生物圈之間互相作用和反饋結(jié)果，是地球系統(tǒng)動力學(xué)過程必定表現(xiàn)。全球改變主要過程包括：氣候和水文循環(huán)過程、生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)過程、固體地球過程和人類對地球影響過程等。第80頁第80頁2.全球改變在時間和空間上表現(xiàn)形式 從時間過程上看，全球環(huán)境改變表現(xiàn)為一個時期環(huán)境狀態(tài)或其特性值較另一時期有顯著不同。全球改變時間過程能夠由均值、周期、趨勢、相對變率等許多參數(shù)來表征，其基本方式有兩種，即環(huán)境圍繞一個平衡狀態(tài)起伏波動；以及在短時間內(nèi)由一個環(huán)境狀態(tài)取代另一個環(huán)境狀態(tài)突變。 區(qū)域分異是地球系統(tǒng)有序性在空間上表現(xiàn)，地球系統(tǒng)各組成要素在坐標(biāo)位置不同地球表層空間有不同組合，從而形成含有不同

53、環(huán)境屬性特性地理區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)部有較高一致性，相鄰區(qū)域之間有顯著或逐步過渡分界線。 全球環(huán)境狀態(tài)隨時間改變在空間上表現(xiàn)就是區(qū)域分異格局調(diào)整。一個區(qū)域分異格局對應(yīng)于一個環(huán)境狀態(tài)，當(dāng)全球環(huán)境狀態(tài)發(fā)生改變時，區(qū)域分異格局也對應(yīng)地發(fā)生改變。 第81頁第81頁3.全球改變影響與人類響應(yīng) 全球改變是對人類生存和發(fā)展挑戰(zhàn)。對于人類社會而言，全球改變意味著人類生存條件改變，勢必對人類產(chǎn)生有利或不利影響。為適應(yīng)全球改變，人類必須結(jié)識全球改變，并采用相應(yīng)對策。 全球改變對策與政策評估研究主要是基于對全球改變影響結(jié)識和現(xiàn)實社會經(jīng)濟技術(shù)能力，提出人類適應(yīng)與減緩全球改變影響對策，評估其可行性，為人類可連續(xù)發(fā)展服務(wù)。第

54、82頁第82頁4.全球改變信息獲取、處理與分折技術(shù)在研究，證實、理解、模擬和評估全球改變，需要并產(chǎn)生大量、各種類型數(shù)據(jù)和信息，這些數(shù)據(jù)包括反應(yīng)過去全球改變各種信息、監(jiān)測正在進行全球改變過程所取得信息，以及由各種分析、模擬所產(chǎn)生信息等。環(huán)境地球化學(xué)在過去全球改變信息提取研究中可發(fā)揮主要作用。如：樹輪、湖泊沉積物、海洋沉積物、冰巖心、黃土剖面、古土壤、沉積巖層、孢粉及火山灰等可提供豐富環(huán)境演變信息。 第83頁第83頁三、全球改變研究意義 全球改變研究是人類社會實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展科學(xué)基礎(chǔ)；深化對地球系統(tǒng)結(jié)識，增進地球科學(xué)發(fā)展；改變?nèi)祟愑^念、增進應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)和相關(guān)社會科學(xué)發(fā)展 。第84頁第84頁四、全球改

55、變國際研究計劃國際地圈生物圈計劃(IGBP)；全球改變?nèi)宋挠媱?IHDP)；世界氣候研究計劃(WCRP)；生物多樣性計劃(DIVERSITAS)。 第85頁第85頁1.世界氣候研究計劃(WCRP)WCRP研究對象：物理氣候系統(tǒng)。WCRP兩個研究目的：氣候可預(yù)報程度；人類活動對氣候影響 。WCRP三個研究方向：為期數(shù)周長期天氣預(yù)報；全球大氣年際變率以及為期多年熱帶海洋年際變率；長期改變 WCRP兩大試驗：熱帶海洋和全球大氣試驗；世界海洋環(huán)流試驗， 第86頁第86頁2.國際地圈一生物圈計劃(IGBP)IGBP主要以生物地球化學(xué)循環(huán)于系統(tǒng)及其與物理氣候子系統(tǒng)互相作用為主要研究對象，其科學(xué)目的是：理解

56、和闡述控制整個地球系統(tǒng)關(guān)鍵物理、化學(xué)和生物互相作用過程；理解和闡述支持生命獨特環(huán)境；理解和闡述出現(xiàn)在地球系統(tǒng)中受人類活動影響重大全球改變。尤其是那些時間尺度為幾十年至幾百年，對生物團影響最大，對人類活動最為敏感，含有可預(yù)測性重大全球改變問題。IGBP由若干個關(guān)鍵計劃和支撐計劃構(gòu)成。當(dāng)前已啟動關(guān)鍵計劃有11項。 第87頁第87頁3.全球改變?nèi)宋挠媱?IHDP) 目的：從社會科學(xué)角度來研究全球改變，力爭更加好地理解造成全球環(huán)境改變?nèi)祟愒?。四個目的：增進對左右人與地球總體系統(tǒng)互相作用復(fù)雜原因科學(xué)理解和結(jié)識；不斷努力摸索預(yù)測全球環(huán)境下社會改變；擬定宏觀社會戰(zhàn)略，以預(yù)防或減輕全球改變不利影響，以適應(yīng)

57、那些無法避免改變；分析對付全球環(huán)境改變、增進實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展政策與方案。 三個主要研究內(nèi)容：全球改變本源，主要是人為本源；仔細區(qū)別自然趨勢和由人類活動所造成兩類改變；由于自然和直接由于人類作用所引起改變后果；對全球改變管理。 第88頁第88頁4.生物多樣性計劃(DIVERSITAS)目的：旨在研究地球上生物多樣性。內(nèi)容：生物多樣性生態(tài)系統(tǒng)功效；生物多樣性產(chǎn)生、減少及其維護；生物多樣性編目與監(jiān)測。 第89頁第89頁5.中國全球改變研究 我國全球改變研究對下列兩個方面科學(xué)問題進行了重點研究：首先是含有全球意義、同時又是我國急需處理區(qū)域性生存環(huán)境問題；另一方面是全球改變對我國氣候、環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展影響。

58、我國科學(xué)家近一二十年在古季風(fēng)環(huán)境改變、大氣溫室氣體排放監(jiān)測、全球氣候改變對我國和陸地生態(tài)系統(tǒng)也許影響、中國土地利用和土地覆蓋改變歷史、區(qū)域氣候改變模擬和預(yù)報、全球氣候改變問題對策研究等許多方面所開展工作和成就都對國際全球改變研究作出了奉獻 。 第90頁第90頁國際全球變化科學(xué)計劃與相關(guān)觀測系統(tǒng)第91頁第91頁第二節(jié)：全球改變研究辦法對于全球改變決定性認知不但來自對那些當(dāng)代過程研究，并且來自于對過去全球改變歷史重建。對過去全球改變研究能夠揭示各種過程之間不斷改變著平衡關(guān)系，而正是這些過程在地球整個沿革過程中形成了當(dāng)代地球系統(tǒng)。因此，科學(xué)全球改變研究是從過去全球改變研究開始，其在全球改變研究中主要

59、意義主要在于：第一，重建全球改變歷史，理解包括演變過程、時空分布形式、改變區(qū)域差別等方面規(guī)律；第二，通過過去發(fā)生過全球改變現(xiàn)象，探討和結(jié)識全球改變成因機制；第三，利用重建結(jié)果驗證模式可靠性或為模式建立提供參數(shù)；第四，由歷史演變規(guī)律推測未來環(huán)境或為預(yù)測未來環(huán)境提供歷史相同型。 第92頁第92頁當(dāng)前全球改變研究三種路徑：全球改變重建以殘余過去全球改變產(chǎn)物為依據(jù)，反推形成產(chǎn)物環(huán)境狀態(tài)，進一步推測其成因機制；全球改變動態(tài)監(jiān)測利用各種觀測手段，對正在進行全球改變過程進行實時跟蹤觀測，從中找出改變規(guī)律；全球改變模擬從全球改變過程與成因機制出發(fā)，依據(jù)對全球改變過程結(jié)識，建立數(shù)學(xué)模式，利用模式從已知環(huán)境過程出

60、發(fā)，演繹也許環(huán)境狀態(tài)及其產(chǎn)物。重建、動態(tài)監(jiān)測與模擬構(gòu)成了全球改變研究三個基本路徑，它們是互相參校補充。 第93頁第93頁一、過去全球改變重建基本假設(shè) 結(jié)識當(dāng)代所發(fā)生過程需要對所經(jīng)歷歷史有必要理解。因此，關(guān)于全球改變決定性見識不但來自對那些當(dāng)代過程研究，并且來自于對過去全球改變歷史重建。進行過去全球改變重建，通常依據(jù)下列幾種基本假設(shè)條件：1.基本假設(shè) 均一性假設(shè) 協(xié)同性假設(shè) 全息假設(shè) 第94頁第94頁二、過去全球改變環(huán)境屬性信息獲取對象 過去全球改變信息三種類型：觀測統(tǒng)計指借助于各種觀測技術(shù)手段所取得環(huán)境信息，如地面觀測氣象、水文統(tǒng)計，空間觀測取得各種遙感數(shù)據(jù)等，它們統(tǒng)計規(guī)范，精度高，但時間尺度