生物圈与水圈大气圈.ppt

第十二章 生物圈与水圈、大气圈、岩石圈的相互作用• 第一节 生物圈与岩石圈的相互作用 • 第二节 生物圈与大气圈的相互作用 • 第三节 生物圈与水圈的相互作用 • 第四节 水圈、大气圈、生物圈的相互作用第一节 生物圈与岩石圈的相互作用一、生物风化与岩石的分解生物风化作用是指生物在其生命活动过程中对岩石、矿物产生的破坏作 用 生物机械风化作用是指，生物在其生命活动过程中对岩石产生的机械破 坏作用如根劈作用和动物的挖洞掘穴等生物化学风化作用是通过生物新陈代谢和生物死亡后的遗体腐烂、分解 进行的植物和细菌在新陈代谢过程中，常常形成和析出有机酸、硝酸、碳 酸和其他一些物质，它们对岩石具有较强的侵蚀能力生物尸体逐渐堆积起 来，在还原的环境中经过缓慢腐烂分解，形成一种暗黑色的胶状物质，即腐 殖质它一方面，供给植物必不可少的钾盐、磷盐以及含氮的化合物，另一 方面，腐殖质本身就是一种有机酸，对岩石、矿物有着腐蚀作用 第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用二、岩石－土壤－生物土壤是在一定的水热条件下，岩石与生物相互作用的产物，是岩石与生 物联系的纽带与桥梁 生物与岩石相互作用形成土壤：岩石风化形成风化壳，随着生物化学风化作用的进行和有机质的积累， 风化壳的物质组成与性质发生变化，并且形成一定的结构与肥力，这时土壤 便形成了 。

同时，通过生物的物质循环，才能把大量的太阳能纳入成土过程，才能 使分散于岩石圈、水圈和大气圈的多种养分聚集于土壤之中，才能使土壤具 有肥力并使之不断更新 岩石是一切陆地生物的固体支撑，没有固体岩石的支撑，很难想象有陆 地生物的发生与发展并且许多生物，尤其是植物所需要的矿物元素，都来 自岩石及其风化形成的产物 第第 十十 二二 章章土壤是生物与岩石相互作用的纽带土壤不仅是生物与岩石相互作 用的产物，而且还是两者相互作用 的纽带植物一般情况下很难直接吸收 岩石中的矿物质，只有经过土壤转 换成离子形式，才能被植物吸收只有当生物有机质在土壤中转 变成有机酸时，生物对岩石的化学 风化作用才能发生岩石中的水（ 如地下水）只有转变成土壤水，才 能被植物吸收；大气降水经过植物 淋滤、土壤吸收之后，才会渗入岩 石转变为地下水岩石与植物之间 的其他物质交换，也大都需要经过 土壤这个中间环节植物-土壤-岩石的关系第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用三、岩石性质对生物的影响岩层性质影响到地表土壤，不同的岩石上发育的土壤会产生不同程度的 差异，例如灰岩地区一般土壤不发育，且土壤的碱性组份较多，因而植被不 发育，且多灌丛；砂岩区则往往覆盖较好的土壤，且土壤呈酸性，有利于喜 酸植物（松等）的生长。

岩石的结构、构造主要通过其透水性、隔水率和含水率等影响土壤、生 物的水文条件第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用三、岩石性质对生物的影响岩石的元素特征控制生物的生长发育，它为生物提供基本的矿物质需求，此 外，一些特殊的元素富集带往往有与之对应的指示性生物，如铜矿带上常生 长铜兰第第 十十 二二 章章第第 十十 二二 章章南京阳山北坡石炭纪二叠纪灰岩上生长的灌 丛与五通组砂岩上生长的松林界限清楚第第 十十 二二 章章特殊土壤环境植物 芒萁分布于长江以南，大量生长于 酸性红壤的山坡上，是酸性土壤指示植物 钙质土壤指示植物 蜈蚣草 柽柳科柽柳属 灌木或小乔木， 枝条细而下垂， 叶鳞片状细小 耐干旱耐盐碱， 常生长于盐硷荒滩 第一节 生物圈与岩石圈的相互作用三、岩石性质对生物的影响在地质历史发展过程中，各种岩石的分布差异导致地壳表面元素分布的 不均一性这种不均一性在一定程度上，控制和影响着世界各地区人体的发 育和体质的差异，若元素分布的不均一性超过正常变化范围，则将造成人类 的地方疾病 第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用四、岩石圈运动与生物岩石圈的运动导致大陆的漂移，大陆位置变化也会导致生物群落面貌的 巨大变化。

例如印度从南极附近的高纬度地区漂移到现在的北半球低纬度地 区，由冻原、冰原变为热带森林、草原环境岩石圈的运动引起地面高程的变化，同样导致生物面貌的变化例如， 青藏高原在上新世海拔相对比较低，植被为亚热带森林；而随着地面的隆升 ，高原内部与北部已经演化为干旱草原或寒漠 第第 十十 二二 章章中国老第三纪植被分布示意热带亚热带雨林副热带干旱草原与荒漠副热带森林暖温带落叶阔叶林亚洲东亚世界中国新第三纪植被分布示意热带亚热带常绿林副热带常绿落叶混交林副热带落叶林暖温带落叶林副热带暖 温带草原 与森林草 原副热带暖温带 荒漠与荒漠草原在一些山坡上，由于岩石块体的向下滑动或者蠕动，往往使得山坡上 的树木变得倾斜，有人称之为醉树第第 十十 二二 章章庐山仙人洞附近滑坡体上的醉汉林第一节 生物圈与岩石圈的相互作用五、生物岩石、生物矿床、生物地貌 生物作用形成岩石可以称之为生物岩石沉积在海底的主要是生物的残骸， 这些生物残体堆积、固结便形成岩石；硅藻土就是一种主要由硅藻残骸组成 的岩石；珊瑚礁，主要由珊瑚的骨骼胶结而成，是珊瑚生长过程中，残骸不 断堆积而形成的；实际上一些碳酸盐岩的形成也与生物的作用有关。

第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用五、生物岩石、生物矿床、生物地貌 自然界许多矿床的形成与生物作用密切相关，甚至一些矿床就是生物作用形 成的例如，大量植物残体积聚形成泥炭，当泥炭被埋藏、变质就可能形成 煤大量生物尤其是海洋浮游生物和低等微生物死亡后，在一定的温度、压 力条件下，经过分解、变质，就可能生成石油与天然气第第 十十 二二 章章第一节 生物圈与岩石圈的相互作用五、生物岩石、生物矿床、生物地貌 生物对岩石的破坏或建造，可以形成一些地貌类型 如珊瑚礁 、牡蛎礁 贝 壳堤等第第 十十 二二 章章生物海岸海岸可以根据海岸的物质组成划分为基岩海岸、砂质海岸和淤泥质海岸 但一些海岸比较特殊，很难归属于上述海岸类型中，故又划分出生物海岸 所谓生物海岸是指主要由于生物作用形成的海岸例如，珊瑚礁海岸，主 要是由珊瑚作用形成的由珊瑚礁组成的海岸；红树林海岸，主要由红树林组 成，以红树林为特征的海岸珊瑚岛与珊瑚礁海岸基岩海岸第第 十十 二二 章章珊瑚礁岛第第 十十 二二 章章珊瑚礁岛第第 十十 二二 章章珊瑚礁第第 十十 二二 章章牡蛎礁第第 十十 二二 章章贝壳堤第第 十十 二二 章章红树林海岸第第 十十 二二 章章光合作用与生、气物质交换制造碳水化合物绿色植物在不停地吸收 大气CO2进行着光合作用， 通过光合作用来制造养料， 以维持植物的发育与生长。

动 物的生命活动或有机体的腐 烂过程，是吸收氧气、放出 二氧化碳的过程；而植物的 生命过程却是吸收二氧化碳 、放出氧气的过程两者之 间以及两者与岩石圈、大气 圈、水圈之间经过亿万年的 演化达到了某种平衡，才形 成了今天这样的大气圈C6H12O6第第 十十 二二 章章第二节 生物圈和大气圈相互作用 一、生命活动与大气组分 第第 十十 二二 章章二、风与生物 三北防护林第第 十十 二二 章章二、风与生物 三北防护林大气中氧气、二氧化碳随时间的变化及其与生 物演化的关系 （陶世龙《地球科学导论）大气二氧化碳含量第第 十十 二二 章章三、大气圈的演化与生命的起源及进化生物对气候的负反馈当大气中二氧化碳、甲烷等温室气体增加时，气候将会变暖，与此同时植物的 光合作用加强光合作用的增强，将会使植物从大气吸收的二氧化碳的数量增加， 从而降低大气二氧化碳的浓度，降低温室效应，使气候变暖幅度减小或变冷这就 是生物对气候变化或对温室效应的负反馈作用相反，如果大气二氧化碳浓度降低 ，将会导致气候的变冷和植物光合作用强度的减弱植物光合作用强度的减弱，将 使得从大气吸收的二氧化碳的数量减少，从而抑制大气二氧化碳浓度减低的速度和 气候变冷的幅度，甚至使气候变暖。

第第 十十 二二 章章四、生物与气候变化之间的正负反馈作用 生物对气候变化的正反馈作用 Ⅰ海洋生物的兴衰对于地球表层碳的循环起着重要的作用研究表明，对 世界大多数海域来说，铁的不足是海洋生物生产率的一个重要限制因素而 落入海洋的风尘则是海洋铁补充的主要途径干旱区的风尘落入海洋，提高 海洋生物的生产率，增加了海洋对大气二氧化碳的吸收，促使气候变冷当 冰期来临或气候变冷，风尘沉积速率增大，使海洋生物的生产率提高，导致 大气二氧化碳含量的降低，从而使气候进一步变冷当间冰期来临或气候变 暖，风尘沉积速率减小，使海洋生物的生产率降低，导致大气二氧化碳含量 的升高，从而使气候进一步变暖图a，b）第第 十十 二二 章章生物对气候变化的正反馈作用 Ⅱ上面阐述了生物与气候之间的一种正反馈机制实际上，生物与气候之间的 正反馈机制还有一些，只是人们对它们的认识不足而已例如，温度升高对呼 吸作用的影响，尤其对土壤微生物的影响：温度升高，引起生物呼吸作用加强 ，导致大气二氧化碳的升高，促使温度进一步升高（图c）温度升高引起的胁 迫，导致生物生长减缓和森林枯萎，从而导致大气二氧化碳的升高，增强了温 度升高的趋势（图d）第第 十十 二二 章章第第 十十 二二 章章五、大气污染与植物大气污染对植物影响的机制：二氧化硫对植物的影响主要有两个途径：一是从植物叶片的气孔 进入，溶解在细胞组织的水形成亚硫酸盐，从而干扰植物正常的新陈 代谢；二是二氧化硫在空气中与水作用形成酸雨，酸雨直接破坏植物 枝叶，影响植物的正常生长。

氟化氢通过叶片气孔进入，与叶片中的钙反应形成氟华钙，从而 干扰酶的作用，阻碍植物正常的新陈代谢，破坏叶绿素与原生质，使 细胞失水而枯萎氯气进入叶肉细胞后，能形成酸性物质，使叶片叶液中的pH值 降低，破坏叶绿素，从而抑制植物的光合作用 大气污染对植物的影响： （1）大气污染降低植物的寿命； （2）大气污染降低植物生产率； （3）大气污染导致植物群落的变化； （4）大气污染导致植物的死亡植物净化空气的作用植物还能分泌一些挥发性杀菌物质，例如，丁香酚、桉油、松脂、肉桂 油、柠檬油等，具有杀菌的功能，称之为杀菌素每hm2松柏树或者松林， 一昼夜可分泌30～60 kg的杀菌素，足以清除一个中等城市空气中的各种细 菌调查表明，林内每立方米空气中的含菌量只有300～400个，仅为林边空 地的1%，只有城市百货商店的十万分之一北京百货大楼每立方米有细菌 400万个，林荫大道上为58万个，绿化公园为1,000个，而林区却只有55个 这充分说明植物具有除尘灭菌、净化空气的功能绿化公园百货商店不同地点空气中的细菌数量比例示意图第第 十十 二二 章章植物对保持和改善环境的作用植物净化空气的作用 (1) 除尘灭菌：大气中的尘埃（包括粉尘和飘尘），常含有致癌物质和病原菌 ，危害人体健康。

植物具有吸附尘埃的作用 (2) 吸碳吐氧：清新空气 (3) 对污染物的吸附、吸收：当大气受到污染时，一些敏感植物就会受到伤害 ，但还有一些植物对某些污染物有一定的抵抗能力，称之为抗性植物不 管是敏感植物还是抗性植物，对污染物都有一定的吸附、吸收与降解的功 能，从而具有净化空气的能力第第 十十 二二 章章制造碳水化合物生命来源于水 生物的生存离不开水 水的多少决定生物的种类 C6H12O6第第 十十 二二 章章第三节 生物和水的相互作用一、生命与水 旱生植物 水生植物 中生植物 干湿度分带性——降水的空 间分异与生物分带现象 C6H12O6第第 十十 二二 章章二、生物分布与水水生植物 植物的分布形式与地表水、 地下水分布的关系 C6H12O6第第 十十 二二 章章二、生物分布与水水生植物 额尔齐斯河两岸的带状植被腾格里沙漠的格状植被植物的分布形式与地表水、 地下水分布的关系 C6H12O6第第 十十 二二 章章二、生物分布与水水生植物 月牙泉岛状植被祁连山帽状植被C6H12O6第第 十十 二二 章章三、 水质与生物水生植物。