第五章生物环境化学 1.生物环境与生态系统 2.生物组成与微生物的生理特征(略) 3.污染物的生物积累 4.污染物的生物转化 5污染物的毒性
第五章 生物环境化学 • 1. 生物环境与生态系统 • 2. 生物组成与微生物的生理特征（略） • 3. 污染物的生物积累 • 4. 污染物的生物转化 • 5. 污染物的毒性
1.生物环境与生态系统 1.1生物环境 12生物圈 1.3生态系统
1. 生物环境与生态系统 • 1.1 生物环境 • 1.2 生物圈 • 1.3 生态系统
自然界中的生物,包括植物、动物、微生物等有生命 的机体,构成了人类赖以生存的生物环境。 生物环境是自然环境要素中的重要组成部分,为人类 提供了基本食物来源,通过绿色植物的光合作用,将 CO2和H2O固定为糖类等有机物;又通过动、植物的呼 吸作用将这些有机物的化学键断裂,变植物体内的储 存能量为人体或生物体内的储存能量;此外,通过微 生物的作用可将生物残体和排泄物分解成无机物返回 自然界完成碳循环、氮循环、硫循环、磷循环等。 生物环境是维持人类生存和整个地球自然生态平衡的 不可或缺的环境要素 反回
• 自然界中的生物，包括植物、动物、微生物等有生命 的机体，构成了人类赖以生存的生物环境。 • 生物环境是自然环境要素中的重要组成部分，为人类 提供了基本食物来源，通过绿色植物的光合作用，将 CO2和H2O固定为糖类等有机物；又通过动、植物的呼 吸作用将这些有机物的化学键断裂，变植物体内的储 存能量为人体或生物体内的储存能量；此外，通过微 生物的作用可将生物残体和排泄物分解成无机物返回 自然界完成碳循环、氮循环、硫循环、磷循环等。 • 生物环境是维持人类生存和整个地球自然生态平衡的 不可或缺的环境要素。 •
生物圈的概念是奥地利地质学家休斯( Eduard Suess)在1875年提出的, 但是直到1926年前苏联地球化学家维尔纳茨基所做的“生物圈“报告后, 才引起人们的注意。现代对生物圈的理解仍然沿用维尔纳茨基的概念。 生物圈是指地球上有生命活动的范围及其生存环境的整体,其范围的上 限可达15~25km高空,下限可达海平面以下10~11km海洋深处。陆地上在 油井钻孔深达7.5km处仍发现有细菌生存。绝大部分生物通常生活在地球 陆地上和海面之下各约100m厚的范围内 生物圈是生物界和水圈、大气圈以及岩石土壤圈长期相互作用的结果。 生物圈的存在具备几个条件: 1)可以直接或间接获得来自太阳的充足的光能 2)有大量可利用的液态水 3)有适宜的温度条件,在此温度变化范围内的物质存在气态、固态和液 态三种物态变化 4)提供氧气、CO2以及氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等营养元素
• 生物圈的概念是奥地利地质学家休斯（Eduard Suess）在1875年提出的， 但是直到1926年前苏联地球化学家维尔纳茨基所做的“生物圈“报告后， 才引起人们的注意。现代对生物圈的理解仍然沿用维尔纳茨基的概念。 • 生物圈是指地球上有生命活动的范围及其生存环境的整体，其范围的上 限可达15~25km高空，下限可达海平面以下10~11km海洋深处。陆地上在 油井钻孔深达7.5km处仍发现有细菌生存。绝大部分生物通常生活在地球 陆地上和海面之下各约100m厚的范围内。 • 生物圈是生物界和水圈、大气圈以及岩石土壤圈长期相互作用的结果。 • • 生物圈的存在具备几个条件： • 1）可以直接或间接获得来自太阳的充足的光能 • 2）有大量可利用的液态水 • 3）有适宜的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、固态和液 态三种物态变化 • 4）提供氧气、CO2以及氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等营养元素
1.3.1概念 生态系统的概念是英国植物学家 Tansley在20世纪30年代首先提出的, 到50年代得到广泛传播,60年代后逐渐成为生态学研究的中心 种群( population)在一定的自然区域内,同种生物所有个体的总和 群落( community)在一定的自然区域内,许多不同种群生物的总和 生态系统( ecosystem)仼何生物群落与周围非生物环境(水、大气、 土壤等)的综合体就是生态系统 生态系统可大可小,小到一滴含有微生物的天然水,大到整个生物圈。 生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间相互作用、相互制约、不断 演变,达到动态平衡、相对稳定的统一整体,是具有一定结构和功能的单 位
• 1.3.1 概念 • 生态系统的概念是英国植物学家Tansley在20世纪30年代首先提出的， 到50年代得到广泛传播，60年代后逐渐成为生态学研究的中心。 • 种群（population）在一定的自然区域内，同种生物所有个体的总和。 • 群落（community）在一定的自然区域内，许多不同种群生物的总和。 • 生态系统（ecosystem）任何生物群落与周围非生物环境（水、大气、 土壤等）的综合体就是生态系统。 – 生态系统可大可小，小到一滴含有微生物的天然水，大到整个生物圈。 – 生态系统是自然界一定空间的生物与环境之间相互作用、相互制约、不断 演变，达到动态平衡、相对稳定的统一整体，是具有一定结构和功能的单 位
生态系统是自然界的划分单位,大系统又可分为若干亚系统或子 系统,具有明显的层次性。 生态系统「农业生态系统农田生态系统土壤生态系统土壤动物生态系统 土壤微生物生态系统 土壤植物根区微环境生 态系统 「植物生态系统 森林生态系统 草原生态系统 城市生态系统
• 生态系统是自然界的划分单位，大系统又可分为若干亚系统或子 系统，具有明显的层次性。 生态系统 农业生态系统 农田生态系统 土壤生态系统 土壤动物生态系统 土壤微生物生态系统 土壤植物根区微环境生 态系统 植物生态系统 森林生态系统 草原生态系统 城市生态系统
1.3.2组成 生态系统是由生物群落和非生物环境(阳光、空气、土壤、矿物养分等) 所组成,其中生物部分根据其在系统中物质和能量迁移转化中的作用不 同,又可分为三个机能群 第一性生产者:主要指绿色植物,即含有叶绿素能利用太阳辐射能和光 能合成有机体的植物,包括某些藻类在内。没有第一性生产者生产有机 体,任何生态系统都不会有能流和物流组成食物链。第一性生产者是生 态系统的基石 消费者:以生物有机体为食的各类异养性生物,主要包括各类草食动物 肉食动物和人类。按照消费者在食物链中的位置又分为一级消费者(草 食动物)、二级消费者(以草食动物为食的肉食动物)和三级消费者 (以二级消费者为食的肉食动物)。人类为最高级的消费者。 分解者:主要指依靠分解有机质维持生命的微生物群。它们是使自然生 态系统中各种物质与元素得以周而复始地循环利用的重要途径,也在净 化环境污染物、维持生态平衡方面起着重要的作用
• 1.3.2 组成 • 生态系统是由生物群落和非生物环境（阳光、空气、土壤、矿物养分等） 所组成，其中生物部分根据其在系统中物质和能量迁移转化中的作用不 同，又可分为三个机能群： • 第一性生产者：主要指绿色植物，即含有叶绿素能利用太阳辐射能和光 能合成有机体的植物，包括某些藻类在内。没有第一性生产者生产有机 体，任何生态系统都不会有能流和物流组成食物链。第一性生产者是生 态系统的基石。 • 消费者：以生物有机体为食的各类异养性生物，主要包括各类草食动物、 肉食动物和人类。按照消费者在食物链中的位置又分为一级消费者（草 食动物）、二级消费者（以草食动物为食的肉食动物）和三级消费者 （以二级消费者为食的肉食动物）。人类为最高级的消费者。 • 分解者：主要指依靠分解有机质维持生命的微生物群。它们是使自然生 态系统中各种物质与元素得以周而复始地循环利用的重要途径，也在净 化环境污染物、维持生态平衡方面起着重要的作用
1.3.3食物链和营养级 生态系统中由食物关系把多种生物联系起来,一种生物以另一种生物为 食,另一种生物再以第三种生物为食.彼此形成了一个以食物关系联 接起来的锁链关系称为食物链。 按照生物间的相互关系,一般又可把食物链分成四类: 捕食性食物链( predatory food chain):又称为放牧式食物链,是以植物 为基础。构成形式是植物→草食动物→肉食动物,后者可以捕食前者。 碎食性食物链( detritus food chain):以碎食物为基础,即由高等植物叶 子的碎片经细菌和真菌的作用,再加入微小的藻类构成。构成形式是碎 食物→碎食物消费者→小肉食性动物→大肉食性动物。 寄生性食物链( parasite food chain):以大动物为基础,由小动物寄生到 大动物身上构成。比如哺乳动物→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性病毒 腐生性食物链( sparophagous food chain):以腐烂的动植物尸体被土壤 或水中的微生物分解利用构成
• 1.3.3 食物链和营养级 • 生态系统中由食物关系把多种生物联系起来，一种生物以另一种生物为 食，另一种生物再以第三种生物为食……彼此形成了一个以食物关系联 接起来的锁链关系称为食物链。 • 按照生物间的相互关系，一般又可把食物链分成四类： • 捕食性食物链（predatory food chain）：又称为放牧式食物链，是以植物 为基础。构成形式是植物→草食动物→肉食动物，后者可以捕食前者。 • 碎食性食物链（detritus food chain）：以碎食物为基础，即由高等植物叶 子的碎片经细菌和真菌的作用，再加入微小的藻类构成。构成形式是碎 食物→碎食物消费者→小肉食性动物→大肉食性动物。 • 寄生性食物链（parasite food chain）：以大动物为基础，由小动物寄生到 大动物身上构成。比如哺乳动物→跳蚤→原生动物→细菌→过滤性病毒。 • 腐生性食物链（sparophagous food chain）：以腐烂的动植物尸体被土壤 或水中的微生物分解利用构成
各种食物链相互交错形成食物网,能流和物流就是通过网、链进行。 食物链的各个环节,相同地位起同样作用的一群生物称为一个营养 级,一般不超过7级,人类处于最高营养级。营养级递升时能流传 递的效率不高,因此低营养级在数量上要大大多于高营养级,形成 生物数目金字塔,或生物量金字塔、生产率金字塔 1.34生物污染 大气、水环境以及土壤环境中各种各样的污染物质,包括农药等 可以通过表面附着、根部的吸收、叶片气孔的吸收以及表皮的渗透 等进入生产者有机体内,并通过食物链最终影响到人体健康。 污染环境的某些物质在生物体内积累,数量超过正常含量,足以影 响人体健康或动植物的正常生长发育的现象称为生物污染
• 各种食物链相互交错形成食物网，能流和物流就是通过网、链进行。 • 食物链的各个环节，相同地位起同样作用的一群生物称为一个营养 级，一般不超过7级，人类处于最高营养级。营养级递升时能流传 递的效率不高，因此低营养级在数量上要大大多于高营养级，形成 生物数目金字塔，或生物量金字塔、生产率金字塔。 • 1.3.4 生物污染 • 大气、水环境以及土壤环境中各种各样的污染物质，包括农药等， 可以通过表面附着、根部的吸收、叶片气孔的吸收以及表皮的渗透 等进入生产者有机体内，并通过食物链最终影响到人体健康。 • 污染环境的某些物质在生物体内积累，数量超过正常含量，足以影 响人体健康或动植物的正常生长发育的现象称为生物污染