第7章植物與大氣的生態(tài)關(guān)系課件

第六章植物與大氣的生態(tài)關(guān)系大氣是一種非常重要的生態(tài)因子。它是指地球表面到高空1100或1400千米范圍內(nèi)的空氣層。在地面以上12千米范圍內(nèi)的空氣層，其重量約占總空氣重量的95%左右，這一層溫度上冷下熱，產(chǎn)生活躍的空氣對流，形成風(fēng)、云、雨、雪、霧等各種天氣現(xiàn)象。這地空氣層稱為對流層，對生物的生長發(fā)育、繁殖和分布等具有深刻的影響。大氣污染主要發(fā)生在對流層范圍內(nèi)。第六章植物與大氣的生態(tài)關(guān)系大氣是一1空氣的成分非常復(fù)雜，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按體積計算，氮約占78%，氧約占21%，氬、氦、氖、氫、氪、氙、氨、甲烷、臭氧、氧化氮等約占0.94%，二氧化碳約占0.032%左右。這些氣體中以氧和二氧化碳對生物影響最大。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用空氣的成分非常復(fù)雜，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按體積計算2第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用一、CO2和O2的生態(tài)作用（一）CO2的生態(tài)作用

CO2在大氣成分中是生態(tài)意義最大的因子。CO2是植物光合作用的主要原料。植物通過光合作用在太陽光的作用下，把二氧化碳和水合成為碳水化合物，構(gòu)成各種復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。據(jù)分析，在植物的干重中碳占45%，氧占42%，都來自于二氧化碳?？梢姸趸紝χ参锏纳L和森林的生產(chǎn)量都有著重要意義。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用一、CO2和O2的生態(tài)3第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用

樹木的光合作用與二氧化碳的濃度密切相關(guān)，隨著空氣中二氧化碳濃度的加大，光合強(qiáng)度也隨之加大。但在實驗室條件下，當(dāng)二氧化碳濃度加大到5—8倍時，光合強(qiáng)度達(dá)到最高峰，再加大，光合強(qiáng)度開始下降?？諝庵卸趸紳舛绕骄鶠?20ppm，林內(nèi)二氧化碳濃度隨著光合作用的消耗，在一晝夜內(nèi)隨時間與高度而不同，最大量的濃度出現(xiàn)在夜里的地表層，達(dá)到360ppm，最小的濃度出現(xiàn)于午后的林冠層中。（如圖所示）第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用樹木4林內(nèi)二氧化碳的晝夜分布林內(nèi)二氧化碳的晝夜分布5第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用提高林內(nèi)的二氧化碳濃度，是提高森林生產(chǎn)力的重要方面，被稱為二氧化碳施肥，間接提高二氧化碳含量的措施很多。如：1、改變林內(nèi)條件促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)分解；2、施有機(jī)肥、水濕排水、干燥地區(qū)灌溉等等。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用提高林內(nèi)的二氧化碳6第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用二氧化碳的生物循環(huán)第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用二氧化碳的生物循環(huán)7第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用CO2的含量與氣候的變化。據(jù)Manabe和Strekier研究，認(rèn)為大氣中CO2每增加10%，地表平均溫度就要升高0.3℃。值得注意的是，近年來，化石燃料的大量使用，大氣中CO2的含量僅一個世紀(jì)就由290ppm上升到330ppm，目前趨勢仍在增長中，若不采取果斷措施，將會繼續(xù)增加。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用CO2的含量與氣候8一、二氧化碳和氧的生態(tài)作用（二）氧的生態(tài)作用生物界所需的能量主要靠氧化代謝產(chǎn)物才能滿足需要。例如，葡萄糖的氧化，每克分子能產(chǎn)生686千卡熱量，如果沒有氧，同樣的葡萄糖酵解，每克分子僅產(chǎn)生50千卡熱量。氧氣不僅維持生命，也是由生命產(chǎn)生的?，F(xiàn)在大氣中的氧如果不是全部，幾乎主要來源于光合作用，由光能分解水釋放出來。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用一、二氧化碳和氧的生態(tài)作用第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)9第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用二、氮的生態(tài)作用大氣中含有79%氮，但它不能被絕大多數(shù)生物所直接利用，只有某些微生物如根瘤菌和藍(lán)綠藻能吸收和固定大氣中的游離氮?？諝夥肿訝顟B(tài)的氮，由固氮菌合成氨或氨離子后，就能被植物吸收，并被結(jié)合到氮基酸中，最后構(gòu)成蛋白質(zhì)。第一節(jié)空氣成分及其對植物的生態(tài)作用二、氮的生態(tài)作用10第二節(jié)大氣污染與植物隨著工業(yè)的發(fā)展，大氣污染已成為社會上共同關(guān)心的問題，利用植物吸收凈化大氣中的污染物以及利用植物監(jiān)測大氣污染是凈化空氣保護(hù)環(huán)境的一項有效措施。目前已引起注意的大氣污染物約有100多種，其中影響范圍廣，威脅大的有粉塵、二氧化硫、氟、一氧化碳、二氧化氮以及汞、鎘、鉻、砷、錳、硒等等。

大氣污染就是指這些有毒氣體進(jìn)入大氣后，其數(shù)量超過了大氣及其生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，因此打破了生態(tài)平衡，毒害環(huán)境，傷害生物，影響人的健康。第二節(jié)大氣污染與植物隨著工業(yè)的發(fā)展，大氣11一、

城市中大氣污染物和污染源污染源固定源：燃料燃燒、廢物焚化、工業(yè)生產(chǎn)流動源：汽車、火車、輪船、飛機(jī)等第二節(jié)大氣污染與植物一、城市中大氣污染物和污染源第二節(jié)大氣污染與植物12自然環(huán)境與城市環(huán)境比較:城市大氣污染源第二節(jié)大氣污染與植物自然環(huán)境與城市環(huán)境比較:城市大氣污染源第二節(jié)大氣污染與13城市大氣中的主要污染物

分類 成分 煙塵,粉塵碳粒,飛灰,碳酸鈣,氧化鋅,氧化鋁硫化物二氧化硫,三氧化硫,硫酸,硫化氫,硫醇氮化物

一氧化氮,二氧化氮,氨等 氧化物臭氧,過氧化物,一氧化碳等 鹵化物氯,氟化氫,氯化氫等 有機(jī)化合物甲醛,有機(jī)酸,焦油,有機(jī)鹵化物,酮等第二節(jié)大氣污染與植物城市大氣中的主要污染物第二節(jié)大氣污染與植物14二、大氣污染物的稀釋與擴(kuò)散風(fēng)和湍流的影響風(fēng)對排入大氣中的污染物有顯著的輸送、沖淡、稀釋和擴(kuò)散作用。

城市中嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象都出現(xiàn)在風(fēng)速小的時候,一般在風(fēng)速2m/s或3m/s時。第二節(jié)大氣污染與植物二、大氣污染物的稀釋與擴(kuò)散第二節(jié)大氣污染與植物15

必須指出,風(fēng)速與污染濃度的關(guān)系是比較復(fù)雜的,如其它條件相同,一般呈反比關(guān)系。但如果風(fēng)速劇增,在煙囪的下風(fēng)方向近地面層反而會出現(xiàn)較高的污染濃度。這是因為煙囪下風(fēng)方向近地面空氣污染濃度不僅與風(fēng)速有關(guān),也與煙囪的有效高度有關(guān)。

煙囪的有效高度：煙囪的實體高度與煙氣高度之和,也就是煙流中心線完全變成水平時的高度。第二節(jié)大氣污染與植物必須指出,風(fēng)速與污染濃度的關(guān)系16大氣中污染物濃度與風(fēng)速的關(guān)系第二節(jié)大氣污染與植物大氣中污染物濃度與風(fēng)速的關(guān)系第二節(jié)大氣污染與植物17煙囪的有效高度第二節(jié)大氣污染與植物煙囪的有效高度第二節(jié)大氣污染與植物18

煙囪有效高度越高,下風(fēng)方向地面濃度也越小,但隨著風(fēng)速增大煙氣離煙囪口以后的上升高度隨之降低,從而使煙囪有效高度也隨之降低,這樣使地面附近濃度增大。這個效果正好與風(fēng)速對濃度影響效果相反。所以當(dāng)風(fēng)速增大到某一定值時,在煙囪附近的下風(fēng)方向,就有可能出現(xiàn)最高的地表濃度。特別是當(dāng)煙氣從煙囪口排出的速度小于風(fēng)速時,煙氣就在煙囪背后發(fā)生渦流,在附近建筑物影響下,渦流卷入渦旋,急速降落地面。這種現(xiàn)象稱為下曳氣流(downdraft)第二節(jié)大氣污染與植物煙囪有效高度越高,下風(fēng)方向地面濃19煙囪附近的下曳氣流

(使煙囪附近地面層空氣形成高濃度污染)第二節(jié)大氣污染與植物煙囪附近的下曳氣流

(使煙囪附近地面層空氣形成高濃度污染)第20三、城市大氣污染的類型及其日變化和年變化倫敦型：

大氣污染源主要來自工業(yè)爐窯和民用爐灶，使用燃料為煤炭類，排出的主要污染物為煙塵、SO2、CO等。在冬季因取暖用的燃料較多，排放的煙塵量大，再加上冬季輻射逆溫頻率大，湍流弱，煙塵不易擴(kuò)散，因此大氣中煙塵濃度冬季最高，春秋次之，夏季最小。日變化煙塵濃度以早晨8時左右為最大。第二節(jié)大氣污染與植物三、城市大氣污染的類型及其日變化和年變化第二節(jié)大氣污染與21洛杉磯型：大氣污染源主要來自汽車等交通工具。污染物為汽車尾氣排出的一次污染物NOx、HxCx、CO和鉛塵等經(jīng)光化學(xué)變化產(chǎn)生的二次污染物光化學(xué)氧化劑PAN。濃度年變化：夏、秋季節(jié)(5月~9月)為最濃，冬季最淡。日變化：光化學(xué)煙霧只在白天出現(xiàn)，以中午附近為最濃。夜晚無日照，因而不會有污染現(xiàn)象出現(xiàn)。第二節(jié)大氣污染與植物洛杉磯型：第二節(jié)大氣污染與植物22四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（一）大氣污染物的臨界濃度和臨界時間1、臨界濃度植物受害的最低濃度稱為“臨界濃度”。大氣中有毒物質(zhì)濃度很低時，對植物沒有什么影響，當(dāng)有毒物質(zhì)的濃度超過了植物所能忍受，自凈的限度時，植物就開始富集、受害。在這個限度以上，有毒氣體的濃度越大，植物受害越重。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性第二節(jié)大氣污染與23四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（一）大氣污染物的臨界濃度和臨界時間2、臨界時間植物接觸臨界濃度以上的有毒氣體而使植物受害的最短時間，稱為“臨界時間”。在一般情況下,有毒氣體的濃度越高，植物受害的臨界時間愈短；濃度越低，臨界時間愈長。如果濃度高，時間又長，則植物受害更嚴(yán)重。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性第二節(jié)大氣污染與24第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（二）植物受害的機(jī)制大氣中的污染物是通過氣孔進(jìn)入葉片并溶解在葉液中，損害葉子的內(nèi)部構(gòu)造，影響氣孔的關(guān)閉、光合、蒸騰、呼吸作用和酶的活性。毒性最大的氣體是二氧化硫、氟化氫、氯氣、臭氧等。例如：SO2是從氣孔進(jìn)入葉片，擴(kuò)散到葉肉組織。它能破壞細(xì)胞的葉綠體并使組織脫水、枯死。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的25第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的癥狀大氣中二氧化硫濃度達(dá)0.3ppm時，植物就出現(xiàn)傷害標(biāo)志。針葉樹首先在兩年生以上的老針葉上出現(xiàn)褐色條斑或葉色變淺，葉尖變黃，逐漸向葉基部擴(kuò)散，最后針葉枯黃脫落。闊葉樹受害后葉部有幾種被害表現(xiàn)，但大多數(shù)是在葉脈間出現(xiàn)褐色斑點或斑塊，顏色逐漸加深，最后枯干引起葉脫落。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的26第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的癥狀大氣中氯氣及氯化氫毒性較大，空氣中的最高允許濃度達(dá)0.03ppm時，針葉樹的被害癥狀與二氧化硫所致煙斑相似。闊葉樹受害后有的樹木葉面出現(xiàn)褐色斑塊，葉緣卷縮，如梓樹；有的樹木葉片褐色，葉緣卷縮，如剌槐、泡桐。氯氣的危害大多發(fā)生在生理活動旺盛的葉片，下部枝的老葉和枝頂端的新葉很少被害。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的27第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的癥狀以氟化物為主的復(fù)合污染所造成的危害比前兩種有害氣體嚴(yán)重得多。氟化物主要是氟化氫，屬劇毒一類的大氣污染物，它的毒性比二氧化硫大30—300倍。氟化物通過氣孔進(jìn)入葉肉組織后，首先溶解在浸潤細(xì)胞壁的水分中，一部分被葉肉細(xì)胞吸收，大部分則順著維管束組織運輸，在葉尖與葉緣積累。第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的28第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的癥狀針葉樹對氟化物十分敏感，一般在有氟化物污染的地方，很少看到有針葉樹生長。闊葉樹受害后，大多在第二節(jié)大氣污染與植物四、大氣污染物對植物的危害和植物的29五、樹木與森林對大氣污染的凈化效應(yīng)（一）森林吸收二氧化碳與放出氧的作用在城市和工礦區(qū)由于人口集中，工廠排放出大量CO2，使空氣中CO2含量不斷升高。二氧化碳雖然無毒，但是當(dāng)空氣含量達(dá)0.5%,人的呼吸就感到不適,高達(dá)4%時就會出現(xiàn)頭痛、耳鳴、嘔吐，含量到10%以上，人就會死亡。植物是環(huán)境中CO2和O2的主要調(diào)節(jié)器，它能通過光合作用吸收、固定CO2，放出O2，能恢復(fù)和維持大氣中CO2和O2平衡。植物在光合作用中每吸收44克CO2就能產(chǎn)生32克O2。第二節(jié)大氣污染與植物五、樹木與森林對大氣污染的凈化效應(yīng)第二節(jié)大氣污染與植物30五、樹木與森林對大氣污染的凈化效應(yīng)（二）森林的吸塵作用樹木減低灰塵的作用表現(xiàn)在兩個方面：一方面由于樹木與森林具有降低風(fēng)速的作用，隨著風(fēng)速的降低，空氣中攜帶的大?；覊m也隨之下降；另一方面是同于樹葉表面不平，多絨毛，能分泌粘性油脂及汁液，吸附大量的飄塵。第二節(jié)大氣污染與植物五、樹木與森林對大氣污染的凈化效應(yīng)第二節(jié)大氣污染與植物31五、樹木與森林對大氣污染的凈化效應(yīng)（三）樹木吸收有毒氣體許多樹木具有吸收的毒氣體的能力，可把濃度不大的有毒氣體吸收掉，從而避