第7章植物与大气的生态关系ppt课件.ppt

第六章 植物与大气的生态关系,大气是一种非常重要的生态因子。它是指地球表面到高空1100或1400千米范围内的空气层。 在地面以上12千米范围内的空气层，其重量约占总空气重量的95%左右，这一层温度上冷下热，产生活跃的空气对流，形成风、云、雨、雪、雾等各种天气现象。这地空气层称为对流层，对生物的生长发育、繁殖和分布等具有深刻的影响。大气污染主要发生在对流层范围内。,空气的成分非常复杂，在标准状态下，按体积计算，氮约占78%，氧约占21%，氩、氦、氖、氢、氪、氙、氨、甲烷、臭氧、氧化氮等约占0.94%，二氧化碳约占0.032%左右。这些气体中以氧和二氧化碳对生物影响最大。,第一节 空气成分及其对植物的生态作用,第一节 空气成分及其对植物的生态作用,一、CO2和O2的生态作用（一）CO2的生态作用 CO2在大气成分中是生态意义最大的因子。 CO2是植物光合作用的主要原料。 植物通过光合作用在太阳光的作用下，把二氧化碳和水合成为碳水化合物，构成各种复杂的有机物质。据分析，在植物的干重中碳占45%，氧占42%，都来自于二氧化碳。可见二氧化碳对植物的生长和森林的生产量都有着重要意义。,第一节 空气成分及其对植物的生态作用, 树木的光合作用与二氧化碳的浓度密切相关，随着空气中二氧化碳浓度的加大，光合强度也随之加大。但在实验室条件下，当二氧化碳浓度加大到58倍时，光合强度达到最高峰，再加大，光合强度开始下降。 空气中二氧化碳浓度平均为320ppm，林内二氧化碳浓度随着光合作用的消耗，在一昼夜内随时间与高度而不同，最大量的浓度出现在夜里的地表层，达到360ppm，最小的浓度出现于午后的林冠层中。（如图所示）,林内二氧化碳的昼夜分布,第一节 空气成分及其对植物的生态作用, 提高林内的二氧化碳浓度，是提高森林生产力的重要方面，被称为二氧化碳施肥，间接提高二氧化碳含量的措施很多。如：1、改变林内条件促进有机物质分解；2、施有机肥、水湿排水、干燥地区灌溉等等。,第一节 空气成分及其对植物的生态作用,二氧化碳的生物循环,第一节 空气成分及其对植物的生态作用, CO2的含量与气候的变化。 据Manabe和Strekier研究，认为大气中CO2每增加10%，地表平均温度就要升高0.3。值得注意的是，近年来，化石燃料的大量使用，大气中CO2的含量仅一个世纪就由290ppm上升到330ppm，目前趋势仍在增长中，若不采取果断措施，将会继续增加。,一、二氧化碳和氧的生态作用（二）氧的生态作用 生物界所需的能量主要靠氧化代谢产物才能满足需要。例如，葡萄糖的氧化，每克分子能产生686千卡热量，如果没有氧，同样的葡萄糖酵解，每克分子仅产生50千卡热量。 氧气不仅维持生命，也是由生命产生的。现在大气中的氧如果不是全部，几乎主要来源于光合作用，由光能分解水释放出来。,第一节 空气成分及其对植物的生态作用,第一节 空气成分及其对植物的生态作用,二、氮的生态作用大气中含有79%氮，但它不能被绝大多数生物所直接利用，只有某些微生物如根瘤菌和蓝绿藻能吸收和固定大气中的游离氮。 空气分子状态的氮，由固氮菌合成氨或氨离子后，就能被植物吸收，并被结合到氮基酸中，最后构成蛋白质。,第二节 大气污染与植物,随着工业的发展，大气污染已成为社会上共同关心的问题，利用植物吸收净化大气中的污染物以及利用植物监测大气污染是净化空气保护环境的一项有效措施。 目前已引起注意的大气污染物约有100多种，其中影响范围广，威胁大的有粉尘、二氧化硫、氟、一氧化碳、二氧化氮以及汞、镉、铬、砷、锰、硒等等。 大气污染就是指这些有毒气体进入大气后，其数量超过了大气及其生态系统的自净能力，因此打破了生态平衡，毒害环境，伤害生物，影响人的健康。,一、 城市中大气污染物和污染源 污染源 固定源：燃料燃烧、废物焚化、工业生产 流动源：汽车、火车、轮船、飞机等,第二节 大气污染与植物,自然环境与城市环境比较: 城市大气污染源,第二节 大气污染与植物, 城市大气中的主要污染物 分 类 成 分烟尘,粉尘 碳粒,飞灰,碳酸钙,氧化锌,氧化铝硫化物 二氧化硫,三氧化硫,硫酸,硫化氢,硫醇氮化物 一氧化氮,二氧化氮,氨等氧化物 臭氧,过氧化物,一氧化碳等卤化物 氯,氟化氢,氯化氢等有机化合物 甲醛,有机酸,焦油,有机卤化物,酮等,第二节 大气污染与植物,二、大气污染物的稀释与扩散 风和湍流的影响 风对排入大气中的污染物有显著的输送、冲淡、稀释和扩散作用。 城市中严重的大气污染现象都出现在风速小的时候, 一般在风速2m/s或3 m/s时。,第二节 大气污染与植物,必须指出, 风速与污染浓度的关系是比较复杂的, 如其它条件相同, 一般呈反比关系。但如果风速剧增, 在烟囱的下风方向近地面层反而会出现较高的污染浓度。这是因为烟囱下风方向近地面空气污染浓度不仅与风速有关, 也与烟囱的有效高度有关。 烟囱的有效高度：烟囱的实体高度与烟气高度之和, 也就是烟流中心线完全变成水平时的高度。,第二节 大气污染与植物,大气中污染物浓度与风速的关系,第二节 大气污染与植物,烟囱的有效高度,第二节 大气污染与植物,烟囱有效高度越高, 下风方向地面浓度也越小, 但随着风速增大烟气离烟囱口以后的上升高度随之降低, 从而使烟囱有效高度也随之降低, 这样使地面附近浓度增大。这个效果正好与风速对浓度影响效果相反。所以当风速增大到某一定值时, 在烟囱附近的下风方向, 就有可能出现最高的地表浓度。特别是当烟气从烟囱口排出的速度小于风速时, 烟气就在烟囱背后发生涡流, 在附近建筑物影响下, 涡流卷入涡旋, 急速降落地面。这种现象称为下曳气流(downdraft),第二节 大气污染与植物,烟囱附近的下曳气流(使烟囱附近地面层空气形成高浓度污染),第二节 大气污染与植物,三、城市大气污染的类型及其日变化和年变化伦敦型： 大气污染源主要来自工业炉窑和民用炉灶， 使用燃料为煤炭类，排出的主要污染物为烟尘、SO2、CO等。在冬季因取暖用的燃料较多，排放的烟尘量大，再加上冬季辐射逆温频率大，湍流弱，烟尘不易扩散，因此大气中烟尘浓度冬季最高，春秋次之，夏季最小。日变化烟尘浓度以早晨8时左右为最大。,第二节 大气污染与植物,洛杉矶型：大气污染源主要来自汽车等交通工具。污染物为汽车尾气排出的一次污染物 NOx、HxCx、CO和铅尘等经光化学变化产生的二次污染物光化学氧化剂PAN。浓度年变化：夏、秋季节(5月9月)为最浓，冬季最淡。日变化：光化学烟雾只在白天出现，以中午附近为最浓。夜晚无日照，因而不会有污染现象出现。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（一）大气污染物的临界浓度和临界时间1、临界浓度 植物受害的最低浓度称为“临界浓度”。 大气中有毒物质浓度很低时，对植物没有什么影响，当有毒物质的浓度超过了植物所能忍受，自净的限度时，植物就开始富集、受害。在这个限度以上，有毒气体的浓度越大，植物受害越重。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（一）大气污染物的临界浓度和临界时间2、临界时间 植物接触临界浓度以上的有毒气体而使植物受害的最短时间，称为“临界时间”。 在一般情况下,有毒气体的浓度越高，植物受害的临界时间愈短；浓度越低，临界时间愈长。如果浓度高，时间又长，则植物受害更严重。,第二节 大气污染与植物,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（二）植物受害的机制 大气中的污染物是通过气孔进入叶片并溶解在叶液中，损害叶子的内部构造，影响气孔的关闭、光合、蒸腾、呼吸作用和酶的活性。毒性最大的气体是二氧化硫、氟化氢、氯气、臭氧等。例如： SO2是从气孔进入叶片，扩散到叶肉组织。它能破坏细胞的叶绿体并使组织脱水、枯死。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的症状 大气中二氧化硫浓度达0.3ppm时，植物就出现伤害标志。 针叶树首先在两年生以上的老针叶上出现褐色条斑或叶色变浅，叶尖变黄，逐渐向叶基部扩散，最后针叶枯黄脱落。 阔叶树受害后叶部有几种被害表现，但大多数是在叶脉间出现褐色斑点或斑块，颜色逐渐加深，最后枯干引起叶脱落。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的症状 大气中氯气及氯化氢毒性较大，空气中的最高允许浓度达0.03ppm时，针叶树的被害症状与二氧化硫所致烟斑相似。阔叶树受害后有的树木叶面出现褐色斑块，叶缘卷缩，如梓树；有的树木叶片褐色，叶缘卷缩，如剌槐、泡桐。氯气的危害大多发生在生理活动旺盛的叶片，下部枝的老叶和枝顶端的新叶很少被害。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的症状 以氟化物为主的复合污染所造成的危害比前两种有害气体严重得多。氟化物主要是氟化氢，属剧毒一类的大气污染物，它的毒性比二氧化硫大30300倍。氟化物通过气孔进入叶肉组织后，首先溶解在浸润细胞壁的水分中，一部分被叶肉细胞吸收，大部分则顺着维管束组织运输，在叶尖与叶缘积累。,第二节 大气污染与植物,四、大气污染物对植物的危害和植物的抗性（三）植物受害的症状 针叶树对氟化物十分敏感，一般在有氟化物污染的地方，很少看到有针叶树生长。阔叶树受害后，大多在,五、树木与森林对大气污染的净化效应（一）森林吸收二氧化碳与放出氧的作用 在城市和工矿区由于人口集中，工厂排放出大量CO2，使空气中CO2含量不断升高。二氧化碳虽然无毒，但是当空气含量达0.5%,人的呼吸就感到不适,高达4%时就会出现头痛、耳鸣、呕吐，含量到10%以上，人就会死亡。 植物是环境中CO2和O2的主要调节器，它能通过光合作用吸收、固定CO2，放出O2，能恢复和维持大气中CO2和O2平衡。植物在光合作用中每吸收44克CO2就能产生32克O2。,第二节 大气污染与植物,五、树木与森林对大气污染的净化效应（二）森林的吸尘作用 树木减低灰尘的作用表现在两个方面： 一方面由于树木与森林具有降低风速的作用，随着风速的降低，空气中携带的大粒灰尘也随之下降； 另一方面是同于树叶表面不平，多绒毛，能分泌粘性油脂及汁液，吸附大量的飘尘。,第二节 大气污染与植物,五、树木与森林对大气污染的净化效应（三）树木吸收有毒气体 许多树木具有吸收的毒气体的能力，可把浓度不大的有毒气体吸收掉，从而避免在大气中积累达到有害的浓度。 吸收量大、抗性大的树种有：加杨、国槐、桑树、泡桐、紫穗槐、垂柳、大叶黄杨、龙柏、青桐、厚壳、夹竹桃、罗汉松、喜树等。,第二节 大气污染与植物,五、树木与森林对大气污染的净化效应（四）树木有杀菌作用 大气灰尘中载有大量细菌，树木吸带灰尘，减少细菌的载体，从而使大气中细菌数量减少。 树木还具有直接的杀菌作用，许多植物能分泌出杀菌素，这是一种由芽、叶和花所分泌的挥发性物质，能杀死细菌、真菌与原生动物。 具有很强杀菌能力的绿化树种：黑胡桃、法国梧桐、柠檬、茉莉、薜荔、复叶槭、柏木、白皮松、柳杉、稠李、雪松等。,第二节 大气污染与植物,五、树木与森林对大气污染的净化效应（五）城市绿化造林减少噪音作用 噪声系指一切对人们生活和工作有妨碍的声音。日本近年调查，40米宽的林带，可以减低噪音1015分贝。一般认为，疏松的树木群比成行的树木更能防止噪音，分枝低树冠低的乔木比分枝高树冠高的乔木减低噪音的作用大。 在街道、广场、公共娱乐场所与工厂周围，建造不同规格与结构的林带或树木团，是防止噪音的重要措施。,第二节 大气污染与植物,思考题：,