人教課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版七年級(jí)上冊(cè)生物和生物圈了解生物圈生物圈公開課

水圈的基本特征一、水圈及其構(gòu)成地球上的水以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式存在于空中、地表和地下，包括大氣水、海水、陸地水（河、湖、沼澤、冰雪、土壤水和地下水），以及生物體內(nèi)的生物水。這些水不停地運(yùn)動(dòng)著和相互聯(lián)系著，共同構(gòu)成水圈。我們通常所說的水圈一般是指地球上被冰雪、液態(tài)水和水汽所占據(jù)而構(gòu)成的殼層。水圈的上限可視為對(duì)流層頂，下限為深層地下水所及的深度。在水圈中，水的大部分是以液態(tài)和固態(tài)的形式在地面上聚集在一起的，構(gòu)成各種水體，如冰川、海洋、河流、湖泊、水庫等等。通常情況下，一個(gè)水體就是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，包括其中的水、懸浮物、溶解物、底質(zhì)和水生生物等。此時(shí)我們也稱其為水環(huán)境。全球水的總儲(chǔ)藏量約為億立方千米，其中%是海水，只有%是淡水，而淡水中的約77%是以極地冰帽和高山積雪和冰川形式存在的。它們?cè)诟鞣N存在形態(tài)之間和各水體之間不斷地轉(zhuǎn)化和循環(huán)，形成水的大循環(huán)和相對(duì)穩(wěn)定的分配。二、水循環(huán)與水量平衡地球上的水圈是一個(gè)永不停息的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在太陽輻射和地球引力的推動(dòng)下，水在水圈內(nèi)各組成部分之間不停的運(yùn)動(dòng)著，構(gòu)成全球范圍的大循環(huán)，并把各種水體連接起來，使得各種水體能夠長期存在。海洋和陸地之間的水交換是這個(gè)循環(huán)的主線，意義最重大。在太陽能的作用下，海洋表面的水蒸發(fā)到大氣中形成水汽，水汽隨大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)，一部分進(jìn)入陸地上空，在一定條件下形成雨雪等降水；大氣降水到達(dá)地面后轉(zhuǎn)化為地下水、土壤水和地表徑流，地下徑流和地表徑流最終又回到海洋，由此形成淡水的動(dòng)態(tài)循環(huán)。這部分水容易被人類社會(huì)所利用，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正是我們所說的水資源。降水、蒸發(fā)和徑流是水循環(huán)過程的三個(gè)最主要環(huán)節(jié)，這三者構(gòu)成的水循環(huán)途徑?jīng)Q定著全球的水量平衡，也決定著一個(gè)地區(qū)的水資源總量。水量平衡是說，在一個(gè)足夠長的時(shí)期里，全球范圍的總蒸發(fā)量等于總降水量。徑流是一個(gè)地區(qū)（流域）的降水量與蒸發(fā)量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程為：蒸發(fā)量=降水量+徑流量；多年平均的陸地水量平衡方程是：降水量=徑流量+蒸發(fā)量。但是，無論是海洋還是陸地，降水量和蒸發(fā)量的地理分布都是不均勻的，這種差異最明顯的就是不同緯度的差異。據(jù)估計(jì)，全球總的循環(huán)水量約為496′1012立方米/年，不到全球總儲(chǔ)水量的萬分之四。在這些循環(huán)水中，約有%成為陸地降水，這其中的約三分之二又從陸地蒸發(fā)掉了。但總算蒸發(fā)量小于降水量，這才形成了地面徑流。三、水體污染與自凈水體是指地面水（河流、湖泊、沼澤、水庫）、地下水和海洋的總稱。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，水體不僅僅就是水，它還包括水中的溶解物、懸浮物、水生生物和底泥，被當(dāng)作一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)看待。所謂水體污染就是指進(jìn)入水體的污染物造成該水體中某些物質(zhì)（特別是對(duì)生物有毒性的或造成水體水質(zhì)惡化的物質(zhì)）超過了水體的本底值或水體的自凈能力，從而使得該水體部分或全部失去它的功能或用途。在環(huán)境污染的研究中，區(qū)分"水"和"水體"兩個(gè)概念十分重要。例如，重金屬污染物易于從水中轉(zhuǎn)移到底泥里，水中的重金屬含量一般都不高，若著眼于水，似乎水污染并不嚴(yán)重，但是從整個(gè)水體看，污染就可能很嚴(yán)重?？梢姡w污染不僅僅是水污染，還包括底泥污染和水生生物污染。1．水質(zhì)指標(biāo)從理論上講，通過化學(xué)分析，我們可以確定進(jìn)入某個(gè)水體的污染物是什么和濃度有多少，從而搞清該水體污染的原因和程度。但是，造成水體污染的物質(zhì)太多了，除了重金屬、一些有毒的有機(jī)化合物和其他必須單獨(dú)分析出其濃度的污染物以外，一般不把水中的污染物一一分開測(cè)定。這就需要對(duì)水體污染物分類?？梢杂泻芏喾N分類方法，但最有用的是按污染物對(duì)水體或水體生態(tài)系統(tǒng)的危害特性進(jìn)行的分類。水體污染物通常分為：耗氧有機(jī)物、難降解有機(jī)物、植物營養(yǎng)物、無機(jī)懸浮物、石油類、重金屬、放射性污染物、酸堿鹽類、病原體和熱污染十個(gè)類別。對(duì)應(yīng)于各類污染物，有許多用來表示水質(zhì)狀況或水污染狀況的指標(biāo)，常用的有：溶解氧（DO）、生化需氧量（BOD）、化學(xué)需氧量(COD)、總有機(jī)碳(TOC)、總氮(TN)、總磷(TP)、懸浮物（SS）、石油類、各種有毒物（包括重金屬）、放射性、酸堿度（或pH）、細(xì)菌總數(shù)、水溫等等。其中生化需氧量、化學(xué)需氧量都是用氧化水中的污染物所需要消耗的氧的量來間接反映水中有機(jī)物的量。生化需氧量（BOD）等于水中的能夠被微生物分解氧化的有機(jī)物被生物氧化所需的氧的量，以每升水（所含的污染物）所消耗的氧的毫克數(shù)來表示。化學(xué)需氧量（COD）等于用化學(xué)氧化劑氧化水中的有機(jī)污染物所需要消耗的氧化劑的量（以相同當(dāng)量的氧的量表示），單位同BOD。其他水質(zhì)指標(biāo)就不一一介紹了，需要時(shí)可參考有關(guān)水污染的書籍或標(biāo)準(zhǔn)。2．水體自凈水體自凈是發(fā)生在受到污染（特別是有機(jī)污染）的水體中的一個(gè)生態(tài)學(xué)過程，在這個(gè)過程中微生物消耗或吸收了水中的污染物，使得水或水體向凈化的方向轉(zhuǎn)變。造成這一轉(zhuǎn)變的生物化學(xué)過程常被稱作生物降解。生物降解是指在微生物作用下，有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為低級(jí)有機(jī)物和簡單無機(jī)物的過程。生物降解分為好氧生物降解和厭氧生物降解。前者是指在溶解氧（氧分子）存在的條件下，由好氧微生物完成的生物化學(xué)反應(yīng)；后者是指在氧氣不足或無氧氣的情況下，由厭氧微生物完成的生物化學(xué)反應(yīng)。有的微生物既能在有氧條件下進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，也能在無氧或缺氧條件下進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)，稱為兼性微生物。從反應(yīng)的結(jié)果看，好氧生物降解與厭氧生物降解的區(qū)別是，前者的產(chǎn)物是穩(wěn)定的無機(jī)物(CO2、H2O)，后者的產(chǎn)物不完全是上述穩(wěn)定的無機(jī)物，而是還包括甲烷、乙酸等有機(jī)物和NH3等氧化不徹底的無機(jī)物。在未受污染的水體中，水中都有一定濃度的溶解氧。但是，當(dāng)水體受到有機(jī)物的污染后，水體中的微生物就會(huì)大量繁殖起來。由于好氧微生物比厭氧微生物生長快，所以好氧微生物首先發(fā)展壯大。當(dāng)好氧微生物發(fā)展到一定數(shù)量，它們消耗水中溶解氧的速率有可能超過空氣中的氧氣向水中溶解的速率（稱為復(fù)氧速率）。一旦如此，水中的溶解氧濃度就開始迅速下降，直到濃度降到接近零，使水體呈現(xiàn)無氧或缺氧狀態(tài)。在缺氧或無氧狀態(tài)下，好氧微生物的生長受到抑制，而厭氧微生物則大量繁殖起來，繼承了大部分的自凈工作。實(shí)際上，當(dāng)一個(gè)水體受到較嚴(yán)重的有機(jī)污染時(shí)，水中的溶解氧是隨水的深度變化的，表層水體的溶解氧較高，越往深處溶解氧越低，直至厭氧狀態(tài)。因此，好氧微生物集中在水體的上部，阻止了從空氣中補(bǔ)充進(jìn)來的溶解氧向下層的傳遞，從而維持下層水體的厭氧狀態(tài)，使得厭氧微生物集中在水體的底部。水體的水流狀態(tài)和溫度、氣壓高低對(duì)水的復(fù)氧速率有較大影響，因而在一定程度上決定了水體的溶解氧濃度。當(dāng)水中的溶解氧低于2mg/l時(shí)，一般魚類的生存就會(huì)受到影響，溶解氧再低，魚類就會(huì)大量死亡。3．水體富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化是湖泊分類和演化學(xué)的一個(gè)概念，它指的是當(dāng)湖泊水中的N、P等植物營養(yǎng)物（如氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、尿素、磷酸鹽）的濃度超過一定數(shù)值時(shí)引起的湖泊生態(tài)系統(tǒng)的一種惡性循環(huán)。地面天然水體中的總氮和總磷含量一般都較低，因而湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力被限制在一個(gè)較低的水平。然而，當(dāng)大量含有氮磷的污水進(jìn)入一個(gè)湖泊時(shí)會(huì)大大提高湖水中氮和磷的濃度，充足的氮磷供應(yīng)造成湖泊中的主要生產(chǎn)者藻類的快速生長，藻類的尸體則為湖泊微生物提供了充足的養(yǎng)料，它們也因而大量繁殖并快速消耗水中的溶解氧。由于微生物集中于底泥之中，結(jié)果造成水的底層缺氧。隨著這種情況的繼續(xù)，缺氧層的厚度越來越大，從而把好氧微生物的活動(dòng)范圍更加限制在表層，直到最后，只有水面薄薄的一層還有藻類生長，其他需氧生物統(tǒng)統(tǒng)死亡。藻類生長進(jìn)一步限制了陽光的入射深度和氧氣補(bǔ)充速度，更加劇了這一過程。最后系統(tǒng)終于崩潰，藻類也由于缺氧而開始大量死亡，形成"赤潮"。這樣的生態(tài)循環(huán)過程是湖泊富營養(yǎng)化的主要標(biāo)志