02665农业生态基础自考章节习题：第5章

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第五章 农业生态系统的物流

一、名词解释

1. 温室效应：大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氯氟碳(CFCs)、水蒸气等可以使短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收长波辐射，因此，这些气体有类似温室的作用，故称上述气体为“温室气体”，由此产生的效应称为温室效应。

2. 水体富营养化：是指生物所需的氮、磷等无机营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，在适宜的外界环境(水域的物理化学环境)因素综合作用下，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

3. 酸雨：是指 pH低于5.6的降水。

4. 农业面源污染：是指在农业生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质，通过农田的地表径流和农田渗漏形成的环境污染，主要包括化肥污染、农药污染、畜禽粪便污染等。

5. 持久性有机污染物：是指在环境中因难以降解而在环境中长期存在，可进行远距离甚至全球尺度的迁移扩散，通过食物链在生物体内浓缩累积，对人体和环境产生毒性影响的一类有机污染物。

二、问答题

1. 了解全球水分循环的途径

答：海洋、大气和陆地的水，在自身位能、太阳能、气象因子、生态环境以及人类活动的共同作用下，进行着连续的大规模的交换，使自然界中的水形成了一个随时间、空间变化的复杂的动态系统。这种动态交换过程，就是水分循环。由于太阳辐射，海面和陆面每年约有488000Km3水分蒸发到空气中。自海洋表面蒸发的水分，直接降落海洋中，就形成海洋水分的内循环。当海洋上蒸发的水分，被气流带到陆地上空以雨雪形式降落到地面时，一部分通过蒸发和蒸腾返回大气，一部分渗入地下形成土壤水或地下水，另一部分形成径流汇入河流，最终仍注入海洋，这就是水分的海陆循环。内流区(最终流入内陆湖泊或在内陆断流的河流构成的流域)的水不能通过河流直接流入海洋，它和海洋的水分交换比较少，因此，内流区的水分循环具有某种程度的独立性。但它和地球上总的水分循环仍然有联系。从内流区地表蒸发和蒸腾的水分，可被气流携带到海洋或外流区(最终能流入海洋的河流构成的流域)上空降落，来自海洋或外流区的气流，也可在内流区形成降水。在水分循环过程中，只有少部分被动植物和人吸收利用。植物吸收的水分中，大部分用于蒸腾，只有很小部分被光合作用同化形成有机物质，并进入生物链，有机物质在生态系统中最终被生物分解并返回环境。降水、蒸发和径流在整个水分循环中是3个最重要的环节。

2. 人类对水循环有什么不利影响?

答：人类对水循环的不利影响有：(1)植被破坏削弱了降水到达地面后的入渗过程，减小了土壤的库容，导致了水土流失及江河下游的季节性旱涝。(2)围湖造田以及排干沼泽、冬水田、低湿地等，使地表的蓄水、调洪、供水功能减弱，引起地区性的旱涝加剧。(3)兴建大型的截流、蓄水、引水、灌溉工程，可改变整个流域的水平衡和水环境，导致相应的生态演替。同时，由此引起局部地下水位升降，可使流域不同部分盐渍化、沼泽化和干旱化同时出现。(4)过度开采地表和地下储水库，使江河干涸，地下水位出现“漏斗”、海水入侵等异常现象。(5)巨大的人类生产用水和生活用水消耗导致库存从自然库向人工库转移，严重地破坏了自然界的水分循环过程和分布格局。(6)工业生产“三废”物质排放、生活污水排放以及农业面源污染等进一步导致了水体理化性质改变与水质下降，进而改变了水循环过程和效率，造成了水资源危机。

3. 了解自然界碳循环的库存和流动特点。

答：自然界的碳主要储藏在大气、生物体、土壤和水圈及岩石圈几个库中。库存的分布在大气中库约7.0×1011t,陆地植物中约4.5×1011t，陆地表层有机物约7.0×1011t，煤和石油等沉积约1.0×1013t，海洋上层5.0×1011t，深海3.45×1013t。

陆地生态系统的碳素循环，包括植物生物量的形成、积累以及有机碳在生物链中的传递、动植物残体和土壤有机质的分解、土壤微生物的固定、物质的燃烧等过程。碳循环的主要形式是从大气的二氧化碳开始的，经过生产者的光合作用，把碳固定，生成碳水化合物，构成全球的初级生产。通过食物链，碳水化合物经过动物的消化和吸收转化为动物的次级生产。动物和植物同化的碳，一部分通过其呼吸作用返回到大气之中，另一部分通过动物排泄物或以动植物残体的形式回到环境中。环境中的这部分碳最终被微生物分解成为二氧化碳回到大气，成为可被植物在利用的状态。这个过程称为碳的生物小循环。在这个过程中，植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率和通过呼吸作用和分解作用而把碳释放给大气的速率大体相等。

碳的另外一个循环形式是地质大循环过程，一部分生物残体在地层中形成碳酸盐，沉积于海底，形成新的岩石，使这一部分碳较长时间储存在地层中，暂时退出碳循环。在地质环境条件发生变化时，碳酸盐矿物中的一部分碳又重新返回到大气层，参加生态系统的物质再循环。另外，海洋也是碳的储存库。在水体中，由水生植物将大气中扩散到水体上层二氧化碳的固定，转化为碳水化合物，通过食物链，转化为动物体内的有机碳。水生动植物的呼吸作用将一部分碳以二氧化碳的形式返回到大气中。动植物残体多数被微生物分解后，碳以二氧化碳形式是放到海洋环境中，另外一部分沉积到水底，经过地址变动，又可能以石灰岩的形式再出露到地表。岩石圈中的碳也可以通过岩石的风化和溶解、火山爆发等重返大气圈。生物同化的碳在特殊的地质年代中被深埋在地下，成为煤和石油等化石燃料。人类开采利用化石燃料，通过燃烧过程使其中的碳以二氧化碳的形式进入大气中。总之，碳在地球大循环中各个组分的含量一般能通过碳循环的自我调节机制而保持相对稳定的水平。

4. 人类活动对碳循环的干扰主要有哪些方面?

答：人类活动通过化石燃料的燃烧以及将森林、草原转换成农业或其他低生物量的生态系统，将岩石、有机体以及土壤中的有机碳以二氧化碳的形式释放到大气中，从而干扰自然的碳循环过程。

因此，人类活动对碳循环的干扰主要有以下方面：(1)化石能源消费。化石能源消费量与碳排放密切相关。(2)经济发展。不同的经济发展阶段、经济结构以及经济发展速度对能源需求量及能源转换效率不同，碳排放量有所差异，进而全球碳循环造成不同程度的影响。(3)农业生产活动。农业生产对碳循环的影响具有双刃剑的作用。它既是碳源，又是碳汇。土地利用模式和土地利用变化对陆地碳库和通量的影响及其反馈具有重要影响。农业土地整治可提高土壤有机碳含量，从而减少碳的排放。农业生产水平、结构的变化会造成对化石燃料的消费水平的差异。

农业可以通过土地利用的变化、土地整治等增加碳吸收，减少二氧化碳的排放，从而使农业生产由碳源变为碳汇。

5. 温室气体包括哪些?温室效应是如何产生的?

答：温室气体包括有：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、佛里昂以及水汽等。

大气在吸收地面长波辐射的同时，它自己也向外辐射波长更长的长波辐射(因为大气的温度比地面更低)。其中向下到达地面的部分称为逆辐射。地面接收逆辐射后就会升温，或者睡大气对地面起到了保温作用。这就是大气温室效应的原理。

6. 了解全球氮循环的途径

答：从氮的循环过程来看，通常包括氮的固定、生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用等几个重要过程，途径。

(1)氮的固定。将空气中的N2转化成氮的化合物的过程，其途径通常有：生物固氮(具有孤单能力的生物将N2转化成NH3、NO2-、NO3-的过程)、高能固氮(雷电、太阳高能辐射、火山爆发等使空气中的N2转换成NH3或NO3-的过程)和工业固氮(用高温、高压和化学催化的方法，将N2和H2合成的过程)三种。(2)生物体内有机氮的合成。植物吸收土壤中的NH4+和NO3-，进而将这些无机态氮合成为植物体内蛋白质等有机物。动物和其他异养生物则是直接或间接以植物为食物，将植物体内的蛋白质等有机态氮分解成氨基酸，然后再同化成其体内的蛋白质等有机物。(3)氨化作用。动植物的分解代谢作用将有机态氮分解成NH3，以及动植物一体、残落物中的有机氮被微生物分解后形成NH3。(4)硝化作用。在有氧的条件下，土壤中的NH3或NH4+在硝化细菌作用下氧化成HNO2，并最终氧化成HNO3。(5)反硝化作用。在氧气不足的条件下，土壤中的NO3-被反硝化细菌还原成NO2-、N2和N2O。

7. 农业生态系统氮的输入输出途径有哪些?如何提高农业的氮利用效率减少农业生态系统的氮流失?P150—151、P154

答：农业生态系统氮的输入输出途径包括有：农田生态系统中的氮素循环。在农田生态系统中，氮素通过不同途径进入土壤亚系统，在土壤中经各种转化和移动过程后，又不同程度地离开土壤亚系统，形成了土壤--生物--大气--水体紧密联系的氮素循环。(1)土壤和生物之间氮素循环;(2)土壤与大气之间的氮素循环;(3)土壤与水体之间氮素循环。

输入土壤的氮素主要包括生物固氮、施用的化学氮肥和有机肥料、降水和干沉降、灌溉水以及种子和种蓄等带入的氮量。从土壤输出的氮素除了随收获物移出的胆量以外，还有通过各种气态与液态方式或途径损失的氮量。

发展循环农业，加强农业废弃物资源的无害化处理和循环利用，是提高氮素利用率的重要途径之一。通常可采用以下的方法：(1)作物秸秆直接还田、过腹还田，或堆沤还田;(2)畜禽粪便直接还田或堆沤还田;(3)利用作物秸秆和畜禽粪便制造沼气，再将“三沼”(沼气、沼液、沼渣)物质综合利用到农业生产中;(4)构建种植业和养殖业复合体系，实现生态系统中的氮素物质的循环利用，例如，猪-沼-果模式、猪-沼-鱼模式、鸭稻共作模式等。

8. 为什么说磷的地球化学循环是一个沉积型循环也是不完全的循环?人类对这个循环有什么影响?

答：磷循环属于典型的沉积型循环。磷以不活跃的地壳作为主要储藏库。岩石土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入体内。含磷的有机物沿两条循环支路循环，一是沿生物链传递，并以分辨、残体的形式归还土壤;另一种是以枯枝落叶、秸秆归还土壤;各种磷的有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。在这一循环过程中，一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环，其支路有两条，一是动植物遗体在陆地表面的磷矿化，另一种是磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋。另外，海洋中的磷有以捕鱼的方式被人类或海鸟带回陆地的，其量也不可忽视。进入海洋的磷酸盐一部分经过海洋的沉降和成岩作用，变成岩石，然后经地质变化、造山运动，才能成为可供开采的磷矿石;另一部分磷素被海洋生物利用。因此，磷还是一种不完全的缓慢循环的元素。

人类对这个循环影响主要表现在以下几个方面：(1)人类对磷矿资源的开采与消耗;(2)磷肥的施用与流失;(3)造成水体富营养化。

9. 什么是水体富营养化现象?其产生的原因是什么?如何治理?

答：水体富营养化是指生物所需的氮、磷等无机营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，在适宜的外界环境(水域的物理化学环境)因素综合作用下，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他水生生物大量死亡的现象。

其产生的原因：水体富营养化起关键作用的营养元素是氮和磷。水体中氮、磷等营养物质的来源有多条途径。农业用水、城市生活污水以及工业废水的排入、地表径流和地下水的的渗漏、沉积物和底质物质的交换溶出等，都可能使水体中的氮、磷营养物质增加。在农田比重大的地区及河湖流域，农田排水及地面径流携带的氮、磷等营养物质，是造成水体富营养化的重要因素。富营养化可分为天然富营养化和人为富营养化。在自然条件下，由于水土流失、蒸发和降水输送等过程，水体中的营养物质逐渐积累，缓流水体从贫营养状态向富营养化发展，但整个过程十分缓慢。然而人类活动的影响可加剧这一过程，特别是在现代生产和生活中，人类对环境资源的开发利用日益频繁，工农业发展迅速，大量的营养物质进入水体并在其中积累，导致富营养化在短期内出现。

治理方法有：目前，对于水体富营养化的防治，主要以控制营养盐为主，大多采取“高强度治污-自然生态恢复”的技术路线，即控制氮磷污染负荷与生态恢复措施相结合。(1)控制外源性营养物质的输入;(2)降低内源性营养物质的负荷;(3)去除污、废水中的营养物质。总之，水体富营养化防治是一项复杂的系统工程，应坚持标本兼治的方针，需要将预防和控制相结合、污染源控制与生态修复相结合、治理与管理相结合，实施综合防治措施。

10. 农业生产的磷的输入输出平衡是怎样的?如何提高农业的磷利用率并减少磷流失?

答：(1)磷肥的输入。磷肥的生产、消费与磷矿的开采基本上是同步的。磷肥的生产量虽然只占土壤圈储磷量的65%，但由于磷肥主要施在表层，因此对表层土壤磷有重要贡献。(2)土壤磷素寝室损失及淋失。土壤侵蚀是引起磷素损失的一个重要途径。土壤磷的淋失量相对较少。(3)植物和动物吸收。植物吸收是土壤磷输出的主要途径。动物吸收的磷主要由植物中的磷沿食物链逐级传递与吸收。(4)生物归还。据有关学者的估算，全球陆地生态系统中每年归还给土壤的磷素为11.0×107t。

提高农业的磷利用率并减少磷流失的措施主要包括有：(1)推广应用新型高效的磷肥肥料。(2)采用磷肥高效施用的技术与方法。包括因土施用;氮磷钾配合使用;与有机肥配合施用;因作物施用;适期施用;粉碎施用;集中施用;分层施用;根外喷施;配施微肥;不与碱性肥料混施。(3)选育与推广应用磷高效利用的作物品种。(4)加强农业生态系统内的磷素循环。

11. 农业生态系统的钾流失的可能途径是什么?如何提高钾的利用效率?

答：农业生态系统的钾流失的可能途径主要有：(1)作物秸秆的燃烧后容易导致钾素的流失。(2)水土流失导致钾素的损失。

提高钾的利用效率的措施主要有：(1)尽量将作物秸秆还田及施用草木灰，以保持土壤中钾素平衡和供应作物钾素营养需要。(2)施用有机肥(如各类粪肥)、种养绿肥(特别是种植一些野生的富钾绿肥植物如菊科植物、十字花科植物、苋科的水花生、红萍)也是补充土壤钾素的有效途径。(3)因地制宜，改变钾肥施用方法，合理施用化学钾肥和矿物钾肥，如钾镁肥、钾钙肥、和盐湖钾肥等，并注意工业废渣的利用，以补充农业生态系统内的钾肥亏损。(4)由于土壤中钾素易被淋失，因此，需要加强农田水土保持建设，特别是坡耕地的水土保持工程的建设，并进行合理灌溉，避免钾素养分资源的流失，同时提倡测土配方施肥和氮、磷、钾平衡施肥，以提高钾素肥料的利用效率。

12. 酸雨是怎么产生的?对农业有什么危害?

答：酸雨的产生：酸雨是指PH低于5.6的雨水。使雨水变酸的酸性物质有自然来源和人为来源。大气二氧化碳溶解到雨水后，会形成碳酸，使雨水的PH下降，但一般不会低于5.6。人为来源包括燃煤发电厂、工业燃煤的锅炉、家庭炊用和取暖用煤以及机动车等排放的大量含硫和含氮的废气，这些人类活动排放到大气中的含硫含氮的氧化物在运行过程中，经过大气化学作用和物理作用，，分别形成硫酸盐和硝酸盐，与空气中水分反应形成酸，随雨、雪等降落到地面，就形成了酸雨，即硫酸和硝酸的水溶液。

酸雨对农业的危害：酸雨是我国现阶段面临的严重环境问题，它已成为普遍性的污染问题。酸雨被称为空中死神，对农作物生长的影响很大。酸雨首先是上海农作物和蔬菜的叶片，其伤害程度因农作物种类的不同而异，也与酸雨的酸度、频度和时间呈正相关。另外，酸雨还能够降低农作物和蔬菜种子的发芽率，降低大豆的蛋白质含量，使其品质下降。酸雨对农作物产量的影响，不同作物反应不一。叶菜类的蔬菜由于叶片受酸雨危害出现伤斑或叶片褪绿，也会使其质量降低，直接影响市场价值。

13. 化肥、农药、兽药、养殖业粪便对环境可能产生什么不良影响?

答：化肥污染：(1)化肥对土壤的污染。长期大量使用化肥而不重视有机肥的使用，可导致土壤理化性状的劣化。长期使用化肥会导致土壤重金属的污染和富集。长期施用化肥还会加速土壤酸化。长期施用化肥，可以降低土壤微生物活性。(2)化肥对水体的污染。化肥的不合理施用也会造成水体污染，使水体质量严重恶化，其主要后果是水体富营养化。化肥大量集中施用后，不能为土壤胶体吸附或作物不能及时吸收的可溶性养分，除一部分随地表径流，造成水体富营养化外，还有一部分随水下渗，在土壤或母质中遇有不透水层存在时，这部分向下渗漏的含有可溶性氮、磷、钾等养分的水分，在不透水层上面聚集起来，形成一定厚度的水分饱和层。这样的地下水或潜水，也会对人、蓄饮水造成污染。(3)化肥对大气的污染。化肥的不合理施用还会造成对大气的污染。

农药污染：农药的不合理使用也会造成一系列的生态环境问题，如大气污染、水体污染、土壤污染和食品污染，并最终影响动植物和人类健康。农药进入农田生态系统后，会发生一系列的化学、物理化学和生物化学的反应过程。由于这些过程的发生，农药在生态系统中各组分之间进行迁移、转化、降解或者残留、积累。(1)农药在动物体内的残留。(2)农药在植物体内的残留。由于植物对农药的吸收富集以及通过食物链的传递，致使许多农产品中农药残留，也会对生物及人类造成较大的危害。(3)农药对人体的危害。(4)农药对农业自身的危害。表现在益虫减少、主要害虫再猖獗、次要害虫上升为主要害虫以及害虫抗药性的产生等诸方面。

兽药污染：如果兽药使用不当或过量，势必造成兽药(如激素、抗菌素等)物质在动物体内的残留，以及动物排泄后，这些物质在环境中的迁移、转化与残留，造成环境污染。任何药物反应都可能产生不需要或意外不良反应。用于刺激畜禽生长、预防和治疗方面的药物，易产生残留、耐药性和致癌、致畸、致突变的作用。而这些药物在畜禽产品中的残留，直接影响产品的质量和人类健康。

畜禽粪便污染：随着畜牧业生产规模的不断扩大和集约化程度的不断提高，在畜牧生产过程中，尤其是畜禽饲养过程中产生的大量分辨、氨气5、硫化氢、粪臭素等恶臭气体和粪尿中的氮磷等元素、重金属等，会造成严重的环境污染。(1)氮和磷的污染。畜禽粪尿中所含的大量氮、磷和药物添加剂的残留物，是污染空气、土壤和水源的主要物质。(2)恶臭污染。由于集约化饲养畜禽密度较高，栏舍内潮湿，粪尿排出体外后在微生物和细胞外酶的作用下产生的降解产物与灰尘、霉变垫料及呼出的二氧化碳等混合后，散发出恶臭气味。(3)生物污染。患病或隐性带病的畜禽会排出多种致病菌、病毒和寄生虫虫卵，如不适当处理，不仅会造成大量蚊蝇滋生，而且还会成为疾病的传染源，造成疫病传播，影响人类和畜禽的健康。(4)饲料添加剂与兽药的污染。如果兽药与饲料添加剂使用不当或过量，势必造成兽药(如激素、抗菌素等)和添加剂物质在动物体内的残留，以及动物排泄后，这些物质在环境中的迁移、转化与残留，造成环境污染。

14. 产生污染的持久性有机污染物主要有什么类型?有什么危害?

答：持久性有机污染物的基本类型(3类)：(1)杀虫剂，包括艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、氯丹、七氯、灭蚁灵、毒杀酚、滴滴涕;(2)杀菌剂，包括六氯苯和多氯联苯;化学品的副产品，包括二噁英和呋喃。

危害：持久性有机污染物物质一旦通过各种途径进入生物体内就会在生物体内的脂肪组织、胚胎和肝脏等器官中积累下来，到一定程度后就会对生物体造成伤害。持久性有机污染物导致的生物学毒性具体表现为：(1)内分泌干扰;(2)免疫毒性;对生物体免疫系统的影响。(3)对生殖和发育的影响;(4)致癌性;(5)其他毒性。引起一些其他器官的病变。

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