生态材料导论-第三章

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1、第3章材料与生态系统材料与自然生态系统材料与当代资源问题材料的环境负荷1生态材料导论第一节、材料与自然生态系统自然生态系统是在一定的地域内生命系统和环境系统相结合的自然综合体，是一定的地域内自然因素和自然力的总和。自然生态系统既是材料生态系统的物质源，也是材料或其残余物质的汇聚，在某种程度上和生物活动相似，都是按自然生态系统→生物体（材料生产）→自然生态系统的方式运作。2生态材料导论材料系统与自然生态系统物质流循环图3生态材料导论一、材料与自然生态资源系统自然生态资源系统是自然生态系统的组成部分，是根据人类社会需要，已经被人类认识准备和正在用于生产、生活消费的自然

2、生态要素的总和，是材料生态系统的基础。资源是指人类可以从自然界获得并用于生产和生活的物质。4生态材料导论自然生态资源系统森林资源——木材可再生生物资源农牧业资源——纺织材料高分子材料矿物能源资源———石油、煤天然气不可再生矿物资源能源金属材料矿物资源——金属材料非金属材料矿物资源——无机材料、陶瓷可循环可再生环境资源水资源太阳光照资源5生态材料导论1、不可再生环境资源定义：在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源。6生态材料导论(1)可回收的不可再生环境资源资源产品的效用丧失后，大部分物质还能够回收利用的可耗竭资源称为可回收的不可再生环

3、境资源。主要指金属等矿产资源，例如汽车报废后，汽车上的废铁可以回收利用。资源的可回收利用程度是由经济条件所决定的。只有当资源的回收利用成本低于新资源的开采成本时，回收利用才有可能。影响不可再生环境资源开采量的因素有两个：价格因素和技术进步。7生态材料导论可回收的可耗竭资源最终仍无法逃脱被耗竭的命运，但耗竭的速率是可变的，它取决于市场需求、资源产品的耐用性和回收利用该产品的程度。需要强调的是：可回收的可耗竭资源不可能100%地循环利用。根据化学热力学第二定律，“在一个封闭的系统内，无限的内循环是不可能的”。8生态材料导论(2)不可回收的不可再生环境资源使用过程不可逆

4、，且使用之后不能恢复原状的可耗竭资源称为不可回收的可耗竭资源。其主要指煤、石油、天然气等能源资源，这类资源被使用后就被消耗掉了。由于不可回收的可耗竭资源使用过程的不可逆性，决定了使用机会只有一次。9生态材料导论2、可再生环境资源能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源是可更新资源。例如太阳能、大气、森林、鱼类、农作物以及各种野生动植物等。10生态材料导论土地资源水资源生物资源11生态材料导论3、自然资源的蕴藏量1、已探明储量已探明储量是利用现有的技术条件、资源位置、数量和质量可以得到明确证实的储量。又分为：（1）采储量：为在目前的经济技术水平下有开采价值

5、的资源。（2）待开采储量：定义为储量虽已探明，但由于经济技术条件的限制，尚不具备开采价值的资源。12生态材料导论2、未探明储量未探明储量是指目前尚未探明但可以根据科学理论推测其存在或应当存在的资源，分为：（1）测存在的储量：可以根据现有科学理论推测其存在的资源。（2）应当存在的资源：今后由于科学的发展可以推测其存在的资源。13生态材料导论3、蕴藏量资源蕴藏量等于已探明储量与未探明储量之和，是指地球上所有资源储量的总和。因为价格与资源蕴藏量的大小无关，所以蕴藏量是一个物质概念而非经济概念。对于可耗竭资源来说，蕴藏量是绝对减少的；对于可更新资源来说，蕴藏量是一个可变量。

6、这个概念之所以重要，是因为它代表着地球上所有有用资源的最高极限。14生态材料导论二、材料资源系统的物质流1、自然物质流自然物质流是指地球生物化学、物理化学大循环而形成的各种自然物质的循环过程。15生态材料导论（1）、三个重要的物质循环自然界内处于千变万化中的物质欲维持质量——能量守恒，只有通过物质的循环来实现。一旦物质循环的程序局部发生故障，即发生环境污染，则整个自然系统就要遭到破坏。其中碳循环、氮循环、氧循环是三个最重要的循环。16生态材料导论(a)碳循环：碳是构成有机物质的中心元素和构成地壳岩石及矿物燃料（煤和石油）的主要成分，也是构成各种材料，例如钢铁材料、高分子

7、材料或陶瓷材料的基本元素之一。碳在钢铁中以间隙原子的形式和化合物的形式存在，是钢铁材料的一个重要化学元素和强化元素。17生态材料导论在自然环境内，碳的循环主要是通过二氧化碳来进行的。由动物呼吸或矿物燃料的燃烧生成二氧化碳并放出热量。在生物圈中二氧化碳的循环（亦构成氧循环的一部分）主要表现在光合反应中。反应：6CO+6HO+2822J→CHO+6O226126218生态材料导论碳循环示意图19生态材料导论(b)氮循环氮是构成蛋白质的主要元素，而所有生物体内均含有蛋白质，所以氮的循环涉及到自然界的各个