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生物水的三个重要概念与数据(2014修订版)

已有 5292 次阅读 2014-5-19 19:40 |个人分类:水科学|系统分类:观点评述| 水科学, 生物水

生物水的三个重要概念与数据(2014修订版)

张学文,2014/5/19

我在2012/10/28写了关于本标题的博客,http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=627023

,现在(2014/5/19)修订了一个认识,即把鱼类呼吸吞吐的水分排除在生物水循环量之外,并且补入了蒸腾量与蒸发量的比值等物理量,另外提出水分循环图解里应当补充生物水部分。

 

空中水、地表水、地下水和生物水是地球水科学的四大领域。其中的生物水与前者并列起来分析是近年事。这里提几个个人认为重要的生物水的有关概念。

1.      生物水存在量m1:地球上生物水的总量是多少。即在已经知道目前(或者某地质时期)存活着的各种生物(动物、植物、微生物)的总体重M(应当称为生物量,这个数量在生态学里是有的)是多少的基础上乘一个系数:生物体的平均(各种生物的数量加权平均)的含水百分率f。从而获得生物水的总水量m1,m1=M×f。而f的值对于不同物种,大约变化在65%-95%,而且各种生物的数量不同,我们初步取f=0.8,各种生物(动物、植物、微生物)的总体重M相当于1mm厚的水层,于是m1=1×0.8,即生物水平铺地球表面的厚度约为0.8毫米。

2.      生物水循环量,m2/a:地球上存活着的生物在单位时间(如一年)所需要吸收的水分是多少。这应当包括例如人类每天供喝多少水分、植物每天的吸收的水量(它大致与所谓蒸腾量差不多),但是不包括鱼类等海洋生物每天吞吐的海水数量。即每天有这么水分出入地球上的所有生物体。它的量纲是M/T,即质量/时间,其规模自然是小于自然水分的年蒸发量,1000mm/a,而每年的数值大于生物水存在量m1,我估计其每年的运转数量是m150。即40mm/a。我们的农业灌溉量是其体现的一部分。

3.      生物水凋落量,m3:地球上每年有多少生物体的水分通过生物体的成熟(如葡萄被摘取下了)脱离生物活体(如落叶、我们吃了葡萄、西瓜、鸡下了蛋)、生物个体的死亡等而使其生物水脱离生物活体。它的量纲是M/T,即质量/时间,如kg/a。我们把它暂时用m3/a表示。每年有多少水分随着生物体脱离存活状态?它应当与生态学里的初级生产力是一个数量级的量。人类的农产品数量凋落量的一部分。

4.      全球的蒸腾量与蒸发量的百分比f:我们知道通过生物体进入大气的水分单独称为蒸腾量,它是下垫面的水分蒸发总量的一部分。地球上生物繁荣,则蒸腾量在地球下垫面蒸发量中占的百分比就大。所以蒸腾量与蒸发量的比值体现着地质时期生物在地球上繁荣程度。我们需要分析这个比值以及它在各个地质时期的数值。

 

下面是对它们的数量级的初步估量表

全球生物水特征量

(单位:总质量,以千克计,也可以以全球面积上对应的水层厚度,毫米计。

地球上的1毫米水层质量大约是5×1014次千克。凋落量与生物水循环量的单位是千克/年,或者对应的全球水层的毫米数/年)

参考了尚玉昌著的普通生态学第3版,北京大学出版社,394页的生态学数据

地球上的所有生物的特征水量水

临时符号

单位(全球的质量或者水层厚度)

数量级

说明

生物水的存在量(现代所有生物体内的水分总量)

m1(存在量)

千克,毫米厚

4×10^14千克,全球0.8mm厚的水层,下同

与生态学的生物量大致对应

生物生存时每年吞吐的水量(如树每天蒸腾的水等等)

m2/a(循环量)

千克/年、毫米/

每年是m150,40mm/a

张学文估计

每年脱离生物活体的物质所对应的水量(如落叶、作物秸秆、农产品中的水分)

m3/a(凋落量)

千克/年,毫米/

每年是m11/5,

0.16mm/a

与生物的初级生物量对应

全球水分循环的强度,每年全球自然降水量、蒸发量

r

mm/a

1000mm/a

 

全球的蒸腾量与蒸发量的百分比

f

%

4%

 

 

一个学科的建设,其基本概念的建设是很基础的事。我认为生物水研究中,这些宏观量是重要的,需要估算的,而且与全球水分循环是有关的。

其实,生态学、生物学应当对每个物种的此类对应值都应当做估计,当然这个工作量就非常大了。

我们经常看到地球的水分循环的一般模型。我认为现在应当把生物水也嵌入到这个全球水分循环图解模型中(我将在另外博客再谈)。谈地球水分循环也不应当忽视其生物水分量。




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2 周少祥 daxigo

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