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生物水的三个重要概念与数据（2014修订版）: 热度 1 zhangxw 2014-5-19 19:40; 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=spaceuid=2024do=blogid=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, 即 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 m1 的 50 倍。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。人类的农产品数量是凋落量的一部分。 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 × 10 的 14 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 / 天每年是 m1 的 50 倍 , 即 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 / 年每年是 m1 的 1/5, 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。; 个人分类: 水科学|6907 次阅读|5 个评论

盖亚学说关注生物水与大气水的比例吗?: zhangxw 2014-4-11 11:34; 盖亚学说关注生物水与大气水的比例吗 ? 张学文 ,2014/4/11 最近科学网上关心起了涉及地球环境与大气的盖亚学说 . 就此我也说两句闲话 : 盖亚学说关注生物水与大气水的比例吗 ? 我大约数年前知道了一点这个学说。第一印象认为它有一定的道理。它那个从某行星大气成分反推是否存在生物的论点是很吸引人的。现在我提出另外一个问题，不知道这个学说或者其他的学说是否可以回答。我的问题是：行星上的生物水与行星的空中水的数量是否维持一个基本不变化的比例（常数）？很早我就记住了一个数：地球的空中水的数量大致相当于 25 毫米厚的水层（我曾经认为是 15 厘米），或者说任何时刻，你把空中水挤干，它仅可以平铺为全地球 25 毫米厚的积水。随后我注意并且自己试图计算地球的生物体的总量，我计算的结果是它大约折合 1.3 毫米厚的水层。即地球上所有生物体的总质量是空中水的总质量的 1/10 或者更少。由于水分在生物体中占有的比例大于 50% ，所以我简单地认为生物水的数量应当是至少比空中水小 1-2 个数量级。应当承认地球上的生物量与大气的降水量关系很大，而降水量又与空中水有比例关系。因而从星球的空中水数量估量其生物总量（存活着的所有生物体的总体重）是有一定道理的。我高兴地看到有的文献同时给出了空中水与生物水的数量，其比例（作者没有正面给出）大致是 10:1 ）。我也遗憾的看到有的文献同时给出了了空中水与生物水的数量，但是它们居然具有相同的数量级。我认为这是错误的，或者说不可能的。生物水应当少于空中水！我认为从水科学角度、生态学角度、盖亚学说角度等等都应当关注一个重要的比例：行星的空中水总量与生物水总量的比例。这个比例在 10 亿年的地球演化尺度内是基本不变化的吗？为什么是这样或者为什么没有关系？我们关心地球上的人口总量，也应当关心地球上的生物总量（活着的生物体的总体重），而这应当成为生物水科学、生态学等等科学的关心的重要对象。盖亚学说关注生物水与大气水的比例吗 ?; 个人分类: 空中水科学|2823 次阅读|0 个评论

生物水的3个重要概念与数值: zhangxw 2012-10-28 18:39; 生物水的 3 个重要概念与数据值张学文 ,2012/10/28 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最近的事，也是很有启发和待开发的事。这里提 3 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）是多少的基础上乘一个系数 f ，生物体的平均的含水百分率 f 。从而获得生物水的总水量 m1, 即 m1=M*f 。曾经估算过地球上的 M 大约是 2 毫米厚的水层平铺地球的质量。而 f 应当是接近 1 的一个数， 0.7-0.8… ）。我们粗算取 f=1, 即 M=m1 。如果考虑它与空中水的关系，应当认为它必然小于空中水的总量。 2. 生物水循环量， m2 ：地球上存活着的生物在单位时间（如一天）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、所有植物每天的蒸腾量，也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。我估计每天的这个量可能比 M 还大，即每年的数量是 m1 的 100 倍。而这个量涉及地球上水分循环周转量中的生物分支的大小，也要考虑蒸腾量应当小于地球的总蒸发量。 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）、生物个体的死亡等而使其生物水脱离生物活体。我们把它暂时用 m3 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。人类的农产品数量是凋落量的一部分。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。 1 毫米大约是 5*10 的 14 次千克）参考尚玉昌的普通生态学第 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 10^15 千克， 2mm 与生态学的生物量大致对应生物每年吞吐的水量（如树每天吸水量、鱼每天吞吐的水等等） m2 （循环量）千克 / 天，毫米 / 天是 m1 的 100 倍？ , 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 （凋落量）千克 / 年，毫米 / 年是 m1 的 1/10, 0.2mm/a 与生物的初级生物量对应自然降水量 r mm/a 1000mm/a 把降水量列出来做参考一个学科的建设，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。谈生物水，这些量是不能回避的。谈地球水分循环也不应当忽视它。; 个人分类: 水科学|4479 次阅读|1 个评论

生物（水）的总质量究竟是多少?—《水科学概论》里的错误数据？: 热度 3 zhangxw 2011-10-16 16:57; 生物（水）的总质量究竟是多少 ?— 《水科学概论》里的错误数据？大约 20 年前我知道生态学者估计出地球上所有活着的生物的总质量（从蓝鲸们到类病毒们）大约折合覆盖全球表面的 2 毫米厚的水层的质量。它折合 10 的 18 次克（ gram ），或者说是 1000 立方公里的水的质量。我一直认为这个数据的数量级应当差不多。最近翻《水科学概论》一书，其 278 页给出的生物水的质量是 65000 立方公里。它是前者给的生物总质量的 65 倍。而生物水的质量显然小于生物体总质量。所以这个数值让我怀疑。另外，该页给出的大气水分总质量是 113000 立方公里。它仅为该页给出的生物水质量乘 2 ，这让我十分吃惊。我认为生物水居然是大气水分的二分之一，那地球的生态系统就太不稳定了。生物水应当比空中水小很多才比较合理。（如果发生什么生物灭绝，生物水分如果全部跑到空气中，使空气中的水分增加 50% ，这是不可能的）我再分析该书 278 页的空中水的数量，它也显然是错了，它被夸大了 1 个数量级。把书上的 113 ，改为 1.3 其大气水的质量就与目前的公认数值一致了。（所以，我认为该书 278 页给的这两个数据都不对）。再，该书 542 页又就此给出了另外一个生物水数据， 2000 立方公里，它仅是前者的 30 分之一。一本书里就一个含义对象给出如此大的差别的两个数（而不做说明），让人感到书的编者过分马虎了。我希望知道地球上所有活着的生物的总质量，我认为它至少比大气中的水分小一个数量级。就此现在求教。; 个人分类: 水科学|3881 次阅读|6 个评论

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