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第5章 水的作用(2)

也就是说,人类必须主动处理好和水的关系,而不是要求人和水相互协调好彼此的关系。因为协调是指双方采取措施互相接近,以便达到共同点,是双向的互动关系,但人和水的关系则是只有人单方面采取措施来处理好这个关系。人采取的措施得当合理,这种矛盾会有所减缓,或暂时趋于平和。如果措施不合理,不仅矛盾不会减缓,还有可能出现更加严重的情况。人和水虽然共处于地球的自然环境中,但事实上是人有求于水,而水则不是因人而存在。为了人类生存和发展的需要,人对水的需求和防治水旱灾害的活动永远不会停止,对天然水的改造也永远不会停止,即便人水矛盾趋于平和,或关系出现和谐,也是相对的,不可能出现一劳永逸地维持一种永远平和或和谐的局面。世界上没有绝对地平衡发展的东西,不久就会在人类社会的发展中,出现新的人和水的矛盾。因此,在人与水的发展关系中出现矛盾是不可避免的,是绝对的。

如何判断在实际行动中是否已经处理好和水的关系。主要看是否能达到如下的几个方面:(1)为支持人类社会的正常发展,能合理满足各类需水要求,并保护好各种水源的供水功能不衰减。

(2)维护好生态和环境不恶化,不衰退,并尽量做到改善生态和环境。

(3)对从地表和地下水体中取水和用水的结果,能保持河流中水沙、水盐的基本平衡,不出现盐碱、盐渍及不合理的河道冲淤,不出现地下水位的不合理下降及地质环境灾害。

(4)各种水体(河流、湖泊、水库、地下水含水层等)中水质保持良好,不恶化。

(5)洪水出路得以合理安排,逐步减少因洪涝造成的灾害损失。

(6)不因治水工程规划设计的失误,造成人为扩大的灾害。

(7)针对未来变化中的不确定性因素,对各类治水措施功能不能满打满算,要留有一定余地。

上述只是列举了一些主要方面的问题,在实际工作中还会因具体情况有所增减。即使如此,也可看出实现这几点要求,还需要一个相当的过程。处理好人和水的关系,是一个动态的过程,要随事物的发展,在实践中不断检验改正,增加新的内容,以促进治水工作的不断完善,和人类社会的全面、协调和可持续的发展。

二、水的作用之工业篇

水参加了工矿企业生产的一系列过程的重要环节,在制造、加工、冷却、净化、空调、洗涤等方面发挥着重要的作用,被誉为“工业的血液”。例如,在钢铁厂,靠水降温保证生产,钢锭轧制成钢材,要用水冷却,高炉转炉的部分烟尘要靠水来收集,锅炉里更是离不了水,制造1吨钢,大约需用25吨水。水在造纸厂是纸浆原料的疏解剂、稀释剂、洗涤剂、运输介质和药物的溶剂,制造1吨纸需用450吨水。火力发电厂冷却用水量十分巨大,同时,也消耗部分水。食品厂的和面、蒸馏、煮沸、腌制、发酵都离不了水,酱油、醋、汽水、啤酒等,干脆就是水的化身。但是工业的发展给环境有带来了很大的污染,而且还在不断的加重。

工业生产带来的水污染,一般有以下几种:

(1)悬浮物质污染:浮物质是指水中含有的不溶性物质,包括固体物质和泡沫塑料等。它们是由生活污水、垃圾和采矿、采石、建筑、食品加工、造纸等产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。悬浮物质影响水体外观,妨碍水中植物的光合作用,减少气的溶入,对水生生物不利。

(2)热污染:自各种工业过程的冷却水,若不采取措施,直接排入水体,可能引起水温升高、溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物质的毒性增加等现象,从而危及鱼类和水生生物的生长。

(3)放射性污染:于原子能工业的发展,放射性矿藏的开采,核试验和核电站的建立以及同位素在医学、工业、研究等领域的应用,使放射性废水、废物显著增加,造成一定的放射性污染。

三、水的作用之生活篇

自从地球上有了水,生命便开始了运动,进而有了人这种生灵。一切生命活动都是起源于水的。靠着它,生命才得以延续,人类才得以繁衍生息。

现代科学证明,人体内的水分,大约占到总体重的65%。其中,脑髓含水75%,血液含水83%,肌肉含水76%,连坚硬的骨胳里也含水22%!没有水,食物中的养料不能被吸收,废物不能排出体外,药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水,后果是很严重的。缺水1%~2%,感到渴;缺水5%,口干舌燥,皮肤起皱,意识不清,甚至幻视;缺水15%,往往致命。干渴给人的威胁,往往甚于饥饿。没有食物,人可以活较长时间(有人估计为两个月),如果连水也没有,顶多能活一周左右。

人,自从诞生那天起,便与它结了不解之缘。可以说水在生活中的用途非常广泛。

我们从一大早起床洗脸到晚上洗澡都用到水。有了水,我们可以清洁自己身上的污迹;有了水,家里的家具都能被洗刷得干干净净;有了水,蔬菜水果上的农药才能被洗掉。人每天都在饮用着水。口渴时喝的汽水、吃的水果、吃饭前喝的汤等都包含着许多水分。

总而言之,我们每时每刻都需要水,同时,我们也要节约每一滴水。

四、水的作用之农业篇

水可谓是庄稼的“命根子”。用手抓一把植物,你会感到湿漉漉的,凉丝丝的,这就是因为水的缘故。植物含有大量的水,约占体重的80%,蔬菜含水90%~95%,水生植物竟含水98%以上。水替植物输送养分,水使植物枝叶保持婀娜多姿的形态,水参加光合作用,制造有机物,水的蒸发,使植物保持稳定的温度,不致被太阳灼伤。植物不仅满身是水,作物一生都在消耗水。1公斤玉米,是用368公斤水浇灌出来的。同样的,小麦是513公斤水,棉花是648公斤水,水稻竟高达1000公斤水。一籽下地,万粒归仓,农业的大丰收,都是水立下的汗马功劳。

农学家研究表明,农作物在生长期并不总是需要充足的水分,充足供水和适应控水交替,对提高产量才有利。与传统观念不同,他们认为,干旱缺水不总是降低产量。精确灌溉就是根据作物生理特点形成的既节水又增产的制度。当然,现阶段还难以实施精确灌溉,但是,采用这种科学的灌溉技术是必然的趋势。目前,喷灌、滴灌、微灌等节水灌溉形式,正大力稳步地发展,采用这类灌溉可使水的利用系数提高到85%~90%。

不但人类需要水,我们身边的植物也需要水。植物摄取了足够的水分,才能长的茂盛。即使是耐旱植物,例如仙人掌等,都需要水分,只不过它们需要的分量不算多而已。

五、水与生物的关系

生命来源于水,生物的生存离不开水,水的多少决定了生物的特征与种类。反过来,生物的作用又在一定程度上改变了水的分布、水的循环、水的组成与性质。水与生物相互作用,决定了地球表层自然环境的某些性质与结构。

(一)生命来源于水

各国学者对生命起源问题进行了广泛的研究,普遍认为最初的生命来源于水中。早期地球是一个炽热的球体,温度很高,原始行星凝聚体的中心温度可达2,000 K。包围在原始地球外面的气体逸散到宇宙空间,再由原始地球内部喷出大量气体。形成第二次大气层,叫做原始地球大气。原始大气中含有氨、甲烷、硫化氢、二氧化碳、氢和水等成分,但没有游离的氧气,是还原性的大气。这是原始生命诞生的重要条件。因为只有在还原性大气条件下,最初形成的有机分子才能长期积累和保存下来。此外,由于原始大气中没有游离氧,所以高空也没有臭氧层,太阳的紫外线可以全部直射地面,为小分子有机物的合成提供能量。

另一方面,地球刚形成时没有河流与海洋,频繁的火山活动使地壳发生变形,有的隆起形成高原和山峰,有的收缩下陷形成洼地与山谷。与此同时,大气中水蒸气不断增多,达到饱和状态。

后来冷却成雨降落到地面,在地壳凹陷处形成河流或湖泊,继而汇成了浩瀚的原始海洋,这对生命的诞生也具有重要的作用。

因为,当大气层的水蒸气凝结为雨水而降落时,大气中的一些气体和地壳表面的一些可溶性化合物被溶解在水中。这些成分在外界高能(如宇宙射线、太阳紫外线、闪电、高温等)的作用下,可自然合成一系列的小分子有机化合物,例如氨基酸、核苷酸、单糖、脂肪酸等。它们经过雨水的冲刷作用,最后汇集在原始海洋中,使海水成为富含有机物质的溶液,亦即霍尔丹所谓的“原始汤”,从而为生命的诞生准备了必要的物质条件。这一系列的小分子有机化合物,经过许多万年的发展,形成高分子有机化合物——蛋白质和核酸。

如果没有水的参与,向高分子有机物的转化就不能实现。蛋白质是活质的最重要组成部分,是活质的构造和机能的基础,而核酸是主要的遗传物质。

在原始的水域里,高分子有机物发生凝聚作用,形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体系。这种多分子体系可能像一种胶质小球,漂浮在原始水域中,被称为团聚体或微球体。它同周围的水溶液之间,有明显的界面,形成相对独立于环境的体系。这种体系以周围环境物质为养料,扩充并改造自己;同时也将一些废物排出体系外。最后,有一些多分子体系终于产生出生命的基本特征——新陈代谢。于是,生命就这样诞生了。

(二)生物的生存离不开水

水不仅是重要的氧源和氢源,而且是生物体内含量最多的组分。生物在整个生活过程中离不开水。没有水生物就无法生活。水既是构成生物体的物质基础,又是生物新陈代谢的必要介质。生物体内含水量约占体重的60%~80%,有的可高达90%以上。水也是多种物质的溶剂,如土壤中很多矿物质要先溶解于水,然后才能被植物所吸收和运转;有的营养物质如水溶性维生素只有溶解于水后,才能被生物机体所吸收。水能维持细胞和组织的紧张度,使各个器官保持饱满状态,使机体保持一定形态,水也是植物光合作用制造有机物的原料。

此外,水的比重、密度、比热、电导率等特性都有利于水生生物的生活。水对生物的作用因水的形态(固体、液体、气体)、水的量(指大气湿度和土壤湿度)以及持续时间(包括降水、水淹和干旱的持续时间)的不同而异。

水是生命活动的必要条件,生物体内的一切生物化学变化都需要水。营养物质和代谢产物都要在水溶液状态下被吸收和运输。水是光合作用的原料之一。水的蒸发要消耗大量的热量,所以它还有调节生物体温的作用。

同时,水对生物也是一个限制因素,特别是对陆生生物更是这样。总降水量、雨水的季节分布、大气湿度以及地面水的供应,是限制生物分布的重要因素。在枯水期,因为缺水一些花草枯黄、树木凋零。

⒈对植物的影响

植物一生中要消耗大量的水,如一株玉米一天中就需要2kg的水,一生要消耗200kg的水,这些水主要用于蒸腾作用,维持植物体的水平衡,满足各种生理生化活动的需要。

水是种子萌发的关键因素,只有吸足水以后种皮才能膨胀软化,使氧易透过,增加胚的呼吸,突破种皮萌发,并进行其他生理生化过程。种子的萌发,需要吸收相当于其自身质量25%~50%或更多的水,比如,水稻需40%、小麦需50%、大豆需120%。根的发育与土壤水含量有密切关系,土壤水过多空气相对减少,根系因缺氧生长缓慢,形态短小根毛缺乏。土壤水分过少,由于缺水也会影响根系的发育。只有土壤水分适中,根系才会发育良好。土壤水含量对植物的果实种子质量也有影响。土壤干燥有利于蛋白质、纤维素的形成和积累,水含量高,会增加脂肪和淀粉的合成。

由上所述,水对植物的生长发育有重要的影响。最适范围时,水平衡,植物生长正常良好;低于最适范围,植物萎蔫、生长停止;超过最适范围,植物缺氧、窒息。所以干旱和水涝时间过长形成灾害时,植物的新陈代谢就会受到破坏而死亡,故在农业上采取合理灌溉、排水等措施,调节作物与水的关系,能保证优质高产。

⒉对动物的影响

水对动物比饥饿更重要,动物没有食物的生存时间要比缺水时间长;人如果长期缺乏食物,体重降低40%,但如果降低身体水10%,生命活动就会严重失调,降低水的20%时就会死亡。水对动物的影响有以下几方面:(1)湿度的影响。湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示方式。相对湿度受地势、地理位置、地面性质、植被、年降水量等影响,有昼夜和季节变化。湿度对动物的形态、体色、生长发育、繁殖、分布、行为以及寿命都有影响。例如,我国苏北的棕色田鼠比河南一些较干旱地区的棕色田鼠体色要深暗,因为较高的湿度能提高生色素酶的活性;衣鱼的幼虫在相对湿度小于70%或大于90%时,不能生长而死亡。

(2)降水的影响。降水影响有直接和间接两方面的作用,暴雨可冲击动物,浸没其隐蔽地或巢穴,使动物淹死或受潮后热能代谢破坏,过冷而死。蝗虫的数量消长与雨水成负相关作用,雨量越多对蝗虫的发生越不利。因为雨水多,则温度低,蝗虫发育迟缓,而有利于它的天敌蟾蜍、寄生蜂等的生长。

(3)冰雪覆盖的影响。它可分为季节性的,如在中纬度和高纬度的河、湖、海的冰和经常性的冰覆盖。冰盖限制动物的活动,尤其对水栖动物的影响较大,有时可发生急性的氧气供应缺乏,阻塞觅食通路,迫使一些水栖小兽离开该水域。

(三)水的多少决定生物的种类

水对植物的分布影响极大,所以根据植物与水的关系,可把植物分为水生植物、中生植物和旱生植物三类。生长在水中的植物称为水生植物,它们一般有大量通气组织,以减轻体重,增加植物体积和叶片的漂浮能力。中生植物是指生活在水平衡不成问题的环境中的植物,它们在一般情况下既不耐旱,也不耐涝,但对短期的、强度不大的干旱和过湿,也有一定的调节适应能力。旱生植物具有高度控制体内水平衡的能力,如热带沙漠中的仙人掌是“节流”的能手,它有刺状的叶和肉质的贮水茎,还有特殊的光合途径以提高其用水效率。而温带沙漠中的梭梭则着重于“开源”,它们具有十分发达和深长的根系,并有强大的吸水力,以提取深层的地下水,另外,它们也有减少蒸腾的适应。

陆生动物根据它们对空气湿度和食物中需水的状况,可以分成比较喜湿和比较喜旱的两类。喜湿动物包括多数环节动物、软体动物、许多昆虫以及一部分鸟类和哺乳类。喜旱动物主要包括昆虫、爬行类、鸟类和哺乳类的一部分。

(四)生物分布与水

由于生物的生长、发育离不开水,因此生物的分布受到水的分布的控制与影响。

1.干湿度分带性

地球表面,生物的分布受干湿度带性的影响与控制。海洋蒸发的大量水汽,通过大气环流输送到陆地。海洋是陆地上大气降水的主要来源。因此,随着离海岸距离的增大,降水有逐渐减少的趋势,尤其季风气候区更是如此。

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