生态化学计量学特征及其应用研究进展
刘阳宇化学11302 10
关键词：生态化学计量学；限制性养分；内稳性
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化学计量在实验中的应 用典型题 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
一、物质的量的单位——摩尔 【典型例题】 例1．同质量的下列气体中，所含分子数最多的是（），原子数最少的是（） A．CH4 B．CO2 C．H2S D．N2 【评点】质量、物质的量、摩尔质量三者的关系式要能灵活运用，如相同分子数时质量之比如何？相同原子数 时质量之比又如何？ 例2．下列说法正确的是（） A．氧的摩尔质量是32 gmol－1 B．硫酸的摩尔质量是98g C．CO2的相对分子质量是44g D．CO32－摩尔质量是60 g/mol 【评点】表示物质的摩尔质量时，要将该物质所对应的微粒表示出来；在运用物理量的过程中，务必要正确表 明单位。 例3．a mol H2SO4中含有b个氧原子，则阿伏加德罗常数可以表示为（） A．a/4b mol－1 B．b/a mol－1 C．a/b mol－1 D．b/4a mol－1 【评点】NA表示每摩物质所含微粒的个数，一般可表示为×1023mol－1，描述微粒数可用NA表示，如2 mol O2 的分子数相当于2NA，若要求得具体个数，可根据×1023mol－1进行换算。 例4．含有相同氧原子数的二氧化硫和三氧化硫其物质的量之比为，质量比为，分子数之 比为，硫原子个数比为。 【评点】两种物质分子数之比即物质的量之比，根据分子组成再求得各组成元素的原子个数之比、质量之比、 包括电子数、质子数等等。 例5．已知铁的相对原子质量是56，则1个铁原子的质量是 g。 【评点】任何粒子或物质的质量以克为单位，在数值上与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等时，所含 粒子的数目都是×1023。Fe的相对原子质量是56，所以，56g Fe含×1023个Fe原子。 例6．已知8g A能与32g B恰好完全反应，生成22g C和一定量D，现将16g A与70g B的混合物充分反应后，生成 2mol D和一定量C，则D的摩尔质量为多少？ 【评点】化学反应前后要掌握两条线，一是反应前后元素的种类和原子的个数不变；二是各反应物和生成物的 质量成正比。 【巩固练习】 1．下列对于“摩尔”的理解正确的（） A．摩尔是国际科学界建议采用的一种物理量 B．摩尔是物质的量的单位，简称摩，符号为mol C．我们把含有×1023个粒子的任何粒子的集体计量为1摩尔 D．1mol氧含×1023个O2 2．下列说法正确的是（） A．摩尔质量就等于物质的式量 B．摩尔质量就是物质式量的×1023倍 C．HNO3的摩尔质量是63g D．硫酸和磷酸的摩尔质量相等
第32卷第15期2012年8月 生态学报ACTA ECOLOGICA SINICA Vol．32，No．15Aug．，2012 基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2009CB421104);中国科学院战略性先导科技专项(XDA05060100) 收稿日期:2011-04-20;修订日期:2012-04-24 *通讯作者Corresponding author．E-mail :ghliu@rcees．ac．cn DOI :10．5846/stxb201104200523丁小慧，宫立，王东波伍星，刘国华．放牧对呼伦贝尔草地植物和土壤生态化学计量学特征的影响．生态学报， 2012，32(15):4722-4730．Ding X H ，Gong L ，Wang D B ，Wu X ，Liu G H．Grazing effects on eco-stoichiometry of plant and soil in Hulunbeir ，Inner Mogolia．Acta Ecologica Sinica ，2012，32(15):4722-4730． 放牧对呼伦贝尔草地植物和土壤生态 化学计量学特征的影响 丁小慧1，2，宫立1，2，王东波3，伍星1，刘国华 1，*(1．中国科学生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085;中国科学院研究生院，北京 100049;3．内蒙古自治区呼伦贝尔市环境科学研究所，呼伦贝尔 021008)摘要:放牧通过畜体采食、践踏和排泄物归还影响草地群落组成、植物形态和土壤养分，植物通过改变养分利用策略适应环境变化。通过分析呼伦贝尔草原放牧和围封样地中的群落植物和土壤的碳氮磷养分及化学计量比，探讨放牧对生态系统化学计量 学特征和养分循环速率的影响机制。结果如下:(1)群落尺度上，放牧和围封草地植物叶片C 、 N 和P 的含量没有显著差异;但是在种群尺度上，放牧草地植物叶片N 含量显著高于围封草地;(2)放牧草地土壤全C 、全N 、有机C 、速效P 含量，低于围封草地，硝态N 含量高于围封草地;土壤全P 和铵态N 指标没有显著差异;(3)放牧草地植物C ?N 比显著低于围封草地，植物残体分解速率较快，提高了生态系统养分循环速率。 关键词:草地生态系统;放牧;围封;化学计量学;呼伦贝尔 Grazing effects on eco-stoichiometry of plant and soil in Hulunbeir ，Inner Mogolia DING Xiaohui 1，2，GONG Li 1，2，WANG Dongbo 3，WU Xing 1，LIU Guohua 1， *1State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology ，Research Center for Eco-Environmental Sciences ，Chinese Academey of Sciences ，Beijing 100085，China 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China 3Institute of Environmental Science of Inner Mongolia ，Hulunbeir 021008，China Abstract :The grassland in Inner Mongolia ，one of the largest remaining grassland ecosystems in the world ，is extensive and covers an area of up to 68%of the entire region．Recently ，with the increasing needs of livestock products ，the ecological function of the grassland is severely degraded by overgrazing．The effect of grazing has become an urgent and crucial issue in the study of grassland ecology．The early researches mainly focused on the effects of grazing on the productivity ，community structure and biodiversity of the grasslands through the browsing ，trampling around and excretion of livestock．Focusing on C4soil or plants ，only a few studies have considered the effects of grazing on the stoichiometry traits of soil and plants．The mechanism by which grazing affects the stoichiometry traits of soil and plants is far from clear．For this issue ， we carried out a study considering the role of grazing on the stoichiometry traits of soil and plant at both population and community scales．We determined the C ，N ，P content and the C /N ratios of plant and soil to explore how grazing affects the stoichiometry traits and nutrient cycling rates in an ecosystem．We found that :(1)On community scale ，C ，N ，P content of the leaves had no-significant difference between the grazed and the exclosure grassland ;however ，on species scale ，the N content in
植物生态学报 2010, 34 (1): 2–6 doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.01.002 Chinese Journal of Plant Ecology http:// www. https://www.doczj.com/doc/7812522265.html, —————————————————— 收稿日期Received: 2009-11-24 接受日期Accepted: 2009-12-15 生态化学计量学: 探索从个体到生态系统的统一化理论 贺金生1,2 韩兴国3 1 北京大学城市与环境学院生态学系, 北京 100871; 2中国科学院西北高原生物研究所, 西宁 810008; 3 中国科学院植物研究所, 北京 100093 Ecological stoichiometry: Searching for unifying principles from individuals to ecosystems HE Jin-Sheng 1,2 and HAN Xing-Guo 3 1 Department of Ecology, College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 2Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China; and 3Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China 从1909年丹麦哥本哈根大学Johannes Warming (1841–1924)出版第一本生态学教科书《植物生态学》到现在, 生态学经历了100年的发展。作为研究生物与生物、生物与环境相互关系的学科, 生态学具有高度的综合性和交叉性, 研究的问题也具有复杂性和多尺度的特点。正因为这样的学科特点, 传统上生态学家多强调研究对象的特殊性、研究问题的局域性, 缺乏统一的理论框架。进入21世纪以后, 生态学在统一化理论方面出现了一些尝试, 代表性的有生态学的代谢理论(metabolic theory of ecology) (Brown et al ., 2004)和生态化学计量学(ecological stoichiometry) (Sterner & Elser, 2002)。 生态化学计量学综合生物学、化学和物理学的基本原理, 利用生态过程中多重化学元素的平衡关系, 为研究C 、N 、P 等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法。1958年, 哈佛大学的A. Redfield 首次证明: (1)海洋浮游生物的C 、N 、P 有特定的组成(摩尔比106:16:1, 该比率后被称为Redfield 比率); (2)这一比率受海洋环境和生物相互作用的调节(Redfield, 1958)。这一开创性的研究成为以后生态化学计量学的奠基之作。从Elser 和Hassett (1994)以及Elser 等(2000)的重要文章, 到以后Sterner 和Elser (2002)的专著《Ecological Stoichi- ometry 》的出版, 标志着生态化学计量学理论的系统化和逐步成熟。 2004年著名生态学杂志《Ecology 》 (85卷1 177页)和2005年《Oikos 》(109卷3页)分别出版了“Ecological stoichiometry”专辑, 进一步推动了这一领域的发展。本刊也于2005年发表了曾德慧和 陈广生(2005)的综述性文章, 系统介绍了生态化学计量学的理论与进展。 1 生态化学计量学为从个体到生态系统统一化理论的构建提供了新思路 生态化学计量学主要研究生态过程中化学元素的比例关系, 因此跨越了个体、种群、群落、生 态系统、景观和区域各个层次。生态化学计量学目前主要集中在C 、N 、P 元素的计量关系。这是因为, C 、N 、P 是重要的生命元素, 它们是地球上所有生命化学组成的基础。一般来说, 组成地球上有机体蛋白质的16%是N, 核酸组成的9.5%是P, 这两个比例在不同来源的生物中相对稳定。而有机体干物质的50%左右是C, 这一比例在生物的不同类群中随细胞的结构组成发生变化。生物在长期进化过程中, 形成了一定的内稳态机制(homeostatic mecha-nism), 即生物在变化的环境(包括食物)中具有保持其自身化学组成相对恒定的能力, 它是生态化学计量学存在的前提(Sterner & Elser, 2002)。现在还不清楚生物组成的其他元素是否存在相对稳定的计量关系, 但从生态化学计量学角度, 对其他化学元素的探索是必要的, 特别是S 的作用。 无论是植物个体水平, 还是生态系统水平, C 、N 、P 都是相互作用的。研究其中一个元素在生态学过程中的作用, 必须同时考虑其他元素的影响。生态化学计量学为研究C 、N 、P 等主要元素的生物地球化学循环和生态学过程提供了一种新思路 (Sterner & Elser, 2002; Güsewell, 2004)。在植物的个
新课标高一化学同步测试 第二节 化学计量在实验中的应用（B ） 1．若某原子的摩尔质量是M g ·mol － 1，则一个该原子的真实质量是（ ） A ．M g B ．M 1g C ．g D ． g 2．若50滴水正好是m mL ，则1滴水所含的分子数是（ ） A ．m ×50×18×6.02×1023 B ． ×6.02×1023 C ．×6.02×1023 D ． 3．在标准状况下，若V L 甲烷中含有的氢原子个数为n ，则阿伏加德罗常数可表示为（ ） A ．4.22Vn B ．V n 4.22 C ．6.5Vn D ．V n 6.5 4．有一真空瓶质量为1m ，该瓶充入空气后质量为2m 。在相同状况下，若改为充入某气体A 时，总质量为3m 。则A 的相对分子质量是（ ） A ．1 2m m ×29 B ．13m m ×29 C ．1213 m m m m --×29 D ．1 312m m m m --×29 5．同温同压下，气体A 与氧气的质量比为1∶2，体积比为1∶4，气体A 的相对分子质量是（ ） A ．16 B ．17 C ．44 D ．64 6．下列数量的物质中含原子数最多的是（ ） A ．0.4mol 氧气 B ．标准状况下5.6L 二氧化碳 C ．4℃时5.4mL 水 D ．10g 氖 7．300mL 某浓度的NaOH 溶液中含有60g 溶质。现欲配制1mol ·L －1NaOH 溶液，应
取原溶液与蒸馏水的体积比约为（ ） A ．1∶4 B ．1∶5 C ．2∶1 D ．2∶3 8．同温同压下，等质量的SO 2和CO 2相比较，下列叙述中正确的是（ ） A ．密度比为16∶11 B ．密度比为11∶16 C ．体积比为16∶11 D ．体积比为11∶16 9．n molN 2和n mol 14CO 相比较，下列叙述中正确的是（ ） A ．在同温同压下体积相等 B ．在同温同压下密度相等 C ．在标准状况下质量相等 D ．分子数相等 10．将标准状况下的a LHCl （g ）溶于1000g 水中，得到的盐酸密度为bg ·cm －3，则该盐酸的物质的量浓度是（ ） A ． 4.22a mo1·L －1 B ．22400 ab mol ·L －1 C ．a ab 5.3622400+mol ·L －1 D ．a ab 5.36224001000+mol ·L －1 11．如果a g 某气体中含有的分子数为b ，则c g 该气体在标准状况下占有的体积应表示为（式中A N 为阿伏加德罗常数（ ） A ．L 4.22A N a bc ? B ．L 4.22A N c ab ? C ． L 4.22A N b bc ? D ．L 4.22A N ac b ? 12．某位同学配制一定物质的量浓度的NaOH 溶液时，造成所配溶液浓度偏高的原因是（ ） A ．所用NaOH 已经潮解 B ．向容量瓶中加水未到刻度线 C ．有少量NaOH 溶液残留在烧杯里 D ．用带游码的托盘天平称2.4gNaOH 时误用了“左码右物”方法 13．在4℃时向100mL 水中溶解了22.4LHCl 气体（标准状况下测得）后形成的溶液。下列说法中正确的是（ ） A ．该溶液物质的量浓度为10mol ·L － 1 B ．该溶液物质的量浓度因溶液的密度未知而无法求得 C ．该溶液中溶质的质量分数因溶液的密度未知而无法求得
自然资源学报JOURNAL OF NATURAL RESOURCES 第30卷第10期 2015年10月V ol.30No.10Oct.,2015延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤 生态化学计量学特征 向云1,4，程曼1，安韶山1,2*，曾全超2,3 （1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100；2.中国科学院、教育部水土保持与生态环境研究 中心黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌712100；3.中国科学院大学， 北京100049；4.山西省环境科学研究院，太原030000） 摘要：通过对黄土高原延河流域不同立地条件的植物、枯落物和土壤进行调查、取样和分析，选取不同立地条件下的共有植物达乌里胡枝子，研究了不同立地条件下共有植物-枯落物-土 壤的碳、氮、磷化学计量特征，以期探索不同立地条件中的元素迁移和转化。结果表明：1）土壤 碳氮比的平均值为10.88，土壤碳磷比和氮磷比的平均值分别为23.14和2.13。2）土壤碳氮比表 现为阳坡>阴坡、沟坡>峁坡，氮磷比无显著差异；共有植物碳氮比表现为阳坡>阴坡，峁坡>沟 坡，碳磷比和氮磷比为阴坡>阳坡，峁坡>沟坡；枯落物碳氮比表现为阳坡>阴坡，峁坡>沟坡；氮 磷比和碳磷比在不同立地条件中均表现为阴坡>阳坡，沟坡>峁坡。3）通过对不同立地条件下 植物-枯落物-土壤化学计量特征的探讨，得知沟坡条件下土壤有机碳累积速率相对高于峁坡，阳坡土壤有机碳固定大于阴坡，各立地条件中土壤全磷含量相对一致；在植物生长后期以及枯 落物分解过程中，阳坡和峁坡表现为氮素迁移转化相对强烈，阴坡和沟坡则有利于磷的迁移和 转化。 关键词：土壤；植物；枯落物；生态化学计量学；立地条件 中图分类号：S154 文献标志码：A 文章编号：1000-3037(2015)10-1642-11DOI ：10.11849/zrzyxb.2015.10.004 植物生长发育所需的养分主要来源于土壤，土壤对植物的生长具有非常重要的影响[1]。同时，植物在生长过程中通过光合作用固定碳，以枯落物分解和根系分泌的方式将养分归还于土壤中。枯落物及其分解过程是联系植被和土壤的纽带，植物-枯落物-土壤构成一个微观的生态系统，其中土壤养分供应量、植物养分需求量以及枯落物分解过程中养分的返还量的不断调节[2]，使植物-枯落物-土壤系统的养分含量具有明显的时空变化，但同时也增加了植物-枯落物-土壤中碳、氮、磷之间相关关系的复杂性。 生态化学计量学（Ecological Stoichiometry ）结合了生态学和化学计量学的基本原理，是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学，它是分析多重化学元素的质量平衡对生态过程相互影响的一种理论[3-4]，为探究不同生态系统中元素迁移和元素限制提供了有效手段。近年来，越来越多的研究工作者利用化学计量手段来研究土壤植物的元素 收稿日期：2014-09-10；修订日期：2015-04-23。 基金项目：国家自然科学基金面上项目（41171226）；新世纪优秀人才支持计划（NCET-12-0479）；国家自然科学基金重点基金（41030532）。 第一作者简介：向云（1987-），男，湖南澧县人，博士研究生，主要从事植被恢复与土壤的相互作用机制研究。E-mail:xy020824@https://www.doczj.com/doc/7812522265.html, *通信作者简介：安韶山（1972-），男，研究员，主要从事土壤生态学、水土保持效益评价、流域生态与管理研究。E-mail:shan@https://www.doczj.com/doc/7812522265.html,
1．了解物质的量(n)及其单位摩尔(mol)、摩尔质量(M)、气体摩尔体积(V m)、物质的量浓度(c)、阿伏加德罗常数(N A)的含义。 2.理解质量守恒定律。 3.能根据微粒(原子、分子、离子等)物质的量、数目、气体体积(标准状况下)之间的相互关系进行有关计算。 4.了解溶液的含义。 5.了解溶解度、饱和溶液的概念。 6.了解溶液浓度的表示方法，理解溶液中溶质的质量分数和物质的量浓度的概念，并能进行有关计算。7.掌握配制一定溶质质量分数溶液和物质的量浓度溶液的方法。8.根据方程式进行有关计算。 1．(2019·全国卷Ⅱ)已知N A是阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是() A．3 g 3He含有的中子数为1N A B．1 L 0.1 mol·L－1磷酸钠溶液含有的PO3－4数目为0.1N A C．1 mol K2Cr2O7被还原为Cr3＋转移的电子数为6N A D．48 g正丁烷和10 g异丁烷的混合物中共价键数目为13N A B[A项，3 g 3He含有的中子数为1N A，正确；B项，磷酸钠为强碱弱酸盐，PO3－4会发生水解，所以所含PO3－4的数目小于0.1N A，错误；C项，Cr的化合价变化为6－3＝31 mol K2Cr2O7含有2 mol Cr，所以转移电子数为6N A，正确；D项，58 g正丁烷、异丁烷的混合物为1 mol，烷烃(C n H2n＋2)中总键数为3n ＋1，则该混合物中共价键数目为13N A，正确。] 2．(2018·全国卷Ⅰ)N A是阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是() A．16.25 g FeCl3水解形成的Fe(OH)3胶体粒子数为0.1N A
教学目标1、理解掌握概念 2、化学计量的计算。 教学 重难点 概念的理解以及它们之间的关系和计算 教学过程 我们在初中时知道，分子、原子、离子等我们肉眼看不见的粒子，可以构成客观存在的、具有一定质量的物质，这说明，在我们肉眼看不见的粒子与物质的质量之间，必定存在着某种联系，那么，联系他们的桥梁是什么呢？要解决这个问题，我们来学习第二节化学计量在实验中的应用 第二节化学计量在实验中的应用 像长度可用来表示物体的长短，温度可表示为物体的冷热程度一样，物质的量可用来表示物质所含粒子数的多少，其符号为n，它是国际单位制中的基本物理量，四个字缺一不可，物质的量单位是摩尔，符号mol ，简称摩。 国际单位制(SI)的7个基本单位 物理量的符号单位名称及符号 长度l（L）米（m） 时间t 秒（s） 质量m 千克（kg） 温度T 开尔文（K） 发光强度I（Iv）坎德拉（cd） 电流I 安培（A） 物质的量n 摩尔（mol） 一、物质的量(amount of substance)的单位---摩尔(mole) 1.是一个物理量，符号为n，单位为摩尔(mol)。 从物质的量设立的目的上看，物质的量实际上表示含有一定数目粒子的集体。这个集体的组成者是粒子，这种集体有大有小，也就是集体内的粒子数目有多有少。因此，物质的量是专门用于计算粒子数目的物理量。那么物质的是的1个单位即1mol表示的粒子数目是多少呢？ ［问］1mol粒子的数目大约是多少？ (约为6.02*1023个) ［问］6.02*1023这个数值是以什么为依据得出的？ (是以0.012kg12C中所含碳原子数为依据得出来的) ［问］12C原子特指什么结构的碳原子？ (12C指原子核内有6个质子和6个中子的碳原子) 结论： 1mol任何粒子的数目是0.012kg12C中所含的碳原子数目约为
专题三化学计量及其应用 高考考点： 1、了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。理解质量守恒定律的含义。 2、物质的量、物质的量浓度、摩尔质量、气体摩尔体积在计算中的应用：能说出摩尔、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度的含义，并能进行相关计算。 3、有关阿伏加德罗常数的计算和应用：能用阿伏加德罗常数表示相关物质的粒子数、原子晶体中的共价键数、氧化还原反应中的电子转移数等。 4、物质的量在化学计算中的应用：能正确表示物质的量，并利用物质的量进行简单计算，掌握物质的量运用于化学方程式的简单计算。 真题感悟： （2015·新课标I）8．N A为阿伏伽德罗常数的值。下列说法正确的是（）A．18gD2O和18gH2O中含有的质子数均为10N A B．2L0.5mol/L亚硫酸溶液中含有的H+两种数为2N A C．过氧化钠与水反应时，生成0.1mol氧气转移的电子数为0.2N A D．密闭容器中2molNO与1molO2充分反应，产物的分子数为2N A 【解析】A选项，D和H是氢元素的同位素，其质量数不同，D2O和H2O摩尔质量不同，则18gD2O和18gH2O的物质的量不同，所以含有的质子数不同，错误；B选项亚硫酸为弱酸，水溶液中不完全电离，所以溶液中氢离子数目小于2N A，错误；C选项过氧化钠与水反应生成氧气，则氧气的来源于-1价的O元素，所以生成0.1mol氧气时转移电子0.2N A，正确；D选项NO与氧气反应生成二氧化氮，但常温下，二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡，所以产物的分子数小于2N A，错误，答案选C。 （2015·新课标II卷）10．N A代表阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是 A．60g丙醇中存在的共价键总数为10N A B．1L 0.1mol·L－1的NaHCO3－溶液中HCO3－和CO32－离子数之和为0.1N A C．钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23g钠充分燃烧时转移电子数为1N A D．235g核互235 92U发生裂变反应：235 92 U+1 n90 38 Sr+136 54 U+101 n净产生的中子(1 n)数为 10N A 【解析】A60g丙醇的物质的量是1摩尔，所以共价键的总数应该是11mol，B 项根据物料守
（1）生态化学计量学涵义及理论基础 进入21世纪以来，生态学已经发展为研究从分子尺度到全球尺度的多学科相互交叉的综合性科学，然而如何使相关学科不同层次（分子、细胞、有机体、种群、群落、生态系统和全球尺度）的研究理论能够有机统一起来，一直是该领域探讨的热门话题。为解决这个问题，生态化学计量学（Ecological stoichiometry）在最近20年应蕴而生（Elser，J．，2000；Sterner，R．2002；曾德慧，2005）。 所谓生态化学计量学结合了生物学、化学和物理学等基本原理，包括了生态学和计量学的原理，考虑了热力学第一定律、生物进化的自然选择原理以及分子生物学中心法则的理论，研究在生态过程和生态作用中能量与多重化学元素（主要是C、N和P素）平衡以及这种平衡对生态系统的影响的科学（Zhang，L．2003；程滨，2010；王绍强，2008）。简言之，生态化学计量学就是研究生态系统中能量与化学元素间平衡的学科[191]，主要强调的是活有机体的主要组成元素（特别是C、N和P）的关系。 用组成有机体的元素的独特化学计量值来反映生物进化的结果，主要包括影响生物生长速率、健康状况、新陈代谢、组织结构和生态演替等某些方面（Michaels，A．，2003）[199]。在生态学中聚焦元素间化学计量比，主要意义在于：首先，元素容易在不同生物组织水平间移动，因此能够计算元素的组成和估计进入或流出各种生物实体化学元素的通量；其次，元素是不变的，可根据质量守恒定律去研究元素在各生物学组织水平间的流量；最后，生命有机体都是由化学反应所产生、维持和增殖的化学实体，且化学反应都是以复杂和耦合的反应网形式进行的（Sterner，R．2002；曾德慧，2005）。 生态化学计量学发展了两个重要的具体理论，即动态平衡原理和生长速率理论。 动态平衡原理是生态化学计量学理论成立的理论基础（曾德慧，2005）。指有机体各种元素组成与其周围环境（包括利用资源）养分元素供应保持相对稳定的一种状态（Sterner，R．2002）。它被认为是生态化学计量学理论存在的理论基础和生命的本质特征。 “生长速率理论”是有机体生态化学计量控制的基本途径，这个理论提供了生态化学计量控制生命进化论、细胞生物学特性、种群动态以及生态系统功能机制的基本框架（Elser，J．，2000；曾德慧，2005；Reiners，W．1986；Vanni，M．2002）。最初源于对最适条件下不同物种生物量C∶N∶P和最大生长速率的研究（Elser，J．1996；Main，T．1997），而且适用于同物种生物的生物量C∶N和N∶P变化的研究（Hessen，D．，2004；Hessen，D．；1990）。生长速率理论把生物组织的不同层次（分子、个体、种群和生态系统）有机地联系起来了。并认为，单个有机体P的生物地球化学过程与生长及繁殖过程紧密相关（它是种群动态的一个主要决定者）（Elser，J．；1996）。具体来说，有机体C∶N∶P的变化主要由生物体P含量的变化所决定。生物有机体必须调整它们的C∶N∶P化学计量比来适应生长速率的改变，生长快速的物种通常具有较低的C∶P和N∶P（Elser，J．，2003；Makino，W．，2003），这种直接或间接地造成生活史特性产生变化的演化过程会对有机体的元素组成产生影响（Elser，J．，2000；曾德慧，2005）。 （2）陆地生态化学计量学研究的基本内容 生态化学计量学目前多数研究集中水生生态系统，其理论的提出、验证和补充大都是基于对海洋生物的研究获得的，陆地生态系统方面的研究起步较晚，但近10 年来也得到了较大的发展。其中对天然草原和森林亚系统研究较多。总体分为几个方面： 首先，植物个体生态化学计量学研究 通过研究植物体自身生态化学计量特征与生境生态化学计量特征之间的关系与差异；找
专题一化学计量在实验中的应用考点一物质的量与阿伏加德罗常数 1、物质的量 表示含有一定数目粒子的集合体，符号为n。 摩尔是物质的量的单位，简称摩，符号mol。1mol粒子集体所含的粒子数与0.012kg C中所含的碳原子数相同，约为6.02×10。 2、阿伏加德罗常数 1mol任何粒子所含的粒子数叫作阿伏加德罗常数，通常用6.02×10表示，符号为N，即N 6.02×10。 3、粒子数 粒子数符号为N，物质的量（n）、粒子数（N）、阿伏加德罗常数（N）之 间的计算公式为n= 注释： （1）粒子指微观粒子，一般包括分子、原子、原子团、粒子、质子、中子、电子等。1mol任何粒子的粒子数等于阿伏加德罗常数，由此得N=n×N。 （2）物质的量是计量微观粒子的物理量，指适用于微观粒子，不适于宏观粒子。 4、摩尔质量 （1）单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量，符号为M，常用的单位是g/mol（或g·mol）。摩尔质量、质量、物质的量之间的计算关系为M=。（2）数值：当摩尔质量以g/mol为单位时，在数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。
注释： （1）混合物的平均摩尔质量，当以g·mol （2）质量的符号是m，单位是kg或g；摩尔质量的符号是M，单位是g·mol 考点二气体摩尔体积 1、定义 单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积，符号为Vm，常用的单位有L/mol（或L·mol）、m/mol（或m·mol）。 2、数值 在标准状况下（0°C、101kPa）下，气体摩尔体积约为22.4L/mol（或L·mol ）。 3、计算关系 物质的量、气体体积、气体摩尔体积之间的关系为n=。 4、影响因素 气体摩尔体积受温度与压强的影响。在非标准状况的条件下，其数值可能不等于22.4。 考点三阿伏加德罗定律及其推论 1、阿伏加德罗定律 在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子，人们将这一结
生态学：研究生物的生理特性和生活习性及生存、生长、生活、生育与生衍状态的科学。 生态系统：在一定地理空间范围内的生物群落与非生物环境构成的具有特定组成、结构和功能属性的生态学系统；可以抽象的概括 为是一个生物组分及其与环境之间相互作用、相互依存、动态 变化的物理、化学和生物学复合系统。 生态系统生态学：是研究生态系统的科学，是认识生态系统的科学知 识体系。 生物学物种或生物种：在自然界中同一个物种的个体之间应该繁殖出 具有生育能力的后代。 自然选择的准则：在特定环境中能够留下更多的后代，即保留适合度 高的个体或类型。 物理防御：种植物刺、种植物壳、植物的种子（脱落） 化学防御：植物和动物生成次生化合物保护剂(有毒化合物，消化不良化合物。 形态和行为防御:体色或形态图案成为隐态,警戒态，模仿味道不佳猎 物体姿的贝氏拟态、警戒色+模拟体姿的繆氏拟态。生存环境：影响活体生物功能的非生物环境，包括温度、相对湿度、氧气、pH、盐度、污染物浓度等、条件可以改变但不能被消耗。生境：生物有机体的生活场所。 生态位：生物有机体对生境条件以及生境资源需求的综合，有机体的生态位是生物的生活模式。
基础生态位：在竞争者或扑食者不存在情况下，一个物种可以生存繁殖的潜能。 实际生态位：在竞争者或扑食者存在情况下可以生存繁殖的条件和资源范围。 低温的影响与适应策略：冷害与冻害（细胞的渗透压和水平衡、细胞 膜）；避冻策略和耐冻策略。 高温的影响与适应策略： 高温危害：酶失活和变性、高温失水（蒸腾维温）、火灾。 适应策略：蒸腾维温--动植物的水冷系统，特化物种、耐高温生物，嗜热真菌，极端嗜热原核生物。 必需资源：资源间不可替代。 互补性资源：摄取两种资源湿比摄取一种资源的需求和消耗的更少。拮抗性资源：摄取两种资源明显比摄取一种资源的需求和消耗的更多。抑制性资源：必须资源在适宜范围年供给量增加促进生长，在过量供给时则变得得有害，抑制生物生长率。 氮限制机制：供给光合作用酶的N素不足，叶绿体内的ATP、NADPH 和羧化作用受限制。 磷限制机制：供给光合成RUBP的磷酸盐或者磷糖酸不足，限制光合速率。 生理生态学调控机制：①植物气孔对水碳耦合的调控机理②根系对 水分、养分吸收和碳归还的调控机理③微生物功 能群对碳氮转化和排放的调控机理④土壤-植物
化学计量在实验中的应用知识归纳及巩固 一 物质的量的单位—摩尔 1． 物质的量： （1） 定义：物质的量是一个物理量，它表示含有一定数目粒子的集合体， 符号为n. （2） 单位：摩尔 2． 摩尔： （1） 定义：摩尔是物质的量的单位，简称摩，符号为mol. （2） 国际上规定，1mol 粒子集体所含的粒子数与0.012Kg 12C 中所含的碳原 子数相同。 （3） 说明： ① 必须指明物质微粒的名称，不能是宏观物质名称。 例如：1molH 表示1mol 氢原子，1mol H 2表示1mol 氢分子（氢气），1mol H +表示1mol 氢离子，但如果说“1mol 氢”就违反了使用标准，因为氢是元素名称，不是微粒名称，也不是微粒的符号或化学式。也不能用于宏观物质如：l mol 人、1 mol 大豆都是错误的。 ②常见的微观粒子有：分子、原子、离子、电子、质子、中子或它们特定的组合。 ② 当有些物质的微观粒子只有一种时，可以省略其名称，如1mol 水。 3． 阿伏加德罗常数： （1） 定义：把1mol 任何粒子的粒子数叫做阿伏加德罗常数，符号为N A 。 （2） 数值和单位：6．02×1023mol -1 （3） 物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数（N ）之间换算的关系：n=N/ＮＡ 4． 摩尔质量： （1） 定义:单位物质的量的物质所具有的质量叫做摩尔质量，符号为M 。 （2） 单位：g/mol(或g ·mol -1) （3） 说明： ① 使用范围：A.任何一种微观粒子 ; B.无论是否纯净;C.无论物质的状态 ②与相对原子质量比较：数值相同，单位不同。 核素的原子的相对原子质量= 121 126 ?原子的质量一个一个原子的质量 C 元素的相对原子质量： A 1、A 2表示同位素相对原子质量，a 1%、a 2%表示原子个数百分比 元素相对原子质量：ΛΛ++=%%2211a A a A A ③与1mol 物质的质量的比较：数值相同，单位不同。 （4）物质的量（n ）、质量（m ）和摩尔质量（M ）之间换算的关系：n=m/M 5．气体摩尔体积： （1）定义：单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积，符号为：V m . （2）单位：L/mol(或L ·mol -1) （3）标准状况下的气体摩尔体积 ①标准状况：0℃和1.01×105Pa （101KPa ）
化学计量在中国的进展 1生态化学计量学概念 生态化学计量学(ecological stoichiometry)结合了生物学、化学和物理学等基本原理，包括了生态学和化学计量学的基本原理，考虑了热力学第一定律、生物进化的自然选择原理和分子生物学中心法则的理论，是研究生物系统能量平衡和多重化学元素(主要是碳、氮、磷)平衡的科学，以及元素平衡对生态交互作用影响的一种理论，这一研究领域使得生物学科不同层次(分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度)的研究理论能够有机地统一起来。 2生态化学计量学小史 1862年李比希提出的最小因子定律(Liebig’Slaw of the minimum)，这个理论认为低于某种生物需要的最少量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。这个定律阐述的精华就是生物体中元素的组成平衡对于生物体生长是非常重要的。李比希认为化学在动物和植物生理学研究中具有不可替代的地位，许多生命有机体对于贫瘠环境的适应的研究以此为基础产开，大量证据表明，限制性元素的含量不同会影响有机体元素的组成。 1925年，Lotka首先将物理一化学系统热力学定律与生物世界相联系起来，著成了《物理生物学的基础)(Elements of Physical Biology)一书，提出了一个重要的模型：捕食者～猎物相互作用模型，这个模型定量阐述了生物之间的相互作用关系。许多生态学基础理论由于他的思想的影响得到了广泛的完善和发展。1958年，哈佛大学的Redfiel首次提出了Redfield比率：海洋浮游生物的C、N、P有特定的组成，摩尔比为106：16：1，后人认为这个比率不是不变的，而是受海洋环境和生物相互作用的调节。这个假设的提出极大发展了海洋生物地球化学研究。 1986年Reiners集合前人的研究结果，提出了化学计量学理论在生态学中的应用，并且结合化学计量学理论提出了生态学研究的理论模型。自Reiners提出生态化学计量学，拉开了化学计量学在生态学中应用的序幕，科学家们在2O多年的时间内取得了瞩目的成绩。研究结果显示，不仅群落结构与动态、物种共生、营养级动态、生物的养分限制受生态化学计量学的影响，生态系统养分循环与供求平衡和全球生物地球化学循环等关系也受生态化学计量学的制约。因此，生态化学计量学成了探索从个体到生态系统的统一化的一个重要理论成为连接分子、细胞、种群、群落和生态系统等不同尺度生物学研究的新工具，为研究营养级动态、生物多样性和生物地球化学循环提供了崭新的视点E 。 生态化学计量学近年来在国内发展较快。最近的研究不仅包括了不同生态系统类型之间不同演替阶段植物之间生态化学计量特征的差异，还包括了植物叶片生态化学计量学特征的季节变化，以及植物叶片和细根不同器官之间计量特征的关联_3]。 3 生态化学计量学在我国的研究进展 3．1不同生态系统类型之间 自从生态化学计量学被作为生态系统研究的一个重要补充理论，已经在需多个方面得到了应用，比如种群动态、森林演替和碳循环。尽管我国在这方面的研究起步较国外玩，但是也在东部南北样带、草地生态系统及全国水平的陆地生态系统做了大尺度的研究。2004年，McGroddy等总结了世界范围内森林生态系统的叶片和凋落物的生态化学计量学特征，发现了不同生物群(温带阔叶林、温带针叶林和热带森林)具有不同的生态化学计量学特征，但有关同一区域不同森林类型间的生态化学计量学研究还未曾报道，于是吴统贵]以珠江三角洲3种典型森林类型(常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林)为研究对象，分析了各类型优势乔木叶片C、N、P化学计量特征。闫恩荣]以浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林和落叶阔叶林为对象，通过对叶片和凋落物c：N：P比率与N、P重吸收的研究，揭示3种植被类型N、P养分限制和N、P重吸收的内在联系。 3．2不同演替阶段之间
《化学计量在实验中的应用》 第一课时教学设计 黄石二十中柯水燕 引言： 新课程标准在内容标准上的变化，改变了原有教材的编排体系，使得物质的量内容的教学，与化学实验结合起来，在新教材中以《化学计量在实验中的应用》一节呈现出来，该节以介绍“配制一定物质的量浓度的溶液”作为主要教学目标，而将物质的量等基本概念作为化学计量。如何把握教材的目标层次要求进行教学设计，对《化学1》和《化学2》中的化学理论部分内容教学具有一定的启示作用。本设计以新人教版教材，对《化学1》物质的量内容的教学进行设计和实践。 1、教材分析 1.1课标要求分析 从内容标准上看，物质的量的知识目标层面要求并不高——重在概念的理解，只要求学会有关物质的量的简单计算；过程与方法看——培养学生初步的化学计算能力。从新课程教材的编排体系看，《化学1》只把物质的量作为化学计量，而更注重其在实验中的应用。因此不必对物质的量有关的计算作过多的拓展。 1.2教学内容分析 1.2．1内容背景分析 从物质的量所属内容背景看，化学实验是呈现背景，物质的量只是作为化学计量出现。因此在教学设计时，更注重应用，只要求学生掌握关于物质的量的概念及其简单计算即可，教学中宜大幅度减小计算难度，从而有效地降低学生的学习难度。 1.2.2教学内容分析 从教学内容看，以“了解物质的量的单位——摩尔，能根据物质的量与粒子数目之间的关系进行计算”即可，把物质的量作为化学计量来认识，并未涉及其繁难计算。因此在教学设计时，以让学生掌握物质的量的概念为主，注意教学目标的定位，避免目标过高给学生造成学习压力。 2、学情分析
根据学生已有的知识基础看，学生对本课时的主要困难在于对“物质的量”的概念的理解，可能的学习策略是通过揣摩小故事与学习内容之间的联系，将二者进行类比，从而使抽象难懂的化学概念更加直观易懂。 3、教学目标 （1）知识与技能：使学生认识摩尔是物质的量的基本单位，了解物质的量与微观粒子之间的关系；了解摩尔质量的概念；了解提出摩尔这一概念的重要性和必要性，懂得阿伏加德罗常数的涵义；使学生了解物质的量、摩尔质量、物质的质量之间的关系，能用于进行简单的化学计算。 （2）过程与方法：初步培养学生演绎推理、归纳推理、逻辑推理和运用化学知识进行计算的能力。 （3）情感、态度和价值观：通过本部分的学习培养学生演绎推理、归纳推理的能力；调动学生参与知识形成的积极性和主动性。 4、教学重点和难点 重点：物质的量及其单位 难点：物质的量及其单位 5、教学准备 学生学习准备：做好预习工作 教师教学准备：投影仪 6、教学设计主要流程