扩散的科学术语

扩散(diffusion)：物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。扩散的速率与物质的浓度梯度成正比。

由于分子(原子等)的热运动而产生的物质迁移现象．一般可发生在一种或几种物质于同一物态或不同物态之间，由不同区域之间的浓度差或温度差所引起，前者居多．一般从浓度较高的区域向较低的区域进行扩散，直到同一物态内各部分各种物质的浓度达到均匀或两种物态间各种物质的浓度达到平衡为止．显然，由于分子的热运动，这种“均匀”、“平衡”都属于“动态平衡”，即在同一时间内，界面两侧交换的粒子数相等，如红棕色的二氧化氮气在静止的空气中的散播，蓝色的硫酸铜溶液与静止的水相互渗入，钢制零件表面的渗碳以及使纯净半导体材料成为N型或P型半导体掺杂工艺等等都是扩散现象的具体体现；在电学中半导体PN结的形成过程中，自由电子和空穴的扩散运动是基本依据．扩散速度在气体中最大，液体中其次，固体中最小，而且浓度差越大、温度越高、参与的粒子质量越小，扩散速度也越大。

扩散过程，是分子挣脱彼此间分子引力的过程，这个过程，分子需要能量来转化为动能，也就需要从外界吸收热量。

晶体学中，扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于热运动而导致质点定向迁移即所谓的扩散。因此，扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。在气体和液体中，物质的传递方式除扩散外还可以通过对流等方式进行；在固体中，扩散往往是物质传递的唯一方式。扩散的本质是质点的无规则运动。晶体中缺陷的产生与复合就是一种宏观上无质点定向迁移的无序扩散。晶体结构的主要特征是其原子或离子的规则排列。然而实际晶体中原子或离子的排列总是或多或少地偏离了严格的周期性。在热起伏的过程中，晶体的某些原子或离子由于振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置或晶体表面，同时在晶体内部留下空位。显然，这些处于间隙位置上的原子或原格点上留下来的空位并不会永久固定下来，它们将可以从热涨落的过程中重新获取能量，在晶体结构中不断地改变位置而出现由一处向另一处的无规则迁移运动。在日常生活和生产过程中遇到的大气污染、液体渗漏、氧气罐泄漏等现象，则是有梯度存在情况下，气体在气体介质、液体在固体介质中以及气体在固体介质中的定向迁移即扩散过程。由此可见，扩散现象是普遍存在的。

晶体中原子或离子的扩散是固态传质和反应的基础。无机材料制备和使用中很多重要的物理化学过程，如半导体的掺杂、固溶体的形成、金属材料的涂搪或与陶瓷和玻璃材料的封接、耐火材料的侵蚀等都与扩散密切相关，受到扩散过程的控制。通过扩散的研究可以对这些过程进行定量或半定量的计算以及理论分析。无机材料的高温动力学过程——相变、固相反应、烧结等进行的速度与进程亦取决于扩散进行的快慢。并且，无机材料的很多性质，如导电性、导热性等亦直接取决于微观带电粒子或载流子在外场——电场或温度场作用下的迁移行为。因此，研究扩散现象及扩散动力学规律，不仅可以从理论上了解和分析固体的结构、原子的结合状态以及固态相变的机理；而且可以对无机材料制备、加工及应用中的许多动力学过程进行有效控制，具有重要的理论及实际意义。 主动自力

生物扩散包括主动（自力）和被动（借外力）两类。缺乏行动能力的微生物和植物大多靠被动传布〔见传播（植物）〕，动物则多行主动扩散。

主动扩散 　生物的生存繁衍需要空间、食物和配偶等条件。生物个体过于稠密时，对空间的需要不易满足，食源不足及环境恶化会限制种群的发展。与植物相比，动物具有主动寻找生存空间、食源和躲避危险的能力。

动物的主动扩散多发生在生殖期。许多鸟、兽在交配季节四处寻找交配和生育的场所，当其出生地附近的空间多被占据时，就被迫远距离扩散。其中多数个体往往会因遇到不利环境而死亡，但只要少数个体遇到食源丰富且天敌稀少的合适生境,便可能建立起新的种群,使种的分布区扩大。 许多昆虫也有很大的扩散能力，而且有些种还表现出多态现象，即同一物种中存在两种或多种形态和行为均不相同的类型，其中之一专营扩散，具翅或具其他有利于扩散的结构。有的多态现象为遗传性的，如灰线小卷蛾有两类不同的遗传型，一类的幼虫不耐密集而易扩散，另一类则否；两者共存互不替代，但数量比例随种群密度而变。非遗传性的多态现象则有不同的基础，有的是发育性的，如蝴蝶、蜻蜓及蜂类的无翅幼虫取食而不扩散，成虫则扩散而极少取食。有些昆虫如蜉蝣的成虫,甚至完全不取食,仅扩散、交尾、产卵直至死亡。蚁和白蚁的情况也类似。这类社群性昆虫中，不同社群成员（不同阶级）的结构与行为特化，各执行不同的职能，仅有翅型负责扩散到新区域寻找新的繁殖基地。这两类事例都属于常规的分工现象，一个是幼虫与成虫间的分工，另一个是社群成员间的分工。但飞蝗的多态现象则属非常规性的，只有当种群密度增加、食物缺乏时，才由散居型经过型变转化为群居型（即扩散型），造成大规模的扩散，所至之处谷草被其掠食一空。

植物中也有主动扩散的事例，如许多豆科植物果实成熟时果荚裂开将种子散落出去；凤仙花的果实成熟后，若受外力触碰，果皮即向内卷缩将种子d出。不过这种扩散的能力不高，传播范围有一定局限。

被动扩散 　主要依赖气流（风）、水流或其他生物的携带。

风力传布 　微生物和微小的孢子、种子很容易由风传送，甚至一些较大的动物也能被大风卷带很远。在大洋中部的上空，曾收集到昆虫和蜘蛛。标记重捕实验证实，粘虫可随3、4月份在中国南方盛行的西南气流成群迁飞，从华南诸省扩散到江淮流域。还证实,每年6月在日本稻田中褐飞虱数量突增，它们是从中国随风传入的。

无翅幼虫的扩散常以风力传送为主。蓑蛾幼虫在母虫护囊内孵化之后，成群从囊下排泄孔钻出，吐丝下垂，随风向四周扩散。有的植物的种子小如粉尘（如兰科植物），有的植物种子具翅（槭、榆等）、毛（柳、蒲公英等）和气球状囊（如酸浆）等特化结构，这都有利于随风扩散。

水流传布 　借水流扩散的陆地生物必须能浮在水上，不易被水浸透，并能保持内部的渗透平衡。有些专借水流扩散的植物果实表面具不易透水的蜡质或纤维，其组织内含气，故体轻而不沉。椰子的表面具发达的纤维层，能在水面长期漂流。

巨大的洋流都有固定的行程，因此河口或淡水的水生动物，甚至某些无飞翔能力的陆生动物都可能随洋流由一个大陆扩散至另一个大陆。有些动物虽会游泳，但其远距离扩散则可能是随漂木、浮冰实现的。

动物传布 　寄生生物是借寄主扩散的，有的寄生生物在其生活史的各个阶段寄生于不同的寄主。转换寄主的过程或为主动或为被动。有的寄生物（如血吸虫）借本身的行动寻找下一个寄主，而有的（如疟原虫）则完全被动地扩散，蚊虫吸食不同寄主个体的血液时疟原虫随之侵染新的寄主。

很多生物依附在其他生物的体表扩散。依附的方式很多：有些植物的果实和种子具刺或钩(如苍耳的果实)，还有的具粘性分泌物（如亚麻种子）；一些小昆虫，螨类等常粘附在脊椎动物的皮毛上，也有些小动物粘附在候鸟的足上。

有的植物种子经动物取食而扩散。例如草食动物经常吃下大量种子，这些种子可随粪便排至多处。很多肉质果实凭其色、香、味吸引动物取食，其种子或被吐出或随粪便排出。这些种子一般均能抵抗动物消化液的侵蚀，有些种子只有在种皮经消化道作用后才能萌发。

人类也是重要的生物扩散因子。长途的人货流通有意无意地扩散了大量生物。棉花的主要害虫棉红铃虫原产印度，20世纪30年代传入中国沿海地区，现在除新疆外已遍及中国各棉区。此外，人类还有意识地引种或培育很多优良的谷物、林木和家禽家畜，并在全世界范围推广。

扩散力的进化 　在自然界，扩散力存在两种截然不同的进化趋势，一种是扩散力增强，另一种是减弱甚或消失。例如加拿大不列颠哥伦比亚省省会维多利亚附近的温哥华岛的西部天幕毛虫，在其种群中，扩散力弱的个体在生境附近产卵，后代常死于恶劣气候；扩散力强的个体向远处产卵，生于较有利环境中的后代可能存活，并且大多是活泼个体。如此代代选择，该种的扩散能力不断增强。另一方面，如果靠扩散找到未开拓的适宜环境的机会很小时，自然选择将对抗扩散。例如在海岛和山巅环境中不会飞的鸟和昆虫种数比平坦的大陆上要多。达尔文在考察马德拉群岛时注意到,岛上550种甲虫中有200种有翅却缺乏飞翔能力,而当地29个属甲虫中有23个属于狂风时潜藏，天气较好时才外出活动。达尔文认为，这种情况主要是因为善飞个体在飞行中可能被狂风吹入大海，而翅发育不全或习性怠惰的个体，反能更多地存留下来。动物地理学家P.J.达林顿认为，遇敌时翅膀有助于逃生，但海岛上天敌很少或没有，翅就成为无用之物。与此类似，岛上植物的扩散力也明显下降或几乎完全消失。有些植物果实变大，但用于传布的附器（如倒钩）却未相应增加，有的种子附器甚至退化，这类种子或果实的数量也常相应地减少。这种进化变异可减少向岛外的无效扩散，而个体增大则可更多地储存营养，反而有利于幼苗生长。

人工选择也可改变扩散能力。例如人类栽培农作物要求的是高收获量，而不是高扩散力。目前种植的小麦、水稻等谷物的种子散落性已消失，亚麻和罂粟蒴果的开裂机制也已退化。

扩散现象的数学模型 　根据观察种子散落的情况和用标记重捕法进行的昆虫扩散试验，人们发现，随着扩散距离的增加，可能找到的传布体的数量按指数比率下降。

种子散落属于被动扩散有些小昆虫飞翔力不强,方向和距离也基本是随机的，所以也表现上述规律。

扩散是研究种群数量变动的重要因子。在生产实践中，害虫和杂草的扩散会给人类健康和农牧业带来损害。因此,了解生物扩散的特性,对防治有害生物有重要意义。许多细菌性和病毒性人畜疾病及作物病害的防治，往往取决于切断病原体的传布途径。稻纵卷叶螟和褐飞虱是中国南方成群长距离扩散的重要水稻害虫，田间种群数量经常突增或突减，掌握其扩散规律便可预测它的发生量和发生期。利用捕食性天敌防治害虫时，必须研究天敌和害虫在各种环境（包括不同的地形、植物长势、气候变化等）中的扩散能力、传布方向和可能的传布距离等，以便确定人工释放天敌的数量、野外释放点布局和释放点高度等。

(一)空气质量方面

1.维持空气中二氧化碳和氧气的平衡

绿色植物在进行光合作用时,大量吸收二氧化碳,放出氧气,是氧气的天然加工厂。现在地球空气中二氧化碳的浓度为0.036%多,而100年前为0.028%,但今后浓度加速升高,温室效应将使海平面上升,并且多种灾害频发。据测定,平均每公顷森林每天可吸收1000千克二氧化碳,释放氧气37.5㎏。全球绿色植物每年放出的氧气总量约为1000多亿吨。一个成年人每天呼吸2万多次,吸入空气15-20立方米,消耗氧气约0.75公斤。依此推算,城市居民每人需要10平方米的林地提供所需的氧气,由长势良好的草坪提供,则需要25平方米

以上才行。 2.分泌杀菌素

空气中含有许多致病的细菌,而不少园林树木如香樟、黄连木、松、榆、侧柏等能分泌挥发性的植物杀菌素,可杀死空气中的细菌。因此,公园绿地的空气中的细菌数远比闹市区少。研究表明,圆柏分泌出的杀菌素可杀死白喉、肺结核、痢疾等病原体,松树所挥发的杀菌素烯萜为一种碳化氢不饱和物,对肺结核病人有良好的作用。

已知具有杀菌能力的园林树种有:油松、白皮松、华山松、雪松、柳杉、圆柏、桑树、核桃、栾树、国槐、泡桐、悬铃木、碧桃、紫叶李、紫丁香、肉桂、黄杨、沙枣、合欢、枇杷、构

树、银杏、紫薇、木槿等。 3.吸收有害气体

城市环境尤其是工矿区空气中的污染物很多,最主要的有二氧化塔、酸雾、氟化氢、苯酚、氨及铅汞蒸气等,这些气体虽然对植物生长是有害的,但在一定浓度下,有许多植物对它们

亦具有吸收能力和净化作用。

各种植物有不同程度的吸收氯气的能力,1h㎡干叶量为2500KG的刺槐林,可吸收氯42KG。

旱柳、臭椿、水蜡、构树、合欢、紫荆等也有较强的吸氯能力。

生长在有氨气环境中的植物,能直接吸收空气中的氨作为自身营养(可满足本体需要量的10%-20%)。不少植物如大叶黄杨、女贞、悬铃木、石榴、榆树等可在铅、汞等重金属存在的环境中正常生长。女贞、泡桐、梧桐、垂柳、刺槐、大叶黄杨等有较强的吸氟能力。

4.阻滞粉尘

空气中的大量尘埃除含有土壤微粒外,尚含有细菌和其他金属性粉尘、矿物粉尘等,既危害人们的身体健康,也对半导体元器件和精密仪器等的产品质量有明显影响。树木的枝叶茂密,可以大大降低风速,从而使大尘埃下降,不少植物的躯干、枝叶外表粗糙,在小枝、叶子处生长着绒毛,叶缘锯齿和叶脉凹凸处及一些树木分泌出的一些黏液,都能对空气中的小尘埃有很好的黏附作用。粘满灰尘的叶片经雨水冲刷,又可恢复吸滞灰尘的能力。据观测,有绿化林带阻挡的地段,比无树木的空旷地降尘量少23.4%-51.7%,飘尘量少37%-60%。

树木的滞尘能力与树冠高低、总叶片面积、叶片大小、着生角度、表面粗糙成都等条件有关。综合这些因素证明,榆树、重阳木、刺槐、臭椿、悬铃木、女贞、泡桐等树种的防尘效果较

好。

(二)温度方面

当树木成片成林栽植时,不仅能降低林内的温度,而且由于林内、林外的气温差而形成对流的微风,即林外的热空气上升而由林内的冷空气补充,这样就使降温作用影响到林外的周围环境了。从人体对温度的感觉而言,这种微风也有降低皮肤温度,有利水分的发散,从而使人们感到舒适的作用。从降温的绿化效能来看,树木减少辐射热的作用要比降低气温的作用大得多。生活的经验,使我们知道,在夏季即使气温不太高时,人们亦会由于辐射热而

眩晕,因此以树木绿化来改善室外环境,尤其是在街道、广场等行人较多处是很有意义的。在冬季落叶后,由于树枝、树干的受热面积比无树地区的受热面积大,同时由于无树地区的空气流动大、散热快,所以在树木较多的小环境中,其气温要比空旷处高。总的说来,树木对小环境起到冬暖夏凉的作用。当然,树木在冬季的增温效果是远远不如夏季的降温效果具

有实践意义。

(三)空气湿度方面

树木对改善小环境空气湿度具有很大作用,主要由于树木可以向空气中蒸腾大量水分。阔叶林一般比同面积裸地蒸发的水量高20倍,一株中等大小的杨树在夏季白天每小时可由叶部蒸腾25kg水至空气中,一天即达半吨。宽10.5m的乔灌木林带,可使近600m范围内的空气湿度显著增加。对于被行道树封闭的公路,其相对湿度最大差值可达20%以上。

不同树木树种蒸腾能力差别很大,一般阔叶树的蒸腾能力高于针叶树,如榆树、杨树等均高,

而松类较低。

此外,在过于潮湿的地区,例如在半沼泽地带,如大面积种植蒸腾强度大的树种,有降低地

下水位而使地面干燥的功效。

(四)光照方面

阳光照射到树林上,大约20—25%被叶面反射,有35—75%为树冠所吸收,有5—40%透过树冠投射到林下。就光质而言,吸收的主要是红橙光和蓝紫光而反射的是绿色光。这种绿光要比街道广场铺装路面的光线柔和很多,对眼睛保健有良好作用,就夏季而言,绿光能使人

在精神上觉得爽快和宁静。

(五)减弱噪声

城市环境中充满各种噪声,而树木通过其枝叶的微振作用能减弱噪声。一般来说,噪声通过林带后比空地上同距离的自然衰减量多10-15分贝。据测定,噪声通过18m款、两行圆柏及一行雪松够成的林带后减少16分贝通过36m宽同类林带后,则减少30分贝。

隔声减噪效果比较好的树种有雪松、圆柏、龙柏、水杉、悬铃木、梧桐、垂柳、云杉、樟树、

榕树、珊瑚树、桂花、女贞等。

二、树木保护环境的功能

三、(一)涵养水源,保持水土

四、我国水土流失面积达150万km2

五、,损失土壤50多亿吨/年。树木对保持水土有非常显著的功能。树木通过树冠、树干、枝叶阻截天然降水,可以缓和天然降水对地表的直接冲击,从而减少土壤侵蚀。植物的根系能紧固土壤,防止水土流失。当降自然雨时,约有15%-40%的水量被树冠截留或蒸发,5%-10%的水量被地表蒸发,大多数的水,即占50%-80%的水量被林地上一层厚而松的枯枝落叶所吸收,然后逐步渗入到土壤中,变成地下径流,因此具有涵养水源、保持水土的作用。这种水经过土壤、岩层的不断过滤,流向下坡或泉池溪涧。这也是许多山林名胜,如黄山,庐山,雁荡山瀑布直泻、水源长流,以及杭州虎跑等泉流涓涓、终年不竭的原因。

六、柳、水杉、圆柏、夹竹桃、沙棘等都是良好的水土保持树种。

七、(二)防风固沙

八、当风遇到树木时,在树木的迎风面和背风面均可降低风速,以背风面降低的效果最为显著。在风害区营造防护林带,在防护范围内风速可降低30%左右有防护林带的农田比没有的要增产20%左右。

九、内蒙古赤峰市40年造林11万亩,固定了近千个沙丘,年沙暴日数由3.7天减少到1.5天,年扬沙日数由54天减为20天,最大风速由40米/秒下降到17米/秒。森林的叶面积总和可达它占地面积的75倍,一棵成形的白皮松大约拥有针叶660万个,一棵成年椴树的叶总面积30000平方米以上,一株165年的松树针叶的总长度可达250公里。这样大的叶面

积,加上叶片上一些毛状结构,对尘埃有很大吸附作用。据测算,在绿化的街道上,空气中的含尘量要比没有绿化的地区低56.7%。

十、为了防风固沙而种植防护林带时,选择抗风力强、生长较快而寿命长的乡土树种,最好具有尖塔形或柱形树冠而叶片较小。如杨、柳、榆、桑、白蜡、马尾松、黑松、圆柏、沙枣等均是较好的防风林带树种。

十一、(三)其他防护功能

十二、许多园林树种的枝叶含有大量水分、不易燃烧,一旦发生火灾,可以阻止、隔离火势蔓延。如珊瑚树,即使全都烤焦,也不发生火焰。放火效果好的树种还有罗汉松、夹竹桃、山茶、海桐、女贞、冬青、大叶黄杨、银杏、臭椿、棕榈等。

十三、部分园林树木还能够阻隔、吸收部分放射性物质及射线。此外,在热带海洋地区可以于浅海泥滩种植红树林作放浪林,沿海地区还可种植防海潮风的林带以防盐分侵袭。