第11章 生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)

1、 第十一章 生態(tài)系統(tǒng)中的物質循環(huán) 第一節(jié) 物質循環(huán)的一般特征第二節(jié) 水循環(huán)第三節(jié) 氣體循環(huán)第四節(jié) 沉積型循環(huán)第五節(jié) 有毒有害物質的循環(huán) 第六節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)物質循環(huán) 第一節(jié)第一節(jié) 物質循環(huán)的一般特征物質循環(huán)的一般特征一.物質循環(huán)的概念v1.物質循環(huán)（cycle of material）:生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質，通過綠色植物吸收，進入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復利用，最后再歸還于環(huán)境，此為物質循環(huán)，又稱生物地球化學循環(huán)（biogeo-chemical cycle）。物質進入生態(tài)系統(tǒng)的起點：植物的吸收其過程：環(huán)境 生物 環(huán)境 v2.地質大循環(huán)和生物小循環(huán)1)、物質的地質大循環(huán)

2、：大陸與海洋之間物質循環(huán)變換。2)、生物小循環(huán)：植物營養(yǎng)元素在生物體與土壤間循環(huán)變化。 二.生命與元素大量元素：C、H、O、N、P等20多種微量元素：需要量很小，攝入過多會有副作用。 三.物質循環(huán)的模式v1.庫：環(huán)境中某一元素相對集中的地方。 蓄庫：某種元素儲存最多的環(huán)境部分，每一種化學元素都存在一個或多個蓄存。 在庫里，元素的數(shù)量遠遠超過正常結合在生命系統(tǒng)中的數(shù)量，并且只能緩慢的將元素從蓄庫中放出。v2、流通量：通常用單位時間、單位面積內通過的營養(yǎng)物質的絕對值來表示。 為了表達一個特定的流通過程對有關庫的相對重要性，用周轉率和周轉時間來表示。v周轉率：是出入一個庫的流通量除以該庫中的營養(yǎng)物質

3、的總量。 周轉率=流通量/庫中營養(yǎng)物質總量v周轉時間就是庫中的營養(yǎng)物質總量除以流通量。 周轉時間=庫中營養(yǎng)物質總量/流通量v3、影響物質循環(huán)的因素：（1）循環(huán)元素的性質：即循環(huán)速率由循環(huán)元素的化學特性和被生物有機體利用的方式不同所致；（2）生物的生長速率：這一因素影響著生物對物質的吸收速度和物質在食物鏈中的運動速度；（3）有機物分解速率 四.生物地球化學循環(huán)類型v1.水循環(huán)（water cycle）：水的動態(tài)平衡 水分子從地球表面通過蒸發(fā)進入大氣然后遇冷凝結，通過雨、雪、和其它降雪形成回到地球表面的過程，稱為水循環(huán)。 v2.氣體型循環(huán)（gaseous cycle）：主要蓄庫是大氣和海洋的物質循

4、環(huán)。氣體型循環(huán)是把大氣和海洋緊密聯(lián)系在一起、具有明顯的全球性循環(huán)性質的物質循環(huán)。速度較快，來源充沛，不會枯竭，對于一時的變化能進行迅速的自我調節(jié)。v3.沉積型循環(huán)(sedimentary cycle)：主要蓄庫是與巖石、土壤的物質循環(huán)稱為沉積循環(huán)。 元素主要通過巖石的風化作用，沉積物本身的分解作用轉化為生態(tài)系統(tǒng)可利用的物質，沉積物轉化為巖石的過程是緩慢的物質移動過程，且在循環(huán)中這些物質又易被丟失到地殼蓄庫，成為生物有機體在很長時間內不能利用的物質。這類循環(huán)速度緩慢、非全球性，且由于蓄庫比較穩(wěn)定、遲鈍，遇到變化不易被調節(jié)。 第二節(jié)第二節(jié) 水循環(huán)水循環(huán) 一.水循環(huán)的生態(tài)學意義v1.水是所有營養(yǎng)物質

5、的介質，這使營養(yǎng)物質的循環(huán)和水循環(huán)不可分割的聯(lián)系在一起。v2、地球上水的運動又把陸地和水域聯(lián)系在一起,使局部生態(tài)系統(tǒng)和整個生物圈聯(lián)系在一起。v3、大量水防止地球上溫度的巨變。v4、水是物質的很好溶劑，水在生態(tài)系統(tǒng)中起能量傳遞的作用。v5、水是地質變化的動因之一。二.水循環(huán)的驅動力v1.從能量動力學分析表明是太陽能驅動全球水循環(huán)。 海洋、陸地在太陽光的照耀下不斷蒸發(fā)水分。v2.植物在水循環(huán)中的作用是極其巨大的。（植物蒸騰作用：形成1g初級生產(chǎn)，蒸騰500g水，陸地水分蒸騰55*1012m3/a，增加了空氣中的水分，促進全球水循環(huán)。）三.全球的水循環(huán)-一種平衡狀態(tài)v水平衡：地球上的蒸發(fā)量和降水量總

6、的來說是相等的，即通過蒸發(fā)和降水兩種形式，地球上的水分達到平衡狀態(tài)。v但不同表面、不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)量是不同的。陸地：蒸發(fā)量降水量。海陸之間的水量平衡通過地表徑流實現(xiàn)。 四.生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)v生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)包括截取、滲透、蒸發(fā)、蒸騰和地表徑流。v 大氣水汽遇冷凝結降水截留水（植物的截流量降雨量）滲透水（最大田間持水量）地下水、地表水徑流。 五.人類活動與水循環(huán)v1.人類的生活和經(jīng)濟活動所需水的類型 飲用水，生活用水，農業(yè)用水，工業(yè)用水，內河航行。v2.影響大氣污染：空氣中細粒的增加，刺激水汽的凝結過程，影響不同地區(qū)的降水量和降水質量，污染物形成化合物。城市化：地表硬化，滲透消失，地表

7、徑流增加第三節(jié) 氣體循環(huán) 一.碳循環(huán) 蓄庫：巖石圈、大氣、海洋 循環(huán)途徑 人類活動對碳循環(huán)過程的影響v二.氮循環(huán)：典型的氣體型循環(huán) 復雜的生物循環(huán)過程：生物活動 蓄庫：占大氣的79%，且不能為生物直接利用。 生物利用方式：氨態(tài)氮 硝態(tài)氮（為主） 固氮的途徑（3種）：一是通過閃電、宇宙射線、隕石、火山爆發(fā)活動的高能固氮，其結果形成氨或硝酸鹽。二是工業(yè)固氮。三是生物固氮，占地球固氮的90%。（固氮菌、根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)的微生物）幾個概念v生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)，見250圖11-4v氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解為氨與氨化合物，氨溶于水即為氨離子，可為植物所吸收利用。v硝化作用：在通

8、氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。v反硝化作用：也稱脫氮作用，反硝化細菌將亞硝酸鹽轉變?yōu)榇髿獾氐酱髿鈳熘小?人類影響： 積極：工業(yè)固氮 消極：氧化氮輸入大氣，污染空氣，形成光化學煙霧；硝酸鹽輸入水系，水體富營養(yǎng)化；人類從事的生產(chǎn)活動，從森林、草原、農田取走大量動植物殘體，取走氮元素。 氮污染：人類的糞便，尿第四節(jié) 沉積型循環(huán) 一.磷循環(huán)v磷循環(huán)（見251 圖11-5 生態(tài)系統(tǒng)中的磷循環(huán)）v在自然界中，磷由巖石圈移到水圈，磷不存在任何氣體形式的化合物。 v人類活動的影響： 開采加大磷的輸入：磷肥，洗滌劑 問題：水體富營養(yǎng)化，浮游植物瘋長、耗氧，浮游動物死亡、自溶、產(chǎn)生磷。 正反饋使系統(tǒng)遠