第五部分植物生態(tài)學生態(tài)系統(tǒng)4物質循環(huán)

1、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學第13章: 生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)1主要內容：生物地球化學循環(huán)概念全球物質循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)內的物質循環(huán)循環(huán)中可能出現的問題全球生態(tài)系統(tǒng)的作用與保護2為什么研究物質循環(huán)？34生物地球化學循環(huán)的概念生態(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)境中。這些循環(huán)的路徑包括生物與非生物二者, 同時也包含一些地質與地理作用在內, 因此稱為生物地球化學循環(huán)。5可以作為養(yǎng)分的有機物活的有機體及生物殘體不能作為養(yǎng)分的有機物煤炭、石油、草碳等可以作為養(yǎng)分的無機物大氣、土壤、水等不能作為養(yǎng)分的無機物巖石中的礦物質同化、光合作用呼吸、分解、

2、排泄形成沉積巖風化、侵蝕侵蝕、化石燃料燃燒形成化石養(yǎng)分循環(huán)的基本概念6生物地球化學循環(huán)的類型水循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質循環(huán)都是在水循環(huán)的推動下完成的，因此，沒有水的循環(huán)，也就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。氣體型循環(huán)元素或化合物可以轉化為氣體形式參與循環(huán)過程，其貯存庫是大氣和海洋。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯系，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善，氣體循環(huán)速度比較快 。例如CO2、N2、O2等。沉積型循環(huán)參與沉積循環(huán)的物質，其分子或化合物主要通過巖石的風化和沉積物的溶解轉變?yōu)榭杀簧锢玫臓I養(yǎng)物質，而海底沉積物轉化為巖石圈成分則是相當長的、緩慢的、單向的物質轉移過程，時間要以千年計算，這類循

3、環(huán)速度比較慢。主要儲庫在土壤、沉積物和巖石。因此沉積循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)，循環(huán)性能也很不完善。7沉積循環(huán)地質的生物的氣象的地質的氣象的生物的大氣溶于水和土壤土壤和巖石礦物質剩余有機物（活的和死的）8全球水循環(huán)9生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透地表蒸發(fā)地表徑流地下徑流1011全球碳循環(huán)12生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)13什么是溫室效應？ 14大氣CO2濃度與溫度變化(夏威夷)15全球氮循環(huán)16生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)17全球硫循環(huán)18生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)19酸雨的危害20世界范圍酸雨危害21全球磷循環(huán)22生態(tài)系統(tǒng)中的磷循環(huán)23湖泊富氧化污水排放24全球的物質循環(huán)系統(tǒng)25生態(tài)系統(tǒng)服務(ecosystem

4、 service)生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)過程所形成及所維持的人類賴以生存的生物資源和自然環(huán)境條件及其效用。生態(tài)系統(tǒng)的服務功能與生態(tài)系統(tǒng)的功能所涵蓋的意義不同，服務功能是針對人類而言的，但值得注意的是生態(tài)系統(tǒng)的服務功能只有一小部分被人類利用。生態(tài)系統(tǒng)的服務功能，可以分為4個層次：生態(tài)系統(tǒng)的生產：包括生態(tài)系統(tǒng)的產品及生物多樣性的維持等；生態(tài)系統(tǒng)的基本功能：包括傳粉、傳播種子、生物防治、土壤形成等；生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境效益：包括減緩干旱和洪澇災害、調節(jié)氣候、凈化空氣、處理廢物等；生態(tài)系統(tǒng)的娛樂價值：包括休閑、娛樂，文化、藝術素養(yǎng)、生態(tài)美學等。26生態(tài)系統(tǒng)服務類型27自然生態(tài)系統(tǒng)與人類為主的生態(tài)系統(tǒng)之間的關系2

5、8生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值分類根據生態(tài)服務功能和利用狀況可以將服務功能價值分為4類：直接利用價值主要指生態(tài)系統(tǒng)產品所產生的價值，可以用產品的市場價格來估計；間接利用價值主要指無法商品化的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，如維護和支撐地球生命支持系統(tǒng)功能。間接利用價值通常根據生態(tài)服務功能的類型來確定；選擇價值它是人們?yōu)榱藢砟軌蛑苯永门c間接利用某種生態(tài)系統(tǒng)服務功能的支付意愿；存在價值又稱內在價值它表示人們?yōu)榇_保這種生態(tài)服務功能繼續(xù)存在的支付意愿，它是生態(tài)系統(tǒng)本身具有的價值。29生態(tài)系統(tǒng)服務的特征一般的商品或服務可以通過市場流通，以市場價格表達其價值（使用價值），生態(tài)系統(tǒng)服務不同于一般的商品，許多服務項目不能體現

6、為具體的實物形式，有的甚至未被受益的人們意識到，表現出了“市場失效”。兩者的供給和需求有明顯的不同，如下圖所示。 30生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的評價方法生態(tài)系統(tǒng)的服務未完全進入市場，但對生態(tài)系統(tǒng)服務的“增量”價值或“邊際”價值進行估計是有意義的。生態(tài)系統(tǒng)服務的經濟價值評價方法有如下幾種： 直接市場價格法替代市場價格法權變估值法：生產成本法實際影響的市場估值法31生態(tài)系統(tǒng)服務的評價方法32森林生態(tài)系統(tǒng)服務評價典型案例中的主要服務價值 33入侵造成的生態(tài)系統(tǒng)服務損失評價檉柳為例34地球自我調節(jié)理論Gaia假說Lovelock & Margulis(1972,1988): Gaia: a new loo

7、k at the life on EarthGaia(蓋婭)大地女神地球是一個生物區(qū)系，海洋，大氣和土壤組成的復合系統(tǒng)，這個復合系統(tǒng)不僅改變了地球上的環(huán)境，而且直接控制其系統(tǒng)，以維持地球的活動并使其更有活力。要點：地球上所有生物對其環(huán)境是不斷地主動起著調節(jié)作用。爭議：調解作用是完全的嗎？“一個新奇的望遠鏡”35地球、火星、金星大氣成分對比氣體(%) 金星火星古地球地球CO296.595980.03N23.52.71.978.1O200.1020.9Ar0.71.60.10.934CH40001.7表面溫度()459-5329013氣壓(bar)900.006460136地質時期地球大氣成分的演

8、變3738Gaia假說的依據：假如星球上沒有生命39其他證據地球生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定地球存在調節(jié)系統(tǒng)盡管地球受到頻繁的干擾和破壞，但卻表現出一定的穩(wěn)定性。太陽的輻射強度自出生以來已經增長25%，如果地球溫度只取決于太陽輻射強度，則地球在生命出現的早期10-15億年內應當為冰凍狀態(tài)，而實際上地球表面溫度一直保持15度左右，即使在白堊紀和第三紀之間地球出現過生物大滅絕事件，而地球大氣和地表變化仍很小。40其他證據地球是一種進化系統(tǒng)地球進化是漸進和間斷的結合，與生物作用和影響密不可分通常地球科學家把地球進化認為主要是地球化學和物理學的進化，完全忽視了生物對地球進化的作用和影響。Gaia假說認為，該系統(tǒng)由

9、地球上所有生物和物質環(huán)境組成，兩方面密不可分。這個進化系統(tǒng)理論把氣候、化學組成的調節(jié)看作該系統(tǒng)的應變特性， Gaia作為一個系統(tǒng)，在長期的自動調控期間逐漸進化，并有時候出現間斷，這是由于生物與環(huán)境間的偶然突變引起的。這種變化使系統(tǒng)進化發(fā)展到一個新的狀態(tài)，在25億年前厭氧生物出現的太古代到富氧生物的元古代，出現一個飛躍。41成為研究熱點42一些肯定的研究結果時間預測內容驗證及其結果1968火星無生命，來自大氣證據1977年發(fā)射海盜飛行器1971通過生物合成可以從海洋向陸地轉移必需元素1973年發(fā)現二甲基硫和二甲基碘1987通過生物促進巖石風化從而控制CO2，調解氣候1989年發(fā)現微生物大大加強巖石風化作用1987藻類釋放二甲基硫控制云量而調節(jié)氣候仍在驗證，提出浮游植物-云層間反饋環(huán)模型1973過去兩億年間氧氣濃度保持在21%左右認為受火及磷循環(huán)影響198