生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)

關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)1第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2物質(zhì)循環(huán)與能量流動第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3物質(zhì)循環(huán)的一般特征(兩個尺度)生物地球化學(xué)循環(huán)(全球循環(huán)/大循環(huán))：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(zhì)，通過綠色植物吸收，進入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復(fù)利用，最后再歸還于環(huán)境中的過程。這一過程包括生物與非生物二者的參與,同時也包含一些地質(zhì)與地理作用在內(nèi),因此稱為生物地球化學(xué)循環(huán)生物小循環(huán)(局域循環(huán))：環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)過分解者的作用再為生產(chǎn)者吸收、利用第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月4Basicsofnutrientcycling第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月5生物小循環(huán)第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月6物質(zhì)循環(huán)的基本概念庫：貯存一定數(shù)量元素的某種生態(tài)系統(tǒng)組分稱為該元素的庫生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫植物庫、動物庫、土壤庫、水體庫等流通率：單位時間、單位面積/體積的物質(zhì)轉(zhuǎn)移量周轉(zhuǎn)率：流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量周轉(zhuǎn)時間：庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7物質(zhì)在庫間的流通流通量、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)時間是相對于庫而言的生產(chǎn)者庫流通率：20單位/天周轉(zhuǎn)率：20/100=20%周轉(zhuǎn)時間：100/20=5天消費者庫流通率：4單位/天周轉(zhuǎn)率：4/50=8%周轉(zhuǎn)時間：50/4=12.5天第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月8

影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學(xué)特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO21年,N100萬年生物的生長速率：決定生物對物質(zhì)吸收的速率以及物質(zhì)在食物網(wǎng)中運動的速度第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月9影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素有機物質(zhì)腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，供生物重新利用人類活動的影響：開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，影響物質(zhì)循環(huán)速率化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月10生物地球化學(xué)循環(huán)的類型氣體型循環(huán)貯存庫是大氣和海洋有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度快，例如CO2、N2、O2等沉積型循環(huán)貯存庫是巖石、土壤和沉積物沒有氣體形式的分子參與循環(huán)過程循環(huán)速度慢，時間以千年計算，例如P、Ca、Mg等水循環(huán)水的全球循環(huán)過程生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都離不開水循環(huán)的推動第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1113.2全球水循環(huán)水循環(huán)是太陽能推動，在陸地、大氣和海洋間循環(huán)地表總水量：1.4×109km3，海洋約占97%水的循環(huán)：陸地：蒸發(fā)(蒸騰)71,000km3，降水111,000km3，徑流40,000km3海洋：蒸發(fā)425,000km3，降水385,000km3人為活動對水循環(huán)自然過程的干擾和影響第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月12TheHydrologicCycle(40)(71)(111)(385)(425)(40)×103km3第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月13生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透土壤吸收地表徑流地下徑流消費者地面蒸發(fā)第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1413.3碳循環(huán)碳的重要性：生命元素、能量流動、人類活動影響碳庫：海洋和大氣、生物體碳的存在形式：CO2，無機鹽，有機碳主要循環(huán)過程生物的同化和異化過程大氣和海洋間的CO2交換碳酸鹽的沉淀作用人類活動對碳循環(huán)造成嚴重影響，引起氣候變化的主要原因第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月15海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)CO2CO2溶于海水H2CO3水體中生物H++CO32-

CaCO3海底沉積物第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月16TheCarbonCycle第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月17TheCarbonCycle929075061×1015gC第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月18溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)（Greenhouseeffects

）：大氣中對長波輻射具有屏蔽作用的溫室氣體濃度增加使較多的輻射能被截留在地球表層而導(dǎo)致溫度上升溫室氣體：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物(CFCs)、氫氟碳化物(HFCs)等溫室效應(yīng)的影響海平面上升，淹沒陸地全球氣候經(jīng)常發(fā)生暴雨或干旱土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境改變第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月19IncomingsunlightwarmsthesurfaceoftheEarthandisradiatedbacktoatmosphere.Greenhousegasesabsorbsomeofthisheat,trappingitintheatmosphere.

GREENHOUSEEFFECT第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月20CarbonaccumulationCO2hasincreasedfromitspre-industrialleveldata:recentrecordsplusolderdatasuchasicecoresmostlyfossilfuelburning第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月21CO2排放第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月22碳源/匯與碳“失匯”難題

全球碳源（收入<支出，NEP為負）：6.9×1015gC/a化石燃料：6.0×1015gC/a陸地植物破壞：0.9×1015gC/a全球碳匯（收入<支出，NEP為正）：5.2×1015gC/a大氣中含量上升：3.2×1015gC/a海洋吸收：2.0×1015gC/a全球“碳失匯”(missingsink):1.7×1015gC/a中國學(xué)者的回答：三北防護林等大規(guī)模林業(yè)建設(shè)（方精云2001，Science),森林土壤的碳吸收作用（中科院華南植物所）中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究（方精云）：科學(xué)意義/環(huán)境外交（京都議定書）第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月23碳交易清潔發(fā)展機制CDM

(CleanDevelopmentMechanism）

CDM規(guī)定減排的溫室氣體有：CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、N2O（氧化亞氮）、HFCs（氫氟碳化物）、PFCs（全氟化碳）、SF6（六氟化硫碳交易

碳交易(即溫室氣體排放權(quán)交易)也就是購買合同或者碳減排購買協(xié)議(ERPAs)，其基本原理是，合同的一方通過支付另一方獲得溫室氣體減排額。買方可以將購得的減排額用于減緩溫室效應(yīng)從而實現(xiàn)其減排的目標(biāo)中國第一個碳“交易”項目：北京安定垃圾填埋場，甲烷排放由4004t/a減至1551t/a,差額出售至國外第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月24中國CDM份額世界領(lǐng)先截至2008年2月13日，我國清潔發(fā)展機制項目（簡稱CDM）獲得聯(lián)合國核證減排量達3600多萬噸二氧化碳當(dāng)量，首次超過印度，躍居世界第一位。這標(biāo)志著我國在國際碳交易市場開始占據(jù)最大份額。

第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2513.4氮循環(huán)氮的重要性氮庫：大氣、土壤、陸地植被生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+氮循環(huán)的主要過程固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月26TheNitrogenCycle第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月27氮的循環(huán)×1012gN第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月28固氮作用類型閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下生物固氮：固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物意義平衡反硝化作用對局域缺氮環(huán)境有重要意義使氮進入生物循環(huán)第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月29生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月30氨化作用、硝化作用和反硝化作用氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用硝化作用：在通氣良好的土壤中，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，供植物吸收利用反硝化作用：反硝化細菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成氮氣，回到大氣庫中第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3113.5磷循環(huán)磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫磷的循環(huán)過程巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進入植物體內(nèi)沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘體或直接以枯枝落葉、秸稈歸還土壤含磷有機化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)。一部分磷脫離生物小循環(huán)進入地質(zhì)大循環(huán)動植物遺體在陸地表面的磷礦化磷受水的沖蝕進入江河，流入海洋

第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月32Phosphateleachesfromphosphate-richrocksorfromfertilizersandentersplantsandotherproducerswhereitisincorporatedintobiologicalmolecules.Thesearepassedthroughthetrophiclevels.BIOGEOCHEMICALCYCLE-PHOSPHORUS第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月33磷的循環(huán)×1012gP第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月34一個池塘生態(tài)系統(tǒng)的磷循環(huán)第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月35生態(tài)系統(tǒng)的磷循環(huán)第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月36硫循環(huán)第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月37酸雨的形成第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月38ACIDRAININTHEUNITESSTATESThemostacidicrainisconcentratedinthenortheast,butthousandsoflakesinthewestarealsovulnerable.第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月39ACIDRAININTHEWORLD第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月40倫敦?zé)熿F事件倫敦1952年2月5日到8日，霧大無風(fēng)，家庭和工廠排出的煙塵經(jīng)久不散，大氣中SO2含量3.8毫克/立方米，煙塵4.5毫克，居民普遍呼吸困難、咳嗽、喉痛、嘔吐和發(fā)燒，4天內(nèi)死亡約4000人第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月41有毒有害物質(zhì)循環(huán)有毒有害物質(zhì)循環(huán)：對有機體有毒有害物質(zhì)進入生態(tài)系統(tǒng)后，沿著食物鏈在生物體內(nèi)富集或被分解的過程生物放大作用：某些物質(zhì)當(dāng)他們沿食物鏈移動時，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是濃集在有機體的組織中，這一現(xiàn)象稱為生物放大作用

第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月42有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實例DDTDDT是人工合成的有機氯殺蟲劑DDT不溶于水，而溶于脂肪，極易通過食物鏈而濃集DDT通過食物鏈進入動物體后，使鈣代謝功能喪失，從而使鳥類蛋殼變薄，雌鳥孵卵時將蛋壓破，從而使禽類的數(shù)量減少危害消滅害蟲的同時，無選擇地將益蟲、益鳥和害蟲的天敵殺死如美國加利福尼亞州，由于濫用DDT，1967年有19%的蜜蜂被殺死，導(dǎo)致水果和蜂蜜急劇減產(chǎn)第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月43BIOMAGINIFICATIONOFDDT第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月44BIOMAGINIFICATIONOFDDT水體中的DTT濃度約為0.0