生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)生態(tài)學(xué)

生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)生態(tài)學(xué)2023/6/2第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)環(huán)境生產(chǎn)者分解者植食者肉食者能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)2023/6/2第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日庫pool：由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種化合物所構(gòu)成的。流通量用單位時(shí)間、單位面積內(nèi)通過的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對(duì)值來表示。周轉(zhuǎn)率：出入一個(gè)庫的流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量周轉(zhuǎn)時(shí)間：庫中的營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率。2023/6/2第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§1生物地化循環(huán)的概念生物地化循環(huán)生物地化循環(huán)的特點(diǎn)生物地化循環(huán)的類型2023/6/2第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日生物地化循環(huán)(biogeochemicalcycle)礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們?cè)诖髿馊?、水圈、巖圈之間以及生物間的流動(dòng)和交換稱生物地(球)化(學(xué))循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)(cyclingofmaterial)。2023/6/2第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日生物地化循環(huán)的特點(diǎn)①物質(zhì)循環(huán)不同于能量流動(dòng)，后者在生態(tài)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)是循環(huán)的；②生物地化循環(huán)可以用庫和流通率兩個(gè)概念來描述。庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的，可分為貯存庫和交換庫。前者的特點(diǎn)是庫容量大，元素在庫中滯留的時(shí)間長，流動(dòng)速率小，多屬于非生物成分；交換庫則容量較小，元素滯留的時(shí)間短，流速較大。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時(shí)間的移動(dòng)量稱流通率。③生物地化循環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。④元素和難分解的化合物常發(fā)生生物積累、生物濃縮和生物放大現(xiàn)象。2023/6/2第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日生物積累、生物濃縮和生物放大生物積累(bioaccumlation):指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進(jìn)行新陳代謝的過程中，體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解的化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。生物濃縮(bioconcentration):指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級(jí)上許多生物種群或者生物個(gè)體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。生物放大(biomagnification):指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級(jí)生物以低營養(yǎng)級(jí)生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營養(yǎng)級(jí)生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過環(huán)境中的濃度。2023/6/2第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)2023/6/2第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§2水循環(huán)(aquaticcycle)水循環(huán)的意義：水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對(duì)物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一。水循環(huán)的途徑人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響：空氣污染和降水；改變地面，增加徑流；過度利用地下水；水的再分布。2023/6/2第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日水循環(huán)示意圖西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖（ClodiusandKeller,1951）2023/6/2第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§3氣體型循環(huán)(gaseouscycle)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)2023/6/2第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日氧循環(huán)(oxygencycle)H2O+CO2→H2CO3→

HCO3-+H+↑CO2HCO3-→CO32

-Ca2+→CaCO3O2水體臭氧層沉積物火山作用4FeO+O2→2FeO3CO2CO↑O2+2COCO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外輻射2023/6/2第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日碳循環(huán)(carboncycle)化泥碳煤大氣中CO2CO2碳化作用石油水生植物光合作用腐爛燃料呼吸作用光合作用腐爛擴(kuò)散2023/6/2第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日氮循環(huán)(nitrogencycle)陸地陸地其它動(dòng)植物藍(lán)藻淺層死有機(jī)物溶解死有機(jī)物土壤中無機(jī)氮庫丟失于深層沉積中動(dòng)植物活體共生或自由生活的固氮微生物死有機(jī)體陸地河流帶走生物固氮大氣庫N2大氣庫HN3,NO,NO2,N2O

，工業(yè)固氮（汽車,化肥,電廠）脫氮閃電化學(xué)反應(yīng)海洋火山作用降水大氣2023/6/2第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§4沉積型循環(huán)(sedimentarycycle)磷循環(huán)硫循環(huán)2023/6/2第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日磷循環(huán)（phosphoruscycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地海洋死有機(jī)物土壤中的無機(jī)磷活有機(jī)物死有機(jī)物深海的磷活有機(jī)物捕魚鳥糞懸浮在水中隨河水帶走攝取排泄死亡下,沉分解沉積溶解于水上升風(fēng)化開采攝取排泄死亡上涌2023/6/2第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日硫循環(huán)（sulfurcycle）陸地海洋沉積物（CaSO4,FeS2）溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有機(jī)物活有機(jī)物SO42-降水SO2,SO42-擴(kuò)散海浪SO42-大氣上升，分化SO2FeS2死有機(jī)物活有機(jī)物SO42-H2SS分解化肥工業(yè)SO42-攝取擴(kuò)散火山活動(dòng)H2S,SO2,SO42-植物攝取SO2,SO42-降水SO2,SO42-化石燃燒

SO2H2S,SO2,SO42-2023/6/2第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì)的類型有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化有毒物質(zhì)循環(huán)的典型代表----汞循環(huán)2023/6/2第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日有毒物質(zhì)的類型有毒物質(zhì)(toxicsubstance)又稱污染物(pollutant)，按化學(xué)性質(zhì)分兩類。無機(jī)有毒物質(zhì)主要指重金屬、氟化物、和氰化物；有機(jī)有毒物質(zhì)主要有酚類、有機(jī)氯藥等。按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入環(huán)境的，其物理和化學(xué)性狀未發(fā)生變化的污染物，又稱原發(fā)性污染物；后者是由前者轉(zhuǎn)化而成，排入環(huán)境中的一次性污染物在外界因素作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成新的物理化學(xué)性狀的污染物，又稱繼發(fā)性污染物。2023/6/2第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化遷移(transport)是重要的物理過程,包括分散、混合、稀釋和沉降等；轉(zhuǎn)化(transformation)主要是通過氧化、還原、分解和組合等作用，會(huì)發(fā)生物理的化學(xué)的和生物化學(xué)的變化。2023/6/2第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日汞循環(huán)(mercurycycle)火山活動(dòng)化石燃燒

降水揮發(fā)揮發(fā)沉積物農(nóng)田風(fēng)化和淋溶作用農(nóng)藥噴灑徑流(CH3)2HgHg2＋CH3Hg魚水生植物水鳥工廠汞的廢物捕魚由河水帶走(中性pH)(酸性pH)2023/6/2第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§6放射性核素循環(huán)放射性核素可在多種介質(zhì)中循環(huán)，并能被生物富集。放射性核素通過核試驗(yàn)或核作用物進(jìn)入大氣層，然后，通過降水、塵埃和其他物質(zhì)以原原子狀態(tài)回到地球上。人和生物既可直接受到環(huán)境放射源危害，也可因食物鏈帶來的放射性污染而間接受害。放射性物質(zhì)由食物進(jìn)入人體，隨血液循環(huán)遍布全身，有的放射物質(zhì)在體內(nèi)可存留14年之久。2023/6/2第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§7生物地化循環(huán)與人體健康地方?。鹤匀唤缬捎诃h(huán)境條件的不同，地表元素發(fā)生遷移，常造成一些元素在地表分布的不均。這種生物地化循環(huán)時(shí)常導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)中生命元素含量的異常，或不足，或過剩，從而造成植物、動(dòng)物乃至人類的疾病。這種疾病常呈區(qū)域性，故稱“地方病”。微量元素循環(huán)：地方病大多數(shù)與微量元素有關(guān)。碘的循環(huán)