生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)交換(鄂教版九上)課件

第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1物質(zhì)循環(huán)（生物地化循環(huán)）：礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱物質(zhì)循環(huán)(cyclingofmaterial)，即生物地球化學循環(huán)。2物質(zhì)循環(huán)（生物地化循環(huán)）：礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出一、物質(zhì)循環(huán)的一般特征1、物質(zhì)循環(huán)的特征（1）物質(zhì)循環(huán)和能量流動總是相伴發(fā)生，但生物固定的日光能量流過生態(tài)系統(tǒng)通常只有一次，并且逐漸以熱的形式耗散，而物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)的生物成員中能被反復利用；3一、物質(zhì)循環(huán)的一般特征1、物質(zhì)循環(huán)的特征3當能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)時，元素在同化轉換和異化間交替進行，如此循環(huán)4當能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)時，元素在同化轉換和異化間交替進行，如此循（2）物質(zhì)循環(huán)可用庫和流通率兩個概念來描述；

庫（分室）：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)量的某種化學物質(zhì)所構成的，可分為貯存庫和交換庫。貯存庫的特點是庫容量大，元素在庫中滯留的時間長，流動速率小，多屬于非生物成分；交換庫則容量較小，元素滯留的時間短，流速較大。

5（2）物質(zhì)循環(huán)可用庫和流通率兩個概念來描述；5流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時間的移動量。(單位mg/d)6流通率：物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時間的移動有機態(tài)無機態(tài)生態(tài)系統(tǒng)中元素循環(huán)的普適分室模型7有機態(tài)無機態(tài)生態(tài)系統(tǒng)中元素循環(huán)的普適分室模型7（3）物質(zhì)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。8（3）物質(zhì)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)；生物濃縮(bioconcentration):指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多生物種群或者生物個體，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。生物積累(bioaccumlation):指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進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。生物放大(biomagnification):指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結果使食物鏈上高營養(yǎng)級生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過環(huán)境中的濃度。9生物濃縮(bioconcentration):指生態(tài)系統(tǒng)2、影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素（1）元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO2周轉時間為1年左右，而大氣圈中氮周轉時間為100萬年。102、影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素（1）元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速（2）生物的生長速率它決定生物對該物質(zhì)吸收的速率以及該物質(zhì)在食物網(wǎng)中運動的速度。11（2）生物的生長速率11（3）有機物質(zhì)分解的速率適宜的環(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。12（3）有機物質(zhì)分解的速率12（4）人類活動的影響如開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，從而影響物質(zhì)循環(huán)的速率?；紵蚜蚝投趸蜥尫糯髿庵?。13（4）人類活動的影響如開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失3、生物地球化學循環(huán)的類型

根據(jù)物質(zhì)在循環(huán)時所經(jīng)歷的路徑不同，從整個生物圈的觀點出發(fā)，并根據(jù)物質(zhì)循環(huán)過程中是否有氣相的存在，生物地球化學循環(huán)可分為三大類型：水循環(huán)、氣體循環(huán)、沉積型循環(huán)

143、生物地球化學循環(huán)的類型根據(jù)物質(zhì)在循環(huán)時所經(jīng)歷的路（1）氣體型循環(huán)（gaseoustype)：其貯存庫是大氣和海洋。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。元素或化合物可以轉化為氣體形式參與循環(huán)過程。氣體循環(huán)速度比較快，例如CO2、N2、O2等。物質(zhì)來源充沛，不會枯竭。15（1）氣體型循環(huán)（gaseoustype)：其貯存庫是大（2）沉積型循環(huán)(sedimentarytype)：

這類循環(huán)速度比較慢，參與沉積循環(huán)的物質(zhì)，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(zhì)，如磷、鈣、鈉、鎂等。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(zhì)轉移過程，時間要以千年計算。主要儲庫在土壤、沉積物和巖石，而無氣體狀態(tài)。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。16（2）沉積型循環(huán)(sedimentarytype)：（3）水循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)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。17（3）水循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是在水循環(huán)的推動下完二、水循環(huán)

1、全球水循環(huán)水循環(huán)的意義：水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動因之一。18二、水循環(huán)

1、全球水循環(huán)18全環(huán)水循環(huán)19全環(huán)水循環(huán)192、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202、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)地表徑流三、碳循環(huán)1、研究碳循環(huán)的意義：A、碳是一切生物體中最基本的成分。B、人類活動通過化石燃料的大規(guī)模使用，造成了對于碳循環(huán)的重大影響，可能是當代氣候變化的重要原因。21三、碳循環(huán)1、研究碳循環(huán)的意義：212、碳循環(huán)包括的主要過程：碳庫主要包括大氣中的二氧化碳、海洋中的無機碳和生物機體中的有機碳A、生物的同化過程和異化過程；B、大氣和海洋之間的二氧化碳交換；C、碳酸鹽的沉淀作用。222、碳循環(huán)包括的主要過程：22海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)CO2CO2溶于海水H2CO3水體中生物H++CO3

2-

CaCO3海底沉積物23海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)CO2CO2溶H2CO3水體中生物H++許多藻類將體內(nèi)碳酸鈣排入水中，但珊瑚藻和建礁藻將其結合入身體構造珊瑚藻的骨架由碳酸鈣構成24許多藻類將體內(nèi)碳酸鈣排入水中，但珊瑚藻和建礁藻將其結合入身體地球上大多數(shù)碳被固定在沉積巖中25地球上大多數(shù)碳被固定在沉積巖中252626全球碳循環(huán)（GT-10億噸）27全球碳循環(huán)（GT-10億噸）27在元素循環(huán)研究中，例如碳循環(huán)，我們把釋放二氧化碳的庫稱為源，吸收二氧化碳的庫稱為匯。在僅考慮中國植被生態(tài)系統(tǒng)的CO2收支平衡時，中國陸地生態(tài)系統(tǒng)起著一個大氣CO2匯的作用，如果考慮化石燃料燃燒和生產(chǎn)以及生物質(zhì)燃燒等人為因素，中國陸地生態(tài)系統(tǒng)則起著CO2源的作用。28在元素循環(huán)研究中，例如碳循環(huán)，我們把釋放二氧化碳的庫稱為源，生物質(zhì)能生物質(zhì)包括樹木、農(nóng)作物、水生植物、農(nóng)林產(chǎn)品加工殘余物、有機廢棄物、人畜糞便、城市生活垃圾等。生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用將太陽輻射的能量轉化為儲存的化學能，以生物質(zhì)的形式固定下來的能源，是一種可再生能源。29生物質(zhì)能生物質(zhì)包括樹木、農(nóng)作物、水生植物、農(nóng)林產(chǎn)品加工殘余物據(jù)估算，地球上的綠色植物儲存的總能量大約相當于8*1012T標準煤，比目前地殼內(nèi)已知可供開采的煤炭總儲量還多11倍。我國有豐富的生物質(zhì)資源，僅農(nóng)產(chǎn)品的秸桿產(chǎn)量就達到5.6億T以上，歷年垃圾堆存量也高達60億T，年產(chǎn)垃圾近1.4億T。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有668個城市，其中2／3被垃圾環(huán)帶包圍，城市垃圾造成的損失每年高達250-300億元。30據(jù)估算，地球上的綠色植物儲存的總能量大約相當于8*1012T生物質(zhì)具有可再生、低污染、分布廣泛等特點，利用生物質(zhì)能作為替代能源，減少化石燃料的使用，對減少大氣中二氧化碳含量，減輕溫室效應都有重要意義。31生物質(zhì)具有可再生、低污染、分布廣泛等特點，利用生物質(zhì)能作為替生物質(zhì)能的利用1.直接燃燒：熱效率低、能源浪費大。2.利用熱解技術可將生物質(zhì)轉變?yōu)樯锶加停锶加偷哪茉蠢眯始s為直接燃燒的4倍，且辛烷值較高，若將生物燃油作為汽油添加劑，其經(jīng)濟效益更加顯著。我國生物燃油的研究開發(fā)起步較晚，與國外相比有較大差距。32生物質(zhì)能的利用1.直接燃燒：熱效率低、能源浪費大。323.生物質(zhì)氣化技術：是將固體生物質(zhì)放置氣化爐內(nèi)加熱，同時通入空氣、氧氣或水蒸氣，使之產(chǎn)生品位較高的可燃氣體。如1999年江西建成秸稈氣化集中供氣示范工程，333.生物質(zhì)氣化技術：是將固體生物質(zhì)放置氣化爐內(nèi)加熱，同時通入4.生物化學轉換技術：主要是利用生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生成沼氣和在微生物作用下生成酒精等能源產(chǎn)品。我國沼氣事業(yè)發(fā)展速度最快，數(shù)量最多，已成為世界沼氣大國。在農(nóng)村已推廣沼氣用戶760萬戶，建成大中型畜禽養(yǎng)殖場能源環(huán)境工程700處，生活污水凈化沼氣池近5萬個。344.生物化學轉換技術：主要是利用生物質(zhì)厭氧發(fā)酵生成沼氣和在微5.垃圾發(fā)電：是一種非常有效的減量化、無害化和資源化措施，每2T垃圾可獲得相當于燃燒1T煤的熱量，焚燒處理后的灰渣呈中性、無氣味、不引發(fā)二次污染，且體積減少90％，重量減少75％。如果方法得當，1T垃圾可獲300-400KV·h的電力。355.垃圾發(fā)電：是一種非常有效的減量化、無害化和資源化措施，每我國的垃圾發(fā)電近年來得到快速發(fā)展，深圳、珠江三角洲、溫州、上海等地已建垃圾發(fā)電廠多個。北京市在朝陽區(qū)興建首座垃圾發(fā)電站，日焚燒垃圾1000T，年發(fā)電1.4億KV·h。36我國的垃圾發(fā)電近年來得到快速發(fā)展，深圳、珠江三角洲、溫州、上四、氮循環(huán)氮是蛋白質(zhì)的基本成分，植物不能直接利用，必須通過固氮作用成為硝酸鹽、亞硝酸鹽或氨才能進入生態(tài)系統(tǒng)，參與循環(huán)。37四、氮循環(huán)氮是蛋白質(zhì)的基本成分，植物不能直接利用，必須通過固固氮作用：（1）閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮，形成硝酸鹽；（2）工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下；（3）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。38固氮作用：38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。39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變成大氣氮，回到大氣庫中。40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大豆根系上的根瘤41大豆根系上的根瘤41氮循環(huán)42氮循環(huán)42地球上的氮循環(huán)43地球上的氮循環(huán)43氮污染：過多地使用化肥的危害污染土壤和水體，降低生物多樣性；并能把N2O送入大氣，一方面，它與氧結合破壞臭氧層，另一方面作為溫室氣體，反射能量的能力比CO2高約200倍，還可以形成酸雨等；大氣中的含氮化合物在日光作用下，對于光化學煙霧的形成起促進作用。44氮污染：過多地使用化肥的危害44五、磷循環(huán)磷不存在任何氣體形式的化合物，所以磷循環(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。巖石經(jīng)土壤風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)。

45五、磷循環(huán)磷不存在任何氣體形式的化合物，所以磷循環(huán)屬典型的沉含磷有機物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：一是沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘體歸還土壤；另一是以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。46含磷有機物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：一是沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘各種含磷有機化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉變?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)。在這一循環(huán)過程中，一部分磷脫離生物小循環(huán)進入地質(zhì)大循環(huán)。其支路也有兩條：一是動植物遺體在陸地表面的磷礦化；另一是磷受水的沖蝕進入江河，流入海洋。47各種含磷有機化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，4848地球上的磷循環(huán)49地球上的磷循環(huán)49六、硫循環(huán)硫是蛋白質(zhì)和氨基酸的基本成分，主要蓄庫是巖石圈。硫循環(huán)是一個復雜的元素循環(huán)，既屬沉積型，也屬氣體型。硫循環(huán)有一個長期的沉積階段和一個較短的氣體階段。巖石庫中的硫酸鹽主要通過生物的分解和自然風化作用進入生態(tài)系統(tǒng)。50六、硫循環(huán)硫是蛋白質(zhì)和氨基酸的基本成分，主要蓄庫是巖石圈。硫硫循環(huán)51硫循環(huán)51人類對硫循環(huán)的影響很大，通過燃燒化石燃料，每年向大氣輸入的SO2達1.47×108t，其中70%來