環(huán)境生態(tài)學-第七章 資源與循環(huán)

G1資源與循環(huán)要點營養(yǎng)物資源群落以形形色色的方式獲得和損失營養(yǎng)物。機械風化、化學腐蝕，特別是碳酸化作用，都是重要的過程。礦物質在水中的簡單溶解也使營養(yǎng)物從巖石和土壤中獲得成為可能。在水流中水可能攜帶著營養(yǎng)物，給下流地區(qū)提供一個重要的資源。大氣也提供營養(yǎng)物，特別是二氧化碳和氮。大氣中其他營養(yǎng)物可能以濕沉降〔雨，雪和霧〕和干沉降〔枯燥期間的顆粒沉淀物〕的方式回到群落。Aparticularnutrientatomtakenupbyanorganismmaycyclecontinuouslyuntileventuallythenutrientwillbelostthroughanyoneofanumberofprocessesthatremovenutrientsfromthesystem.Releasemaybedirecttotheatmosphereorviabacterialaction(asinthecaseofmethane).Formanyelements,themostsubstantialpathwayoflossisinstreamflow.Otherpathwaysofnutrientlossincludefire,theharvestingofcropsanddeforestation.Nutrientbudgetsinterrestrialcommunities陸地群落營養(yǎng)物收支Aquaticsystemsobtainthebulkoftheirsupplyofnutrientsfromstreamflow.Instreams,riversandlakeswithastreamoutflow,exportinoutgoingstreamwaterisamajorfactor.Commonly,phasesoffastinorganicnutrientdisplacementalternatewithperiodswhenthenutrientislockedinbiomass.Inlakes,planktonplayakeyroleinnutrientcycling.Oceanscontainwarmsufacewaters,wheremostplantlifeisfoundandcolddeepwaters(whichmakeup90%ofthetotalwatervolume).Nutrientsinthesurafacewaterscomefromtwosources:(i)upwellingfromdeepwater(whichcompriseover95%ofthenutrientbudget),and(ii)riverinput.Nutrientbudgetsinaquaticcommunities水生群落營養(yǎng)物收支水生系統(tǒng)從河川徑流中得到它們所需的大量營養(yǎng)物。在具有流出量的溪流、河流和湖泊中，外流是個重要因素。通常，無機營養(yǎng)物置換階段與營養(yǎng)物固定在生物量中的時期是交替進行的。浮游生物在湖泊中的營養(yǎng)物循環(huán)中起關鍵作用。海洋含有溫暖的表層水，生活著大多數的植物，還有冷的深層水〔占總水容量的90%〕。表層水的營養(yǎng)物來源于兩種方面：〔i〕深層水的上涌流〔組成物預算的95%以上〕，〔ii〕河流的輸入。Thepoolsofchemicalelementsonearthexistinvariouscompartments:inrocks(thelithosphere),andsoilwater,streams,lakesoroceans(whish,combined,constitutethehydrosphere).Inallthesecases,thechemicalelementsexistintheinorganicform.Incontrast,livingorganismsanddeadanddecayingorganicmatterarecompartmentswhichcontainelementsintheorganicform.Studiesofthechemicalprocessesoccurringwithinthesecompartmentsandthefluxofelementsbetweenthem(whicharefundamentallyalteredandaffectedbybioticprocesses)istermedbiogeochemistry.Geochemistry地球化學地球上的化學元素庫存在于各種圈層〔compartments〕中：在巖石〔巖圈〕和土壤水、溪流、湖泊或海洋〔可組合構成水圈〕中。在上述情況下，化學元素以無機形式存在。同時，生命有機體和已死亡及腐爛的有機物質是在含有有機元素的圈層里。研究在這些區(qū)域內發(fā)生的化學過程和圈層間元素的流動〔通過生物過程產生了功能性的改變和影響〕，稱為生物地球化學?；瘜W元素形態(tài)與人體健康

TerrestrialplantsutilizeatmosphericCO2astheircarbonsourceforphotosynthesis,whereasaquaticplantsusedissolvedcarbonates(hydrospherecarbon).Respirationreleasesthecarbonlockedinphotosyntheticproductsbacktotheatmosphericandhydrosphericcarboncompartments.Theatmosphericphaseispredominantintheglobalnitrogencycle,inwhichnitrogenfixationanddenitrificationbymiocroorganismsareofparticularimportance.Themainstocksofphosphorusoccurinsoilwater,atmosphericandlithosphericcomponents.GlobalbiogeochemicalcyclesRelatedtopicsPlantsandconsumers(G2)PrimaryandsecondaryproductionSoilformation,propertiesand(P2)classification(G3)全球生物地化循環(huán)陸地植物利用空氣中CO2作為光合作用的碳源，而水生植物使用溶解的碳酸化合物〔水圈的碳〕。呼吸作用把固定在光合產物中的碳，再釋放到氣圈和水圈的碳圈層中。在全球氮循環(huán)中，氣相是占優(yōu)勢的，其中，氮的固定和微生物的脫氮作用特別重要。磷主要儲存在土壤水、河流、湖泊、巖石和海洋沉淀物中，而硫儲存在大氣和巖石的組分中。相關主題植物與消費者〔G2〕土壤形成、特性和分類〔G3節(jié)〕初級和次級生產力〔P2〕水循環(huán)氣體型循環(huán)〔C,N〕沉積型循環(huán)〔S,P〕物質循環(huán)的類型

水循環(huán)水和水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有特別重要意義，它是地球上各種物質循環(huán)的中心循環(huán)。通過降水和蒸發(fā)這兩種形式，使地球水分到達平衡狀態(tài)。此外，水循環(huán)通過地表徑流將各種營養(yǎng)物質從一個生態(tài)系統(tǒng)搬到另一個生態(tài)系統(tǒng)，補充某些生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質的缺乏。植被在水循環(huán)過程中起重要作用。水和水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有特別重要意義，它是地球上各種物質循環(huán)的中心循環(huán)。碳循環(huán)1.全球碳貯存量約為26×1015噸，絕大局部以碳酸鹽的形式禁錮在巖石圈中，其次是化石燃料。生物可直接利用的碳是水圈和大氣圈中主要以CO2形式存在的碳。2.碳在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)不平衡引起的生態(tài)效應：CO2增加，引起的溫室效應〔greenhouseeffect〕，致使全球變暖?京都協定?：限制興旺國家的二氧化碳排放。氮循環(huán)沉積型循環(huán)〔P，S，Ca等〕分子或化合物無氣體形態(tài)，以固體顆粒存在主要儲存庫：土壤，沉積物，巖石圈循環(huán)的全球性不明顯循環(huán)性能不完善，易發(fā)生局部短缺，難以在短期內補充。硫循環(huán)G2

PLANTSANDCONSUMERSThemainelementalcomponentoflivingmatteriscarbon.CarbonentersthetrophicstructureofacommunitywhenCO2isfixedthroughphotosynthesis,theutilizationoftheenergyofsunlighttocombineCO2andwaterintosugars.Itthenbecomesincorporatedinnetprimaryproduction(NPP).Thisisthetotalenergyaccumulatedperunittimebyplantsduringphotosynthesis.Whenthehigh-energymoleculeinwhichthecarbonwasstoredisfinallyusedtoprovideenergyforwork,thecarbonisreleasedintotheatmosphereasCO2.KeyNotesThefateofmatterinthecommunityG2植物與消費者要點群落中物質的命運生命物質的主要根本組成分是碳。當通過光合作用固定CO2，利用太陽能把CO2和水合成糖時，使碳進入群落的營養(yǎng)結構中。這樣碳成了凈初級生產力〔NPP〕這就是在光合作用中每單位時間植物積累的總能量。當儲存碳的高能量分子最終用于提供工作能量時，碳就以CO2的形式釋放到大氣中。Autotrophs,themainproducersinmostterrestrialecosystems,useenergyfromthesunorfromtheoxidationofinorganicsubstratestoproduceorganicmoleculesfrominorganicones.Plantsarethemainproducersinterrestrialsystems,whilephytoplanktonarethemostimportantinopenoceans.Inthesedeepwaters,photosyntheticproductionoccursintheupperlevels,thephoticzone,wherelightcanpenetrate.Indeeperwaters,lightdoesnotpenetrateandnophotosynthesisoccursinthisaphoticzone.Producers生產者自養(yǎng)生物——大多數陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要生產者，利用太陽能或無機物質氧化作用的能量，使無機分子成為有機分子。在陸地系統(tǒng)中植物是主要的生產者，而浮游植物在開放海洋中最重要。在深水域中，光合產物只在上層局部〔透光區(qū)〕產生，因為光能透入這局部。在更深水域中，光不能透入，故這無光區(qū)沒有光合作用發(fā)生。Plantsareeatenbyprimaryconsumers,suchasgrazingmammalsandinsects.Inoceans,phytoplanktonareconsumedbyzooplankton.Theseprimaryproducersareinturneatenbysecondaryconsumers,carnivoressuchasmammalsandspiders.Inoceans,manyfisharesecondaryconsumersastheyfeedonzooplankton.Consumers消費者植物被初級消費者所食，如草食哺乳動物和昆蟲。海洋里，浮游動物以浮游植物為食。這些初級消費者依次又被次級消費者——肉食動物所食，如哺乳動物和蜘蛛。在海洋中，很多魚類以浮游動物為食時成為次級消費者。RelatedtopicsSourcesandcycles(G1)Foodchains(P3)Primaryandsecondaryproduction(P2)Theorganicmaterialthatcomposeslivingorganismsinanecosystemiseventuallyrecycled,brokendownandreturnedtotheabioticenvironmentinformsthatcanbeusedbyplants.Decomposers,whichfeedonnonlivingorganicmaterialaretheorganismsinthisrecycling.Themostimportantdecomposersarebacteriaandfungi.Decomposers分解者在生態(tài)系統(tǒng)中組成生命有機體的有機物質，最終經分解以可被植物利用的形式回到生物環(huán)境中被重新利用。分解者以無生命的有機物質為食，是這個再循環(huán)中的有機體。最重要的分解者是細菌和真菌。細菌真菌大型真菌G3

SOILFORMATION,PROPERTIESANDCLASSIFICATIONUnderlyingterrestrialecosystemsisthesoil;athinlayeroftheEarth’scrustthathasbeenremadebylifeandweather,Soilprovideshabitatswithanutrientdeliverysystem,arecyclingsystemandawaste-disposalsystem.Thestudyofsoilsiscalledpedology,Soilorganismsparticipateintheformationofthehabitatandconstituteoneofthefiveinteractivefactorsinsoilformation;theotherfourareclimate,topography,parentmaterialandtime.Theinitialcolonizersofsoilparentmaterialareusuallythecyanobcteria,capableofphotosynthesisandnitrogenfixation.Afterhighervegetationhasbecomeestablished,avarietyofsoilprocessesproducesthedynamicmixtureoflivinganddeadcells,soilorganicmatter(SOM).KeyNotesSoilformationG3土壤形成、特性和分類要點土壤形成在陸地生態(tài)系統(tǒng)的底部是土壤：一薄層由生物和氣候改造的地球外殼。土壤提供了棲息地，具有營養(yǎng)物傳遞系統(tǒng)、再循環(huán)系統(tǒng)和廢物處理系統(tǒng)。土壤的研究稱為土壤學。土壤中的有機體參與了棲息地的形成，是土壤形成中構成五個相互作用的因素之一；其他四個是氣候、地形、母質和時間。土壤母質的開始居住者通常是藍細菌，它能進行光合作用和固定氮。高等植物形成后，土壤變化過程的多樣性產生了活的和死的細胞，和土壤有機物質〔SOM〕的動態(tài)混合物。Atthesurfaceofsoilisalitterofdeadorrottingplantparts,withoneormoredistinctlydifferentlayersunderneath.Theselayershavecometobecalled‘horizons’.Soilhorizonsformasrottingplantpartsmixwiththeupperlayersofthemineralsoil.Thesubsoilunderneathistheearthfromwhichthesoilwasmadeandiscalledtheparentmaterial.Thislayeredappearanceiscalledthesoilprofile.Soilscientistsrecognizethreekindsofsoilhorizonabovetheparentmaterial;theA,BandChorizons.Underthesethreegroupsofhorizonsistheunalteredparentmaterial.TheseareknownasRhorizons.Thesoilprofileisaninstantindicatorofimportantecosystemprocesses.Thesoilprofile土壤剖面土壤外表是死亡腐爛植物局部的枯枝落葉層，下面由完全不同的物質組成的一層或多層。這些層可叫做“層位〞。土層的形成是由于腐爛植物與礦物質土壤的上層相混合。下面的亞土壤是土壤起始形成的地方，稱為母質。這種分層的外貌叫做土壤剖面。土壤科學家認為母質以上的土層有三類：A、B和C層。這三層之下是不變的母質。這些以R層著稱。土壤剖面是重要生態(tài)系統(tǒng)過程中一個即時指標。土壤剖面RelatedtopicsSuccession(R1)Ecosystempatterns(S1)Onaworldscale,thegreatsoilgroupsaret