第九章生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)

1、第九章第九章 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)第二節(jié)第二節(jié) 水循環(huán)水循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 氣體型循環(huán)氣體型循環(huán)第四節(jié)第四節(jié) 沉積型循環(huán)沉積型循環(huán)第五節(jié)第五節(jié) 有毒有害物質(zhì)循環(huán)有毒有害物質(zhì)循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)一、生命與元素一、生命與元素 能量元素：需要量最大，占生物總重量的能量元素：需要量最大，占生物總重量的95%（C 、 H 、 O） 大量元素：對(duì)于大多數(shù)生物來(lái)說(shuō)，有大約大量元素：對(duì)于大多數(shù)生物來(lái)說(shuō)，有大約20多種元多種元素是它們生命活動(dòng)所不可缺少的。素是它們生命活動(dòng)所不可缺少的。 微量元素：在生命過(guò)程中是

2、必不可少的，盡管通微量元素：在生命過(guò)程中是必不可少的，盡管通常只需要很少的數(shù)量（常只需要很少的數(shù)量（體重的體重的0.2%），并且并不是在），并且并不是在所有生物體內(nèi)都有。所有生物體內(nèi)都有。二、物質(zhì)循環(huán)二、物質(zhì)循環(huán)(cycle of material)的概念的概念 生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)綠色植物吸收，進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物物質(zhì)，通過(guò)綠色植物吸收，進(jìn)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；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在大氣圈、重復(fù)利用，最后再歸還于環(huán)境中；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動(dòng)和交換。又稱生物地水圈、巖圈之

3、間以及生物間的流動(dòng)和交換。又稱生物地球化學(xué)循環(huán)球化學(xué)循環(huán)(biogeo-chemical cycle)。三、物質(zhì)循環(huán)的模式三、物質(zhì)循環(huán)的模式 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)可用生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)可用庫(kù)和流通庫(kù)和流通兩個(gè)概念來(lái)加以兩個(gè)概念來(lái)加以概括，即物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)際上是在庫(kù)與庫(kù)之間概括，即物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)際上是在庫(kù)與庫(kù)之間彼此流通的。彼此流通的。 庫(kù)庫(kù)是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某種生物或非生物成分中一定是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某種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。對(duì)于某種元素，存在一個(gè)或數(shù)量的某種化合物所構(gòu)成的。對(duì)于某種元素，存在一個(gè)或多個(gè)主要的蓄庫(kù)；元素在庫(kù)中的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常結(jié)合

4、在多個(gè)主要的蓄庫(kù)；元素在庫(kù)中的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常結(jié)合在生命系統(tǒng)中的數(shù)量。庫(kù)可分為生命系統(tǒng)中的數(shù)量。庫(kù)可分為貯存庫(kù)貯存庫(kù)和和交換庫(kù)交換庫(kù)。前者的特。前者的特點(diǎn)是庫(kù)容量大，元素在庫(kù)中滯留的時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)速率小，點(diǎn)是庫(kù)容量大，元素在庫(kù)中滯留的時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)速率小，多屬于非生物成分；交換庫(kù)則容量較小，元素滯留的時(shí)間多屬于非生物成分；交換庫(kù)則容量較小，元素滯留的時(shí)間短，流速較大。短，流速較大。 流通率流通率通常用單位時(shí)間、單位面積內(nèi)通常用單位時(shí)間、單位面積內(nèi)(或單位體積或單位體積)通通過(guò)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的絕對(duì)值來(lái)表達(dá)。過(guò)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的絕對(duì)值來(lái)表達(dá)。周轉(zhuǎn)率周轉(zhuǎn)率是出入一個(gè)庫(kù)的流是出入一個(gè)庫(kù)的流通率除以該庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的

5、總量；通率除以該庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總量；周轉(zhuǎn)時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間就是庫(kù)中的就是庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量除以流通率，表達(dá)了移動(dòng)庫(kù)中全部的營(yíng)養(yǎng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量除以流通率，表達(dá)了移動(dòng)庫(kù)中全部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需要的時(shí)間。質(zhì)所需要的時(shí)間。 在物質(zhì)循環(huán)中，周轉(zhuǎn)率越大，周轉(zhuǎn)時(shí)間就越短。如大在物質(zhì)循環(huán)中，周轉(zhuǎn)率越大，周轉(zhuǎn)時(shí)間就越短。如大氣圈中氣圈中CO2、分子氮、水的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為一年左右、分子氮、水的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為一年左右、100萬(wàn)年和萬(wàn)年和10.5天。天。 四、生物地球化學(xué)循環(huán)的類型四、生物地球化學(xué)循環(huán)的類型 分為三大類：水循環(huán)、氣體型循環(huán)、沉積型循環(huán)。分為三大類：水循環(huán)、氣體型循環(huán)、沉積型循環(huán)。 生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是

6、在水的推動(dòng)下完成的，沒(méi)生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是在水的推動(dòng)下完成的，沒(méi)有水的循環(huán)，也就沒(méi)有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。有水的循環(huán)，也就沒(méi)有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。 氣體型循環(huán)：循環(huán)物質(zhì)（氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟氣體型循環(huán)：循環(huán)物質(zhì)（氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等）的分子或某些化合物常以氣體的形式參與循環(huán)過(guò)程，循環(huán)速等）的分子或某些化合物常以氣體的形式參與循環(huán)過(guò)程，循環(huán)速度較快，物質(zhì)來(lái)源充沛，不會(huì)枯竭。主要蓄庫(kù)是大氣和海洋，循度較快，物質(zhì)來(lái)源充沛，不會(huì)枯竭。主要蓄庫(kù)是大氣和海洋，循環(huán)與大氣和海洋密切相聯(lián)，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完環(huán)與大氣和海洋密切相聯(lián)，具有明顯的全球

7、性，循環(huán)性能最為完善。善。 沉積型循環(huán)：參與沉積型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物主沉積型循環(huán)：參與沉積型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物主要是通過(guò)巖石的風(fēng)化和沉積物的溶解轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀簧锢玫臓I(yíng)養(yǎng)要是通過(guò)巖石的風(fēng)化和沉積物的溶解轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀簧锢玫臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而海底沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的（千年物質(zhì)，而海底沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的（千年計(jì)）、緩慢的、單向的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程。主要蓄庫(kù)是土壤、沉積物計(jì)）、緩慢的、單向的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過(guò)程。主要蓄庫(kù)是土壤、沉積物和巖石，無(wú)氣體狀態(tài)，沉積型循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)，循和巖石，無(wú)氣體狀態(tài)，沉積型循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)，循環(huán)性能也很不完善。該類循

8、環(huán)物質(zhì)包括磷、鈣、鉀、鈉、鎂、錳、環(huán)性能也很不完善。該類循環(huán)物質(zhì)包括磷、鈣、鉀、鈉、鎂、錳、鐵、銅、硅等。鐵、銅、硅等。 氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)都受能量的驅(qū)動(dòng)，并都依賴于水循氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)都受能量的驅(qū)動(dòng)，并都依賴于水循環(huán)。環(huán)。 五、物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)五、物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)(1) 物質(zhì)不滅，循環(huán)往復(fù)物質(zhì)不滅，循環(huán)往復(fù)(2) 與能量流動(dòng)不可分割，相輔相成與能量流動(dòng)不可分割，相輔相成(3) 物質(zhì)循環(huán)的生物富集（元素和難分解的化合物）物質(zhì)循環(huán)的生物富集（元素和難分解的化合物） 生態(tài)系統(tǒng)對(duì)物質(zhì)循環(huán)有一定調(diào)節(jié)能力生態(tài)系統(tǒng)對(duì)物質(zhì)循環(huán)有一定調(diào)節(jié)能力 物質(zhì)循環(huán)中生物的作用物質(zhì)循環(huán)中生物的作用 各物質(zhì)循環(huán)過(guò)程相互

9、聯(lián)系，不可分割各物質(zhì)循環(huán)過(guò)程相互聯(lián)系，不可分割 受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)態(tài)六、影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素六、影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素 （1）循環(huán)元素的化學(xué)性質(zhì)；）循環(huán)元素的化學(xué)性質(zhì)； （2）被生物有機(jī)體利用的方式；）被生物有機(jī)體利用的方式； （3）生物的生長(zhǎng)速率；）生物的生長(zhǎng)速率； （4）有機(jī)物分解的速率。）有機(jī)物分解的速率。第二節(jié)第二節(jié) 水循環(huán)水循環(huán)一、水在生態(tài)系統(tǒng)中的意義一、水在生態(tài)系統(tǒng)中的意義 （1）生物體的主要構(gòu)成成分；（）生物體的主要構(gòu)成成分；（2）所有的生命活動(dòng)離）所有的生命活動(dòng)離不開(kāi)水；（不開(kāi)水；（3）影響各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的地理分布

10、；（）影響各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的地理分布；（4）對(duì)）對(duì)能量的傳遞和利用有重要影響，有防止環(huán)境溫度劇烈波能量的傳遞和利用有重要影響，有防止環(huán)境溫度劇烈波動(dòng)的重要調(diào)節(jié)作用。動(dòng)的重要調(diào)節(jié)作用。二、全球的水循環(huán)二、全球的水循環(huán) 受太陽(yáng)能、大氣環(huán)流、洋流和熱量交換所影響，通受太陽(yáng)能、大氣環(huán)流、洋流和熱量交換所影響，通過(guò)蒸發(fā)冷凝等過(guò)程在地球上進(jìn)行著不斷的水循環(huán)。降水過(guò)蒸發(fā)冷凝等過(guò)程在地球上進(jìn)行著不斷的水循環(huán)。降水和蒸發(fā)是水循環(huán)的兩種方式，大氣中的水汽以雨雪冰雹和蒸發(fā)是水循環(huán)的兩種方式，大氣中的水汽以雨雪冰雹等形式落到地面或海洋，而地面上和海洋中的水又通過(guò)等形式落到地面或海洋，而地面上和海洋中的水又通過(guò)蒸發(fā)進(jìn)入大氣

11、中。通過(guò)降水和蒸發(fā)，地球上的水分達(dá)到蒸發(fā)進(jìn)入大氣中。通過(guò)降水和蒸發(fā)，地球上的水分達(dá)到平衡狀態(tài)。但在不同的表面、不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)平衡狀態(tài)。但在不同的表面、不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)量是不同的。水循環(huán)是由太陽(yáng)能推動(dòng)的，大氣、海洋和量是不同的。水循環(huán)是由太陽(yáng)能推動(dòng)的，大氣、海洋和陸地形成的一個(gè)全球性水循環(huán)系統(tǒng)，并成為地球上各種陸地形成的一個(gè)全球性水循環(huán)系統(tǒng)，并成為地球上各種物質(zhì)循環(huán)的中心循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)的中心循環(huán)。 地表徑流能夠溶解和攜帶大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將地表徑流能夠溶解和攜帶大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)搬運(yùn)到另外一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)搬運(yùn)到另外一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。水循環(huán)的這一特

12、點(diǎn)使得沼澤地和大陸架成為地球上水循環(huán)的這一特點(diǎn)使得沼澤地和大陸架成為地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。水循環(huán)還影響地球熱生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。水循環(huán)還影響地球熱量的收支情況，對(duì)能量的傳遞和利用有重要作用。量的收支情況，對(duì)能量的傳遞和利用有重要作用。三、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)三、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán) 包括截取、滲透、蒸發(fā)、蒸騰和地表徑流等，包括截取、滲透、蒸發(fā)、蒸騰和地表徑流等，植物在水循環(huán)中起著重要作用。不同的植被類型，植物在水循環(huán)中起著重要作用。不同的植被類型，蒸騰作用不同。蒸騰作用不同。四、人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響四、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(guò)度空氣污染和降水

13、、改變地面，增加徑流、過(guò)度利用地下水、水的再分布。利用地下水、水的再分布。圖圖9-1 全球和生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)全球和生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 氣體型循環(huán)氣體型循環(huán)一、碳循環(huán)一、碳循環(huán) 碳是一切生物體中最基本的成分，有機(jī)體干重的碳是一切生物體中最基本的成分，有機(jī)體干重的45%以以上是碳。上是碳。 所有生命的碳源均是二氧化碳，二氧化碳或存在于大氣所有生命的碳源均是二氧化碳，二氧化碳或存在于大氣中或存在于水中。碳的主要循環(huán)形式是從大氣的二氧化碳蓄庫(kù)中或存在于水中。碳的主要循環(huán)形式是從大氣的二氧化碳蓄庫(kù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)者的光合作用，把碳固定，包括合成多糖、脂開(kāi)始，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)者的光合作用，把碳固定，包

14、括合成多糖、脂肪和蛋白質(zhì)，而儲(chǔ)存于植物體內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)消費(fèi)者消化合成，肪和蛋白質(zhì)，而儲(chǔ)存于植物體內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)消費(fèi)者消化合成，通過(guò)一個(gè)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，再消化再合成。在此過(guò)程中，部分碳通通過(guò)一個(gè)一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，再消化再合成。在此過(guò)程中，部分碳通過(guò)呼吸回到大氣中；另一部分成為動(dòng)物體的組分，動(dòng)物排泄物過(guò)呼吸回到大氣中；另一部分成為動(dòng)物體的組分，動(dòng)物排泄物和動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)分解者，其中的碳分解為二氧化碳回到大氣中。和動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)分解者，其中的碳分解為二氧化碳回到大氣中。 碳的另一蓄庫(kù)是海洋，海洋對(duì)于調(diào)節(jié)大氣中的含碳量作碳的另一蓄庫(kù)是海洋，海洋對(duì)于調(diào)節(jié)大氣中的含碳量作用重大。水體中碳的循環(huán)始于水生植物對(duì)擴(kuò)散到水上層的二

15、氧用重大。水體中碳的循環(huán)始于水生植物對(duì)擴(kuò)散到水上層的二氧化碳的固定。但此過(guò)程中，動(dòng)植物殘?bào)w埋入水底，其中的碳暫化碳的固定。但此過(guò)程中，動(dòng)植物殘?bào)w埋入水底，其中的碳暫離循環(huán)。但經(jīng)地質(zhì)年代，又以石灰?guī)r或珊瑚礁的形式再露于地離循環(huán)。但經(jīng)地質(zhì)年代，又以石灰?guī)r或珊瑚礁的形式再露于地表，借助于巖石的風(fēng)化、溶解、火山爆發(fā)、化石燃料燃燒等過(guò)表，借助于巖石的風(fēng)化、溶解、火山爆發(fā)、化石燃料燃燒等過(guò)程，碳返回大氣中。程，碳返回大氣中。 二氧化碳在大氣圈和水圈之間的界面上通過(guò)擴(kuò)二氧化碳在大氣圈和水圈之間的界面上通過(guò)擴(kuò)散作用而相互交換。碳在生態(tài)系統(tǒng)中的含量過(guò)高散作用而相互交換。碳在生態(tài)系統(tǒng)中的含量過(guò)高或過(guò)低都能通過(guò)碳循

16、環(huán)的自我調(diào)節(jié)機(jī)制而得到調(diào)或過(guò)低都能通過(guò)碳循環(huán)的自我調(diào)節(jié)機(jī)制而得到調(diào)整，并回到原來(lái)的水平。在陸地和大氣之間，碳整，并回到原來(lái)的水平。在陸地和大氣之間，碳的交換也是平衡的。的交換也是平衡的。 生態(tài)系統(tǒng)中，碳的循環(huán)速度很快，最快幾分生態(tài)系統(tǒng)中，碳的循環(huán)速度很快，最快幾分鐘到幾小時(shí)，一般在幾周或幾個(gè)月返回大氣。鐘到幾小時(shí)，一般在幾周或幾個(gè)月返回大氣。 溫室效應(yīng)：人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響，使得溫室效應(yīng)：人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響，使得大氣中二氧化碳含量呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)致大氣層低大氣中二氧化碳含量呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)致大氣層低處的對(duì)流層變暖，而高處的平流層變冷。處的對(duì)流層變暖，而高處的平流層變冷。圖圖9-2 生態(tài)系統(tǒng)中

17、的碳循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)二、氮循環(huán)二、氮循環(huán) 氮是蛋白質(zhì)的基本成分，是一切生命結(jié)構(gòu)的原料。氮是蛋白質(zhì)的基本成分，是一切生命結(jié)構(gòu)的原料。 大氣中的氮必須通過(guò)固氮作用被固定，將游離氮與氧大氣中的氮必須通過(guò)固氮作用被固定，將游離氮與氧結(jié)合為硝酸鹽和亞硝酸鹽，或與氫結(jié)合成氨，才能為大部結(jié)合為硝酸鹽和亞硝酸鹽，或與氫結(jié)合成氨，才能為大部分生物所利用，進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與循環(huán)。分生物所利用，進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與循環(huán)。 固氮作用的途徑有三種：高能固氮（閃電、宇宙射線、固氮作用的途徑有三種：高能固氮（閃電、宇宙射線、隕石、火山爆發(fā)）、工業(yè)固氮和生物固氮（占地球固氮隕石、火山爆發(fā)）、工業(yè)固氮和生物固氮（占地球固氮

18、90%，固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌、藍(lán)藻等）。，固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌、藍(lán)藻等）。 氮循環(huán)：植物從土壤中吸收無(wú)機(jī)態(tài)的氮，主要是硝酸氮循環(huán)：植物從土壤中吸收無(wú)機(jī)態(tài)的氮，主要是硝酸鹽，用作合成蛋白質(zhì)的原料。植物中一部分氮為草食動(dòng)物鹽，用作合成蛋白質(zhì)的原料。植物中一部分氮為草食動(dòng)物取食，合成動(dòng)物蛋白質(zhì)。動(dòng)物代謝過(guò)程中，一部分蛋白質(zhì)取食，合成動(dòng)物蛋白質(zhì)。動(dòng)物代謝過(guò)程中，一部分蛋白質(zhì)分解為含氮的排泄物，再經(jīng)過(guò)細(xì)菌的作用，分解釋放出氮。分解為含氮的排泄物，再經(jīng)過(guò)細(xì)菌的作用，分解釋放出氮。動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)微生物等分解者的分解作用，使有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)微生物等分解者的分解作用，使有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)

19、態(tài)氮，形成硝酸鹽，可為植物再利用繼續(xù)參與循化為無(wú)機(jī)態(tài)氮，形成硝酸鹽，可為植物再利用繼續(xù)參與循環(huán)，也可被反硝化細(xì)菌作用，形成氮?dú)猓祷卮髿鈳?kù)。環(huán)，也可被反硝化細(xì)菌作用，形成氮?dú)?，返回大氣?kù)。 含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和分解包括氨化作用、硝化作用和含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和分解包括氨化作用、硝化作用和反硝化作用。反硝化作用。 氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解成氨或氨化合物，可為植物所直接利用。成氨或氨化合物，可為植物所直接利用。 硝化作用：通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸硝化作用：通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，

20、供植物吸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。收利用。 反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫(kù)中?；氐酱髿鈳?kù)中。 人類對(duì)全球氮循環(huán)的改變：人類對(duì)全球氮循環(huán)的改變： 降低相關(guān)植物和真菌的降低相關(guān)植物和真菌的多樣性，改變植物和共生菌之間的互利共生關(guān)系，威脅整多樣性，改變植物和共生菌之間的互利共生關(guān)系，威脅整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定；引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，改變環(huán)境個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定；引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，改變環(huán)境條件，對(duì)生物多樣性構(gòu)成威脅；污染環(huán)境，危害人的健康。條件，對(duì)生物多樣性構(gòu)成威脅；污染環(huán)境，危害人的健康。圖圖9-

21、3 生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)第四節(jié)第四節(jié) 沉積型循環(huán)沉積型循環(huán)一、磷循環(huán)一、磷循環(huán) 磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代謝過(guò)程磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代謝過(guò)程都需要磷的參與。都需要磷的參與。 磷循環(huán)的起點(diǎn)源于巖石的風(fēng)化，終于水中的沉積。磷循環(huán)的起點(diǎn)源于巖石的風(fēng)化，終于水中的沉積。由于風(fēng)化侵蝕作用和人類的開(kāi)采，磷被釋放出來(lái)，由于由于風(fēng)化侵蝕作用和人類的開(kāi)采，磷被釋放出來(lái)，由于降水成為可溶性磷酸鹽，經(jīng)由植物、草食動(dòng)物、肉食動(dòng)降水成為可溶性磷酸鹽，經(jīng)由植物、草食動(dòng)物、肉食動(dòng)物而在生物之間流動(dòng)，待生物死亡后被分解，又使其回物而在生物之間流動(dòng)，待生物死亡后被分解，又使其回到環(huán)境中。

22、溶解性磷酸鹽也可隨著水流，進(jìn)入江河湖海，到環(huán)境中。溶解性磷酸鹽也可隨著水流，進(jìn)入江河湖海，并沉積在海底。其中一部分長(zhǎng)期留在海里，另一些可形并沉積在海底。其中一部分長(zhǎng)期留在海里，另一些可形成新的地殼，在風(fēng)化后再次進(jìn)入循環(huán)。成新的地殼，在風(fēng)化后再次進(jìn)入循環(huán)。 在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，含磷有機(jī)物被細(xì)菌分解為磷在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，含磷有機(jī)物被細(xì)菌分解為磷酸鹽，部分被植物吸收；同時(shí)，陸地的一部分磷由徑流酸鹽，部分被植物吸收；同時(shí)，陸地的一部分磷由徑流進(jìn)入湖泊和海洋。進(jìn)入湖泊和海洋。 在淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)中，磷酸鹽能夠迅速地被在淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)中，磷酸鹽能夠迅速地被浮游植物所吸收，而后又轉(zhuǎn)移到浮游動(dòng)物和其他動(dòng)物

23、浮游植物所吸收，而后又轉(zhuǎn)移到浮游動(dòng)物和其他動(dòng)物體內(nèi)。浮游動(dòng)物所排出的磷又有一部分是無(wú)機(jī)磷酸鹽，體內(nèi)。浮游動(dòng)物所排出的磷又有一部分是無(wú)機(jī)磷酸鹽，可被植物所利用，水體中其他的有機(jī)磷酸鹽可被細(xì)菌可被植物所利用，水體中其他的有機(jī)磷酸鹽可被細(xì)菌利用，細(xì)菌又被其他的一些小動(dòng)物所食用。一部分磷利用，細(xì)菌又被其他的一些小動(dòng)物所食用。一部分磷沉積在海洋中，隨著海水的上涌被帶到光合作用帶，沉積在海洋中，隨著海水的上涌被帶到光合作用帶，并被植物所吸收。動(dòng)植物殘?bào)w的下沉，使得水表層的并被植物所吸收。動(dòng)植物殘?bào)w的下沉，使得水表層的磷被耗盡而深水中的磷積累過(guò)多。除了鳥(niǎo)糞和對(duì)海魚(yú)磷被耗盡而深水中的磷積累過(guò)多。除了鳥(niǎo)糞和對(duì)海

24、魚(yú)的捕撈，磷沒(méi)有再次回到陸地的有效途徑。深海處的的捕撈，磷沒(méi)有再次回到陸地的有效途徑。深海處的磷沉積，只有發(fā)生海陸變遷，才有可能因風(fēng)化而再次磷沉積，只有發(fā)生海陸變遷，才有可能因風(fēng)化而再次釋放出磷，否則將永遠(yuǎn)脫離循環(huán)。因此，陸地的磷損釋放出磷，否則將永遠(yuǎn)脫離循環(huán)。因此，陸地的磷損失越來(lái)越多，大量開(kāi)采磷礦加速了損失，磷的循環(huán)為失越來(lái)越多，大量開(kāi)采磷礦加速了損失，磷的循環(huán)為不完全循環(huán)，現(xiàn)存量越來(lái)越少。磷將成為人類和陸地不完全循環(huán)，現(xiàn)存量越來(lái)越少。磷將成為人類和陸地生物生命活動(dòng)的限制因子。生物生命活動(dòng)的限制因子。圖圖9-4 生態(tài)系統(tǒng)中的磷循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的磷循環(huán)二、硫循環(huán)二、硫循環(huán) 硫是原生質(zhì)體的重要組

25、分。主要蓄庫(kù)是巖石圈（硫硫是原生質(zhì)體的重要組分。主要蓄庫(kù)是巖石圈（硫酸鹽巖），但大氣中也有少量存在，能自由移動(dòng)。因此，酸鹽巖），但大氣中也有少量存在，能自由移動(dòng)。因此，硫循環(huán)有一個(gè)長(zhǎng)期的沉積階段和一個(gè)較短的氣體階段。硫循環(huán)有一個(gè)長(zhǎng)期的沉積階段和一個(gè)較短的氣體階段。 巖石庫(kù)中的硫酸鹽主要通過(guò)生物的分解和自然風(fēng)化巖石庫(kù)中的硫酸鹽主要通過(guò)生物的分解和自然風(fēng)化作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。（作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。（1）化能合成細(xì)菌能夠在利用硫）化能合成細(xì)菌能夠在利用硫化物含有的潛能的同時(shí)，通過(guò)氧化作用將沉積物中的硫化物含有的潛能的同時(shí)，通過(guò)氧化作用將沉積物中的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，部分為植物直接利用；（化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}

26、，部分為植物直接利用；（2）通過(guò)）通過(guò)侵蝕和風(fēng)化，從巖石中釋放的無(wú)機(jī)硫由細(xì)菌作用還原為侵蝕和風(fēng)化，從巖石中釋放的無(wú)機(jī)硫由細(xì)菌作用還原為硫化物，又被氧化成植物可利用的硫酸鹽；（硫化物，又被氧化成植物可利用的硫酸鹽；（3）自然）自然界中，火山爆發(fā)可將巖石蓄庫(kù)中的硫以硫化氫的形式釋界中，火山爆發(fā)可將巖石蓄庫(kù)中的硫以硫化氫的形式釋放到大氣，化石燃料的燃燒也將蓄庫(kù)中的硫以二氧化硫放到大氣，化石燃料的燃燒也將蓄庫(kù)中的硫以二氧化硫的形式釋放到大氣，可為植物吸收。的形式釋放到大氣，可為植物吸收。 盡管生物對(duì)硫的需要并不多，但硫循環(huán)中涉及許盡管生物對(duì)硫的需要并不多，但硫循環(huán)中涉及許多微生物的活動(dòng)，生物體需要硫合

27、成蛋白質(zhì)和纖維素。多微生物的活動(dòng)，生物體需要硫合成蛋白質(zhì)和纖維素。植物所需的硫來(lái)自土壤中的硫酸鹽和空氣中的二氧化植物所需的硫來(lái)自土壤中的硫酸鹽和空氣中的二氧化硫。植物中的硫通過(guò)生物鏈被動(dòng)物所利用，或動(dòng)植物硫。植物中的硫通過(guò)生物鏈被動(dòng)物所利用，或動(dòng)植物死亡后，微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解將硫釋放在土壤中，死亡后，微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解將硫釋放在土壤中，再被微生物利用，以硫化氫或硫酸鹽形式而釋放硫。再被微生物利用，以硫化氫或硫酸鹽形式而釋放硫。 人類對(duì)硫循環(huán)影響很大，通過(guò)燃燒化石燃料，向人類對(duì)硫循環(huán)影響很大，通過(guò)燃燒化石燃料，向大氣輸送二氧化硫，遇水蒸氣反應(yīng)形成硫酸，硫酸對(duì)大氣輸送二氧化硫，遇水蒸氣反應(yīng)形成

28、硫酸，硫酸對(duì)環(huán)境有許多方面的影響。濃度過(guò)高，就成為災(zāi)害性空環(huán)境有許多方面的影響。濃度過(guò)高，就成為災(zāi)害性空氣污染，可將硫的濃度作為空氣污染嚴(yán)重程度的指標(biāo)。氣污染，可將硫的濃度作為空氣污染嚴(yán)重程度的指標(biāo)。如倫敦如倫敦1952年、紐約和東京年、紐約和東京1960年的二氧化硫?yàn)?zāi)害。年的二氧化硫?yàn)?zāi)害。圖圖9-5 生態(tài)系統(tǒng)中的硫循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中的硫循環(huán)第五節(jié)第五節(jié) 有毒有害物質(zhì)循環(huán)有毒有害物質(zhì)循環(huán)一、有毒有害物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn)有毒有害物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn) 有毒有害物質(zhì)有毒有害物質(zhì)(toxic substance)又稱污染物又稱污染物(pollutant)按化學(xué)性質(zhì)分兩類。無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)主要指重金按化學(xué)性質(zhì)分兩類

29、。無(wú)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)屬、氟化物、和氰化物；有機(jī)有毒物質(zhì)主要有酚類、有機(jī)氯等。其循環(huán)是指那些對(duì)有機(jī)體有毒有害的物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)氯等。其循環(huán)是指那些對(duì)有機(jī)體有毒有害的物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)食物鏈富集或被分解的過(guò)程。系統(tǒng)，通過(guò)食物鏈富集或被分解的過(guò)程。 按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由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

30、一次性污染物在外界因素作用下發(fā)生變化，或入環(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。物，又稱繼發(fā)性污染物。 一般情況下，有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境，常常被空氣和水稀釋一般情況下，有毒物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境，常常被空氣和水稀釋到無(wú)害的程度，以致無(wú)法用儀器檢測(cè)。但是有毒有害物質(zhì)，到無(wú)害的程度，以致無(wú)法用儀器檢測(cè)。但是有毒有害物質(zhì)，尤其是人工合成的大分子有機(jī)化合物和不可分解的重金屬元尤其是人工合成的大分子有機(jī)化合物和不可分解的重金屬元素的循環(huán)，在生物體內(nèi)具有濃縮現(xiàn)象，在代謝過(guò)程中不能被素的循環(huán)

31、，在生物體內(nèi)具有濃縮現(xiàn)象，在代謝過(guò)程中不能被排除，而被生物體同化，長(zhǎng)期停留在生物體內(nèi)，造成有機(jī)體排除，而被生物體同化，長(zhǎng)期停留在生物體內(nèi)，造成有機(jī)體中毒、死亡。因?yàn)椋褐卸?、死亡。因?yàn)椋?（1）小劑量毒物在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期）小劑量毒物在生物體內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的積累和濃集，也可達(dá)到中毒致死的水平；（的積累和濃集，也可達(dá)到中毒致死的水平；（2）有毒物質(zhì)）有毒物質(zhì)在循環(huán)中經(jīng)過(guò)空氣流動(dòng)及水的搬運(yùn)以及在食物鏈上的流動(dòng)，在循環(huán)中經(jīng)過(guò)空氣流動(dòng)及水的搬運(yùn)以及在食物鏈上的流動(dòng)，常常使有毒物質(zhì)的毒性增加，進(jìn)而造成中毒的過(guò)程復(fù)雜化。常常使有毒物質(zhì)的毒性增加，進(jìn)而造成中毒的過(guò)程復(fù)雜化。這正是環(huán)境污染造成公害的原因。這正是環(huán)境

32、污染造成公害的原因。 隨著人類對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越大，向環(huán)境中排放的物質(zhì)隨著人類對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越大，向環(huán)境中排放的物質(zhì)的數(shù)量和種類仍在增加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物的影響的數(shù)量和種類仍在增加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物的影響也與日俱增，甚至引起生態(tài)災(zāi)難。對(duì)有毒物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中也與日俱增，甚至引起生態(tài)災(zāi)難。對(duì)有毒物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)規(guī)律的研究已成為保護(hù)人類自身所必須。循環(huán)規(guī)律的研究已成為保護(hù)人類自身所必須。二、有毒有害物質(zhì)循環(huán)實(shí)例有毒有害物質(zhì)循環(huán)實(shí)例（一）（一）DDT（有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑）（有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑） 特點(diǎn)：化學(xué)性能穩(wěn)定、不易分解、易擴(kuò)散、易被特點(diǎn)：化學(xué)性能穩(wěn)定、不易分解、易擴(kuò)散、易被有機(jī)體吸收并溶于脂肪、不易排泄。有機(jī)體吸收并溶于脂肪、不易排泄。 進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)途徑：進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)途徑： （1）植物莖、葉及根系）植物莖、葉及根系草食動(dòng)物草食動(dòng)物肉食動(dòng)物；（肉食動(dòng)物；（2）土壤）土壤土壤動(dòng)物土壤動(dòng)物食蟲(chóng)動(dòng)食蟲(chóng)動(dòng)物物食肉鳥(niǎo)類。沿食物鏈轉(zhuǎn)移并逐級(jí)濃縮營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，食肉鳥(niǎo)類。沿食物鏈轉(zhuǎn)移并逐級(jí)濃縮營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，富集能力越強(qiáng)，積累量越大；食物鏈越復(fù)雜，積累濃度富集能力越強(qiáng)，積累量越大；食物鏈越復(fù)雜，積累濃度越大。此過(guò)程稱為富集，或生物放大。越大。此過(guò)程稱為富集，或生物放大。 生物圈內(nèi)到處可見(jiàn)生物