第11章 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

1、 第十一章 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán) 第一節(jié) 物質(zhì)循環(huán)的一般特征第二節(jié) 水循環(huán)第三節(jié) 氣體循環(huán)第四節(jié) 沉積型循環(huán)第五節(jié) 有毒有害物質(zhì)的循環(huán) 第六節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán) 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)循環(huán)的一般特征物質(zhì)循環(huán)的一般特征一.物質(zhì)循環(huán)的概念v1.物質(zhì)循環(huán)（cycle of material）: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(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，此為物質(zhì)循環(huán)，又稱生物地球化學(xué)循環(huán)（biogeo-chemical cycle）。物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的起點：植物的吸收其過程：環(huán)境 生物 環(huán)境 v2.地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)1)、物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)

2、：大陸與海洋之間物質(zhì)循環(huán)變換。2)、生物小循環(huán)：植物營養(yǎng)元素在生物體與土壤間循環(huán)變化。 二.生命與元素大量元素：C、H、O、N、P等20多種微量元素：需要量很小，攝入過多會有副作用。 三.物質(zhì)循環(huán)的模式v1.庫：環(huán)境中某一元素相對集中的地方。 蓄庫：某種元素儲存最多的環(huán)境部分，每一種化學(xué)元素都存在一個或多個蓄存。 在庫里，元素的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常結(jié)合在生命系統(tǒng)中的數(shù)量，并且只能緩慢的將元素從蓄庫中放出。v2、流通量：通常用單位時間、單位面積內(nèi)通過的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對值來表示。 為了表達(dá)一個特定的流通過程對有關(guān)庫的相對重要性，用周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)時間來表示。v周轉(zhuǎn)率：是出入一個庫的流通量除以該庫中的營養(yǎng)物質(zhì)

3、的總量。 周轉(zhuǎn)率=流通量/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量v周轉(zhuǎn)時間就是庫中的營養(yǎng)物質(zhì)總量除以流通量。 周轉(zhuǎn)時間=庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通量v3、影響物質(zhì)循環(huán)的因素：（1）循環(huán)元素的性質(zhì)：即循環(huán)速率由循環(huán)元素的化學(xué)特性和被生物有機(jī)體利用的方式不同所致；（2）生物的生長速率：這一因素影響著生物對物質(zhì)的吸收速度和物質(zhì)在食物鏈中的運動速度；（3）有機(jī)物分解速率 四.生物地球化學(xué)循環(huán)類型v1.水循環(huán)（water cycle）：水的動態(tài)平衡 水分子從地球表面通過蒸發(fā)進(jìn)入大氣然后遇冷凝結(jié)，通過雨、雪、和其它降雪形成回到地球表面的過程，稱為水循環(huán)。 v2.氣體型循環(huán)（gaseous cycle）：主要蓄庫是大氣和海洋的物質(zhì)循

4、環(huán)。氣體型循環(huán)是把大氣和海洋緊密聯(lián)系在一起、具有明顯的全球性循環(huán)性質(zhì)的物質(zhì)循環(huán)。速度較快，來源充沛，不會枯竭，對于一時的變化能進(jìn)行迅速的自我調(diào)節(jié)。v3.沉積型循環(huán)(sedimentary cycle)：主要蓄庫是與巖石、土壤的物質(zhì)循環(huán)稱為沉積循環(huán)。 元素主要通過巖石的風(fēng)化作用，沉積物本身的分解作用轉(zhuǎn)化為生態(tài)系統(tǒng)可利用的物質(zhì)，沉積物轉(zhuǎn)化為巖石的過程是緩慢的物質(zhì)移動過程，且在循環(huán)中這些物質(zhì)又易被丟失到地殼蓄庫，成為生物有機(jī)體在很長時間內(nèi)不能利用的物質(zhì)。這類循環(huán)速度緩慢、非全球性，且由于蓄庫比較穩(wěn)定、遲鈍，遇到變化不易被調(diào)節(jié)。 第二節(jié)第二節(jié) 水循環(huán)水循環(huán) 一.水循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義v1.水是所有營養(yǎng)物質(zhì)

5、的介質(zhì)，這使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割的聯(lián)系在一起。v2、地球上水的運動又把陸地和水域聯(lián)系在一起,使局部生態(tài)系統(tǒng)和整個生物圈聯(lián)系在一起。v3、大量水防止地球上溫度的巨變。v4、水是物質(zhì)的很好溶劑，水在生態(tài)系統(tǒng)中起能量傳遞的作用。v5、水是地質(zhì)變化的動因之一。二.水循環(huán)的驅(qū)動力v1.從能量動力學(xué)分析表明是太陽能驅(qū)動全球水循環(huán)。 海洋、陸地在太陽光的照耀下不斷蒸發(fā)水分。v2.植物在水循環(huán)中的作用是極其巨大的。（植物蒸騰作用：形成1g初級生產(chǎn)，蒸騰500g水，陸地水分蒸騰55*1012m3/a，增加了空氣中的水分，促進(jìn)全球水循環(huán)。）三.全球的水循環(huán)-一種平衡狀態(tài)v水平衡：地球上的蒸發(fā)量和降水量總

6、的來說是相等的，即通過蒸發(fā)和降水兩種形式，地球上的水分達(dá)到平衡狀態(tài)。v但不同表面、不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)量是不同的。陸地：蒸發(fā)量降水量。海陸之間的水量平衡通過地表徑流實現(xiàn)。 四.生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)v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。v 大氣水汽遇冷凝結(jié)降水截留水（植物的截流量降雨量）滲透水（最大田間持水量）地下水、地表水徑流。 五.人類活動與水循環(huán)v1.人類的生活和經(jīng)濟(jì)活動所需水的類型 飲用水，生活用水，農(nóng)業(yè)用水，工業(yè)用水，內(nèi)河航行。v2.影響大氣污染：空氣中細(xì)粒的增加，刺激水汽的凝結(jié)過程，影響不同地區(qū)的降水量和降水質(zhì)量，污染物形成化合物。城市化：地表硬化，滲透消失，地表

7、徑流增加第三節(jié) 氣體循環(huán) 一.碳循環(huán) 蓄庫：巖石圈、大氣、海洋 循環(huán)途徑 人類活動對碳循環(huán)過程的影響v二.氮循環(huán)：典型的氣體型循環(huán) 復(fù)雜的生物循環(huán)過程：生物活動 蓄庫：占大氣的79%，且不能為生物直接利用。 生物利用方式：氨態(tài)氮 硝態(tài)氮（為主） 固氮的途徑（3種）：一是通過閃電、宇宙射線、隕石、火山爆發(fā)活動的高能固氮，其結(jié)果形成氨或硝酸鹽。二是工業(yè)固氮。三是生物固氮，占地球固氮的90%。（固氮菌、根瘤菌和藍(lán)藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)的微生物）幾個概念v生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)，見250圖11-4v氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解為氨與氨化合物，氨溶于水即為氨離子，可為植物所吸收利用。v硝化作用：在通

8、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，供植物吸收利用。v反硝化作用：也稱脫氮作用，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榇髿獾?，回到大氣庫中?人類影響： 積極：工業(yè)固氮 消極：氧化氮輸入大氣，污染空氣，形成光化學(xué)煙霧；硝酸鹽輸入水系，水體富營養(yǎng)化；人類從事的生產(chǎn)活動，從森林、草原、農(nóng)田取走大量動植物殘體，取走氮元素。 氮污染：人類的糞便，尿第四節(jié) 沉積型循環(huán) 一.磷循環(huán)v磷循環(huán)（見251 圖11-5 生態(tài)系統(tǒng)中的磷循環(huán)）v在自然界中，磷由巖石圈移到水圈，磷不存在任何氣體形式的化合物。 v人類活動的影響： 開采加大磷的輸入：磷肥，洗滌劑 問題：水體富營養(yǎng)化，浮游植物瘋長、耗氧，浮游動物死亡、自溶、產(chǎn)生磷。 正反饋使系統(tǒng)遠(yuǎn)