農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流課件

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2022/11/8第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2022/11/2第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)1第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流[教學(xué)目的]

掌握農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流過程及對系統(tǒng)整體功能的影響，掌握碳、氮、磷和水四種重要物質(zhì)的循環(huán)過程與生態(tài)后果，掌握提高農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)效率的途徑和方法。

[教學(xué)重點(diǎn)]生物地球化學(xué)循環(huán)的概念、地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)過程，碳、氮、磷和水四種物質(zhì)的循環(huán)路徑及特點(diǎn)，“溫室效應(yīng)”、水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因，維持農(nóng)田N素、P素平衡的基本途徑，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)一般模式的內(nèi)容，我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的特征，保持農(nóng)田養(yǎng)分平衡的基本途徑，生態(tài)系統(tǒng)物流的分析方法。

[教學(xué)難點(diǎn)]物質(zhì)循環(huán)概念、生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、物流模型的設(shè)計。

[教學(xué)方法]課堂教學(xué)，以四種重要物質(zhì)的循環(huán)路徑分析，透析生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的可能出現(xiàn)的生態(tài)后果及解決途徑。[教學(xué)內(nèi)容]

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流[教學(xué)目的]第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系21．物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。2．有機(jī)體和生態(tài)系統(tǒng)為了生存與發(fā)展，除了不斷輸入能量外，還須不斷輸入物質(zhì)，因此物質(zhì)既是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量和信息的載體，起著雙重作用。3．能量和物質(zhì)是同時沿著食物鏈流動和傳遞的。但能量流動是單方向的，是一個不斷耗散的過程；而物質(zhì)流動則是循環(huán)的。生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過根系從土壤中吸收礦物質(zhì)和水分，由葉片吸收CO2，以太陽能為動力合成有機(jī)物質(zhì)，然后沿著食物鏈移動。在每次物質(zhì)轉(zhuǎn)移中都有物質(zhì)丟失，但丟失的部分都將回到環(huán)境，被植物重新吸收.利用。因此物質(zhì)是可以循環(huán)的，并且是周而復(fù)始地被利用。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流1．物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。第四章農(nóng)3第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流

§1基本概念和原理§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)§3物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境問題§4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流4§1生物地球化學(xué)循環(huán)基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogechemicalcycles）二、物質(zhì)循環(huán)的庫（pool)、流（Flow）三、周年率與周轉(zhuǎn)期四、循環(huán)效率第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§1生物地球化學(xué)循環(huán)基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（B5一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemicalcycles）（一）概念：各種化學(xué)元素，包括原生質(zhì)中必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，在生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈里，沿著特定的途徑從周圍環(huán)境到生物體，再從生物體到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動和循環(huán)，這些不同的循環(huán)途徑就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。（二）類型：1．根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期不同，可分為：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemicalcycl6（1）地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有機(jī)體內(nèi)，然后生物以死體、殘體、排泄物等形式返回環(huán)境，進(jìn)入五大自然圈的循環(huán)。大氣圈水圈五大自然圈土壤圈巖石圈生物圈第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（1）地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有7地質(zhì)大循環(huán)的主要特點(diǎn)：時間長、范圍廣，影響面廣，具有全球性質(zhì)，是閉合性循環(huán)。(幾百年、幾千年、幾百萬年，甚至上億年)，如：①大氣中的CO2通過生物圈的光合和呼吸作用約好400年循環(huán)一次。②O2通過生物代謝，約2000年循環(huán)一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過生物圈的吸收、排泄、蒸騰，每當(dāng)200萬年才循環(huán)一次。④至于由巖石土壤圈風(fēng)化出的礦物元素循環(huán)一次則需要更長的時間，甚至要經(jīng)過幾億年。

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流地質(zhì)大循環(huán)的主要特點(diǎn)：時間長、范圍廣，影響面廣，具有全球性質(zhì)8（2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)分解者分解成無機(jī)態(tài)進(jìn)入環(huán)境，再次為生產(chǎn)者吸收利用。特點(diǎn)：在一個系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，范圍小、時間短、速度快，是開放式的循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中被相9第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流102．根據(jù)循環(huán)主要是與大氣圈，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根據(jù)物質(zhì)在五大自然庫的庫存量的主次、大小和固定的時間長短）（1）氣體型（Gaseoustypes）:

其貯存庫在大氣中。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過大氣進(jìn)行擴(kuò)散，彌漫于陸地或海洋上，在很短時間內(nèi)又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大氣儲存庫。對于干擾可相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。因此，從全球意義上看，這類循環(huán)是比較完全的循環(huán)。（2）沉積型（Sedimentarytypes）

其貯存庫在地殼里。經(jīng)風(fēng)化作用從陸巖石緩慢釋放的某些化合物或元素被植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成并沿食物鏈運(yùn)轉(zhuǎn)，然后動植物有機(jī)體經(jīng)微生物的分解作用又將元素返回環(huán)境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入海洋，經(jīng)沉降，淀積和成巖作用變成巖石，當(dāng)巖石被抬升并遭受風(fēng)化作用時，該循環(huán)才算完成。這類循環(huán)是是緩慢的，傾向于不完全的循環(huán)，并且容易被局部干擾所破壞。如P、S、Ca、I、K、Na等循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．根據(jù)循環(huán)主要是與大氣圈，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根11二、物質(zhì)循環(huán)的庫(Pool)與流（Flow）1．流(flow)生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)不是靜止不動的，而是不斷地流動著。

能量和物質(zhì)通過食物鏈形成的轉(zhuǎn)移運(yùn)動狀態(tài)，稱為流。生態(tài)系統(tǒng)中主要的流有物質(zhì)流、能量流和信息流。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高的生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)的流量大，流速快且暢通無阻。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、物質(zhì)循環(huán)的庫(Pool)與流（Flow）1．流(12

2．庫（pool）

生態(tài)系統(tǒng)中能量和物質(zhì)在運(yùn)動過程中被暫時固定、貯存的場所，稱為庫。生態(tài)系統(tǒng)的各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主要有植物庫（農(nóng)作物、蔬菜、果樹、林木、牧草等），動物庫（畜、禽，蟲等）土壤庫、大氣庫和水體庫。庫存（S）---庫在某一時刻所貯存的某一化學(xué)元素的數(shù)量。物質(zhì)循環(huán)的庫在生物地球化學(xué)循環(huán)可分為兩大類：貯存庫：（Reservoirpool）容積大，活動緩慢一般為環(huán)境庫。交換庫：（Exchangepool）容積小，與外界進(jìn)行物質(zhì)交換比較活躍，一般為生物成分。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．庫（pool）第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流133．庫與流的作用及相互關(guān)系

（1）沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收，固定，轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。（2）沒有流，庫與庫之間不能聯(lián)系與溝通，則物質(zhì)循環(huán)阻塞，生物無以維持，生態(tài)系統(tǒng)也將瓦解。（3）庫的吸收，固定和貯存的能力，不僅決定于生物種群的特性，也決定于循環(huán)。（4）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，生物種群所具有的捕獲、吸收和轉(zhuǎn)化能量與物質(zhì)的性能和效率，決定了流的數(shù)量和速度，也決定了能量和物質(zhì)在生物種群之間的分配的定量關(guān)系。（5）一個高效的生態(tài)系統(tǒng)，必須是庫容量大，流動暢通。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流3．庫與流的作用及相互關(guān)系（1）沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收14三、周轉(zhuǎn)期與周轉(zhuǎn)率三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期－－衡量物質(zhì)流動效率的指標(biāo)輸入（FI）1．流通率（flowrate）：單位時間內(nèi)出入庫的物質(zhì)流量

輸出（FO）2．周轉(zhuǎn)率：系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，流通率（FI或FO）與庫存（S）的比例。R＝F／S3．周轉(zhuǎn)期：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該庫的全部物質(zhì)全部更換一次平均需要的時間。

T＝S／F四、循環(huán)效率：循環(huán)物質(zhì)占總輸入物質(zhì)的比例EC＝FC／FI第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流三、周轉(zhuǎn)期與周轉(zhuǎn)率三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期－－衡量物質(zhì)流動效率15§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)一、碳循環(huán)二、氮循環(huán)三、磷循環(huán)四、水循環(huán)五、硫循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)一、碳循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流16一、碳循環(huán)（一）概況1．CCycle是所有養(yǎng)分循環(huán)中最簡單的一種，但對生命的意義卻是十分重要的。C是有機(jī)物的基本成分，占干重的49％。2．C的來源是CO20.14％為CO2無機(jī)態(tài)占大部分地殼沉積物中地球上總碳量為261015噸化石64％：煤、石油、碳有機(jī)態(tài)有機(jī)殘體占42％：土壤和水中占0.15％

生物體成分占4％第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、碳循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流17（二）CCycle基本過程

CCycle是從光合作用固定空氣中的CO2開始的。1．大氣庫與生物組分之間的循環(huán)（1）特點(diǎn)：①這是一生物過程

②屬于氣相循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（二）CCycle基本過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)18碳循環(huán)(2)過程CO2通過綠色植物的光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，CO2和水形成CH2O，然后在系統(tǒng)中流動，其流動途徑：①沿食物鏈傳遞：這種過程是最理想的，C一直在生態(tài)系統(tǒng)的生物組分中。②生物的呼吸作用，使CO2返回到大氣。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)(2)過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流19第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流20第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流21第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流22碳循環(huán)2．大氣與海洋間的交換（1）特點(diǎn)：①這是一自然過程，生物不能控制。②海洋溶解的CO2是大氣庫中CO2的50倍，因而海洋對大氣中的[CO2]具有緩沖機(jī)制。（2）過程：3．沉積循環(huán)：（1）特點(diǎn)：①這是一自然過程——這種途徑C素經(jīng)化石、石灰?guī)r或油頁巖等固態(tài)過程，有相當(dāng)長一段時間離開了氣相循環(huán)，離開了生物圈，進(jìn)入了地質(zhì)大循環(huán)。②這是自然界最大一個庫。（2）過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)2．大氣與海洋間的交換第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流23碳循環(huán)4．人類活動的干預(yù)在空氣中，[CO2]≈0.04％，但自第二次工業(yè)革命（1850年）后，人類大量砍伐森林、開采化石燃料，從而將幾百萬年前被光合作用固定的C通過燃燒又釋放到大氣中。據(jù)統(tǒng)計每年燃燒礦石釋放到大氣中的CO2約50－60億噸，雖然大部分被海洋吸收而緩沖，但仍有1／4保留在大氣中，使大氣[CO2]逐年上升。過去一百年，280mol.mol-1→355mol.mol-1。由于CO2對紅外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此CO2的增加將產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。雖然[CO2]↑有利于光合作用增強(qiáng)，但也導(dǎo)致全球近地表溫度升高，這對全球的氣候，大氣環(huán)境。降雨……等將產(chǎn)生一系列不利于人類的影響。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)4．人類活動的干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流24第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流25碳循環(huán)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題1．養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制：1）生物控制：通過食物鏈控制2）人為控制：通過食物輸入、產(chǎn)品輸出等控制2．農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)要求促進(jìn)和保護(hù)生物控制這就面臨兩個選擇：動植物殘體的去向（1）肥料：提高地力（以有機(jī)物形式返回土壤）第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流26碳循環(huán)（2）燃料：以CO2形式返回大氣→土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量不足→土壤微生物C源不足→土壤有機(jī)質(zhì)含量↓→地力衰退。燃料發(fā)展中國家，因人口多耕地少，大量砍伐森林耕地沙漠化（Negro）毀林的結(jié)果地力下降、廣種薄收因此必須提供輔助能源為生活能源，同時大力控制人口數(shù)量解決糧食，耕地問題。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流27二、氮循環(huán)（一）概況1．N是生物體中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不可缺少的元素。2．N的主要庫存是大氣――主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。在大氣中占79％，總貯量約48106億噸，但不可被植物直接利用，必須通過固N(yùn)作用。（二）N循環(huán)基本過程1．固氮作用是氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、氮循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流28氮循環(huán)1）生物固N(yùn)：每年175106噸

①固N(yùn)生物：根瘤菌藍(lán)綠藻農(nóng)業(yè)上利用根瘤菌較多，占全部生物固N(yùn)的40％左右，因此農(nóng)田中靠包括豆科作物在內(nèi)的作物輪作來維持土壤的持續(xù)肥力是非常重要的，稻田的藍(lán)綠藻對增產(chǎn)亦有明顯的作用。固N(yùn)作用②N2NH4＋食物鏈2）工業(yè)固N(yùn)：45.9106噸（1977年）→100106噸（1997年）3）大氣固N(yùn)：通過閃電和宇宙射線固N(yùn)，7.6106噸。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)1）生物固N(yùn)：每年175106噸第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系292．生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流30第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流31氮循環(huán)3．人為干預(yù)1）干預(yù)途徑（方式）：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生物固N(yùn)工業(yè)固N(yùn)：占有20－40％2）問題①地下水污染由于施肥不當(dāng)，會使蔬菜、飼料中N累積過多或隨水流動進(jìn)入飲用水、地下水中。食物和飲用水中NO3－含量過高，在一定程度下生成的亞硝胺是致癌物質(zhì)。美國明尼蘇達(dá)州1947年－1950年149例兒童獲亞鐵血紅蛋白癥，有14例死亡，查明原因是由于飲用的地下水中被硝酸鹽污染。而NO4－在烹調(diào)過程中和消化道中形成NO2－，NO2－，與血紅蛋白給合，使其載氧能力受到損害第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)3．人為干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流32氮循環(huán)②水體富養(yǎng)化：A.定義：當(dāng)水體中的總磷＞20mg/m3，無機(jī)N＞400mg/m3時，可以認(rèn)為該水處于富營養(yǎng)化狀態(tài)(eutrophicwater)。B.來源：土壤中的N、P營養(yǎng)元素及生產(chǎn)、生活中的污水C.后果：水體中營養(yǎng)過分豐富，水生藻類繁茂，它們死亡后，在水體中腐爛分解，產(chǎn)生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水質(zhì)變壞。同時有機(jī)質(zhì)分解時大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升時，會造成魚類和其它水生動物的死亡。大多數(shù)江河湖沼中N和P是光合自養(yǎng)生物的主要限制因子，一旦增加這些養(yǎng)分，初級生產(chǎn)大大提高。在某些情況下這是好的，為此有時還有意識地在魚塘中施肥。但必須避免水體富養(yǎng)化第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)②水體富養(yǎng)化：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流33氮循環(huán)③破壞臭O3層反硝化作用產(chǎn)生的N2O進(jìn)入大氣后會破壞臭O3層N2O＋O3→2NO＋O2NO＋O3→NO2＋O2若臭O3層玻壞5％，進(jìn)入地球的紫外線會增加10％，結(jié)果會使皮膚癌的發(fā)病率大為提高。據(jù)推測，在今后幾年內(nèi)農(nóng)業(yè)使用的氮肥約有1－6％成為N2O進(jìn)入大氣。2000年，臭O3層密度減少2％，在南極、北極均發(fā)現(xiàn)臭O3層空洞。④作物偏N谷類作物，塊根塊莖作物偏N→營養(yǎng)生長過度經(jīng)濟(jì)系數(shù)低對病蟲害抗性下降第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)③破壞臭O3層第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流34第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流35第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流36碳-氮循環(huán)動態(tài)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳-氮循環(huán)動態(tài)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流37三、磷循環(huán)（一）特點(diǎn)：典型的沉積循環(huán)，以不活躍的地殼作為主要貯存庫，是一種不完的循環(huán)，其時間尺度地質(zhì)時間，因而從人類的觀點(diǎn)看，進(jìn)入了沉積循環(huán)的磷就作為是損失掉了，因此這部分磷在短期內(nèi)對生物無效。（二）過程從循環(huán)的過程看，在循環(huán)過程中P總是有損失的，為增加P循環(huán)的封閉性，必須盡量減少陸生生態(tài)系統(tǒng)的損失。如讓P經(jīng)常貯存在有機(jī)體中則不易流失，貯存在土壤中卻極易因土壤侵蝕流失掉。如圖所示NEXT第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流三、磷循環(huán)（一）特點(diǎn)：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流38return第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流return第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流39第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流40第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流41磷循環(huán)（三）人類干預(yù)1．大量開采磷礦，加劇了P的損失，以后會造成資源枯竭。現(xiàn)地殼中磷約含純磷約198億噸，按現(xiàn)在的消費(fèi)率計算可持續(xù)用1750年，若考慮到P的消費(fèi)率增長是人口增長的2.76倍，則90年內(nèi)將耗盡。2．農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中P的虧損途徑：①水土流失②農(nóng)產(chǎn)品輸出3．污染（1）營養(yǎng)富集西、北歐美大量施用P肥和含P的合成洗滌→水體富養(yǎng)化→水質(zhì)惡化→漁業(yè)資源減少（2）放射性物質(zhì)污染磷礦石中含放射性的鈾、釷等物質(zhì)，經(jīng)常施P使土壤放射性物質(zhì)增加，影響作物生長和產(chǎn)品質(zhì)量。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流磷循環(huán)（三）人類干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流42水體富營養(yǎng)化

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水體富營養(yǎng)化第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流43四、水循環(huán)（一）概況水是生物圈中最豐富的化合物，以固、液、氣三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大氣中共含有15億Km3的水。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流四、水循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流44水循環(huán)其中：海洋液態(tài)咸水：97％

3／4：固態(tài)水。在兩極的冰帽和冰川中淡水（4％）90％：地下水1／4：陸地中水10％：土壤水分，淡水湖泊、河流及大氣含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)其中：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流45

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流46第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流47水循環(huán)（二）水循環(huán)過程1．三個基本環(huán)節(jié)：降水（P）、蒸發(fā)（E）、徑流（R），這三個基本環(huán)節(jié)相連構(gòu)成了水循環(huán)。水在生物圈的循環(huán)可以看作是從水域開始，再回到水域而終止。1）水域中的水受太陽輻射而蒸發(fā)（E）進(jìn)入大氣2）大氣中的水汽隨氣壓變化而流動，并聚集為云4）云以雨、雪、霧、等形式降落到地球表面4）到達(dá)地表面的水，一部分直接形成地表面徑流進(jìn)入江河，匯入海洋。一部分滲入土壤內(nèi)部：大部分通過地下徑流而進(jìn)入海洋，接近土壤部分為植物吸收第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（二）水循環(huán)過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流48水循環(huán)（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸騰散失到大氣中，只有小部分為光合作用同化形成有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，再經(jīng)過生命的呼吸與排泄進(jìn)入環(huán)境。內(nèi)因：其相變――P和E水循環(huán)外因：水的重力梯度（R）和太陽輻射第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸騰散失到大氣中，只有49水循環(huán)全球上水分循環(huán)有兩種途徑：①通過相變和大氣環(huán)流形成蒸發(fā)和降雨②通過熱力學(xué)梯度與勢能梯度的作用以洋流和徑流的方式運(yùn)動第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)全球上水分循環(huán)有兩種途徑：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流50水循環(huán)2．水循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ)水的溶解性使它在物質(zhì)循環(huán)中起到載體的作用，任何生物地球化學(xué)循環(huán)都有水的參與。元素的遷移、流動和積累都離不開水。從宏觀看：從陸地到海洋的徑流每年攜帶4.6109T物質(zhì)，造成嚴(yán)重的水土流失。從微觀看：根系吸收礦物質(zhì)也需水的攜帶因此，水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)中最基本的物質(zhì)循環(huán)，水分是養(yǎng)分循環(huán)的重要動力。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)2．水循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物51水循環(huán)（三）影響區(qū)域水分平衡的因素降雨量P徑流量R蒸發(fā)量E植被截留量水分平衡公式：P－E－R－△W＝0

輸入：降水P，人工灌溉輸出：蒸發(fā)E，徑流R第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（三）影響區(qū)域水分平衡的因素第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流52水循環(huán)1．降雨量P：受地形、太陽輻射，大氣環(huán)流等因素影響，可在當(dāng)?shù)貧庀笳荆ㄅ_）獲得有關(guān)降雨的資料。不同地區(qū)降雨不同：①我國臺灣地省的火燒寮1964年9月10－11日降雨1245mm，為世界最大一次降雨量②蘇丹的沃地哈發(fā)49年來總降雨才0.5mm③智利的依奇立14年來完全沒有降雨第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流53水循環(huán)2．徑流量R（陸地→水體）：與當(dāng)?shù)刂脖桓采w率有關(guān)，可實(shí)測或據(jù)經(jīng)驗公式推算3．蒸發(fā)量E：為植物蒸騰耗水與裸露地面和水體蒸發(fā)散失水分的總和4．植被截留量第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)2．徑流量R（陸地→水體）：與當(dāng)?shù)刂脖桓采w率有關(guān)，可實(shí)54水循環(huán)（四）森林調(diào)節(jié)水分循環(huán)的重要作用1．豐茂的森林可截留夏季降水量的20－40％（草地為5－14％）2．樹冠有強(qiáng)大的蒸騰作用：比同緯度的海洋蒸發(fā)的水分多50％3．林區(qū)比無林、少林區(qū)降水量多40％4．在坡地，森林可減輕對土壤的侵蝕作用：林地內(nèi)地表徑流比無林地少10％。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（四）森林調(diào)節(jié)水分循環(huán)的重要作用第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)55五、硫循環(huán)硫循環(huán)硫是半胱氨酸，蛋氨酸的組分，在protein分子中二硫鍵有助于形成立體結(jié)構(gòu)。S還是輔酶如硫銨素，輔酶COA的組分。S在自然界含量并不多。1．特點(diǎn)：既屬于氣體型又屬于沉積型（1）長時間的沉積相：束縛在有機(jī)、無機(jī)沉積物中的硫通過風(fēng)化、分解而釋放，以鹽溶液形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流五、硫循環(huán)硫循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流56Return退出主目錄主菜單返回第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流Return退出主目錄主菜單返回第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流57硫循環(huán)2）氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨：缺O(jiān)2條件為大氣中有機(jī)物中的硫H2SSO2硫細(xì)菌還原氧氣為水氣吸收SO2稀酸

↓降水大地生態(tài)系統(tǒng)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流硫循環(huán)2）氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流58硫循環(huán)2．人類干預(yù)1）燃燒煤和石油每年向大氣輸送147106噸SO2。大氣[SO2]＞0.5mol.mol-1就會危害農(nóng)作物。如：1952年12月倫敦的毒霧事件，幾天內(nèi)死亡4000人，以后幾天陸續(xù)死亡上萬人，就是由于煤煙中的CO、CO2、SO2和大量粉塵經(jīng)久不散造成的。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流硫循環(huán)2．人類干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流59第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流60硫循環(huán)2）SO2的增加造成了酸雨通常大氣CO2溶解于雨水使正常降雨的PH值為5.7左右；然而由于空氣中SO2和氮化物的溶解，改變了降水的性質(zhì)。當(dāng)降雨的PH＜5.６時稱為“酸雨”。酸雨會直接灼燒植物，改變水土的PH值，對初級生產(chǎn)及其次級產(chǎn)生影響。酸雨被稱為空中“死神”，它使土壤、河湖酸化，動植物受害，魚類死亡。挪威和瑞典2400個湖泊，因酸雨魚類死亡了1／10。加拿大約5萬湖泊全部沒魚，稱為“水沙漠”，我國西北、四川、廣東、上海都記錄了酸雨現(xiàn)象。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流硫循環(huán)2）SO2的增加造成了酸雨第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流61硫循環(huán)酸雨確是空中“死神”，它有三大罪狀：1．污染水域，殺死水生動物2．加速土壤營養(yǎng)物質(zhì)的淋溶流失（Ca、Mg、K），土壤肥力下降并延緩植物的生長。――使本來固定在土壤中的有毒金屬如Al、Cu、鎘等溶解出來為植物吸收。瑞典、美國、巴西的森林枯萎。3．腐蝕建筑物雅典古神廟已被腐蝕得面目全非北京故宮的漢白玉石雕已有幾百年歷史。1952年拍攝的照片來看，浮雕的花紋還十分清晰，但今天已模糊不清了。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流硫循環(huán)酸雨確是空中“死神”，它有三大罪狀：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)62在北美和歐洲，酸雨殺死了幾千萬公頃的森林樹木?？瓷先ゾ拖窕馃^一樣，德國的森林有一半受酸雨影響。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流在北美和歐洲，酸雨殺死了幾千萬公頃的森林樹木?？瓷先ゾ拖窕馃?3

以C、N、P、S、H2O為例的物質(zhì)循環(huán)清楚地表明，各種物質(zhì)在全球范圍內(nèi)以及在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)、流動，越來越多地受到人類活動的干預(yù)。干預(yù)的結(jié)果是加速了物質(zhì)參與生物圈的過程。這對人類生產(chǎn)、生活是有利的；但另一方面，由此而產(chǎn)生的各種環(huán)境問題也必須予以重視。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流以C、N、P、S、H2O為例的物質(zhì)循環(huán)清楚地表64§3物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境問題一、有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集二、環(huán)境污染的危害第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§3物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境問題一、有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集第四章65一、有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集各種有毒有害物質(zhì)一旦進(jìn)入到生態(tài)系統(tǒng)，便立即參與物質(zhì)循環(huán)。在循環(huán)過程中性質(zhì)穩(wěn)定、易被生物體吸收的毒物質(zhì)沿著食物鏈在有機(jī)體內(nèi)不斷富積、濃縮。這就是在污染情況下，造成有機(jī)體的大量死亡的原因。食物鏈的濃集作用（生物學(xué)放大作用）：有毒物質(zhì)在沿食物鏈傳遞時，愈是上面的營養(yǎng)級，生物體內(nèi)有毒物質(zhì)的殘留濃度愈高。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集第四66有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集實(shí)例如DDT在生態(tài)系統(tǒng)中的富集作用（海中為0.00005ppm）。浮游植物→魚→河鷗→銀鷗0.04ppm1.2418.575.5第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集實(shí)例如DDT在生態(tài)系統(tǒng)中的富集作用（67二、環(huán)境污染的危害隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人類將大量對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利，但具有毒性的化學(xué)物質(zhì)挖掘出來，進(jìn)入了生物圈。（1）各種殺蟲劑、除草劑、農(nóng)藥、化肥等（2）礦山開發(fā)、原子反應(yīng)堆試驗、核電站的建立（3）工業(yè)“三廢”等污染大氣、水體和土壤，破壞生態(tài)平衡，嚴(yán)重者甚至造成公害第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、環(huán)境污染的危害第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流68三、主要環(huán)境污染的危害（一）大氣污染污染源：鉛煙、粉塵、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各種有機(jī)物。其中：1）SO2——五毒之首，形成酸雨；致癌作用。2）漂浮在大氣中的粉塵，會使太陽光照強(qiáng)度削弱，并和CO、CO2等毒氣體形成毒霧，影響人畜健康。3）氮氧化合物來自含N有機(jī)物燃燒，硝酸和氮肥的生產(chǎn)及交通車輛排放的廢氣。主要是NO，其毒性并不大，但進(jìn)入大氣后NO→NO2，毒性提高五倍。NO、NO2還與CO等受太陽輻射發(fā)生還原作用形成光化學(xué)煙霧，對動植物造成傷害。4）HF、CO：包頭鋼鐵廠排放大量F2和NO2氣體曾使88,000頭牲畜死亡。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流三、主要環(huán)境污染的危害（一）大氣污染第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流69（二）水污染1．汞、鎘、鉛、鉻、砷重金屬的污染人稱“五毒”，毒性：汞＞鎘特點(diǎn)：在水體中不能被微生物分解，危害較大2．水體富養(yǎng)化：見前3．熱污染和油污染1）工業(yè)冷卻用水回流，使水溫提高，直接危及水生生物的存活，同時打亂生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈關(guān)系。2）海上石油開采、運(yùn)輸及油船事故發(fā)生，使海水受到污染。不僅影響海中生物生長，且阻礙海水蒸發(fā)，削弱海水調(diào)溫和吸收CO2的作用。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（二）水污染第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流70我國三十條主要河流和湖泊，從松花江到珠江都受到不同程度的污染。還有氰化物污染，0.1g的氰化物可使人致死；在水CN－含量0.4－0.5mg/升時，可使魚類致死，但氰化物在水體中自凈作用較強(qiáng)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流我國三十條主要河流和湖泊，從松花江到珠江都受到不同程度的污染71（三）土壤污染污染源：①廠礦廢水廢渣的直接污染②大氣污染物的沉降和隨雨水進(jìn)入土壤③農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用化肥、農(nóng)藥、除草劑污染污染后果：土壤變得板結(jié)，貧瘠、鹽堿化，農(nóng)產(chǎn)品含毒，危及人畜健康。1．化肥1）一此有毒物質(zhì)如酚、氟、重金屬帶入農(nóng)田、植物因過量攝入而減產(chǎn)2）施N不當(dāng)會污染地下水和飲用水，NO2－過高產(chǎn)生致癌物質(zhì)；反硝化作用的N2O破壞臭氧層第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（三）土壤污染第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流722．農(nóng)藥：有機(jī)氯殺蟲劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易分含鉛、砷、汞的農(nóng)藥解殘留時間長，對土壤一些特異性的除草劑污染嚴(yán)重（1）污染環(huán)境：土壤、大氣、水體（2）農(nóng)產(chǎn)品殘毒性量高，影響人畜健康：廣州蔬菜中毒（3）不合理的化學(xué)控制，使益蟲減少，主要害蟲再次猖獗，次要害蟲上升為主要害蟲；農(nóng)田中用藥量增大，濃度增高，但防治效果反而下降。形成惡性循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．農(nóng)藥：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流73環(huán)境污染的危害原因：①天敵以害蟲為食，居食物鏈的上端，廣譜性殺蟲劑在天敵體內(nèi)富集濃縮，產(chǎn)生毒害作用更大②施用農(nóng)藥雖殺死害蟲，但并不消滅食物源；而對天敵來說，由于害蟲被殺死，同時也消滅了天敵的食物源③任何藥物都不能將害蟲滅絕，一旦害蟲開始活動，即可得到食物，迅速繁殖，但天敵因受食物限制而失去作用。所以不合理使用農(nóng)藥對天敵的傷害勝過對害蟲的殺傷作用。④由于害蟲體內(nèi)有解毒酶系統(tǒng)，只要“微調(diào)”就可以產(chǎn)生對其它農(nóng)藥的抗性，使藥效降低，危害加甚。1962年美國作家R．長遜就在《寂靜的春天》一書中告誡人們：“化學(xué)控制等于搬起石頭砸自己的腳”。主張防治害蟲采取新的策略。

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流環(huán)境污染的危害原因：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流74§4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸入、輸出與平衡二、調(diào)節(jié)農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)的途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸75一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸入、輸出與平衡（一）循環(huán)的特點(diǎn)非閉合的生態(tài)系統(tǒng)。1．產(chǎn)品大部分作為商品輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的養(yǎng)分隨之離開系統(tǒng)。輸出產(chǎn)品越多，被帶走的養(yǎng)分也越多。2．向系統(tǒng)內(nèi)歸還各種有機(jī)質(zhì)和施入大量的化學(xué)肥料，方能維持系統(tǒng)的養(yǎng)分相對平衡。有大量養(yǎng)分隨產(chǎn)品離開系統(tǒng)，又必須通過人類生產(chǎn)活動輸入養(yǎng)分才能維持平衡，這正是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)別。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸入、輸出與平衡（一）循環(huán)的特點(diǎn)第四761．古代原始農(nóng)業(yè)：人、畜的食物、飼料人、畜排泄物、褥草：歸還農(nóng)田特點(diǎn)：①生產(chǎn)力低，0.2人／分頃②自給自足，養(yǎng)分循環(huán)封閉程度高，基本維持自我平衡2．傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)初級產(chǎn)品：90％在系統(tǒng)內(nèi)消費(fèi)人畜禽的勞力，糞便：反饋輸入農(nóng)田特點(diǎn)：①生產(chǎn)力高，8.4人，大牲畜，4豬，2羊，14只禽兔／公頃②封閉程度低于原始農(nóng)業(yè)，但基本屬于自給性的不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)其封閉程度不同第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流1．古代原始農(nóng)業(yè)：不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)其封閉程度不同第四章農(nóng)業(yè)生773．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大量產(chǎn)品：流入市場肥料、種子、農(nóng)藥、食品等生產(chǎn)資料和生活物質(zhì)：返回系統(tǒng)，特點(diǎn)：①開放程度大，生產(chǎn)力和商品率高，供養(yǎng)人口多②缺乏自我維持平衡的能力，要靠大量投投入物質(zhì)才能彌補(bǔ)因輸出產(chǎn)品帶走的養(yǎng)分，維持系統(tǒng)的平衡。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流3．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流78（二）農(nóng)田養(yǎng)分的輸入與輸出施用化肥、有機(jī)肥輸入降水和灌溉水就氮素而言還有大氣的生物固氮收獲物的養(yǎng)分輸出淋失――滲漏到活動層下及側(cè)向滲透到系統(tǒng)輸出水平邊界外（29.9％）流失：地表徑流和侵蝕作用N還有反硝化及NH4的揮發(fā)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（二）農(nóng)田養(yǎng)分的輸入與輸出第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流79（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡1．農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡＞2，說明效率低1－2，平衡實(shí)際上還有些難以輸入／輸出量估計的輸出＜1，養(yǎng)分入不敷出，消耗地力，即使短期內(nèi)可以維持產(chǎn)量；長此以往必將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流802．農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分盈虧（1）由于人們長期馴化和選育，作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)和收獲率一般較高，因而自然歸還率較低。（2）作物秸桿作為收獲物被移走后，除少部分作飼料、肥料外，大部分用作燃料燒掉，使秸桿中所含大量有機(jī)質(zhì)不能還田。全國年產(chǎn)秸桿4.576億噸，用作燃料4.486億噸，占74％西北黃土高原區(qū)尤為突出。由于生產(chǎn)水平低，經(jīng)濟(jì)落后，不僅燒秸桿，還燒草根和畜糞。而燃燒秸桿和畜糞的熱值利用率極低（僅10％orso），且會造成結(jié)合態(tài)氮的大量揮發(fā)損失。致使養(yǎng)分輸出的多，參加循環(huán)的少，系統(tǒng)的物質(zhì)收支不平衡。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分盈虧第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流81據(jù)研究，對一年生植物，消耗超過凈生產(chǎn)的40－50％時，就會降低系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害的能力，即系統(tǒng)失去穩(wěn)定性。目前我國不少農(nóng)區(qū)大約有60％以上的物質(zhì)被移出系統(tǒng)，使農(nóng)業(yè)生態(tài)中的腐生食物鏈?zhǔn)艿絿?yán)重影響→有機(jī)質(zhì)含量↓→土壤肥力↓→抗旱力減弱→農(nóng)作物產(chǎn)量不高。Ⅰ東北地區(qū)：糧食商品率較高，土壤中N、K、P各種營養(yǎng)物質(zhì)嚴(yán)重虧損。平均每公頃農(nóng)田缺N：9.9kgK：4.2kgP：14.64kgⅡ南方平原稻區(qū)由于施肥水平較高，加上有傳統(tǒng)種綠肥的習(xí)慣，土壤中養(yǎng)分平衡狀況稍好：N較有盈余，而P、K則有虧缺。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流據(jù)研究，對一年生植物，消耗超過凈生產(chǎn)的40－50％時，就會降82二、調(diào)節(jié)農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)的途徑（一）合理搭配種植歸還率高的作物：如花生、大豆、綠肥、油菜。1．總歸還自然歸還：根茬、落花、落葉等有機(jī)質(zhì)理論歸還：可以歸還但一定歸還的養(yǎng)分如莢殼、莖桿2．從有機(jī)質(zhì)及營養(yǎng)元素的理論總歸還率來看，冬綠肥為含歸還作物，油菜為少取多還作物，水稻為半取半還作物4．對各種作物產(chǎn)品的處理方法不同，也關(guān)系著有機(jī)物質(zhì)和養(yǎng)分歸還率的高低。（1）花生、大豆、油菜：不僅自然歸還率高，而且經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品輸出的是CH化合物；返回的油餅和莖葉中所含的N、P、K等可保留在生態(tài)系統(tǒng)中。（2）棉花的棉籽油和纖維亦為CH化合物。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、調(diào)節(jié)農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)的途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流83（二）實(shí)行合理輪作在種植制度中安排綠肥或綠肥主作間套作，組成合理的輪作體系統(tǒng)，有利于維持農(nóng)田土壤養(yǎng)分平衡，恢復(fù)或提高地力，從而增產(chǎn)增收。（三）建立良性循環(huán)體系實(shí)行農(nóng)、林、牧結(jié)合，發(fā)展沼氣解決農(nóng)村能源問題，增加糞肥，擴(kuò)大物質(zhì)循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（二）實(shí)行合理輪作第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流84演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/11/8第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew85第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2022/11/8第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2022/11/2第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)86第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流[教學(xué)目的]

掌握農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流過程及對系統(tǒng)整體功能的影響，掌握碳、氮、磷和水四種重要物質(zhì)的循環(huán)過程與生態(tài)后果，掌握提高農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)效率的途徑和方法。

[教學(xué)重點(diǎn)]生物地球化學(xué)循環(huán)的概念、地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)過程，碳、氮、磷和水四種物質(zhì)的循環(huán)路徑及特點(diǎn)，“溫室效應(yīng)”、水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生的原因，維持農(nóng)田N素、P素平衡的基本途徑，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)一般模式的內(nèi)容，我國農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的特征，保持農(nóng)田養(yǎng)分平衡的基本途徑，生態(tài)系統(tǒng)物流的分析方法。

[教學(xué)難點(diǎn)]物質(zhì)循環(huán)概念、生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、物流模型的設(shè)計。

[教學(xué)方法]課堂教學(xué)，以四種重要物質(zhì)的循環(huán)路徑分析，透析生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的可能出現(xiàn)的生態(tài)后果及解決途徑。[教學(xué)內(nèi)容]

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流[教學(xué)目的]第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系871．物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。2．有機(jī)體和生態(tài)系統(tǒng)為了生存與發(fā)展，除了不斷輸入能量外，還須不斷輸入物質(zhì)，因此物質(zhì)既是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量和信息的載體，起著雙重作用。3．能量和物質(zhì)是同時沿著食物鏈流動和傳遞的。但能量流動是單方向的，是一個不斷耗散的過程；而物質(zhì)流動則是循環(huán)的。生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過根系從土壤中吸收礦物質(zhì)和水分，由葉片吸收CO2，以太陽能為動力合成有機(jī)物質(zhì)，然后沿著食物鏈移動。在每次物質(zhì)轉(zhuǎn)移中都有物質(zhì)丟失，但丟失的部分都將回到環(huán)境，被植物重新吸收.利用。因此物質(zhì)是可以循環(huán)的，并且是周而復(fù)始地被利用。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流1．物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。第四章農(nóng)88第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流

§1基本概念和原理§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)§3物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境問題§4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流89§1生物地球化學(xué)循環(huán)基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogechemicalcycles）二、物質(zhì)循環(huán)的庫（pool)、流（Flow）三、周年率與周轉(zhuǎn)期四、循環(huán)效率第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§1生物地球化學(xué)循環(huán)基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（B90一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemicalcycles）（一）概念：各種化學(xué)元素，包括原生質(zhì)中必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，在生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈里，沿著特定的途徑從周圍環(huán)境到生物體，再從生物體到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動和循環(huán)，這些不同的循環(huán)途徑就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。（二）類型：1．根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期不同，可分為：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemicalcycl91（1）地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有機(jī)體內(nèi)，然后生物以死體、殘體、排泄物等形式返回環(huán)境，進(jìn)入五大自然圈的循環(huán)。大氣圈水圈五大自然圈土壤圈巖石圈生物圈第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（1）地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有92地質(zhì)大循環(huán)的主要特點(diǎn)：時間長、范圍廣，影響面廣，具有全球性質(zhì)，是閉合性循環(huán)。(幾百年、幾千年、幾百萬年，甚至上億年)，如：①大氣中的CO2通過生物圈的光合和呼吸作用約好400年循環(huán)一次。②O2通過生物代謝，約2000年循環(huán)一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過生物圈的吸收、排泄、蒸騰，每當(dāng)200萬年才循環(huán)一次。④至于由巖石土壤圈風(fēng)化出的礦物元素循環(huán)一次則需要更長的時間，甚至要經(jīng)過幾億年。

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流地質(zhì)大循環(huán)的主要特點(diǎn)：時間長、范圍廣，影響面廣，具有全球性質(zhì)93（2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)分解者分解成無機(jī)態(tài)進(jìn)入環(huán)境，再次為生產(chǎn)者吸收利用。特點(diǎn)：在一個系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，范圍小、時間短、速度快，是開放式的循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中被相94第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流952．根據(jù)循環(huán)主要是與大氣圈，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根據(jù)物質(zhì)在五大自然庫的庫存量的主次、大小和固定的時間長短）（1）氣體型（Gaseoustypes）:

其貯存庫在大氣中。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過大氣進(jìn)行擴(kuò)散，彌漫于陸地或海洋上，在很短時間內(nèi)又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大氣儲存庫。對于干擾可相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。因此，從全球意義上看，這類循環(huán)是比較完全的循環(huán)。（2）沉積型（Sedimentarytypes）

其貯存庫在地殼里。經(jīng)風(fēng)化作用從陸巖石緩慢釋放的某些化合物或元素被植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成并沿食物鏈運(yùn)轉(zhuǎn)，然后動植物有機(jī)體經(jīng)微生物的分解作用又將元素返回環(huán)境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入海洋，經(jīng)沉降，淀積和成巖作用變成巖石，當(dāng)巖石被抬升并遭受風(fēng)化作用時，該循環(huán)才算完成。這類循環(huán)是是緩慢的，傾向于不完全的循環(huán)，并且容易被局部干擾所破壞。如P、S、Ca、I、K、Na等循環(huán)。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．根據(jù)循環(huán)主要是與大氣圈，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根96二、物質(zhì)循環(huán)的庫(Pool)與流（Flow）1．流(flow)生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)不是靜止不動的，而是不斷地流動著。

能量和物質(zhì)通過食物鏈形成的轉(zhuǎn)移運(yùn)動狀態(tài)，稱為流。生態(tài)系統(tǒng)中主要的流有物質(zhì)流、能量流和信息流。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高的生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)的流量大，流速快且暢通無阻。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、物質(zhì)循環(huán)的庫(Pool)與流（Flow）1．流(97

2．庫（pool）

生態(tài)系統(tǒng)中能量和物質(zhì)在運(yùn)動過程中被暫時固定、貯存的場所，稱為庫。生態(tài)系統(tǒng)的各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主要有植物庫（農(nóng)作物、蔬菜、果樹、林木、牧草等），動物庫（畜、禽，蟲等）土壤庫、大氣庫和水體庫。庫存（S）---庫在某一時刻所貯存的某一化學(xué)元素的數(shù)量。物質(zhì)循環(huán)的庫在生物地球化學(xué)循環(huán)可分為兩大類：貯存庫：（Reservoirpool）容積大，活動緩慢一般為環(huán)境庫。交換庫：（Exchangepool）容積小，與外界進(jìn)行物質(zhì)交換比較活躍，一般為生物成分。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．庫（pool）第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流983．庫與流的作用及相互關(guān)系

（1）沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收，固定，轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。（2）沒有流，庫與庫之間不能聯(lián)系與溝通，則物質(zhì)循環(huán)阻塞，生物無以維持，生態(tài)系統(tǒng)也將瓦解。（3）庫的吸收，固定和貯存的能力，不僅決定于生物種群的特性，也決定于循環(huán)。（4）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，生物種群所具有的捕獲、吸收和轉(zhuǎn)化能量與物質(zhì)的性能和效率，決定了流的數(shù)量和速度，也決定了能量和物質(zhì)在生物種群之間的分配的定量關(guān)系。（5）一個高效的生態(tài)系統(tǒng)，必須是庫容量大，流動暢通。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流3．庫與流的作用及相互關(guān)系（1）沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收99三、周轉(zhuǎn)期與周轉(zhuǎn)率三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期－－衡量物質(zhì)流動效率的指標(biāo)輸入（FI）1．流通率（flowrate）：單位時間內(nèi)出入庫的物質(zhì)流量

輸出（FO）2．周轉(zhuǎn)率：系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，流通率（FI或FO）與庫存（S）的比例。R＝F／S3．周轉(zhuǎn)期：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該庫的全部物質(zhì)全部更換一次平均需要的時間。

T＝S／F四、循環(huán)效率：循環(huán)物質(zhì)占總輸入物質(zhì)的比例EC＝FC／FI第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流三、周轉(zhuǎn)期與周轉(zhuǎn)率三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期－－衡量物質(zhì)流動效率100§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)一、碳循環(huán)二、氮循環(huán)三、磷循環(huán)四、水循環(huán)五、硫循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流§2幾種重要物質(zhì)的循環(huán)一、碳循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流101一、碳循環(huán)（一）概況1．CCycle是所有養(yǎng)分循環(huán)中最簡單的一種，但對生命的意義卻是十分重要的。C是有機(jī)物的基本成分，占干重的49％。2．C的來源是CO20.14％為CO2無機(jī)態(tài)占大部分地殼沉積物中地球上總碳量為261015噸化石64％：煤、石油、碳有機(jī)態(tài)有機(jī)殘體占42％：土壤和水中占0.15％

生物體成分占4％第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流一、碳循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流102（二）CCycle基本過程

CCycle是從光合作用固定空氣中的CO2開始的。1．大氣庫與生物組分之間的循環(huán)（1）特點(diǎn)：①這是一生物過程

②屬于氣相循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流（二）CCycle基本過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)103碳循環(huán)(2)過程CO2通過綠色植物的光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，CO2和水形成CH2O，然后在系統(tǒng)中流動，其流動途徑：①沿食物鏈傳遞：這種過程是最理想的，C一直在生態(tài)系統(tǒng)的生物組分中。②生物的呼吸作用，使CO2返回到大氣。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)(2)過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流104第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流105第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流106第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流107碳循環(huán)2．大氣與海洋間的交換（1）特點(diǎn)：①這是一自然過程，生物不能控制。②海洋溶解的CO2是大氣庫中CO2的50倍，因而海洋對大氣中的[CO2]具有緩沖機(jī)制。（2）過程：3．沉積循環(huán)：（1）特點(diǎn)：①這是一自然過程——這種途徑C素經(jīng)化石、石灰?guī)r或油頁巖等固態(tài)過程，有相當(dāng)長一段時間離開了氣相循環(huán)，離開了生物圈，進(jìn)入了地質(zhì)大循環(huán)。②這是自然界最大一個庫。（2）過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)2．大氣與海洋間的交換第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流108碳循環(huán)4．人類活動的干預(yù)在空氣中，[CO2]≈0.04％，但自第二次工業(yè)革命（1850年）后，人類大量砍伐森林、開采化石燃料，從而將幾百萬年前被光合作用固定的C通過燃燒又釋放到大氣中。據(jù)統(tǒng)計每年燃燒礦石釋放到大氣中的CO2約50－60億噸，雖然大部分被海洋吸收而緩沖，但仍有1／4保留在大氣中，使大氣[CO2]逐年上升。過去一百年，280mol.mol-1→355mol.mol-1。由于CO2對紅外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此CO2的增加將產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。雖然[CO2]↑有利于光合作用增強(qiáng)，但也導(dǎo)致全球近地表溫度升高，這對全球的氣候，大氣環(huán)境。降雨……等將產(chǎn)生一系列不利于人類的影響。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)4．人類活動的干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流109第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流110碳循環(huán)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題1．養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制：1）生物控制：通過食物鏈控制2）人為控制：通過食物輸入、產(chǎn)品輸出等控制2．農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)要求促進(jìn)和保護(hù)生物控制這就面臨兩個選擇：動植物殘體的去向（1）肥料：提高地力（以有機(jī)物形式返回土壤）第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流111碳循環(huán)（2）燃料：以CO2形式返回大氣→土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量不足→土壤微生物C源不足→土壤有機(jī)質(zhì)含量↓→地力衰退。燃料發(fā)展中國家，因人口多耕地少，大量砍伐森林耕地沙漠化（Negro）毀林的結(jié)果地力下降、廣種薄收因此必須提供輔助能源為生活能源，同時大力控制人口數(shù)量解決糧食，耕地問題。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳循環(huán)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流112二、氮循環(huán)（一）概況1．N是生物體中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不可缺少的元素。2．N的主要庫存是大氣――主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。在大氣中占79％，總貯量約48106億噸，但不可被植物直接利用，必須通過固N(yùn)作用。（二）N循環(huán)基本過程1．固氮作用是氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流二、氮循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流113氮循環(huán)1）生物固N(yùn)：每年175106噸

①固N(yùn)生物：根瘤菌藍(lán)綠藻農(nóng)業(yè)上利用根瘤菌較多，占全部生物固N(yùn)的40％左右，因此農(nóng)田中靠包括豆科作物在內(nèi)的作物輪作來維持土壤的持續(xù)肥力是非常重要的，稻田的藍(lán)綠藻對增產(chǎn)亦有明顯的作用。固N(yùn)作用②N2NH4＋食物鏈2）工業(yè)固N(yùn)：45.9106噸（1977年）→100106噸（1997年）3）大氣固N(yùn)：通過閃電和宇宙射線固N(yùn)，7.6106噸。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)1）生物固N(yùn)：每年175106噸第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系1142．生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流2．生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流115第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流116氮循環(huán)3．人為干預(yù)1）干預(yù)途徑（方式）：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生物固N(yùn)工業(yè)固N(yùn)：占有20－40％2）問題①地下水污染由于施肥不當(dāng)，會使蔬菜、飼料中N累積過多或隨水流動進(jìn)入飲用水、地下水中。食物和飲用水中NO3－含量過高，在一定程度下生成的亞硝胺是致癌物質(zhì)。美國明尼蘇達(dá)州1947年－1950年149例兒童獲亞鐵血紅蛋白癥，有14例死亡，查明原因是由于飲用的地下水中被硝酸鹽污染。而NO4－在烹調(diào)過程中和消化道中形成NO2－，NO2－，與血紅蛋白給合，使其載氧能力受到損害第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)3．人為干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流117氮循環(huán)②水體富養(yǎng)化：A.定義：當(dāng)水體中的總磷＞20mg/m3，無機(jī)N＞400mg/m3時，可以認(rèn)為該水處于富營養(yǎng)化狀態(tài)(eutrophicwater)。B.來源：土壤中的N、P營養(yǎng)元素及生產(chǎn)、生活中的污水C.后果：水體中營養(yǎng)過分豐富，水生藻類繁茂，它們死亡后，在水體中腐爛分解，產(chǎn)生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水質(zhì)變壞。同時有機(jī)質(zhì)分解時大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升時，會造成魚類和其它水生動物的死亡。大多數(shù)江河湖沼中N和P是光合自養(yǎng)生物的主要限制因子，一旦增加這些養(yǎng)分，初級生產(chǎn)大大提高。在某些情況下這是好的，為此有時還有意識地在魚塘中施肥。但必須避免水體富養(yǎng)化第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)②水體富養(yǎng)化：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流118氮循環(huán)③破壞臭O3層反硝化作用產(chǎn)生的N2O進(jìn)入大氣后會破壞臭O3層N2O＋O3→2NO＋O2NO＋O3→NO2＋O2若臭O3層玻壞5％，進(jìn)入地球的紫外線會增加10％，結(jié)果會使皮膚癌的發(fā)病率大為提高。據(jù)推測，在今后幾年內(nèi)農(nóng)業(yè)使用的氮肥約有1－6％成為N2O進(jìn)入大氣。2000年，臭O3層密度減少2％，在南極、北極均發(fā)現(xiàn)臭O3層空洞。④作物偏N谷類作物，塊根塊莖作物偏N→營養(yǎng)生長過度經(jīng)濟(jì)系數(shù)低對病蟲害抗性下降第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流氮循環(huán)③破壞臭O3層第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流119第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流120第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流121碳-氮循環(huán)動態(tài)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流碳-氮循環(huán)動態(tài)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流122三、磷循環(huán)（一）特點(diǎn)：典型的沉積循環(huán)，以不活躍的地殼作為主要貯存庫，是一種不完的循環(huán)，其時間尺度地質(zhì)時間，因而從人類的觀點(diǎn)看，進(jìn)入了沉積循環(huán)的磷就作為是損失掉了，因此這部分磷在短期內(nèi)對生物無效。（二）過程從循環(huán)的過程看，在循環(huán)過程中P總是有損失的，為增加P循環(huán)的封閉性，必須盡量減少陸生生態(tài)系統(tǒng)的損失。如讓P經(jīng)常貯存在有機(jī)體中則不易流失，貯存在土壤中卻極易因土壤侵蝕流失掉。如圖所示NEXT第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流三、磷循環(huán)（一）特點(diǎn)：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流123return第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流return第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流124第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流125第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流126磷循環(huán)（三）人類干預(yù)1．大量開采磷礦，加劇了P的損失，以后會造成資源枯竭?，F(xiàn)地殼中磷約含純磷約198億噸，按現(xiàn)在的消費(fèi)率計算可持續(xù)用1750年，若考慮到P的消費(fèi)率增長是人口增長的2.76倍，則90年內(nèi)將耗盡。2．農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中P的虧損途徑：①水土流失②農(nóng)產(chǎn)品輸出3．污染（1）營養(yǎng)富集西、北歐美大量施用P肥和含P的合成洗滌→水體富養(yǎng)化→水質(zhì)惡化→漁業(yè)資源減少（2）放射性物質(zhì)污染磷礦石中含放射性的鈾、釷等物質(zhì)，經(jīng)常施P使土壤放射性物質(zhì)增加，影響作物生長和產(chǎn)品質(zhì)量。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流磷循環(huán)（三）人類干預(yù)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流127水體富營養(yǎng)化

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水體富營養(yǎng)化第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流128四、水循環(huán)（一）概況水是生物圈中最豐富的化合物，以固、液、氣三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大氣中共含有15億Km3的水。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流四、水循環(huán)（一）概況第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流129水循環(huán)其中：海洋液態(tài)咸水：97％

3／4：固態(tài)水。在兩極的冰帽和冰川中淡水（4％）90％：地下水1／4：陸地中水10％：土壤水分，淡水湖泊、河流及大氣含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)其中：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流130

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流

第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流131第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流132水循環(huán)（二）水循環(huán)過程1．三個基本環(huán)節(jié)：降水（P）、蒸發(fā)（E）、徑流（R），這三個基本環(huán)節(jié)相連構(gòu)成了水循環(huán)。水在生物圈的循環(huán)可以看作是從水域開始，再回到水域而終止。1）水域中的水受太陽輻射而蒸發(fā)（E）進(jìn)入大氣2）大氣中的水汽隨氣壓變化而流動，并聚集為云4）云以雨、雪、霧、等形式降落到地球表面4）到達(dá)地表面的水，一部分直接形成地表面徑流進(jìn)入江河，匯入海洋。一部分滲入土壤內(nèi)部：大部分通過地下徑流而進(jìn)入海洋，接近土壤部分為植物吸收第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（二）水循環(huán)過程第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流133水循環(huán)（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸騰散失到大氣中，只有小部分為光合作用同化形成有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，再經(jīng)過生命的呼吸與排泄進(jìn)入環(huán)境。內(nèi)因：其相變――P和E水循環(huán)外因：水的重力梯度（R）和太陽輻射第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸騰散失到大氣中，只有134水循環(huán)全球上水分循環(huán)有兩種途徑：①通過相變和大氣環(huán)流形成蒸發(fā)和降雨②通過熱力學(xué)梯度與勢能梯度的作用以洋流和徑流的方式運(yùn)動第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)全球上水分循環(huán)有兩種途徑：第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流135水循環(huán)2．水循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ)水的溶解性使它在物質(zhì)循環(huán)中起到載體的作用，任何生物地球化學(xué)循環(huán)都有水的參與。元素的遷移、流動和積累都離不開水。從宏觀看：從陸地到海洋的徑流每年攜帶4.6109T物質(zhì)，造成嚴(yán)重的水土流失。從微觀看：根系吸收礦物質(zhì)也需水的攜帶因此，水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)中最基本的物質(zhì)循環(huán)，水分是養(yǎng)分循環(huán)的重要動力。第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)2．水循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ)第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物136水循環(huán)（三）影響區(qū)域水分平衡的因素降雨量P徑流量R蒸發(fā)量E植被截留量水分平衡公式：P－E－R－△W＝0

輸入：降水P，人工灌溉輸出：蒸發(fā)E，徑流R第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流水循環(huán)（三）影響區(qū)域水分平衡的因素第四章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流137水循環(huán)1．降雨量P：受地形、太陽輻射，大氣環(huán)流等因素影響