第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件

第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)主要內(nèi)容：生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問題

第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)主要內(nèi)容：物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)一樣，也是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。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，還必須不斷輸入物質(zhì)，因此，物質(zhì)既是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量的載體，起著雙重作用。能量和物質(zhì)同時(shí)沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)、傳遞。能量流動(dòng)是單方向的，而物質(zhì)流動(dòng)則是循環(huán)的。物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)一樣，也是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。有機(jī)體和生有機(jī)物貯存第一性生產(chǎn)呼吸呼吸呼吸呼吸土壤庫營養(yǎng)物輸入營養(yǎng)物輸出植食動(dòng)物肉食動(dòng)物分解者能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)有機(jī)物第一性生產(chǎn)呼吸呼吸呼吸呼吸土壤庫營養(yǎng)物輸入營養(yǎng)物輸?shù)谝还?jié)生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)一、物質(zhì)循環(huán)的基本概念（一）、生物地球化學(xué)循環(huán)地球上的各種化學(xué)元素和營養(yǎng)物質(zhì)在自然動(dòng)力和生命動(dòng)力的作用下，在不同層次的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個(gè)生物圈里，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，從生物體再到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動(dòng)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)。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)一、物質(zhì)循環(huán)的基本概念（一）、1、根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期的不同，可將生物地球化學(xué)循環(huán)分為地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)。地質(zhì)大循環(huán)：指物質(zhì)或元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入生物有機(jī)體內(nèi)，然后生物有機(jī)體以死體、殘?bào)w或排泄物形式將物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入大氣、水、巖石、土壤和生物五大自然圈層的循環(huán)。特點(diǎn)：時(shí)間長、范圍廣、影響面廣，是閉合式的循環(huán)。1、根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期的不同，可將生物地球化學(xué)循生物小循環(huán)：指環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)過分解者的作用回到環(huán)境后再為生產(chǎn)者吸收、利用的循環(huán)過程。特點(diǎn)：范圍小、時(shí)間短，速度快，是一種開放式的循環(huán)。生物小循環(huán)：指環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，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)系分為氣相型和沉積型。氣相型：貯存庫是大氣和海洋。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空，在很短的時(shí)間內(nèi)可以為植物重新利用。例如CO2、N2、O2等,水實(shí)際上也屬于這種類型。特點(diǎn)：循環(huán)速度快、周轉(zhuǎn)率高、流通量大。因此，從全球意義上看，這類循環(huán)是比較完全的循環(huán)。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系,具有明顯的全球性。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)系分為沉積型：主要貯存庫是地殼。貯存在地殼里的礦物元素，經(jīng)過自然風(fēng)化和人類的開采冶煉，從陸地巖石中釋放出來，為植物所吸收，參與生命物質(zhì)的形成，并沿食物鏈轉(zhuǎn)移。然后，由動(dòng)植物殘?bào)w或排泄物經(jīng)微生物的分解作用，將元素返回環(huán)境。除一部分保留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)入江河，匯入海洋，經(jīng)過沉降、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(shí)，該循環(huán)才算完成。特點(diǎn)：循環(huán)緩慢，并且容易因局部干擾而失去平衡，成為“不完全”的循環(huán)。沉積型：主要貯存庫是地殼。貯存在地殼里的礦物元素，經(jīng)過自然風(fēng)（二）、物質(zhì)循環(huán)的庫與流1、物質(zhì)循環(huán)庫庫：物質(zhì)在循環(huán)過程中被暫時(shí)固定、貯存的場所。生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的庫主要有：植物庫、動(dòng)物庫、土壤庫、大氣庫和水體庫——5大庫。（二）、物質(zhì)循環(huán)的庫與流1、物質(zhì)循環(huán)庫庫：物質(zhì)在循環(huán)過程中被生物地球化學(xué)循環(huán)中，物質(zhì)循環(huán)的庫可歸為兩大類：貯存庫：容積大，物質(zhì)交換活動(dòng)緩慢，一般為環(huán)境成分。如土壤為磷的貯存庫。交換庫：容積小，物質(zhì)交換活躍，一般為生物成分。如植物為磷的交換庫。生物地球化學(xué)循環(huán)中，物質(zhì)循環(huán)的庫可歸為兩大類：2、物質(zhì)循環(huán)的流：流：指物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)有兩個(gè)主要的流：物流與能流。此外還有信息流。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)流流量多，而且暢通無阻。2、物質(zhì)循環(huán)的流：流：指物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。生庫與流的關(guān)系：沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收、固定、轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。沒有流，庫與庫之間就不能聯(lián)系、溝通，生命無以維持，生態(tài)系統(tǒng)必將瓦解。一個(gè)高效的生態(tài)系統(tǒng)必須是庫要大，流要暢。庫與流的關(guān)系：周轉(zhuǎn)率（R）：指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分（庫）中的物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所流出的量（FO）或流入的量（FI）占庫存總量（S）的比值。即R=FO/S或FI/SFOSR=orR=FIS

周轉(zhuǎn)期（T）：指某組分的物質(zhì)全部更換平均需要的時(shí)間。它是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)。即T=1/R（三）、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期周轉(zhuǎn)率（R）：指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分（庫）中的物質(zhì)在周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期是衡量物質(zhì)流動(dòng)（或交換）效率高低的兩個(gè)重要指標(biāo)。物質(zhì)的周轉(zhuǎn)率用于生物的生長稱為更新率。一年生植物當(dāng)生育期結(jié)束時(shí)生物的最大現(xiàn)存量與年生長量大體相等，更新率接近1。物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中，周轉(zhuǎn)率越高，則周轉(zhuǎn)一次所需的時(shí)間越短。例：大氣圈中所含的水分一年約更新34次，周轉(zhuǎn)時(shí)間只有10.5天。海洋中的硅，周轉(zhuǎn)時(shí)間約8000年。一年生植物的更新期（周轉(zhuǎn)期）為1年。周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期是衡量物質(zhì)流動(dòng)（或交換）效率高低的兩個(gè)重要指（四）、循環(huán)效率EC=FC/FIFCFI循環(huán)物質(zhì)（FC）占總輸入物質(zhì)（FI）的比例，稱物質(zhì)的循環(huán)效率（EC）。當(dāng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中某一組分的庫存物質(zhì)，一部分或全部流出該組分，但末離開系統(tǒng)，并最終返回該組分時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了物質(zhì)循環(huán)。（四）、循環(huán)效率EC=FC/FIFCFI循環(huán)物質(zhì)（FC）當(dāng)農(nóng)二、物質(zhì)循環(huán)的基本原理1、物質(zhì)不滅定律：物質(zhì)不滅定律認(rèn)為，化學(xué)方法可以改變物質(zhì)的成分，但不能改變物質(zhì)的量，即在一般的化學(xué)變化過程中，察覺不到物質(zhì)在量上的增加或減少。2、質(zhì)能守恒定律：

質(zhì)能守恒定律認(rèn)為，世界不存在沒有能量的物質(zhì)質(zhì)量，也不存在沒有質(zhì)量的物質(zhì)能量。質(zhì)量和能量作為一個(gè)統(tǒng)一體，其總量在任何過程中都是保持不變的守恒量。二、物質(zhì)循環(huán)的基本原理1、物質(zhì)不滅定律：物質(zhì)不滅定律認(rèn)為，三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)1、能量和物質(zhì)的輸入與輸出量大而且比較迅速。2、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)不單發(fā)生于“生物—環(huán)境”系統(tǒng)中，而是進(jìn)行于“生物—環(huán)境—社會(huì)”系統(tǒng)之中，途徑多，變化大。3、可改變物質(zhì)原有的自然循環(huán)過程。與自然生態(tài)系統(tǒng)相比,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)帶有許多人工調(diào)控的特色。三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)1、能量和物質(zhì)的輸入與輸出量大農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)氣體循環(huán)水分循環(huán)養(yǎng)分循環(huán)污染物循環(huán)光合作用與呼吸作用相關(guān)的氣體交換溫室效應(yīng)氣體的釋放與固定降水灌溉地下水有機(jī)質(zhì)鉀微量元素重金屬農(nóng)藥固體廢棄物氮磷污水化肥農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)氣體循環(huán)水分循環(huán)養(yǎng)分循環(huán)污染物循環(huán)第二節(jié)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)CNPKSH2O碳循環(huán)氮循環(huán)磷循環(huán)鉀循環(huán)硫循環(huán)水循環(huán)第二節(jié)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)CNPKSH2O碳循環(huán)氮一、碳循環(huán)1、基本概況碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的主要元素之一，又是能量的源泉。碳主要貯藏在大氣、生物體、土壤、水圈和巖石圈幾個(gè)庫中。地球上的碳絕大部分以碳酸鹽和非碳酸鹽沉積物的形式儲(chǔ)存在巖石圈中，其次是儲(chǔ)存在海洋中，大氣圈、生物圈和土壤中的碳量較少。C的來源是CO2。只有CO2形態(tài)的碳才能被植物吸收和利用，才能進(jìn)入碳循環(huán)。一、碳循環(huán)1、基本概況碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的主要元素之一，又是2、碳循環(huán)途徑有：（1）、生物小循環(huán)在生物圈中綠色植物的光合作用是推動(dòng)碳循環(huán)的主要?jiǎng)恿Α＂偌?xì)胞水平上的循環(huán)：在光合作用和呼吸作用之間的循環(huán)。②個(gè)體水平上的循環(huán)：大氣CO2和植物體之間的循環(huán)。光合作用呼吸作用大氣CO2

植物體2、碳循環(huán)途徑有：（1）、生物小循環(huán)在生物圈中綠色植物的光

③食物鏈水平上的循環(huán)：大氣CO2──植物──動(dòng)物──微生物之間的循。大氣CO2植物動(dòng)物微生物殘?bào)w、尸體、排泄物分解光合③食物鏈水平上的循環(huán)：大氣CO2──植物──動(dòng)物──微（2）、地質(zhì)大循環(huán)碳以動(dòng)植物有機(jī)體形式深埋地下，在還原條件下，形成化石燃料，于是碳便進(jìn)入了地質(zhì)大循環(huán)。當(dāng)人們開采利用這些化石燃料時(shí)，CO2被再次釋放進(jìn)入大氣。另一方面，大量的CO2和水反應(yīng)形成碳酸氫鹽和碳酸鹽，許多動(dòng)物，如貝類的殼就含有碳酸鹽，這些動(dòng)物死亡后碳酸鹽或成溶解狀態(tài)，或在風(fēng)化和地殼運(yùn)動(dòng)中被暴露或成為沉積物，各種形式的碳化合物受剝蝕，最終都會(huì)產(chǎn)生CO2。（2）、地質(zhì)大循環(huán)碳以動(dòng)植物有機(jī)體形式深埋地下，在還原條件下大氣圈CO2

生物殘?bào)w生物有機(jī)體徑流、水土流失攜帶碳量固定沉積沉積固定風(fēng)化溶蝕歸還歸還土壤呼吸有機(jī)質(zhì)分解CO2固定交換釋放溶解吸收

巖石圈(化石燃料)生物圈水圈土壤圈呼吸分解光合作用植物燃燒化石燃料燃燒大氣圈生物殘?bào)w生物有機(jī)體徑流、水土流失攜3、人類活動(dòng)的干預(yù)第二次工業(yè)革命以來，大量化石燃料的燃燒，改變了原有的碳素平衡狀態(tài)。每年因燃燒放回到大氣中的化石燃料碳50～60億噸，因農(nóng)業(yè)土壤耕作返回大氣的碳約20億噸（1970年估計(jì)值），同時(shí)由于森林被砍伐，減少了對(duì)CO2的固定，因此，盡管海洋能夠吸收近2/3的額外碳源，仍然避免不了全球大氣CO2濃度的升高。雖然CO2濃度增高有利于植物光合作用的增強(qiáng)，但CO2的“溫室效應(yīng)”將導(dǎo)致全球溫度升高和降水分布的改變。3、人類活動(dòng)的干預(yù)第二次工業(yè)革命以來，大量化石燃料的燃燒，過去100年中(1860-1960)大氣中CO2濃度由290ppm升高到314ppm。最近20年中，大氣CO2濃度平均每年增加1ppm（由314ppm升高到336ppm）。過去100年中(1860-1960)大氣中CO2濃度由290

4、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題（1）養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制生物控制：通過食物鏈控制。人為控制：通過食物輸入、產(chǎn)品的輸出等控制.（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(gè)選擇（動(dòng)植物的殘?bào)w的去向）：

肥料：提高地力（以有機(jī)形式返回土壤）

燃料：CO2的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)含量下降地力衰退。4、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題二、氮循環(huán)1、基本概況氮是生命物質(zhì)的關(guān)鍵組分，是生物體中氨基酸、葉綠素、DNA、RNA等不可缺少的元素。地球上的氮素很多，但94%的在巖石圈中，不參與氮循環(huán)，其余6%大部分存在于大氣中。氮的主要庫存是大氣-----主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。大氣中氮的含量為79%，總量約38×1016億t，氮是一種很不活潑的氣體，不能為大多數(shù)生物直接利用。只有通過固氮途徑，轉(zhuǎn)為硝酸鹽或氨的形態(tài)，才能為生物吸收利用。二、氮循環(huán)1、基本概況氮是生命物質(zhì)的關(guān)鍵組分，是生物體中氨2、氮循環(huán)的基本過程（1）固氮作用是氮循環(huán)（氣態(tài)循環(huán)）的重要機(jī)制地球上固氮作用的途徑有三種：生物固氮、工業(yè)固氮和高能固氮(大氣固氮)。

生物固氮：每年可固氮175×106t。生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮?dú)膺€原成氨的過程。N2固氮作用NH4+食物鏈生物固氮是自然生態(tài)系統(tǒng)中氮的主要來源。2、氮循環(huán)的基本過程（1）固氮作用是氮循環(huán)（氣態(tài)循環(huán)）的重要2.工業(yè)固氮：45.9×106（1977年）～100×106t（1997年）。用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨的過程。即N2+3H2=2NH33.大氣固氮(高能固氮)：每年可固氮7.6×106t。如閃電等高空瞬間放電所產(chǎn)生的高能，可以使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸，氨和硝酸則由雨水帶到地面。2.工業(yè)固氮：用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨的過（2）、生態(tài)系統(tǒng)的氮流途徑（2）、生態(tài)系統(tǒng)的氮流途徑生物和化學(xué)固氮揮發(fā)損失氨化作用硝化亞硝化分解分解流失吸收吸收合成作用還原合成化學(xué)合成反硝化作用生物遺體分解N2NO3-NH3有機(jī)氨NO2-植物動(dòng)物空氣分解土壤生物

農(nóng)業(yè)中的氮素循環(huán)示意圖生物和化學(xué)固氮揮發(fā)損失氨化作用硝化亞硝化分解分流吸收吸合成3、人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的干擾（1）含氮有機(jī)物的燃燒產(chǎn)生大量氮氧化物污染大氣。（2）過度耕墾使土壤氮素肥力(有機(jī)氮)下降。（3）發(fā)展工業(yè)固氮,忽視或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循環(huán)失調(diào)。其中，人類的農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的影響主要是由于不合理的作物耕作方式以及氮肥施用而引起氮素的流失與虧損。其主要途徑包括:反硝化;氨揮發(fā);淋失;地表徑流和土壤侵蝕。（4）城市化和集約化農(nóng)牧業(yè)使人畜廢棄物的自然再循環(huán)受阻。3、人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的干擾（1）含氮有機(jī)物的燃燒產(chǎn)生大量氮氧

4、氮素流失對(duì)環(huán)境的影響（1）地下水污染。由于施肥不當(dāng),農(nóng)田滲漏水中的NO3-–N和NO2-–N可污染地下水，人畜飲用后會(huì)造成嚴(yán)重危害。（2）造成地表水體的富營養(yǎng)化。當(dāng)水體的總磷＞20mg/m3,無機(jī)氮的含量＞400mg/m3，可以認(rèn)為該水處于富營養(yǎng)化的狀態(tài)。水體富營養(yǎng)化，則水生藻類大量繁殖，其死亡后在水中腐爛分解，產(chǎn)生大量的CH4、H2S、CO2、NH3等，使水質(zhì)變壞,同時(shí)，有機(jī)質(zhì)分解時(shí)要消耗水中的大量的溶解氧，當(dāng)水中的溶解O2少于4mg/L時(shí)，會(huì)造成魚類和其他水生生物死亡。（3）農(nóng)作物從土壤中吸收過量的氮素后，易引起各種病蟲害,并影響作物的品質(zhì)。（4）作物和蔬菜中硝酸鹽的積累可通過食物鏈進(jìn)入人體和牲畜體內(nèi),進(jìn)而形成亞硝酸鹽,嚴(yán)重危害人畜健康.亞硝酸鹽在機(jī)體內(nèi)可與仲胺結(jié)成亞硝酸胺--致癌、致突變、致畸形物質(zhì)。（5）破壞臭氧層。反硝化作用產(chǎn)生的N2O進(jìn)入大氣后會(huì)破壞臭氧層，會(huì)使皮膚癌的發(fā)病率大為提高，同時(shí)擾亂動(dòng)植物的正常生長。4、氮素流失對(duì)環(huán)境的影響（1）地下水污染。由于施肥不當(dāng),農(nóng)5、農(nóng)田氮素調(diào)控的途徑（1）改進(jìn)氮肥施用技術(shù)。（2）平衡施肥與測土施肥。（3）硝化抑制劑的應(yīng)用（4）合理灌溉。（5）做好水土保持工作，防止水土流失和土壤侵蝕。（6）合理配合施用有機(jī)肥料和化學(xué)氮肥，使之既能培肥土壤又能滿足作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的氮素需求。包括分次施肥、氮肥深施、施用緩效氮肥。如瞇基硫脲、雙氰胺等的應(yīng)用。5、農(nóng)田氮素調(diào)控的途徑（1）改進(jìn)氮肥施用技術(shù)。包括分次施肥、三、磷循環(huán)1、基本概況磷是生命信息元素，是細(xì)胞內(nèi)一切生化作用的能量基礎(chǔ)。磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫。地球上的磷大量存在于巖石、土壤、海水中。據(jù)分析，巖石圈中貯磷量為5×1016t，土壤圈中貯磷量為6.2×1010t，土壤中的磷絕大部分是無機(jī)態(tài),有機(jī)態(tài)磷平均只占土壤磷的10%左右。水圈的貯磷量為11.0×1010t，大氣圈中貯磷很少，約1.3×104t，主要集中在近地面的懸浮顆粒上。磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)。三、磷循環(huán)1、基本概況磷是生命信息元素，是細(xì)胞內(nèi)一切生化作2、磷循環(huán)的途徑磷循環(huán)屬于較簡單的沉積型循環(huán)。在自然界中，土壤中的磷素，一部分溶解于地表水中，一部分則隨土壤礦物一起在水土流失中離開土壤，沿著河流匯入海洋。在海洋中的磷素只有小部分被浮游植物吸收，并沿食物鏈傳遞。人類在捕魚過程中可將一部分磷返回陸地，另外，海鳥糞便中的磷也可返回陸地。水土流失中絕大部磷會(huì)在海洋中以磷酸鹽的形式沉積于海底，被固定形成新的磷酸鹽巖石，這部分磷只有在海底巖石重新暴露于地表風(fēng)化后形成土壤中的速效磷，或者被人工開采后以化肥的形式供給植物。2、磷循環(huán)的途徑磷循環(huán)屬于較簡單的沉積型循環(huán)。在自然界中，磷循環(huán)（phosphoruscycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地海洋死有機(jī)物土壤中的無機(jī)磷活有機(jī)物死有機(jī)物深海的磷活有機(jī)物捕魚鳥糞懸浮在水中隨河水帶走攝取排泄死亡下沉分解沉積溶解于水上升風(fēng)化開采攝取排泄死亡上涌磷循環(huán)（phosphoruscycle）沉積型循環(huán)沉積物中巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)入植物體內(nèi)，含磷有機(jī)物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘?bào)w歸還土壤。以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。各種含磷有機(jī)化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)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)。巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)磷的循環(huán)：.磷肥的輸入.土壤磷素侵蝕損失及淋失:磷素?fù)p失.植物和動(dòng)物吸收:磷的輸出.生物歸還:磷的輸入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)磷的循環(huán)：3、人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的影響（1）人類對(duì)磷礦資源的開采與消耗。

據(jù)統(tǒng)計(jì),從1935～1990年間,磷礦總開采量為3.79×109t，相當(dāng)于5×108t磷,1990年全球磷礦開采量為1.5×108t,當(dāng)于2×107t磷,按此速度地球上的磷礦可開采750年,使磷資源面臨枯竭的威脅。（2）磷肥的施用與流失。施用磷肥補(bǔ)充有效磷，產(chǎn)品移出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)又使磷含量下降，同時(shí)水土流失、肥料淋失又會(huì)導(dǎo)致土壤中磷的損失。

（3）污染。

營養(yǎng)富集一方面，大量施用磷肥。另一方面家庭污水（含磷洗滌劑）、工業(yè)廢水，尤其是農(nóng)業(yè)徑流所攜帶的大量N、P等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體后，易造成水體的富營養(yǎng)化、赤潮等環(huán)境問題，使?jié)O業(yè)資源減少。放射性污染磷礦石、磷肥中含有重金屬和放射性物質(zhì)，長期大量施用磷肥，會(huì)使土壤污染，影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。3、人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的影響（1）人類對(duì)磷礦資源的開采與消耗。四、硫循環(huán)硫是原生質(zhì)體的重要組分,是半胱氨酸、蛋氨酸等物質(zhì)的組成成分。它的主要蓄庫是巖石圈。1、硫循環(huán)途徑硫循環(huán)既屬于氣體型又屬于沉積型。即硫循環(huán)包括長期的沉積階段（有機(jī)或無機(jī)沉積物中）和短期的氣體階段。巖石庫中的硫酸鹽主要通過生物的分解和自然風(fēng)化作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。在生物圈中，硫主要經(jīng)H2S、SO2、SO42-等形態(tài)參與流通。四、硫循環(huán)硫是原生質(zhì)體的重要組分,是半胱氨酸、蛋氨酸等物質(zhì)的硫循環(huán)硫循環(huán)氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨：有機(jī)物中的硫缺氧條件硫細(xì)菌還原H2S大氣中O2SO2SO2水氣吸收酸雨生態(tài)系統(tǒng)降水氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨：有機(jī)物中的硫缺氧條件硫細(xì)菌還原H2第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件2、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的硫素平衡農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中硫的輸入途徑：土壤礦物的風(fēng)化分解.大氣的硫沉降作用.施用含硫肥料.灌溉水中含硫化合物的輸入.海濱地區(qū),海水中的硫在風(fēng)和潮汐的作用下,通過空氣進(jìn)入土壤,也可通過地下水上升進(jìn)入土壤.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中硫的輸出途徑：土壤硫隨水土流失.硫的氣態(tài)揮發(fā).作物收獲移走.從總體上來說,我國土壤中硫素的輸入大于輸出2、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的硫素平衡農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中硫的輸入途徑：農(nóng)業(yè)3、人類活動(dòng)對(duì)硫平衡的影響主要是人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致SO2的大量排放（1）.燃煤20世紀(jì)80年代。全球燃煤區(qū)排放SO2為7.0×107~8.0×107t/年，占全球人為排放SO2的80%以上，我國1998年SO2為1.5×107t。主要途徑:（2）.燃油全球80年代排放SO2為1×107t/年。（3）.礦冶低價(jià)S被氧化成SO2排入到大氣中，全球排放SO2為7.0×106~1.0×107t/年，約占總排放量的10%。（4）.農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致硫的揮發(fā)在嫌氣條件下，微生物分解有機(jī)硫化合物時(shí)，產(chǎn)生許多揮發(fā)性氣體，除了H2S外，還有CS2等，這些氣體以擴(kuò)散方式進(jìn)入大氣。3、人類活動(dòng)對(duì)硫平衡的影響主要是人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致SO2的我國三大酸雨區(qū):西南酸雨區(qū)：是僅次于華中酸雨區(qū)的降水污染嚴(yán)重區(qū)域。

華中酸雨區(qū)：目前它已成為全國酸雨污染范圍最大,中心強(qiáng)度最高的酸雨污染區(qū)。華東沿海酸雨區(qū)：它的污染強(qiáng)度低于華中、西南酸雨區(qū)酸雨及其危害酸雨：PH值小于5.6的雨。對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響

土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風(fēng)化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物，植物長期和過量的吸收鋁，會(huì)中毒，甚至死亡：酸雨能加速土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)元素的流失；改變土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤貧瘠化；酸雨還能誘發(fā)植物病蟲害。土壤酸化對(duì)土壤微生物的影響酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖，降低酶活性，土壤中的固氮菌、細(xì)菌和放線菌均會(huì)明顯受到酸雨的抑制。對(duì)歷史建筑、文物的影響酸雨能使非金屬建筑材料(混凝土、砂漿和灰砂磚)表面硬化水泥溶解,出現(xiàn)空洞和裂縫,導(dǎo)致強(qiáng)度降低，從而建筑物損壞。建筑材料變臟、變黑,影響城市市容質(zhì)量和城市景觀,被人們稱之為“黑殼”效應(yīng)。

我國三大酸雨區(qū):酸雨及其危害酸雨：PH值小于5.6的雨。對(duì)五、鉀循環(huán)1、概況鉀主要分布在代謝活躍的器官和組織中。是多種酶的活化劑。具有促進(jìn)N、P吸收，促進(jìn)碳水化合物代謝等功能。鉀的化學(xué)活性很大，自然界中不存在單質(zhì)態(tài)鉀。據(jù)推算，地殼中鉀的貯量為6.5×1017t，主要存在于巖漿巖和沉積巖中。由于自然界沒有氣態(tài)鉀存在，所以大氣圈中的鉀主要是以塵埃的形式存在。土壤生態(tài)系統(tǒng)是鉀素的貯庫。除了一些根莖類作物外，作物體的鉀大多含在莖葉中，籽實(shí)中的鉀較少。五、鉀循環(huán)1、概況鉀主要分布在代謝活躍的器官和組織中。是多2、鉀循環(huán)鉀素循環(huán)的起點(diǎn)是土體，即土壤礦物內(nèi)或表面的鉀。廢物巖石礦物鉀

土壤

水溶鉀

緩效鉀代換鉀淋溶揚(yáng)塵降水、降塵大氣飄塵產(chǎn)品殘落吸收植物人畜鉀鹽生產(chǎn)開礦施肥鉀肥地下徑流地表徑流

水體（江河湖海）2、鉀循環(huán)鉀素循環(huán)的起點(diǎn)是土體，即土壤礦物內(nèi)或表面的鉀。3、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的鉀素利用和管理（1）作物秸桿還田及施用草木灰。（2）施用有機(jī)肥和種養(yǎng)綠肥補(bǔ)充土壤鉀素。（3）合理耕作促使難溶鉀有效化。（4）合理施肥與N、P、K配施。3、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的鉀素利用和管理六、水循環(huán)1、基本概況水是一切生命機(jī)體的組成物質(zhì)，也是生命代謝活動(dòng)所必需的物質(zhì)，又是人類進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的重要資源。水以固、液、氣三態(tài)存在。地球上水的總體積接近15×108Km3。

海洋液態(tài)水：約占總水量的97%淡水：約占3%3/4：固態(tài)水。在兩極的冰蓋和冰川中。1/4：陸地水90%：地下水10%：土壤水分，淡水湖泊、河流及大氣含水量。地球水

根系利用的水比例很小。六、水循環(huán)1、基本概況水是一切生命機(jī)體的組成物質(zhì)，也是生命2、水循環(huán)的主要作用①水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割地聯(lián)系在一起。②水對(duì)物質(zhì)是很好的溶劑，在生態(tài)系統(tǒng)中起著能量傳遞和利用的作用。③水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一，一個(gè)地方礦質(zhì)元素的流失，而另一個(gè)地方礦質(zhì)元素的沉積往往要通過水循環(huán)來完成。2、水循環(huán)的主要作用3、水循環(huán)的意義①維持了全球水的動(dòng)態(tài)平衡，使全球各種水體處于不斷更新狀態(tài)。②使地表個(gè)圈層之間，海陸之間實(shí)現(xiàn)物質(zhì)遷移和能量交換。③影響全球的氣候和生態(tài)。④塑造著地表形態(tài)。3、水循環(huán)的意義4、水循環(huán)的環(huán)節(jié)及途徑（1）水循環(huán)的基本環(huán)節(jié)降水，包括陸上降水和海上降水。蒸發(fā)，包括海上蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)、植物蒸騰。徑流，包括地表徑流和地下徑流。4、水循環(huán)的環(huán)節(jié)及途徑（2）水循環(huán)的途經(jīng)陸地、大氣和海洋中的水，形成了一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)。降水，蒸發(fā)，徑流這三個(gè)環(huán)節(jié)相連構(gòu)成了水循環(huán)。水域中，水受到太陽輻射而蒸發(fā)進(jìn)入大氣中，水汽隨氣壓變化而流動(dòng)，并聚集為云、雨、雪、霧等形態(tài)，其中一部分降至地表。到達(dá)地表的水，一部分直接形成地表徑流進(jìn)入江河，匯入海洋；一部分滲入土壤內(nèi)部，其中少部分可為植物吸收利用，大部分通過地下徑流進(jìn)入海洋。而植物吸收的水分大部分以蒸騰作用的形式散失到大氣中參與循環(huán)，只有小部分為光合作用形成有機(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。（2）水循環(huán)的途經(jīng)陸地、大氣和海洋中的水，形成了一個(gè)水循環(huán)第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件5、人類活動(dòng)的影響或干預(yù)人類活動(dòng)不斷改變著自然環(huán)境，越來越強(qiáng)烈地影響水循環(huán)的過程。人類構(gòu)筑水庫，引水、灌溉工程等，改變了水的原來徑流路線，引起水的分布和水的運(yùn)動(dòng)狀況的變化。農(nóng)業(yè)的發(fā)展，森林的破壞，引起蒸發(fā)、徑流、下滲等過程的變化。圍湖造田又使自然蓄水容積減小，調(diào)洪、供水功能縮小。過度開采地表地下貯水，使江河干涸，地下水位出現(xiàn)“漏斗”，海水入侵等異?，F(xiàn)象。5、人類活動(dòng)的影響或干預(yù)人類活動(dòng)不斷改變著自然環(huán)境，越來越強(qiáng)6、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡與自然界水循環(huán)不同，由于人類的調(diào)控作用，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)明顯增加了兩個(gè)重要分量，即灌溉與排水。農(nóng)田含水量變化灌溉排水側(cè)滲降水蒸發(fā)

地下水上升滲漏6、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡與自然界水循環(huán)不同，由于人類的調(diào)控

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡R+I+U=ET+P+S+D+O或O=R+I+U-ET-P-S-DR:降雨量I:灌水量U:地上水上升的量ET:蒸發(fā)量（葉面、地表）P:滲漏S:側(cè)漏D:排水量O:農(nóng)田持水量農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡R+I+U=ET+P7、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水分管理(1).植樹造林，發(fā)揮“綠色水庫”作用，擴(kuò)大土壤的水分庫。(2).加強(qiáng)農(nóng)田水利基本建設(shè)，提高水分利用率。(3).改變耕作制度與管理方式，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)。(4).防止水體污染。(5).加強(qiáng)全流域的水資源保護(hù)與統(tǒng)一調(diào)度。7、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的水分管理(1).植樹造林，發(fā)揮“綠色水庫”第三節(jié)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)分循環(huán)的特點(diǎn)1.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有較高的養(yǎng)分輸出率與輸入率。隨著作物收獲及產(chǎn)品出售，大部分養(yǎng)分被帶到系統(tǒng)之外，同時(shí)，作為補(bǔ)償,又有大量養(yǎng)分以肥料、飼料、種苗等形態(tài)被帶回系統(tǒng)。

2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部養(yǎng)分的庫存量較低，但流量大、周轉(zhuǎn)快。自然生態(tài)系統(tǒng)的地表有較穩(wěn)定的枯枝落葉層以及土壤有機(jī)質(zhì)的積累，形成了較大的有機(jī)養(yǎng)分庫，并緩慢釋放出有效態(tài)養(yǎng)分供植物吸收利用。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在耕種條件下，有機(jī)養(yǎng)分庫加速分解與消耗，庫存量較自然生態(tài)系統(tǒng)大為減少，分解加快，形成了較大的有效養(yǎng)分庫，植物吸收量加大，整個(gè)土壤養(yǎng)分周轉(zhuǎn)加快。3.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分保持能力弱,容易造成流失.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)庫小，分解旺盛，有效態(tài)養(yǎng)分投入時(shí)多。同時(shí)，生物結(jié)構(gòu)較自然生態(tài)系統(tǒng)大大簡化，植物及地面覆蓋不充分，這些都使得大量有效養(yǎng)分不能及時(shí)吸收利用，而易于隨水流失。4.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分供求容易產(chǎn)生不同步。自然生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分有效化過程的強(qiáng)弱隨季節(jié)的溫濕度變化而消長，自然植被對(duì)養(yǎng)分的需求與吸收也適應(yīng)這種季節(jié)的變化，形成了供求同步協(xié)調(diào)的自然機(jī)制。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分供求受人為的種植、耕作、施肥等措施的影響，供求的同步性差。

第三節(jié)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)分循環(huán)的二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的一般模式農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán),通常是在土壤、植物、畜禽和人類——4個(gè)養(yǎng)分庫之間進(jìn)行的。同時(shí),每個(gè)庫與外部系統(tǒng)都保持多通道的輸入與輸出流。土壤是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主要養(yǎng)分貯藏庫，土壤接納、保持、供給和轉(zhuǎn)化養(yǎng)分的能力，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的功能和持續(xù)性至關(guān)重要。二、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的一般模式農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán),通根據(jù)研究目的,養(yǎng)分循環(huán)模型的邊界可有不同。研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)可以只包括土壤和植物2個(gè)庫。研究農(nóng)牧系統(tǒng)可以只包括土壤、植物和畜禽3個(gè)庫。研究農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)，應(yīng)把人類作為循環(huán)的組成部分考慮，形成更為完整的庫流環(huán)網(wǎng)絡(luò)體系。根據(jù)研究目的,養(yǎng)分循環(huán)模型的邊界可有不同。植物庫畜禽庫人類庫礦物庫有效庫有機(jī)庫土壤庫干濕沉降物NH3吸收肥料灌溉地面流入地下水與巖石固氮?dú)鈶B(tài)丟失（反硝化、NH3揮發(fā)等）風(fēng)蝕地面流出淋失植物攝取殘茬還田植物淋失人類消費(fèi)飼料飼草輸出收獲物氣態(tài)丟失畜產(chǎn)品輸出NH3揮發(fā)及流失揮發(fā)及流失遷出人類消費(fèi)青飼料種子固氮肥料NH3畜糞尿人糞尿食品仔畜固氮遷入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的一般模型礦物庫有效庫有機(jī)庫土壤庫干濕沉降物NH3吸收肥料三、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分的輸入、輸出輸入施用化肥、有機(jī)肥降水、灌溉氮素的生物固氮和雷電固氮

輸出收獲物的輸出

淋失---滲漏、側(cè)漏。

流失---地表徑流和侵蝕作用

蒸發(fā)

反硝化、NH3揮發(fā)等三、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分的輸入、輸出輸入施用化肥、有機(jī)肥降水、四、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)分平衡輸入/輸出量＞2，說明效率低。1---2，平衡，實(shí)際上還有一些難以估計(jì)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，長此以往必將低系統(tǒng)穩(wěn)定性。四、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)分平衡輸入/輸

年份1952197919831987化肥5.98401192.51396.4有機(jī)肥(不包括豆科綠肥固氮部分)214.0367.0396.4441.0共生固氮87.9115.5110.0116.7非共生固氮242225225225降水和灌溉水0.90.90.90.9種子0.30.30.30.3小計(jì)551.01548.71925.12180.3作物收獲416.5991.51156.91229.8化肥氮的損失3.0420596.3698.2有機(jī)肥料氮的損失(秸桿除外)27.951.151.356.2土壤氮的損失32303030淋洗和徑流0.80.80.80.8小計(jì)480.21493.41835.32015.0

輸入項(xiàng)

輸出項(xiàng)項(xiàng)目我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氮素平衡×104t

2、有機(jī)質(zhì)和農(nóng)田土壤養(yǎng)分盈虧.有機(jī)質(zhì)是各種養(yǎng)分的載體。（1）.有機(jī)質(zhì)在養(yǎng)分循環(huán)中的作用有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物分解，能釋放出供植物吸收利用的有效氮、有效磷、有效鉀等養(yǎng)分，增加土壤速效和緩效養(yǎng)分的含量。.為土壤微生物提供生活物質(zhì)。.具有吸附陽離子的能力，有助于土壤中陽離子交換量的增加，提高磷肥肥效。.保蓄水分，提高土壤的抗旱能力；抑制有害線蟲的繁殖；形成腐殖酸等。與磷酸形成螯合物而提高磷肥肥效，減少鐵、鋁對(duì)磷酸的固定。2、有機(jī)質(zhì)和農(nóng)田土壤養(yǎng)分盈虧.有機(jī)質(zhì)是各種養(yǎng)分的載體。（1（2）.農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的積累和分解.土壤有機(jī)質(zhì)的來源——主要是作物殘?bào)w、人畜排泄物和土壤生物遺體和排泄物。土壤生物中以微生物數(shù)量最大（占78%）。土壤微生物的生命活動(dòng)要求土壤保持一定的碳氮比，即C/N應(yīng)為20～25：1。當(dāng)有機(jī)質(zhì)C/N大于20～25：1，微生物的繁殖因缺氮受到限制，有機(jī)質(zhì)分解緩慢。當(dāng)有機(jī)質(zhì)C/N小于20～25：1，特別是15：1以下時(shí)，有機(jī)質(zhì)分解迅速，容易引起氮的揮發(fā)損失。各種有機(jī)物的C/N不同，施用有機(jī)肥時(shí)應(yīng)注意肥料種類的搭配。一般植物殘?bào)wC/N比大，而人畜糞尿的C/N比較小。

稻草62～67:1；麥稈98:1；玉米稈63:1；泥炭16～22:1；豆稈37:1；苜蓿18:1；雜草25～45:1；人糞12～13:1；畜糞15～29:1。.有機(jī)氮與無機(jī)氮的合理配比——有利于保持土壤養(yǎng)分平衡、作物產(chǎn)量穩(wěn)定。（2）.農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的積累和分解.土壤有機(jī)質(zhì)的來源——主（3）.農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分盈虧由于人們的長期馴化和選育，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。作物秸桿作為收獲物被移走后，除少部分作飼料和肥料外，大部分用作燃料燒掉，使秸桿中所含的有機(jī)質(zhì)不能還田。全國每年生產(chǎn)秸桿4.567億t,用作燃料的4.486億t,占74%。其中以西北黃土高原區(qū)尤為突出。目前，我國不少地區(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)系統(tǒng)中的腐生食物鏈?zhǔn)艿絿?yán)重影響土壤有機(jī)質(zhì)含量下降土壤肥力下降抗旱力減弱農(nóng)作物產(chǎn)量不高。（3）.農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分盈虧由于人們的長期馴化和選育，一般認(rèn)為土壤全氮含量<0.2%即有可能缺氮，我國大部分耕地的土壤全氮含量都在0.2%以下,這就是為什么我國幾乎所有農(nóng)田都需要施用化學(xué)氮肥的原因。

我國農(nóng)田相對(duì)嚴(yán)重缺氮的土壤主要分布在我國的西北和華北地區(qū)。我國缺磷土壤面積約為10.09億畝，主要是北方石灰性土壤、東北白漿土、紅壤、紫色土和低產(chǎn)水稻土。所謂缺磷土壤一般是指土壤有效磷（P）小于10mg/kg的土壤。缺磷土壤面積大于該省區(qū)耕地面積75%的省份遍布我國東南西北，這就是磷肥為我國第二大化肥工業(yè)的根本原因。我國農(nóng)田普遍缺碳，土壤中的碳氮比是嚴(yán)重失調(diào)。我國農(nóng)田C/N降低，有機(jī)質(zhì)含量下降。一般認(rèn)為土壤全氮含量<0.2%即有可能缺氮，我國大部分耕地五、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的調(diào)節(jié)1.合理搭配種植歸還率較高的作物及其類型如種植花生、綠肥、油菜等歸率較高的作物。各種作物的自然歸還率不同，除自然歸還率外還有理論歸還（理論歸還：指可以歸還但并一定歸還的總分，如莖桿、莢殼等）。如油菜的理論歸還率約為50%；大豆、麥類和水稻約為40～50%。不同作物的N、P、K養(yǎng)分的歸還率。五、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的調(diào)節(jié)1.合理搭配種植歸還率較高的作不同作物的N、P、K養(yǎng)分的理論歸還率作物NPK麥類25～32%23～24%73～79%油菜51%65%83%水稻39～63%32～52%83～85%大豆24%24%37%不同作物的N、P、K養(yǎng)分的理論歸還率作物NPK麥類252.建立合理的輪作制度

在輪作制度中，加入豆科植物和歸還率高的植物，有利于提高土壤肥力，保持養(yǎng)分循環(huán)平衡。3.建立良性循環(huán)體系農(nóng)、林、牧結(jié)合，發(fā)展沼氣，解決生活能源問題，促使秸桿還田。4.農(nóng)產(chǎn)品就地加工，提高物質(zhì)的歸還率如花生、大豆、油菜、芝麻榨油后,返回的是油餅，而隨油脂輸出的僅僅是碳、氫、氧的化合物，氮、磷、鉀等營養(yǎng)素可以留在系統(tǒng)內(nèi)。甘薯加工成粉絲出售，留下粉漿、粉渣可喂豬，換回豬糞返田。5.非耕地區(qū)域養(yǎng)分富集轉(zhuǎn)移輸入通過野草青割漚肥將非耕地營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)入耕地。通過牲畜放牧以糞便轉(zhuǎn)入耕地。利用池塘、溝渠養(yǎng)水花生、水葫蘆、水浮蓮等植物，富集水體中的養(yǎng)分，作為牲畜飼料，將糞便轉(zhuǎn)入耕地。6.系統(tǒng)外養(yǎng)分輸入補(bǔ)充，科學(xué)合理施肥2.建立合理的輪作制度在輪作制度中，加入豆科植物和歸還率第四節(jié)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境污染在人類進(jìn)行工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活活動(dòng)的同時(shí)，會(huì)不斷產(chǎn)生廢物和污染物質(zhì)。例如，化肥、農(nóng)藥的高投入及不合理使用、未經(jīng)處理的畜禽糞便、城市垃圾、污泥等的超量使用會(huì)使大量的污染物質(zhì)進(jìn)入土土壤、水體和大氣環(huán)境，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中形成一種特殊的物流。這些污染物質(zhì)的殘留量超過農(nóng)業(yè)環(huán)境本身的自凈能力時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)和農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量下降，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受損，最終結(jié)果是使農(nóng)、林、牧、漁產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)下降，造成生態(tài)安全與糧食安全問題。第四節(jié)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境污染在人類進(jìn)行工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活一、污染物質(zhì)在食物鏈上的濃縮各種有毒污染物質(zhì)一旦進(jìn)入生態(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)沿著食物鏈逐級(jí)富集、濃縮。這就是在污染情況下，造成大量有機(jī)體死亡的原因。食物鏈的濃縮作用（生物學(xué)放大作用）：指有毒物質(zhì)沿食物鏈各營養(yǎng)級(jí)傳遞時(shí)，在生物體的殘留濃度不斷升高，愈是處在高營養(yǎng)級(jí)的生物，其體內(nèi)有毒物質(zhì)的殘留濃度愈高的現(xiàn)象。一、污染物質(zhì)在食物鏈上的濃縮各種有毒污染物質(zhì)一旦進(jìn)入生態(tài)系如DDT在生態(tài)系統(tǒng)中的富集作:（在海水中的0.00005ppm）浮游植物魚河鷗銀鷗0.04ppm1.2418.575.5污染物沿著食物鏈積累的三個(gè)條件上：污染物在環(huán)境中的性質(zhì)穩(wěn)定能夠被生物吸收在生物的代謝過程中不易被分解。如DDT在生態(tài)系統(tǒng)中的富集作:污染物沿著食物鏈積累的三個(gè)條件

典型例子水俁病便是一個(gè)有毒物質(zhì)在食物鏈上富集的例子。1953年日本九州鹿兒島的水俁市出現(xiàn)了病因不明的“狂貓癥”和人體的“水俁病”，成群家貓狂奔亂跳，集體跳入水中,病人感到全身骨痛難忍。直到1965年才查明，此病是由該市60km以外的一家公司排出含汞廢水進(jìn)入水體引起的。汞在水體中沿著食物鏈逐級(jí)富集,水體→硅藻等浮游植物→食硅藻的昆蟲→石斑魚→肉食性鱘魚和鯰魚→人或貓。最后鯰魚體內(nèi)含汞量達(dá)10～20mg/kg，最高達(dá)50～60mg/kg,比原來含汞廢水中的汞濃度高1萬～10萬倍，導(dǎo)致人或貓汞中毒。典型例子二、物質(zhì)循環(huán)中的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染（一）農(nóng)業(yè)面源污染農(nóng)業(yè)面源污染：指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥以及其他有機(jī)或無機(jī)污染物質(zhì)，通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏形成的環(huán)境污染。主要包括化肥污染、農(nóng)藥污染、畜禽糞便污染等。特點(diǎn)：范圍廣，隨機(jī)性大，成分、過程復(fù)雜，難以控制。二、物質(zhì)循環(huán)中的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染（一）農(nóng)業(yè)面源污染農(nóng)業(yè)面源污染：3、化肥對(duì)大氣的污染（二）化肥對(duì)環(huán)境的影響1、化肥對(duì)土壤的污染土壤板結(jié)，微生物活性降低，肥力下降。如CI-、SO42-殘留土壤中，與Ca+結(jié)合，生成氯化鈣、碳酸鈣，堵塞土壤孔隙，導(dǎo)致土壤板結(jié)，肥力下降。土壤重金屬污染和富集。主要是磷肥。磷肥原料礦中除含有P2O5外，還含有鉀、鈣、錳等，同時(shí)也含有毒物質(zhì)鎘、砷、鉻、氟等，其中主要是鎘和氟。2、化肥對(duì)水體的污染水體富營養(yǎng)化。主要是氮和磷地下水污染。主要是氮主要是氮。有NH3的揮發(fā)。硝態(tài)氮的反硝化作用，生成氣態(tài)氮（NO、N2O），而進(jìn)入大氣，造成污染。3、化肥對(duì)大氣的污染（二）化肥對(duì)環(huán)境的影響1、化肥對(duì)土壤的污（三）農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染

1、農(nóng)藥對(duì)大氣的污染2、農(nóng)藥對(duì)水體的污染主要是對(duì)水生生物產(chǎn)生影響。3、農(nóng)藥對(duì)土壤的污染農(nóng)藥污染：指農(nóng)藥或其有害代謝物、降解物對(duì)環(huán)境和生物產(chǎn)生的污染。農(nóng)藥分有機(jī)農(nóng)藥和無機(jī)農(nóng)藥。污染主要由有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥和有機(jī)氮農(nóng)藥等造成。

（三）農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染1、農(nóng)藥對(duì)大氣的污染農(nóng)藥污染：指農(nóng)農(nóng)藥微粒和蒸汽散發(fā)空中，隨風(fēng)飄移，污染全球。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)告，倫敦上空1噸空氣中約含10微克滴滴涕。北極地區(qū)的格陵蘭，估計(jì)在1500萬平方公里的水區(qū)里每年可能沉積295噸滴滴涕。其原因除了化學(xué)穩(wěn)定性和物理分散性外，滴滴涕還具有獨(dú)特的流動(dòng)性；它能隨水汽共同蒸發(fā)到處流傳，使整個(gè)生物圈都受到污染。農(nóng)藥對(duì)大氣的污染農(nóng)藥微粒和蒸汽散發(fā)空中，隨風(fēng)飄移，污染全球。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)農(nóng)藥對(duì)水體的污染也是很普遍的。全世界生產(chǎn)了約150萬噸滴滴涕，其中有100萬噸左右仍殘留在海水中。英美等發(fā)達(dá)國家中幾乎所有河流都被有機(jī)氯殺蟲劑污染了。據(jù)報(bào)告，倫敦雨水中含滴滴涕70～400PPt。農(nóng)藥對(duì)水體的污染農(nóng)藥對(duì)水體的污染也是很普遍的。全世界生產(chǎn)了約150萬噸滴滴涕主要由于在其使用過程中，約有一半藥劑下落在土壤中。由于農(nóng)藥本身不易被陽光和微生物分解，對(duì)酸和熱穩(wěn)定，不易揮發(fā)且難溶于水，故殘留時(shí)間很長，尤以對(duì)粘土和富于有機(jī)質(zhì)的土壤殘留性更大。以我國為例，雖然從1983年起已全面禁用有機(jī)氯農(nóng)藥，但以往累積的農(nóng)藥仍在繼續(xù)起作用。據(jù)調(diào)查，DDT的用量僅及六六六的十分之一，但因其高殘留特性，在土壤中積累比六六六還多；我國目前土壤中積累的DDT總貯量約8萬噸，貯存的六六六約5.9萬噸。這些累積的農(nóng)藥，還將在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。

農(nóng)藥對(duì)土壤的污染

主要由于在其使用過程中，約有一半藥劑下落在土壤中。由于農(nóng)藥本三、控制和減輕污染的主要措施（一）防止和減輕化肥污染的主要措施1.提高化肥產(chǎn)品質(zhì)量，避免或嚴(yán)格控制化肥中有害物質(zhì)的含量。開展化肥質(zhì)量監(jiān)測，對(duì)不符要求的化肥，不得施用。2.科學(xué)、合理施用化肥，配方施肥提高化肥利用率，防止或減少化肥的流失。3.在積極發(fā)展化肥的同時(shí)，大力發(fā)展各種有機(jī)肥，走有機(jī)與無機(jī)肥相結(jié)合的道路。三、控制和減輕污染的主要措施（一）防止和減輕化肥污染的主要1.加強(qiáng)農(nóng)藥使用的立法管理。2.大力開發(fā)高效、低毒、安全性的“無公害農(nóng)藥”和生物農(nóng)藥。3.利用綜合防治措施防治病蟲害。4.改進(jìn)農(nóng)藥制劑的劑型及噴灑技術(shù)。5.其他治理技術(shù)：如施入吸附劑，選擇一些金屬離子作為催化劑等。（二）控制和減輕農(nóng)藥污染的主要措施1.加強(qiáng)農(nóng)藥使用的立法管理。（二）控制和減輕農(nóng)藥污染的主要措第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件1.填空題:(1)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)，通常是在()、()、()和()4個(gè)養(yǎng)分庫之間進(jìn)行的。(2)土壤有機(jī)質(zhì)的來源主要是()、()和()。2.簡述農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分循環(huán)的特點(diǎn).3.土壤有機(jī)質(zhì)在養(yǎng)分循環(huán)中有什么作用?思考題1.填空題:思考題4.如何調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)?5.為了控制和減輕農(nóng)藥污染可采取哪些主要措施?6.生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)的主要類型有哪些？7.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的氮素的主要輸入輸出的途徑有哪些？如何合理利用？8.土壤有機(jī)質(zhì)的主要作用是什么？如何保持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡？9.農(nóng)業(yè)面源污染有哪些?如何控制農(nóng)業(yè)面源污染？10.大氣中氮可以通過幾條途徑被固定？4.如何調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)?第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)主要內(nèi)容：生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的養(yǎng)分循環(huán)物質(zhì)循環(huán)中的環(huán)境問題

第五章農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)主要內(nèi)容：物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)一樣，也是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。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，還必須不斷輸入物質(zhì)，因此，物質(zhì)既是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量的載體，起著雙重作用。能量和物質(zhì)同時(shí)沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)、傳遞。能量流動(dòng)是單方向的，而物質(zhì)流動(dòng)則是循環(huán)的。物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)一樣，也是生態(tài)系統(tǒng)的功能之一。有機(jī)體和生有機(jī)物貯存第一性生產(chǎn)呼吸呼吸呼吸呼吸土壤庫營養(yǎng)物輸入營養(yǎng)物輸出植食動(dòng)物肉食動(dòng)物分解者能量流動(dòng)物質(zhì)循環(huán)有機(jī)物第一性生產(chǎn)呼吸呼吸呼吸呼吸土壤庫營養(yǎng)物輸入營養(yǎng)物輸?shù)谝还?jié)生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)一、物質(zhì)循環(huán)的基本概念（一）、生物地球化學(xué)循環(huán)地球上的各種化學(xué)元素和營養(yǎng)物質(zhì)在自然動(dòng)力和生命動(dòng)力的作用下，在不同層次的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個(gè)生物圈里，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，從生物體再到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動(dòng)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)。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)物流的一般特點(diǎn)一、物質(zhì)循環(huán)的基本概念（一）、1、根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期的不同，可將生物地球化學(xué)循環(huán)分為地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)。地質(zhì)大循環(huán)：指物質(zhì)或元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入生物有機(jī)體內(nèi)，然后生物有機(jī)體以死體、殘?bào)w或排泄物形式將物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入大氣、水、巖石、土壤和生物五大自然圈層的循環(huán)。特點(diǎn)：時(shí)間長、范圍廣、影響面廣，是閉合式的循環(huán)。1、根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的范圍、路線和周期的不同，可將生物地球化學(xué)循生物小循環(huán)：指環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)過分解者的作用回到環(huán)境后再為生產(chǎn)者吸收、利用的循環(huán)過程。特點(diǎn)：范圍小、時(shí)間短，速度快，是一種開放式的循環(huán)。生物小循環(huán)：指環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利用，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)系分為氣相型和沉積型。氣相型：貯存庫是大氣和海洋。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空，在很短的時(shí)間內(nèi)可以為植物重新利用。例如CO2、N2、O2等,水實(shí)際上也屬于這種類型。特點(diǎn)：循環(huán)速度快、周轉(zhuǎn)率高、流通量大。因此，從全球意義上看，這類循環(huán)是比較完全的循環(huán)。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系,具有明顯的全球性。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)系分為沉積型：主要貯存庫是地殼。貯存在地殼里的礦物元素，經(jīng)過自然風(fēng)化和人類的開采冶煉，從陸地巖石中釋放出來，為植物所吸收，參與生命物質(zhì)的形成，并沿食物鏈轉(zhuǎn)移。然后，由動(dòng)植物殘?bào)w或排泄物經(jīng)微生物的分解作用，將元素返回環(huán)境。除一部分保留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)入江河，匯入海洋，經(jīng)過沉降、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(shí)，該循環(huán)才算完成。特點(diǎn)：循環(huán)緩慢，并且容易因局部干擾而失去平衡，成為“不完全”的循環(huán)。沉積型：主要貯存庫是地殼。貯存在地殼里的礦物元素，經(jīng)過自然風(fēng)（二）、物質(zhì)循環(huán)的庫與流1、物質(zhì)循環(huán)庫庫：物質(zhì)在循環(huán)過程中被暫時(shí)固定、貯存的場所。生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的庫主要有：植物庫、動(dòng)物庫、土壤庫、大氣庫和水體庫——5大庫。（二）、物質(zhì)循環(huán)的庫與流1、物質(zhì)循環(huán)庫庫：物質(zhì)在循環(huán)過程中被生物地球化學(xué)循環(huán)中，物質(zhì)循環(huán)的庫可歸為兩大類：貯存庫：容積大，物質(zhì)交換活動(dòng)緩慢，一般為環(huán)境成分。如土壤為磷的貯存庫。交換庫：容積小，物質(zhì)交換活躍，一般為生物成分。如植物為磷的交換庫。生物地球化學(xué)循環(huán)中，物質(zhì)循環(huán)的庫可歸為兩大類：2、物質(zhì)循環(huán)的流：流：指物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)有兩個(gè)主要的流：物流與能流。此外還有信息流。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)流流量多，而且暢通無阻。2、物質(zhì)循環(huán)的流：流：指物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。生庫與流的關(guān)系：沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收、固定、轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。沒有流，庫與庫之間就不能聯(lián)系、溝通，生命無以維持，生態(tài)系統(tǒng)必將瓦解。一個(gè)高效的生態(tài)系統(tǒng)必須是庫要大，流要暢。庫與流的關(guān)系：周轉(zhuǎn)率（R）：指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分（庫）中的物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所流出的量（FO）或流入的量（FI）占庫存總量（S）的比值。即R=FO/S或FI/SFOSR=orR=FIS

周轉(zhuǎn)期（T）：指某組分的物質(zhì)全部更換平均需要的時(shí)間。它是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)。即T=1/R（三）、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期周轉(zhuǎn)率（R）：指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一組分（庫）中的物質(zhì)在周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期是衡量物質(zhì)流動(dòng)（或交換）效率高低的兩個(gè)重要指標(biāo)。物質(zhì)的周轉(zhuǎn)率用于生物的生長稱為更新率。一年生植物當(dāng)生育期結(jié)束時(shí)生物的最大現(xiàn)存量與年生長量大體相等，更新率接近1。物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中，周轉(zhuǎn)率越高，則周轉(zhuǎn)一次所需的時(shí)間越短。例：大氣圈中所含的水分一年約更新34次，周轉(zhuǎn)時(shí)間只有10.5天。海洋中的硅，周轉(zhuǎn)時(shí)間約8000年。一年生植物的更新期（周轉(zhuǎn)期）為1年。周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期是衡量物質(zhì)流動(dòng)（或交換）效率高低的兩個(gè)重要指（四）、循環(huán)效率EC=FC/FIFCFI循環(huán)物質(zhì)（FC）占總輸入物質(zhì)（FI）的比例，稱物質(zhì)的循環(huán)效率（EC）。當(dāng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中某一組分的庫存物質(zhì)，一部分或全部流出該組分，但末離開系統(tǒng)，并最終返回該組分時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了物質(zhì)循環(huán)。（四）、循環(huán)效率EC=FC/FIFCFI循環(huán)物質(zhì)（FC）當(dāng)農(nóng)二、物質(zhì)循環(huán)的基本原理1、物質(zhì)不滅定律：物質(zhì)不滅定律認(rèn)為，化學(xué)方法可以改變物質(zhì)的成分，但不能改變物質(zhì)的量，即在一般的化學(xué)變化過程中，察覺不到物質(zhì)在量上的增加或減少。2、質(zhì)能守恒定律：

質(zhì)能守恒定律認(rèn)為，世界不存在沒有能量的物質(zhì)質(zhì)量，也不存在沒有質(zhì)量的物質(zhì)能量。質(zhì)量和能量作為一個(gè)統(tǒng)一體，其總量在任何過程中都是保持不變的守恒量。二、物質(zhì)循環(huán)的基本原理1、物質(zhì)不滅定律：物質(zhì)不滅定律認(rèn)為，三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)1、能量和物質(zhì)的輸入與輸出量大而且比較迅速。2、能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)不單發(fā)生于“生物—環(huán)境”系統(tǒng)中，而是進(jìn)行于“生物—環(huán)境—社會(huì)”系統(tǒng)之中，途徑多，變化大。3、可改變物質(zhì)原有的自然循環(huán)過程。與自然生態(tài)系統(tǒng)相比,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)帶有許多人工調(diào)控的特色。三、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)1、能量和物質(zhì)的輸入與輸出量大農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)氣體循環(huán)水分循環(huán)養(yǎng)分循環(huán)污染物循環(huán)光合作用與呼吸作用相關(guān)的氣體交換溫室效應(yīng)氣體的釋放與固定降水灌溉地下水有機(jī)質(zhì)鉀微量元素重金屬農(nóng)藥固體廢棄物氮磷污水化肥農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)氣體循環(huán)水分循環(huán)養(yǎng)分循環(huán)污染物循環(huán)第二節(jié)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)CNPKSH2O碳循環(huán)氮循環(huán)磷循環(huán)鉀循環(huán)硫循環(huán)水循環(huán)第二節(jié)幾種主要物質(zhì)的循環(huán)CNPKSH2O碳循環(huán)氮一、碳循環(huán)1、基本概況碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的主要元素之一，又是能量的源泉。碳主要貯藏在大氣、生物體、土壤、水圈和巖石圈幾個(gè)庫中。地球上的碳絕大部分以碳酸鹽和非碳酸鹽沉積物的形式儲(chǔ)存在巖石圈中，其次是儲(chǔ)存在海洋中，大氣圈、生物圈和土壤中的碳量較少。C的來源是CO2。只有CO2形態(tài)的碳才能被植物吸收和利用，才能進(jìn)入碳循環(huán)。一、碳循環(huán)1、基本概況碳是構(gòu)成生命有機(jī)體的主要元素之一，又是2、碳循環(huán)途徑有：（1）、生物小循環(huán)在生物圈中綠色植物的光合作用是推動(dòng)碳循環(huán)的主要?jiǎng)恿?。①?xì)胞水平上的循環(huán)：在光合作用和呼吸作用之間的循環(huán)。②個(gè)體水平上的循環(huán)：大氣CO2和植物體之間的循環(huán)。光合作用呼吸作用大氣CO2

植物體2、碳循環(huán)途徑有：（1）、生物小循環(huán)在生物圈中綠色植物的光

③食物鏈水平上的循環(huán)：大氣CO2──植物──動(dòng)物──微生物之間的循。大氣CO2植物動(dòng)物微生物殘?bào)w、尸體、排泄物分解光合③食物鏈水平上的循環(huán)：大氣CO2──植物──動(dòng)物──微（2）、地質(zhì)大循環(huán)碳以動(dòng)植物有機(jī)體形式深埋地下，在還原條件下，形成化石燃料，于是碳便進(jìn)入了地質(zhì)大循環(huán)。當(dāng)人們開采利用這些化石燃料時(shí)，CO2被再次釋放進(jìn)入大氣。另一方面，大量的CO2和水反應(yīng)形成碳酸氫鹽和碳酸鹽，許多動(dòng)物，如貝類的殼就含有碳酸鹽，這些動(dòng)物死亡后碳酸鹽或成溶解狀態(tài)，或在風(fēng)化和地殼運(yùn)動(dòng)中被暴露或成為沉積物，各種形式的碳化合物受剝蝕，最終都會(huì)產(chǎn)生CO2。（2）、地質(zhì)大循環(huán)碳以動(dòng)植物有機(jī)體形式深埋地下，在還原條件下大氣圈CO2

生物殘?bào)w生物有機(jī)體徑流、水土流失攜帶碳量固定沉積沉積固定風(fēng)化溶蝕歸還歸還土壤呼吸有機(jī)質(zhì)分解CO2固定交換釋放溶解吸收

巖石圈(化石燃料)生物圈水圈土壤圈呼吸分解光合作用植物燃燒化石燃料燃燒大氣圈生物殘?bào)w生物有機(jī)體徑流、水土流失攜3、人類活動(dòng)的干預(yù)第二次工業(yè)革命以來，大量化石燃料的燃燒，改變了原有的碳素平衡狀態(tài)。每年因燃燒放回到大氣中的化石燃料碳50～60億噸，因農(nóng)業(yè)土壤耕作返回大氣的碳約20億噸（1970年估計(jì)值），同時(shí)由于森林被砍伐，減少了對(duì)CO2的固定，因此，盡管海洋能夠吸收近2/3的額外碳源，仍然避免不了全球大氣CO2濃度的升高。雖然CO2濃度增高有利于植物光合作用的增強(qiáng)，但CO2的“溫室效應(yīng)”將導(dǎo)致全球溫度升高和降水分布的改變。3、人類活動(dòng)的干預(yù)第二次工業(yè)革命以來，大量化石燃料的燃燒，過去100年中(1860-1960)大氣中CO2濃度由290ppm升高到314ppm。最近20年中，大氣CO2濃度平均每年增加1ppm（由314ppm升高到336ppm）。過去100年中(1860-1960)大氣中CO2濃度由290

4、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題（1）養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制生物控制：通過食物鏈控制。人為控制：通過食物輸入、產(chǎn)品的輸出等控制.（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(gè)選擇（動(dòng)植物的殘?bào)w的去向）：

肥料：提高地力（以有機(jī)形式返回土壤）

燃料：CO2的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)含量下降地力衰退。4、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問題二、氮循環(huán)1、基本概況氮是生命物質(zhì)的關(guān)鍵組分，是生物體中氨基酸、葉綠素、DNA、RNA等不可缺少的元素。地球上的氮素很多，但94%的在巖石圈中，不參與氮循環(huán)，其余6%大部分存在于大氣中。氮的主要庫存是大氣-----主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。大氣中氮的含量為79%，總量約38×1016億t，氮是一種很不活潑的氣體，不能為大多數(shù)生物直接利用。只有通過固氮途徑，轉(zhuǎn)為硝酸鹽或氨的形態(tài)，才能為生物吸收利用。二、氮循環(huán)1、基本概況氮是生命物質(zhì)的關(guān)鍵組分，是生物體中氨2、氮循環(huán)的基本過程（1）固氮作用是氮循環(huán)（氣態(tài)循環(huán)）的重要機(jī)制地球上固氮作用的途徑有三種：生物固氮、工業(yè)固氮和高能固氮(大氣固氮)。

生物固氮：每年可固氮175×106t。生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮?dú)膺€原成氨的過程。N2固氮作用NH4+食物鏈生物固氮是自然生態(tài)系統(tǒng)中氮的主要來源。2、氮循環(huán)的基本過程（1）固氮作用是氮循環(huán)（氣態(tài)循環(huán)）的重要2.工業(yè)固氮：45.9×106（1977年）～100×106t（1997年）。用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨的過程。即N2+3H2=2NH33.大氣固氮(高能固氮)：每年可固氮7.6×106t。如閃電等高空瞬間放電所產(chǎn)生的高能，可以使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸，氨和硝酸則由雨水帶到地面。2.工業(yè)固氮：用高溫、高壓和化學(xué)催化的方法，將氮轉(zhuǎn)化成氨的過（2）、生態(tài)系統(tǒng)的氮流途徑（2）、生態(tài)系統(tǒng)的氮流途徑生物和化學(xué)固氮揮發(fā)損失氨化作用硝化亞硝化分解分解流失吸收吸收合成作用還原合成化學(xué)合成反硝化作用生物遺體分解N2NO3-NH3有機(jī)氨NO2-植物動(dòng)物空氣分解土壤生物

農(nóng)業(yè)中的氮素循環(huán)示意圖生物和化學(xué)固氮揮發(fā)損失氨化作用硝化亞硝化分解分流吸收吸合成3、人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的干擾（1）含氮有機(jī)物的燃燒產(chǎn)生大量氮氧化物污染大氣。（2）過度耕墾使土壤氮素肥力(有機(jī)氮)下降。（3）發(fā)展工業(yè)固氮,忽視或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循環(huán)失調(diào)。其中，人類的農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的影響主要是由于不合理的作物耕作方式以及氮肥施用而引起氮素的流失與虧損。其主要途徑包括:反硝化;氨揮發(fā);淋失;地表徑流和土壤侵蝕。（4）城市化和集約化農(nóng)牧業(yè)使人畜廢棄物的自然再循環(huán)受阻。3、人類活動(dòng)對(duì)氮循環(huán)的干擾（1）含氮有機(jī)物的燃燒產(chǎn)生大量氮氧

4、氮素流失對(duì)環(huán)境的影響（1）地下水污染。由于施肥不當(dāng),農(nóng)田滲漏水中的NO3-–N和NO2-–N可污染地下水，人畜飲用后會(huì)造成嚴(yán)重危害。（2）造成地表水體的富營養(yǎng)化。當(dāng)水體的總磷＞20mg/m3,無機(jī)氮的含量＞400mg/m3，可以認(rèn)為該水處于富營養(yǎng)化的狀態(tài)。水體富營養(yǎng)化，則水生藻類大量繁殖，其死亡后在水中腐爛分解，產(chǎn)生大量的CH4、H2S、CO2、NH3等，使水質(zhì)變壞,同時(shí)，有機(jī)質(zhì)分解時(shí)要消耗水中的大量的溶解氧，當(dāng)水中的溶解O2少于4mg/L時(shí)，會(huì)造成魚類和其他水生生物死亡。（3）農(nóng)作物從土壤中吸收過量的氮素后，易引起各種病蟲害,并影響作物的品質(zhì)。（4）作物和蔬菜中硝酸鹽的積累可通過食物鏈進(jìn)入人體和牲畜體內(nèi),進(jìn)而形成亞硝酸鹽,嚴(yán)重危害人畜健康.亞硝酸鹽在機(jī)體內(nèi)可與仲胺結(jié)成亞硝酸胺--致癌、致突變、致畸形物質(zhì)。（5）破壞臭氧層。反硝化作用產(chǎn)生的N2O進(jìn)入大氣后會(huì)破壞臭氧層，會(huì)使皮膚癌的發(fā)病率大為提高，同時(shí)擾亂動(dòng)植物的正常生長。4、氮素流失對(duì)環(huán)境的影響（1）地下水污染。由于施肥不當(dāng),農(nóng)5、農(nóng)田氮素調(diào)控的途徑（1）改進(jìn)氮肥施用技術(shù)。（2）平衡施肥與測土施肥。（3）硝化抑制劑的應(yīng)用（4）合理灌溉。（5）做好水土保持工作，防止水土流失和土壤侵蝕。（6）合理配合施用有機(jī)肥料和化學(xué)氮肥，使之既能培肥土壤又能滿足作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的氮素需求。包括分次施肥、氮肥深施、施用緩效氮肥。如瞇基硫脲、雙氰胺等的應(yīng)用。5、農(nóng)田氮素調(diào)控的途徑（1）改進(jìn)氮肥施用技術(shù)。包括分次施肥、三、磷循環(huán)1、基本概況磷是生命信息元素，是細(xì)胞內(nèi)一切生化作用的能量基礎(chǔ)。磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫。地球上的磷大量存在于巖石、土壤、海水中。據(jù)分析，巖石圈中貯磷量為5×1016t，土壤圈中貯磷量為6.2×1010t，土壤中的磷絕大部分是無機(jī)態(tài),有機(jī)態(tài)磷平均只占土壤磷的10%左右。水圈的貯磷量為11.0×1010t，大氣圈中貯磷很少，約1.3×104t，主要集中在近地面的懸浮顆粒上。磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)。三、磷循環(huán)1、基本概況磷是生命信息元素，是細(xì)胞內(nèi)一切生化作2、磷循環(huán)的途徑磷循環(huán)屬于較簡單的沉積型循環(huán)。在自然界中，土壤中的磷素，一部分溶解于地表水中，一部分則隨土壤礦物一起在水土流失中離開土壤，沿著河流匯入海洋。在海洋中的磷素只有小部分被浮游植物吸收，并沿食物鏈傳遞。人類在捕魚過程中可將一部分磷返回陸地，另外，海鳥糞便中的磷也可返回陸地。水土流失中絕大部磷會(huì)在海洋中以磷酸鹽的形式沉積于海底，被固定形成新的磷酸鹽巖石，這部分磷只有在海底巖石重新暴露于地表風(fēng)化后形成土壤中的速效磷，或者被人工開采后以化肥的形式供給植物。2、磷循環(huán)的途徑磷循環(huán)屬于較簡單的沉積型循環(huán)。在自然界中，磷循環(huán)（phosphoruscycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地海洋死有機(jī)物土壤中的無機(jī)磷活有機(jī)物死有機(jī)物深海的磷活有機(jī)物捕魚鳥糞懸浮在水中隨河水帶走攝取排泄死亡下沉分解沉積溶解于水上升風(fēng)化開采攝取排泄死亡上涌磷循環(huán)（phosphoruscycle）沉積型循環(huán)沉積物中巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)入植物體內(nèi)，含磷有機(jī)物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘?bào)w歸還土壤。以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。各種含磷有機(jī)化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)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)。巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)第五章-農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)資料課件農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)磷的循環(huán)：.磷肥的輸入.土壤磷素侵蝕損失及淋失:磷素?fù)p失.植物和動(dòng)物吸收:磷的輸出.生物歸還:磷的輸入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)磷的循環(huán)：3、人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的影響（1）人類對(duì)磷礦資源的開采與消耗。

據(jù)統(tǒng)計(jì),從1935～1990年間,磷礦總開采量為3.79×109t，相當(dāng)于5×108t磷,1990年全球磷礦開采量為1.5×108t,當(dāng)于2×107t磷,按此速度地球上的磷礦可開采750年,使磷資源面臨枯竭的威脅。（2）磷肥的施用與流失。施用磷肥補(bǔ)充有效磷，產(chǎn)品移出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)又使磷含量下降，同時(shí)水土流失、肥料淋失又會(huì)導(dǎo)致土壤中磷的損失。

（3）污染。

營養(yǎng)富集一方面，大量施用磷肥。另一方面家庭污水（含磷洗滌劑）、工業(yè)廢水，尤其是農(nóng)業(yè)徑流所攜帶的大量N、P等營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體后，易造成水體的富營養(yǎng)化、赤潮等環(huán)境問題，使?jié)O業(yè)資源減少。放射性污染磷礦石、磷肥中含有重金屬和放射性物質(zhì)，長期大量施用磷肥，會(huì)使土壤污染，影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。3、人類活動(dòng)對(duì)磷循環(huán)的影響（1）人類對(duì)磷礦資源的開采與消耗。四、硫循環(huán)硫是原生質(zhì)體的重要組分,是半胱氨酸、蛋氨酸等物質(zhì)的組成成分。它的主要蓄庫是巖石圈。1、硫循環(huán)途徑硫循環(huán)既屬于氣體型又屬于沉積型。即硫循環(huán)包括長期的沉積階段（有機(jī)或無機(jī)沉積物中）和短期的氣體階段。巖石庫中的硫酸鹽主要通過生物的分解和自然風(fēng)化作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。在生物圈中，硫主要經(jīng)H2S、SO2、SO42-等形態(tài)參與流通。四、硫循環(huán)硫是原生質(zhì)體的重要組分,是半胱氨酸、蛋氨酸等物質(zhì)的硫循環(huán)硫循環(huán)氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨：有機(jī)物中的硫缺氧條件硫細(xì)菌還