11生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)-生態(tài)學(xué)

1、2020/9/2,第十一章 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),1 生物地化循環(huán)的概念 2 水循環(huán) 3 氣體型循環(huán) 4 沉積型循環(huán) 5 有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化 6 放射性核素循環(huán) 7 生物地化循環(huán)與人體健康,參考文獻 思考題 預(yù)習(xí)內(nèi)容,課堂討論題,2020/9/2,物質(zhì)循環(huán)的一般特點,2020/9/2,庫pool：由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些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。 流通量用單位時間、單位面積內(nèi)通過的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對值來表示。 周轉(zhuǎn)率：出入一個庫的流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量 周轉(zhuǎn)時間：庫中的營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率。,2020/9/2,1 生物地化循環(huán)的概念,生物地化循環(huán) 生物地化循環(huán)的特點 生物地化循

2、環(huán)的類型,2020/9/2,生物地化循環(huán)(biogeochemical cycle),礦物元素在生態(tài)系統(tǒng)之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地(球)化(學(xué))循環(huán)，即物質(zhì)循環(huán)(cycling of material) 。,2020/9/2,生物地化循環(huán)的特點,物質(zhì)循環(huán)不同于能量流動，后者在生態(tài)系統(tǒng)中的運動是循環(huán)的； 生物地化循環(huán)可以用庫和流通率兩個概念來描述。庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的，可分為貯存庫和交換庫。前者的特點是庫容量大，元素在庫中滯留的時間長，流動速率小，多屬于非生物成分；交換庫則容量較小，元素滯留的時

3、間短，流速較大。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積(或單位體積)和單位時間的移動量稱流通率。 生物地化循環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。 元素和難分解的化合物常發(fā)生生物積累、生物濃縮和生物放大現(xiàn)象。,2020/9/2,生物積累、生物濃縮和生物放大,生物積累(bioaccumlation): 指生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進行新陳代謝的過程中，體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解的化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。 生物濃縮(bioconcentration): 指生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上許多生物種群或者生物個體，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物富集。

4、 生物放大(biomagnification): 指生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解化合物在生物機體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營養(yǎng)級生物體中該類物質(zhì)的濃度顯著超過環(huán)境中的濃度。,2020/9/2,生物地化循環(huán)的類型,水循環(huán) 氣體型循環(huán) 沉積型循環(huán),2020/9/2,2 水循環(huán)(aquatic cycle),水循環(huán)的意義： 水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)； 水對物質(zhì)是很好的溶劑； 水是地質(zhì)變化的動因之一。 水循環(huán)的途徑 人類活動對水循環(huán)的影響： 空氣污染和降水； 改變地面，增加徑流； 過度利用地下水； 水的再分布。,2020/9/

5、2,水循環(huán)示意圖,西德地區(qū)的水循環(huán)示意圖 （Clodius and Keller,1951）,2020/9/2,3 氣體型循環(huán)(gaseous cycle),氧循環(huán) 碳循環(huán) 氮循環(huán),2020/9/2,氧循環(huán)(oxygen cycle),H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+,CO2,HCO3- CO32 -,Ca2+,CaCO3,O2,水體,臭氧層,沉積物,火 山 作 用,4FeO+O2,2FeO3,CO2,CO,O2+2CO CO2,O2,O3,O2,O,O2,H,OH,H2O,H2O,O,CO2,高能紫外輻射,2020/9/2,碳循環(huán)(carbon cycle),化,泥碳,煤,大氣

6、中CO2,CO2,碳化作用,石油,水生植物 光合作用,腐爛,燃料,呼吸作用,光合作用,腐爛,擴散,2020/9/2,氮循環(huán)(nitrogen cycle),陸地陸地,其它 動植物,藍藻,淺層死有機物,溶解死有機物,土壤中無機氮庫,丟失于深 層沉積中,動植物 活體,共生或 自由生活 的固氮 微生物,死有機體,陸地,河流帶走,生物固氮,大氣庫 N2,大氣庫 HN3,NO,NO2, N2O ，,工業(yè)固氮 （汽車,化肥,電廠）,脫氮,閃電,化學(xué)反應(yīng),海洋,火 山 作 用,降 水,大氣,2020/9/2,4 沉積型循環(huán)(sedimentary cycle),磷循環(huán) 硫循環(huán),2020/9/2,磷循環(huán)（ph

7、osphorus cycle）,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 有機物,土壤中的 無機磷,活有機物,死 有機物,深海的磷,活有機物,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,2020/9/2,硫循環(huán)（sulfur cycle）,陸地,海洋,沉積物（CaSO4,FeS2）,溶解的SO42-,SO2,H2S,S,CaSO4,FeS2,死有機物,活有機物,SO42-,降水 SO2,SO42-,擴散,海浪 SO42-,大氣,上升，分化,SO2,FeS2,死有機物,活有機物,SO42-,

8、H2S,S,分解,化肥工業(yè) SO42-,攝取,擴散,火山活動H2S ,SO2,SO42-,植物攝取 SO2,SO42-,降水 SO2,SO42-,化石 燃燒,SO2,H2S ,SO2,SO42-,2020/9/2,5 有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化,有毒物質(zhì)的類型 有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化 有毒物質(zhì)循環(huán)的典型代表-汞循環(huán),2020/9/2,有毒物質(zhì)的類型,有毒物質(zhì)(toxic substance)又稱污染物(pollutant)，按化學(xué)性質(zhì)分兩類。無機有毒物質(zhì)主要指重金屬、氟化物、和氰化物；有機有毒物質(zhì)主要有酚類、有機氯藥等。 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)

9、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)性狀的污染物，又稱繼發(fā)性污染物。,2020/9/2,有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化,遷移(transport)是重要的物理過程,包括分散、混合、稀釋和沉降等； 轉(zhuǎn)化(transformation)主要是通過氧化、還原、分解和組合等作用，會發(fā)生物理的化學(xué)的和生物化學(xué)的變化。,2020/9/2,汞循環(huán)(mercury cycle),火山活動,化石 燃燒,降水,揮發(fā),揮發(fā),沉積物,農(nóng)田風(fēng)化和淋溶作用,農(nóng)藥噴灑,徑流,(CH3)2Hg,Hg2,CH3Hg,魚

10、,水生植物,水鳥,工廠 汞的廢物,捕魚,由河水帶走,(中性pH),(酸性pH),2020/9/2,6 放射性核素循環(huán),放射性核素可在多種介質(zhì)中循環(huán)，并能被生物富集。 放射性核素通過核試驗或核作用物進入大氣層，然后，通過降水、塵埃和其他物質(zhì)以原原子狀態(tài)回到地球上。 人和生物既可直接受到環(huán)境放射源危害，也可因食物鏈帶來的放射性污染而間接受害。 放射性物質(zhì)由食物進入人體，隨血液循環(huán)遍布全身，有的放射物質(zhì)在體內(nèi)可存留14年之久。,2020/9/2,7 生物地化循環(huán)與人體健康,地方?。鹤匀唤缬捎诃h(huán)境條件的不同，地表元素發(fā)生遷移，常造成一些元素在地表分布的不均。這種生物地化循環(huán)時常導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)中生命元

11、素含量的異常，或不足，或過剩，從而造成植物、動物乃至人類的疾病。這種疾病常呈區(qū)域性，故稱“地方病”。 微量元素循環(huán)：地方病大多數(shù)與微量元素有關(guān)。 碘的循環(huán)與分布特點：碘由陸地隨水進入海洋，由海洋逸出進入大氣，再通過降水進入陸地，形成一個大循環(huán)。在生物中，通過海洋、陸地兩個食物鏈保持碘的生態(tài)平衡。山區(qū)少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。 微量元素與人體健康： 碘缺乏：缺碘癥：甲狀腺腫大，智力低下，影響胎兒發(fā)育等。 硒缺乏：引起克山病、大骨節(jié)病，也被認為是引起癌癥的主要因素。,2020/9/2,課堂討論題,根據(jù)物質(zhì)循環(huán)的有關(guān)原理，如何看待發(fā)展核能和戰(zhàn)爭中使用核武器。,2020/9/2,參考文獻,孫儒泳. 動物生態(tài)學(xué)原理(第三版). 北京師范大學(xué)出版社,2001. 蔡曉明編著. 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué). 科學(xué)出版社,2000. 尚玉昌,蔡曉明編. 普通生態(tài)學(xué). 北京大學(xué)出版社,1992.,2020/9/2