第11章-生态系统的物质循环

第十一章生态系统中的物质循环第一节物质循环的一般特征第二节水循环第三节气体循环第四节沉积型循环第五节有毒有害物质的循环第六节生态系统的营养物质循环第一节物质循环的一般特征一.物质循环的概念1.物质循环（cycleofmaterial）:生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归还于环境，此为物质循环，又称生物地球化学循环（biogeo-chemicalcycle）。物质进入生态系统的起点：植物的吸收其过程：环境生物环境2.地质大循环和生物小循环1)、物质的地质大循环：大陆与海洋之间物质循环变换。2)、生物小循环：植物营养元素在生物体与土壤间循环变化。二.生命与元素大量元素：C、H、O、N、P等20多种微量元素：需要量很小，摄入过多会有副作用。三.物质循环的模式1.库：环境中某一元素相对集中的地方。蓄库：某种元素储存最多的环境部分，每一种化学元素都存在一个或多个蓄存。在库里，元素的数量远远超过正常结合在生命系统中的数量，并且只能缓慢的将元素从蓄库中放出。2、流通量：通常用单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值来表示。为了表达一个特定的流通过程对有关库的相对重要性，用周转率和周转时间来表示。周转率：是出入一个库的流通量除以该库中的营养物质的总量。周转率=流通量/库中营养物质总量周转时间就是库中的营养物质总量除以流通量。周转时间=库中营养物质总量/流通量3、影响物质循环的因素：（1）循环元素的性质：即循环速率由循环元素的化学特性和被生物有机体利用的方式不同所致；（2）生物的生长速率：这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度；（3）有机物分解速率四.生物地球化学循环类型1.水循环（watercycle）：水的动态平衡水分子从地球表面通过蒸发进入大气然后遇冷凝结，通过雨、雪、和其它降雪形成回到地球表面的过程，称为水循环。2.气体型循环（gaseouscycle）：主要蓄库是大气和海洋的物质循环。气体型循环是把大气和海洋紧密联系在一起、具有明显的全球性循环性质的物质循环。速度较快，来源充沛，不会枯竭，对于一时的变化能进行迅速的自我调节。3.沉积型循环(sedimentarycycle)：主要蓄库是与岩石、土壤的物质循环称为沉积循环。元素主要通过岩石的风化作用，沉积物本身的分解作用转化为生态系统可利用的物质，沉积物转化为岩石的过程是缓慢的物质移动过程，且在循环中这些物质又易被丢失到地壳蓄库，成为生物有机体在很长时间内不能利用的物质。这类循环速度缓慢、非全球性，且由于蓄库比较稳定、迟钝，遇到变化不易被调节。第二节水循环一.水循环的生态学意义1.水是所有营养物质的介质，这使营养物质的循环和水循环不可分割的联系在一起。2、地球上水的运动又把陆地和水域联系在一起,使局部生态系统和整个生物圈联系在一起。3、大量水防止地球上温度的巨变。4、水是物质的很好溶剂，水在生态系统中起能量传递的作用。5、水是地质变化的动因之一。二.水循环的驱动力1.从能量动力学分析表明是太阳能驱动全球水循环。海洋、陆地在太阳光的照耀下不断蒸发水分。2.植物在水循环中的作用是极其巨大的。（植物蒸腾作用：形成1g初级生产，蒸腾500g水，陆地水分蒸腾55*1012m3/a，增加了空气中的水分，促进全球水循环。）三.全球的水循环--一种平衡状态水平衡：地球上的蒸发量和降水量总的来说是相等的，即通过蒸发和降水两种形式，地球上的水分达到平衡状态。但不同表面、不同地区的降水量和蒸发量是不同的。陆地：蒸发量降水量;海洋：蒸发量降水量。海陆之间的水量平衡通过地表径流实现。四.生态系统中的水循环生态系统中的水循环包括截取、渗透、蒸发、蒸腾和地表径流。大气水汽遇冷凝结—降水—截留水（植物的截流量降雨量）—渗透水（最大田间持水量）—地下水、地表水径流。五.人类活动与水循环1.人类的生活和经济活动所需水的类型饮用水，生活用水，农业用水，工业用水，内河航行。2.影响①大气污染：空气中细粒的增加，刺激水汽的凝结过程，影响不同地区的降水量和降水质量，污染物形成化合物。②城市化：地表硬化，渗透消失，地表径流增加第三节气体循环一.碳循环①蓄库：岩石圈、大气、海洋②循环途径③人类活动对碳循环过程的影响二.氮循环：典型的气体型循环复杂的生物循环过程：生物活动蓄库：占大气的79%，且不能为生物直接利用。生物利用方式：①氨态氮②硝态氮（为主）固氮的途径（3种）：一是通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发活动的高能固氮，其结果形成氨或硝酸盐。二是工业固氮。三是生物固氮，占地球固氮的90%。（固氮菌、根瘤菌和蓝藻等自养和异养的微生物）几个概念生态系统中的氮循环，见250图11-4氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解为氨与氨化合物，氨溶于水即为氨离子，可为植物所吸收利用。硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。反硝化作用：也称脱氮作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变为大气氮，回到大气库中。人类影响：积极：工业固氮消极：氧化氮输入大气，污染空气，形成光化学烟雾；硝酸盐输入水系，水体富营养化；人类从事的生产活动，从森林、草原、农田取走大量动植物残体，取走氮元素。氮污染：人类的粪便，尿第四节沉积型循环一.磷循环磷循环（见251图11-5生态系统中的磷循环）在自然界中，磷由岩石圈移到水圈，磷不存在任何气体形式的化合物。人类活动的影响：开采加大磷的输入：磷肥，洗涤剂问题：水体富营养化，浮游植物疯长、耗氧，浮游动物死亡、自溶、产生磷。正反馈使系统远离平衡态。二、硫循环硫是原生质体的重要组分，它的主要蓄库是岩石圈，但它在大气圈中能自由移动，因此，硫循环有一个长期的沉积阶段和一个较短的气体阶段。在沉积相，硫被束缚在有机或无机沉积物中。岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自然风化作用进入生态系统。