生态学第五章物质循环

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1、生 态 系 统 中 的 物 质 循 环 物 质 循 环 的 一 般 特 征 全 球 水 循 环 碳 循 环 氮 循 环 磷 循 环 硫 循 环 物 质 循 环 的 一 般 特 征 生 物 地 球 化 学 循 环 ： 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 中 的 过 程 。 这 一 过 程 包 括 生 物 与 非 生 物二 者 的 参 与 , 同 时 也 包 含 一 些 地 质 与 地 理 作 用 在內 , 因

2、 此 称 为 生 物 地 球 化 学 循 环 生 物 小 循 环 ： 环 境 中 元 素 经 生 物 吸 收 ， 在 生 态 系统 中 被 相 继 利 用 ， 然 后 经 过 分 解 者 的 作 用 再 为 生产 者 吸 收 、 利 用 物 质 循 环 的 基 本 概 念 库 ：贮 存 一 定 数 量 元 素 的 某 种 生 态 系 统 组 分 称 为 该元 素 的 库生 态 系 统 中 各 组 分 都 是 物 质 循 环 的 库植 物 库 、 动 物 库 、 土 壤 库 、 水 体 库 等 流 通 率 ： 单 位 时 间 、 单 位 面 积 /体 积 的 物 质 转 移 量 周 转 率 ：

3、流 通 率 /库 中 营 养 物 质 总 量 周 转 时 间 ： 库 中 营 养 物 质 总 量 /流 通 率 物 质 在 库 间 的 流 通v 流 通 量 、 周 转 率 与 周 转 时间 是 相 对 于 库 而 言 的v 生 产 者 库流 通 率 ： 20单 位 /天周 转 率 ： 20/100=20%周 转 时 间 ： 100/20=5天v 消 费 者 库流 通 率 ： 4单 位 /天周 转 率 ： 4/50=8%周 转 时 间 ： 50/4=12.5天 影 响 物 质 循 环 速 率 的 因 素 元 素 的 性 质 ： 有 的 元 素 循 环 的 速 率 快 ， 而有 的 则 比 较

4、慢 ， 这 是 元 素 化 学 特 性 和 被 生 物有 机 体 利 用 的 方 式 不 同 所 决 定 的 。 如 CO2 1年 ,N 100万 年 生 物 的 生 长 速 率 ： 决 定 生 物 对 物 质 吸 收 的速 率 以 及 物 质 在 食 物 网 中 运 动 的 速 度 影 响 物 质 循 环 速 率 的 因 素 有 机 物 质 腐 烂 的 速 率 ： 适 宜 的 环 境 有 利 于 分解 者 的 生 存 ， 并 使 有 机 体 很 快 分 解 ， 供 生 物 重新 利 用 人 类 活 动 的 影 响 ：开 垦 农 田 和 砍 伐 森 林 引 起 土 壤 矿 物 质 的 流 失

5、，影 响 物 质 循 环 速 率化 石 燃 烧 把 硫 和 二 氧 化 硫 释 放 大 气 中 生 物 地 球 化 学 循 环 的 类 型 气 体 型 循 环贮 存 库 是 大 气 和 海 洋有 气 体 形 式 的 分 子 参 与 循 环 过 程循 环 速 度 快 ， 例 如 CO2、 N2、 O2等 沉 积 型 循 环贮 存 库 是 岩 石 、 土 壤 和 沉 积 物没 有 气 体 形 式 的 分 子 参 与 循 环 过 程循 环 速 度 慢 ， 时 间 以 千 年 计 算 ， 例 如 P、 Ca、 Mg等 水 循 环水 的 全 球 循 环 过 程生 态 系 统 中 所 有 的 物 质 循

6、环 都 离 不 开 水 循 环 的 推 动 全 球 水 循 环 水 循 环 是 太 阳 能 推 动 ， 在 陆 地 、 大 气 和 海 洋间 循 环 地 表 总 水 量 ： 1.4 109km3， 海 洋 约 占 97% 水 的 循 环 ：陆 地 ： 蒸 发 (蒸 腾 )71,000km 3， 降 水 111,000km3 ，径 流 40,000km3海 洋 ： 蒸 发 425,000km3， 降 水 385,000km3 碳 循 环 碳 的 重 要 性 ： 生 命 元 素 、 能 量 流 动 碳 库 ： 海 洋 和 大 气 、 生 物 体 碳 的 存 在 形 式 ： CO2， 无 机 盐 ，

7、 有 机 碳 主 要 循 环 过 程生 物 的 同 化 和 异 化 过 程大 气 和 海 洋 间 的 CO 2交 换碳 酸 盐 的 沉 淀 作 用 人 类 活 动 对 碳 循 环 造 成 严 重 影 响 ， 引 起 气 候 变化 的 主 要 原 因 （ 1） 海 洋 和 大 气 CO2调 节CO2 CO2溶于 海 水 H2CO3水 体 中 生 物 H+CO32- CaCO3海 底 沉 积 物 温 室 效 应v 温 室 效 应 （ Greenhouse effects ） ： 大 气中 对 长 波 辐 射 具 有 屏 蔽 作 用 的 温 室 气 体 浓 度 增 加 使较 多 的 辐 射 能 被

8、截 留 在 地 球 表 层 而 导 致 温 度 上 升v 温 室 气 体 ： 二 氧 化 碳 (CO2)、 甲 烷 (CH4)、 氧 化 亚 氮(N2O)、 六 氟 化 碳 (SF6)、 氟 氯 碳 化 物 (CFCs)、 氢 氟碳 化 物 (HFCs)等v 温 室 效 应 的 影 响海 平 面 上 升 ， 淹 沒 陆 地 全 球 气 候 经 常 发 生 暴 雨 或 干 旱土 地 沙 漠 化 ， 生 态 环 境 改 变 氮 循 环 氮 的 重 要 性 氮 库 ： 大 气 、 土 壤 、 陆 地 植 被 生 物 可 利 用 的 氮 的 形 式 ： NO32-、 NO22-、 NH4+ 氮 循 环

9、 的 主 要 过 程固 氮 作 用氨 化 作 用硝 化 作 用 反 硝 化 作 用 氨 化 作 用 、 硝 化 作 用 和 反 硝 化 作 用 氨 化 作 用 ： 由 氨 化 细 菌 和 真 菌 的 作 用 将 有 机 氮分 解 成 为 氨 和 氨 化 合 物 ， 氨 溶 水 成 为 NH4+， 为植 物 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 ： 反 硝 化 细 菌 将 亚 硝 酸 盐 转 变 成 氮气 ，

10、 回 到 大 气 库 中 磷 循 环 磷 循 环 属 典 型 的 沉 积 循 环 磷 以 不 活 跃 的 地 壳 作 为 主 要 贮 存 库 磷 的 循 环 过 程 岩 石 经 土 壤 风 化 释 放 的 磷 酸 盐 和 农 田 中 施 用 的 磷肥 ， 被 植 物 吸 收 进 入 植 物 体 内 沿 食 物 链 传 递 ， 并 以 粪 便 、 残 体 或 直 接 以 枯 枝 落叶 、 秸 秆 归 还 土 壤 含 磷 有 机 化 合 物 经 土 壤 微 生 物 的 分 解 ， 转 变 为 可溶 性 的 磷 酸 盐 ， 可 再 次 供 给 植 物 吸 收 利 用 ， 这 是磷 的 生 物 小 循 环 。 一 部 分 磷 脱 离 生 物 小 循 环 进 入 地 质 大 循 环 动 植 物 遗 体 在 陆 地 表 面 的 磷 矿 化 磷 受 水 的 冲 蚀 进 入 江 河 ， 流 入 海 洋 一 个 池 塘 生 态 系 统 的 磷 循 环 生 态 系 统 的 磷 循 环 硫 循 环