生態(tài)學(xué)-第五章 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

1、物質(zhì)循環(huán)的基本原理 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(guò)程中，察覺(jué)不到物質(zhì)在量上的增加或減少。 質(zhì)能守恒定律 質(zhì)能守恒定律認(rèn)為，世界不存在沒(méi)有能量的物質(zhì)質(zhì)量，也不存在沒(méi)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(guò)程中都保持不變的守恒。 一、物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn) 1、基本概念 (1)、生物地球化學(xué)循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各種化生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各種化學(xué)元素及其化合物在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素學(xué)元素及其化合物在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素之間及其在地球表層生物圈、水圈、大氣圈和之間及其在地球表層生物圈、水圈、大氣圈和巖石圈等各圈層之間，沿著特

2、定的途徑從環(huán)境巖石圈等各圈層之間，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，又從生物體再回歸到環(huán)境，不斷地到生物體，又從生物體再回歸到環(huán)境，不斷地進(jìn)行著反復(fù)循環(huán)變化的過(guò)程。進(jìn)行著反復(fù)循環(huán)變化的過(guò)程。 (2)、地質(zhì)大循環(huán)：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)入五大自然圈（氣圈，水圈，巖石圈，土壤圈，生物圈）的循環(huán)的過(guò)程。這是一種閉合式循環(huán)。 (3)、生物小循環(huán)：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(guò)分解者的作用再為生產(chǎn)者吸收、利用。這是一種開(kāi)放式循環(huán)。P243 圖 (4)、物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)：物質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中被暫時(shí)固定、儲(chǔ)

3、存的場(chǎng)所稱為庫(kù)。生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)，如植物庫(kù)、動(dòng)物庫(kù)、土壤庫(kù)等。在 生 物 地 球 化 學(xué) 循 環(huán) 中 ， 庫(kù) 可 分 為 儲(chǔ) 存 庫(kù)（Reservoir pool，容積大，物質(zhì)交換活動(dòng)緩慢，一般為環(huán)境成分）和交換庫(kù)（Exchange pool，容積小，交換快，一般為生物成分）。 (5)、物質(zhì)循環(huán)的流：物質(zhì)在庫(kù)與庫(kù)之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為流。P244 圖 流通率：在單位時(shí)間或單位體積的轉(zhuǎn)移量。流通率：在單位時(shí)間或單位體積的轉(zhuǎn)移量。 周轉(zhuǎn)率：出入一個(gè)庫(kù)的流通率除以該庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物周轉(zhuǎn)率：出入一個(gè)庫(kù)的流通率除以該庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)的總量。質(zhì)的總量。 周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)率的

4、倒數(shù)。 (6)、循環(huán)效率：生態(tài)系統(tǒng)中某一組分的貯存物質(zhì)，一部分或全部流出該組分，但未離開(kāi)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)。循環(huán)物質(zhì)（FC）占總輸入物質(zhì)（FI）的比例，稱為物質(zhì)的循環(huán)效率（EC）（ EC=FC/FI）。 (7)、生物積累（Bioaccumulation)：生態(tài)系統(tǒng)中生物不斷進(jìn)行新陳代謝的過(guò)程中，體內(nèi)來(lái)自環(huán)境的元素或難分解化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。 (8)、生物濃縮（Bioconcentration)：生態(tài)系統(tǒng)中同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的許多生物種群或者生物個(gè)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(guò)環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱為生物富集（Biol

5、ogical enrichment)。 (9)、生物放大(Biomagnification)：在生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈上，高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食，某種元素或難分解化合物在生物體中濃度隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐漸增大的現(xiàn)象。 2. 物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn) (1)、物質(zhì)不滅，循環(huán)往復(fù)(2)、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)不可分割，相輔相成(3)、物質(zhì)循環(huán)的生物富集(4)、生態(tài)系統(tǒng)對(duì)物質(zhì)循環(huán)有一定的調(diào)節(jié)能力(5)、物質(zhì)循環(huán)中生物的作用(6)、各物質(zhì)循環(huán)過(guò)程相互聯(lián)系，不可分割3、生物地球化學(xué)循環(huán)的類型 (1)、水循環(huán)(是物質(zhì)循環(huán)的核心) (2)、氣相型循環(huán)（為什么氣態(tài)循環(huán)引起人們極大的重視？）(3)、沉積型循環(huán) 氣相型循環(huán)

6、其貯存庫(kù)是其貯存庫(kù)是大氣和海洋大氣和海洋。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系，具。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系，具有明顯的有明顯的全球性全球性。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過(guò)。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過(guò)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，以為植物重新利用，循環(huán)比較迅速循環(huán)比較迅速，例如，例如CO2、N2、O2等，等，水實(shí)際上也屬于這種類型。由于有巨大的大氣貯存庫(kù)，故可水實(shí)際上也屬于這種類型。由于有巨大的大氣貯存庫(kù)，故可對(duì)干擾能相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)（但大氣的這種自我調(diào)節(jié)也對(duì)干擾能相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)（但大

7、氣的這種自我調(diào)節(jié)也不是無(wú)限度的）。因此，從地球意義上看，這類循環(huán)是不是無(wú)限度的）。因此，從地球意義上看，這類循環(huán)是比較比較完全的循環(huán)完全的循環(huán)。值得提出的是，氣相循環(huán)與全球性三個(gè)環(huán)境問(wèn)。值得提出的是，氣相循環(huán)與全球性三個(gè)環(huán)境問(wèn)題（題（溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)，酸雨酸霧酸雨酸霧，臭氧層破壞臭氧層破壞）密切相關(guān)。）密切相關(guān)。 酸雨在毀滅森林！酸雨在毀滅森林！ 沉積型循環(huán) 許多礦物元素其貯存庫(kù)在地殼里。經(jīng)過(guò)自然風(fēng)化和人類的許多礦物元素其貯存庫(kù)在地殼里。經(jīng)過(guò)自然風(fēng)化和人類的開(kāi)采冶煉，從陸地巖石中釋放出來(lái)，為植物所吸收，參與開(kāi)采冶煉，從陸地巖石中釋放出來(lái)，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，

8、由動(dòng)植物殘?bào)w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(guò)沉降、淀積和成物狀態(tài)隨流水進(jìn)入江河，匯入海洋，經(jīng)過(guò)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。這類循環(huán)是環(huán)才算完成。這類循環(huán)是緩慢的，并且容易受到干擾緩慢的，并且容易受到干擾，成，成為為“不完全不完全”的循環(huán)。沉積循環(huán)一

9、般情況下沒(méi)有氣相出現(xiàn)，的循環(huán)。沉積循環(huán)一般情況下沒(méi)有氣相出現(xiàn)，因而通常沒(méi)有全球性的影響。因而通常沒(méi)有全球性的影響。 二、水循環(huán) 水是生命基礎(chǔ)元素。水既是一切生命有機(jī)體的水是生命基礎(chǔ)元素。水既是一切生命有機(jī)體的重要組成成分，又是生物體內(nèi)各種生命過(guò)程的重要組成成分，又是生物體內(nèi)各種生命過(guò)程的介質(zhì)，還是生物體內(nèi)許多生物化學(xué)反應(yīng)的底物。介質(zhì)，還是生物體內(nèi)許多生物化學(xué)反應(yīng)的底物。水是生物圈中最豐富的物質(zhì)，水以固、液、氣水是生物圈中最豐富的物質(zhì)，水以固、液、氣三態(tài)存在。環(huán)境水分對(duì)生物的生命活動(dòng)也有著三態(tài)存在。環(huán)境水分對(duì)生物的生命活動(dòng)也有著重要的生態(tài)作用重要的生態(tài)作用。 o地球的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤

10、和大氣中含有大量的水。地球的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤和大氣中含有大量的水。海洋中的液態(tài)咸水約占總量的海洋中的液態(tài)咸水約占總量的97%。陸地、大氣和海洋中的水，。陸地、大氣和海洋中的水，形成了一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)。水在生物圈的循環(huán)，可以看作是從水域形成了一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)。水在生物圈的循環(huán)，可以看作是從水域開(kāi)始，再回到水域而終止。水域中，水受到太陽(yáng)輻射而蒸發(fā)進(jìn)入開(kāi)始，再回到水域而終止。水域中，水受到太陽(yáng)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態(tài)，其中一部分降至地

11、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(guò)地下徑流進(jìn)入海洋。植物吸收的水為植物吸收利用，大部分通過(guò)地下徑流進(jìn)入海洋。植物吸收的水分中，大部分用于蒸騰，只有很小部分為光合作用形成同化產(chǎn)物，分中，大部分用于蒸騰，只有很小部分為光合作用形成同化產(chǎn)物，并進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，然后經(jīng)過(guò)生物呼吸與排泄返回環(huán)境。并進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，然后經(jīng)過(guò)生物呼吸與排泄返回環(huán)境。 1、全球的水循環(huán)、全球的水循環(huán)周轉(zhuǎn)期冰川8600年地下水5000年江河水11.4天植物體內(nèi)水分2-3天o 植物體含水量雖小，但

12、流經(jīng)植物體的水分?jǐn)?shù)量卻是巨植物體含水量雖小，但流經(jīng)植物體的水分?jǐn)?shù)量卻是巨大的。例如，水稻在生長(zhǎng)盛期，每天每公頃大約吸收大的。例如，水稻在生長(zhǎng)盛期，每天每公頃大約吸收70噸水，其中大約噸水，其中大約5%用于維持原生質(zhì)的功能和光用于維持原生質(zhì)的功能和光合作用，合作用，95%以水蒸汽和水珠的形式，從葉片的氣以水蒸汽和水珠的形式，從葉片的氣孔中排出?？字信懦?。Penman估計(jì)，參與光合作用的水要比估計(jì)，參與光合作用的水要比參與蒸騰作用的水少得多。如生產(chǎn)參與蒸騰作用的水少得多。如生產(chǎn)20噸鮮重的植物噸鮮重的植物物質(zhì)，在生長(zhǎng)期間要從土壤中吸收物質(zhì)，在生長(zhǎng)期間要從土壤中吸收2000噸的水，噸的水，20噸鮮重

13、中有噸鮮重中有5噸干物質(zhì)，余噸干物質(zhì)，余15噸為可蒸發(fā)水分。噸為可蒸發(fā)水分。5噸干物質(zhì)中有結(jié)合水噸干物質(zhì)中有結(jié)合水3噸，僅相當(dāng)于自土壤中吸收噸，僅相當(dāng)于自土壤中吸收水分的水分的0.15%。 2、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)o 生物圈中水的循環(huán)平衡是靠世界范圍的生物圈中水的循環(huán)平衡是靠世界范圍的蒸發(fā)與降水蒸發(fā)與降水來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)的。由于地球表面的差異和距太陽(yáng)遠(yuǎn)近的不同，水的分布的。由于地球表面的差異和距太陽(yáng)遠(yuǎn)近的不同，水的分布不僅存在著地域上的差異，還存在著季節(jié)上的差異。一個(gè)不僅存在著地域上的差異，還存在著季節(jié)上的差異。一個(gè)區(qū)域的水分平衡受降水量、徑流量、蒸發(fā)量和植被截留量區(qū)域的水分平衡

14、受降水量、徑流量、蒸發(fā)量和植被截留量以及自然蓄水量的影響。降水量、蒸發(fā)量的大小又受地形、以及自然蓄水量的影響。降水量、蒸發(fā)量的大小又受地形、太陽(yáng)輻射和大氣環(huán)流的影響。地面的蒸發(fā)和植物的蒸騰與太陽(yáng)輻射和大氣環(huán)流的影響。地面的蒸發(fā)和植物的蒸騰與農(nóng)作制度有關(guān)。土地裸露不僅土壤蒸發(fā)量增大，并由于缺農(nóng)作制度有關(guān)。土地裸露不僅土壤蒸發(fā)量增大，并由于缺少植被的截留，使地面徑流量增大。因此，少植被的截留，使地面徑流量增大。因此，保護(hù)森林和草保護(hù)森林和草地植被，在調(diào)節(jié)水分平衡上有著重要作用地植被，在調(diào)節(jié)水分平衡上有著重要作用。 o 豐 茂 的 森 林 可 截 留 夏 季 降 水 量 的豐 茂 的 森 林 可 截

15、 留 夏 季 降 水 量 的2 0 3 0 % ， 草 地 可 截 留 降 水 量 的， 草 地 可 截 留 降 水 量 的513%。樹(shù)冠的強(qiáng)大蒸騰作用，可使。樹(shù)冠的強(qiáng)大蒸騰作用，可使林區(qū)比無(wú)林區(qū)、少林區(qū)降水量增多林區(qū)比無(wú)林區(qū)、少林區(qū)降水量增多30%左右。坡地上，森林可減輕水對(duì)土壤的左右。坡地上，森林可減輕水對(duì)土壤的侵蝕作用；林地內(nèi)，地表徑流量比無(wú)林侵蝕作用；林地內(nèi)，地表徑流量比無(wú)林地少地少10%左右。左右。亞熱帶常綠闊葉林亞熱帶常綠闊葉林熱帶雨林熱帶雨林目前水資源存在什么問(wèn)題？淮河水污染水資源短缺；水體污染水資源短缺；水體污染人類對(duì)水循環(huán)的影響有那些？人類對(duì)水循環(huán)的影響有那些？(1)、植被破

16、壞(2)、水利工程(3)、水體污染(4)、開(kāi)采地下水 人類對(duì)水循環(huán)的影響是多方面的。如修筑水庫(kù)、塘堰可擴(kuò)大自然蓄水量；而圍湖造田又使自然蓄水容積減小；地下水的過(guò)度開(kāi)采利用，使某些人口集中的地區(qū)出現(xiàn)了地下水位和水質(zhì)量的下降，如目前我國(guó)許多北方大城市的地下水分布出現(xiàn)“漏斗”。 1、碳循環(huán)碳循環(huán)碳是生命骨架元素。環(huán)境中的CO2通過(guò)光合作用被固定在有機(jī)物質(zhì)中，然后通過(guò)食物鏈的傳遞，在生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。 三、氣體型循環(huán)三、氣體型循環(huán)循環(huán)途徑有：循環(huán)途徑有：在光合作用和呼吸作用之間的在光合作用和呼吸作用之間的細(xì)胞水平細(xì)胞水平上的循環(huán)；上的循環(huán)；大氣大氣CO2和植物體之間的和植物體之間的個(gè)體水平個(gè)體水平上

17、的循環(huán)；上的循環(huán)；大氣大氣CO2植物植物動(dòng)物動(dòng)物微生物之間的微生物之間的食物鏈水平食物鏈水平上上的循環(huán)的循環(huán)(這些循環(huán)均屬于這些循環(huán)均屬于生物小循環(huán)生物小循環(huán))。 此外，碳以動(dòng)植物有機(jī)體形式深埋地下，在還原條件此外，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(kāi)采利用這些化石燃料時(shí)，開(kāi)采利用這些化石燃料時(shí)，CO2被再次釋放進(jìn)入大氣。被再次釋放進(jìn)入大氣。碳循環(huán)碳循環(huán)1個(gè)體水平細(xì)胞水平食物鏈水平地質(zhì)大循環(huán)碳的儲(chǔ)存庫(kù)碳的儲(chǔ)存庫(kù)大氣圈：儲(chǔ)量最小，二氧化碳等巖石圈：儲(chǔ)量最大，碳酸鹽巖等 水圈生物圈：2000

18、年的估計(jì)數(shù)據(jù),全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量約24 770 億t ,其中植被4 660億t ,土壤20 110 億t 。森林為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳儲(chǔ)庫(kù),森林植被的碳儲(chǔ)量約占全球植被的77 %,森林土壤的碳儲(chǔ)量約占全球土壤的39 % 。中國(guó)各類陸地植被的碳儲(chǔ)中國(guó)各類陸地植被的碳儲(chǔ)量量碳源和碳匯碳源和碳匯任何釋放碳素的過(guò)程謂之“源”,固定碳素的過(guò)程稱為“匯”。碳源和碳匯都是以大氣圈為參照系,以向大氣中輸入碳或從大氣中輸出碳為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。最終決定一個(gè)體系是源還是匯的是碳的凈收支。人類最為關(guān)心的莫過(guò)于短時(shí)間尺度上的碳源和碳匯的變化。對(duì)于幾年到幾百年的時(shí)間尺度,全球碳循環(huán)主要是以CO2 的形式在生物圈、海洋和

19、大氣圈中進(jìn)行。人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響人類活動(dòng)對(duì)碳循環(huán)的影響工業(yè)革命以前,大氣中的CO2 濃度平均值約為28010- 6 ppm,變化幅度大約在1010-6以內(nèi),平均而言,這一時(shí)期的自然碳收支處于很好的平衡態(tài)。工業(yè)革命之后的幾百年里,大氣中的CO2 濃度增加31 % ,1995 年大氣中的CO2 濃度達(dá)到36010- 6 ppm 。人類活動(dòng)造成的碳收支失衡不斷增長(zhǎng)、積累,碳循環(huán)的平衡開(kāi)始被破壞。人類活動(dòng)對(duì)全球碳循環(huán)的影響體現(xiàn)在3 方面:一是人為增加碳源，如化石燃料的燃燒；二是人為減少碳匯，如土地利用方式的改變；三是氣候變暖的反饋?zhàn)饔?，如冰川減少、海平面 上升、植被帶遷移等。橫坐標(biāo)是時(shí)間，橫坐標(biāo)是

20、時(shí)間，左方縱坐標(biāo)是氣體的濃度左方縱坐標(biāo)是氣體的濃度 動(dòng)態(tài)平衡平衡失調(diào)全球變暖等環(huán)境問(wèn)題人類的應(yīng)對(duì)措施人類的應(yīng)對(duì)措施改造植物，營(yíng)林并定期砍伐20世紀(jì)80年代，約翰馬丁針對(duì)全球變暖提出了“Geritol方案”（Geritol是一種治療缺鐵性貧血的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑）?將工廠排放的二氧化碳?xì)怏w壓縮后，送到海底。在3000m以下的深海，壓強(qiáng)足夠大，二氧化碳可以維持液態(tài)。 ? ?法律法規(guī)（法律法規(guī)（京都議定書(shū)京都議定書(shū)）第二次工業(yè)革命以來(lái)，大量化石燃料的燃燒，改變第二次工業(yè)革命以來(lái)，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的化石

21、燃料碳5060億噸，因農(nóng)業(yè)土壤耕作返回億噸，因農(nóng)業(yè)土壤耕作返回大氣的碳約大氣的碳約20億噸（億噸（1970年估計(jì)值），同時(shí)由于年估計(jì)值），同時(shí)由于森林被砍伐，減少了對(duì)森林被砍伐，減少了對(duì)CO2的固定，因此，盡管海的固定，因此，盡管海洋能夠吸收近洋能夠吸收近2/3的額外碳源，仍然避免不了全球的額外碳源，仍然避免不了全球大氣大氣CO2濃度的升高。濃度的升高。 o 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。使得緯度較高的地區(qū)，由于溫度變暖而更加干旱，甚至使極地冰蓋層融化，導(dǎo)致海平面上升。如果CO2濃度由0.03%增高到0.06%，則地球平均

22、溫度將上升2.9，赤道附近溫度上升1.45；兩極附近溫度將上升89。但如果南極溫度上升6，就將由于冰川的融化而使海平面升高6米左右。這不能不說(shuō)是個(gè)值得全球人類關(guān)注的問(wèn)題。 o 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中碳的同化隨工業(yè)輔助能的投入而增加，但動(dòng)植物殘?bào)w和排泄物中的碳是以有機(jī)物形式返回土壤，還是以CO2形式返回大氣。若是后種形式，則土壤微生物的碳源將會(huì)減少，土壤有機(jī)質(zhì)可能下降，造成地力衰退。2、氮循環(huán)o 氮是生命代謝元素。大氣中氮的含量為氮是生命代謝元素。大氣中氮的含量為79%，總量約，總量約3.851015t，但它是一，但它是一種很不活潑的氣體，不能為大多數(shù)生物種很不活潑的氣體，不能為大多數(shù)生物直接利用。只有

23、通過(guò)固氮菌的直接利用。只有通過(guò)固氮菌的生物固氮生物固氮、閃電等的閃電等的大氣固氮大氣固氮，火山爆發(fā)時(shí)的，火山爆發(fā)時(shí)的巖漿巖漿固氮固氮以及以及工業(yè)固氮工業(yè)固氮等等4條途徑，轉(zhuǎn)為硝酸條途徑，轉(zhuǎn)為硝酸鹽或氨的形態(tài)，才能為生物吸收利用。鹽或氨的形態(tài)，才能為生物吸收利用。 反硝化細(xì)菌反硝化細(xì)菌固氮細(xì)菌固氮細(xì)菌硝酸鹽硝酸鹽植物體內(nèi)植物體內(nèi)死體及排泄物死體及排泄物氨化作用氨化作用氨氣氨氣亞硝酸鹽細(xì)菌亞硝酸鹽細(xì)菌亞硝酸鹽亞硝酸鹽硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌火山活動(dòng)火山活動(dòng)大氣中的大氣中的氮?dú)獾獨(dú)鈕 在生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤中吸收硝酸鹽，在生態(tài)系統(tǒng)中，植物從土壤中吸收硝酸鹽，合成蛋白質(zhì)，再與其他化合物一起建造了植合成蛋白質(zhì)

24、，再與其他化合物一起建造了植物有機(jī)體，于是氮素進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者物有機(jī)體，于是氮素進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者有機(jī)體，進(jìn)一步為動(dòng)物取食，轉(zhuǎn)變?yōu)楹挠袡C(jī)體，進(jìn)一步為動(dòng)物取食，轉(zhuǎn)變?yōu)楹膭?dòng)物蛋白質(zhì)。動(dòng)植物排泄物或殘?bào)w等含氮的動(dòng)物蛋白質(zhì)。動(dòng)植物排泄物或殘?bào)w等含氮的有機(jī)物經(jīng)微生物分解為有機(jī)物經(jīng)微生物分解為CO2、H2O和和NH3返回環(huán)境，返回環(huán)境，NH3可被植物再次利用，進(jìn)入新可被植物再次利用，進(jìn)入新的循環(huán)。的循環(huán)。 氮循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括有許多種類的微生物參加：氮循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括有許多種類的微生物參加： 氨化作用：氨化細(xì)菌和真菌將有機(jī)氮分解為氨與氨氨化作用：氨化細(xì)菌和真菌將有機(jī)氮分解為

25、氨與氨化合物，氨溶于水成為化合物，氨溶于水成為NHNH4 4+ +, ,被植物直接利用，在土被植物直接利用，在土壤氮素養(yǎng)分供應(yīng)上有很大意義。壤氮素養(yǎng)分供應(yīng)上有很大意義。硝化作用：氨化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌硝化作用：氨化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。反硝化作用：脫氮作用，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)反硝化作用：脫氮作用，反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫(kù)中。變成大氣氮，回到大氣庫(kù)中。 o 氮在生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程中，常因有機(jī)物的氮在生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程中，常因有機(jī)物的燃燒而揮發(fā)損失；或因土壤通氣不良，硝態(tài)燃燒

26、而揮發(fā)損失；或因土壤通氣不良，硝態(tài)氮經(jīng)反硝化作用變?yōu)橛坞x氮而揮發(fā)損失；或氮經(jīng)反硝化作用變?yōu)橛坞x氮而揮發(fā)損失；或因灌溉、水蝕、風(fēng)蝕、雨水淋洗而流失等。因灌溉、水蝕、風(fēng)蝕、雨水淋洗而流失等。損失的氮或進(jìn)入大氣，或進(jìn)入水體，變?yōu)槎鄵p失的氮或進(jìn)入大氣，或進(jìn)入水體，變?yōu)槎鄶?shù)植物不能直接利用的氮素。因此，必須通數(shù)植物不能直接利用的氮素。因此，必須通過(guò)上述各種固氮途徑來(lái)補(bǔ)充，從而保持生態(tài)過(guò)上述各種固氮途徑來(lái)補(bǔ)充，從而保持生態(tài)系統(tǒng)中氮素的循環(huán)平衡。系統(tǒng)中氮素的循環(huán)平衡。 o 開(kāi)發(fā)生物固氮資源對(duì)增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的氮素開(kāi)發(fā)生物固氮資源對(duì)增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的氮素輸入，提高生物產(chǎn)量具有重要意義。生產(chǎn)化學(xué)輸入，提高生物產(chǎn)

27、量具有重要意義。生產(chǎn)化學(xué)氮肥需要耗費(fèi)大量能源，并且可能造成環(huán)境的氮肥需要耗費(fèi)大量能源，并且可能造成環(huán)境的污染（污染水體、加速全球氣溫升高、臭氧成污染（污染水體、加速全球氣溫升高、臭氧成破壞、降低土壤質(zhì)量、污染空氣并形成酸雨）。破壞、降低土壤質(zhì)量、污染空氣并形成酸雨）。在生物固氮資源方面，豆科作物的共生固氮占在生物固氮資源方面，豆科作物的共生固氮占全球生物固氮總量的全球生物固氮總量的40%左右。左右。 o 我國(guó)目前在農(nóng)業(yè)上利用有大豆、花生、蠶豆、我國(guó)目前在農(nóng)業(yè)上利用有大豆、花生、蠶豆、綠豆、豇豆、扁豆等，以及各種豆科牧草和豆綠豆、豇豆、扁豆等，以及各種豆科牧草和豆科綠肥，包括紫云英、苕子、箭舌豌

28、豆、紫苜科綠肥，包括紫云英、苕子、箭舌豌豆、紫苜蓿、三葉草、草木樨等。與根瘤菌共生的非豆蓿、三葉草、草木樨等。與根瘤菌共生的非豆科植物有榿木屬科植物有榿木屬(Alnus)、楊梅屬、楊梅屬(Myrica)、木麻黃屬木麻黃屬(Casuarina)、馬桑屬、馬桑屬(Coriaria)、銀杏屬銀杏屬(Gingko)、胡頹子屬、胡頹子屬(Elaegnus)等等的一些種類。的一些種類。 o 紅萍是一種水生蕨類植物，葉腔中有固氮藍(lán)藻共生，其生長(zhǎng)快，固氮率高，每公頃萍體產(chǎn)量可達(dá)2250030000kg，含純氮75kg左右。 o 在自生固氮資源方面，主要是固氮藍(lán)藻。固氮藍(lán)藻在我國(guó)各地有廣泛分布，已發(fā)現(xiàn)的主要有念

29、珠藻、魚(yú)腥藻、筒胞藻等，特別是南方各地分布的一種陸生念珠，可以在裸露巖石上和貧瘠的土壤上生長(zhǎng)，有明顯的固氮作用。其次，農(nóng)田中分布的好氣性自生固氮菌和嫌氣性固氮梭菌是依賴有機(jī)能源的異養(yǎng)菌，固氮量為23kg/ hm2。各種土地的固氮能力，稻田約30kg/ hm2；草地約15kg/ hm2；森林約10kg/ hm2；旱地約3kg/ hm2。 1、磷循環(huán)o 磷是生命信息元素。磷循環(huán)屬典型的沉磷是生命信息元素。磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)。磷以不活躍的地殼作為主要貯積循環(huán)。磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫(kù)。巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和存庫(kù)。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)入植農(nóng)田中施用

30、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)支路循物體內(nèi)，含磷有機(jī)物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：一是沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘環(huán)：一是沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘?bào)w歸還土壤；另一是以枯枝落葉、秸稈體歸還土壤；另一是以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。歸還土壤。 四、四、磷循環(huán)o 各種含磷有機(jī)化合物經(jīng)土壤微生物的分各種含磷有機(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，這是磷的給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)生物小循環(huán)。在這一循環(huán)過(guò)程中，一部分磷脫離生物在這一循環(huán)過(guò)程中，一部分磷脫離生物小循環(huán)進(jìn)入地質(zhì)大循環(huán)，其支路也有兩小循環(huán)進(jìn)入地質(zhì)大循環(huán)，其

31、支路也有兩條：一是動(dòng)植物遺體在陸地表面的磷礦條：一是動(dòng)植物遺體在陸地表面的磷礦化；另一是磷受水的沖蝕進(jìn)入江河，流化；另一是磷受水的沖蝕進(jìn)入江河，流入海洋。入海洋。 o農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大量施用磷肥不僅有使磷資源面臨枯竭的威脅，且磷礦石、磷肥中含有重金屬和放射性物質(zhì)，長(zhǎng)期大量施用，會(huì)使土壤污染；磷素隨水土流失進(jìn)入水域或水體的富營(yíng)養(yǎng)化，殃及魚(yú)類等水生生物。 食物食物鏈鏈磷酸鹽磷酸鹽化細(xì)菌化細(xì)菌原生質(zhì)合原生質(zhì)合成成溶解磷酸溶解磷酸鹽鹽侵蝕與開(kāi)侵蝕與開(kāi)采采淺海沉積淺海沉積物物沉積巖沉積巖石石水循水循環(huán)環(huán)海鳥(niǎo)和海鳥(niǎo)和魚(yú)魚(yú)河湖沉河湖沉積積蓄庫(kù)蓄庫(kù)o為什么陸地上的磷越來(lái)越少？為什么陸地上的磷越來(lái)越少？o為什么用了多

32、年的含磷洗滌用品會(huì)給環(huán)境造成破壞呢？含磷洗衣為什么用了多年的含磷洗滌用品會(huì)給環(huán)境造成破壞呢？含磷洗衣粉以磷酸鹽作為主要助劑，粉以磷酸鹽作為主要助劑，磷酸鹽是一種高效助洗劑磷酸鹽是一種高效助洗劑，同時(shí)也是，同時(shí)也是藻類的助長(zhǎng)劑藻類的助長(zhǎng)劑，水中的磷含量升高，水質(zhì)趨向富營(yíng)養(yǎng)化，會(huì)導(dǎo)致，水中的磷含量升高，水質(zhì)趨向富營(yíng)養(yǎng)化，會(huì)導(dǎo)致各種藻類、水草大量滋生，水體缺氧會(huì)使魚(yú)類死亡等現(xiàn)象。據(jù)有各種藻類、水草大量滋生，水體缺氧會(huì)使魚(yú)類死亡等現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)洗滌用品僅洗衣粉一項(xiàng)的年消費(fèi)量就在關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)洗滌用品僅洗衣粉一項(xiàng)的年消費(fèi)量就在350萬(wàn)噸左右。若將會(huì)成洗衣粉中磷酸鹽的平均含量接萬(wàn)噸左

33、右。若將會(huì)成洗衣粉中磷酸鹽的平均含量接15%計(jì)計(jì)算，每年就有超過(guò)算，每年就有超過(guò)50萬(wàn)噸含磷化合物排放到地表水中，而萬(wàn)噸含磷化合物排放到地表水中，而1克磷克磷就可使藻類生長(zhǎng)就可使藻類生長(zhǎng)100克、有調(diào)查資料顯示，因含磷過(guò)多，我國(guó)湖克、有調(diào)查資料顯示，因含磷過(guò)多，我國(guó)湖泊及城市水系幾乎都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，許多地泊及城市水系幾乎都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，許多地方根本不能飲用。更為嚴(yán)重的是，由干磷含量增加，導(dǎo)致紅色浮方根本不能飲用。更為嚴(yán)重的是，由干磷含量增加，導(dǎo)致紅色浮游生物爆發(fā)性繁殖而引發(fā)的近海海水出現(xiàn)的游生物爆發(fā)性繁殖而引發(fā)的近海海水出現(xiàn)的“赤潮赤潮”和城市水系和城市水系

34、中出現(xiàn)水生植物中出現(xiàn)水生植物“瘋長(zhǎng)瘋長(zhǎng)”的的“浮華浮華”現(xiàn)象。現(xiàn)象。o 美國(guó)、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家從美國(guó)、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)世紀(jì)70年代就開(kāi)始禁磷，年代就開(kāi)始禁磷，到到1995年美國(guó)年美國(guó)42的人口生活在禁磷區(qū)，無(wú)磷洗滌用的人口生活在禁磷區(qū)，無(wú)磷洗滌用品已經(jīng)占據(jù)品已經(jīng)占據(jù)56的市場(chǎng)份額，而在日本的超市已經(jīng)幾乎的市場(chǎng)份額，而在日本的超市已經(jīng)幾乎看不到含磷洗滌用品了。我國(guó)從看不到含磷洗滌用品了。我國(guó)從1994年開(kāi)展環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)年開(kāi)展環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證，無(wú)磷洗滌品擁有了明顯的綠色標(biāo)志。品認(rèn)證，無(wú)磷洗滌品擁有了明顯的綠色標(biāo)志。o 雖然部分公眾對(duì)是否雖然部分公眾對(duì)是否“禁磷禁磷”仍然存在異議，可以肯

35、定仍然存在異議，可以肯定的是，隨著公眾環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步增強(qiáng)及各地的是，隨著公眾環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步增強(qiáng)及各地“禁磷禁磷”法規(guī)的陸續(xù)出臺(tái)，選擇無(wú)磷洗滌用品的消費(fèi)者會(huì)不斷增法規(guī)的陸續(xù)出臺(tái)，選擇無(wú)磷洗滌用品的消費(fèi)者會(huì)不斷增加，洗滌用品在水質(zhì)污染成因中所占的比例會(huì)逐漸減小。加，洗滌用品在水質(zhì)污染成因中所占的比例會(huì)逐漸減小。并且，目前國(guó)內(nèi)年產(chǎn)量并且，目前國(guó)內(nèi)年產(chǎn)量7萬(wàn)噸的無(wú)磷洗衣粉將在市場(chǎng)中逐萬(wàn)噸的無(wú)磷洗衣粉將在市場(chǎng)中逐步成長(zhǎng)，而含磷洗衣粉將很快讓出所占據(jù)的龐大市場(chǎng)，步成長(zhǎng)，而含磷洗衣粉將很快讓出所占據(jù)的龐大市場(chǎng)，此消彼長(zhǎng)，整個(gè)洗滌行業(yè)將向臨此消彼長(zhǎng)，整個(gè)洗滌行業(yè)將向臨“洗牌洗牌”的可能。的可能。2 、硫循環(huán)o硫是原生質(zhì)體的重要組分，它的硫是原生質(zhì)體的重要組分，它的主要蓄庫(kù)是巖石圈。硫循環(huán)包括主要蓄庫(kù)是巖石圈。硫循環(huán)包括長(zhǎng)期的沉積階段（有機(jī)或無(wú)機(jī)沉長(zhǎng)期的沉積階段（有機(jī)或無(wú)機(jī)沉積物中）和短期的氣體階段。積物中）和短期的氣體階段。o巖石庫(kù)中的硫酸鹽主要通過(guò)生物巖石庫(kù)中的硫酸鹽主要通過(guò)生物的分解和自然分化作用進(jìn)入生態(tài)的分解和自然分化作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)。五、五、有毒有害物質(zhì)的循環(huán)o 某種物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后在一定時(shí)間內(nèi)直接或間某種物質(zhì)進(jìn)入