第五章-物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1.地質(zhì)大循環(huán)指營養(yǎng)元素（C、H、

O、

N、

P、

S等）經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進入生物有機體內(nèi)，然后生物有機體以死體、殘體或排泄物形式將營養(yǎng)物質(zhì)返回環(huán)境，經(jīng)過五大自然圈循環(huán)后，再被生物利用的過程。特點：時間長、范圍廣，是閉合式循環(huán)。水的地質(zhì)大循環(huán)2.生物小循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)被生物利用后返回環(huán)境，不經(jīng)五大自然圈層的循環(huán)，又相繼被生物利用的過程。特點：時間短、范圍小、是開放式的循環(huán)。Ca的生物小循環(huán)3.庫與流庫：物質(zhì)在循序過程中被暫時固定的、貯存的場所。貯存庫：環(huán)境庫，容積大、物質(zhì)交換活動慢。如大氣庫、土壤庫、水體庫等。交換庫：生物庫，容積小，與外交物質(zhì)交換活躍。如植物庫、動物庫、微生物庫等。流：物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運動狀態(tài)。

流通量：在單位時間或單位體積的轉(zhuǎn)移量。周轉(zhuǎn)率＝流通量/庫中的營養(yǎng)物質(zhì)的總量周轉(zhuǎn)時間＝庫中的營養(yǎng)物質(zhì)的總量/流通量

大氣圈中的二氧化碳的周轉(zhuǎn)時間大約一年左右；大氣圈中的分子氮的周轉(zhuǎn)時間則需100萬年；而大氣圈中水的周轉(zhuǎn)時間只有10.5天。在生物量的周轉(zhuǎn)中，往往用更新率、更新期的概念，期含義同周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)期相同。如某一森林的現(xiàn)存量為324t/hm2，年凈生產(chǎn)量為28.6t/hm2，其更新率＝28.6/324＝0.088，更新期約11.3年。物質(zhì)處于不斷的循環(huán)之中；物質(zhì)循環(huán)與能量流動是不可分割，相輔相成；生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的流動也是守恒的；生態(tài)系統(tǒng)對物質(zhì)循環(huán)也有一定的調(diào)節(jié)作用。三、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)幾種重要的循環(huán)1水循環(huán)

地球表面的總水量為14億km3，分布于海洋、冰川、地下水、內(nèi)陸湖泊、大氣五大水“庫”中，咸水占水量97%，3%是淡水，其中3/4以固體狀態(tài)固著在兩極冰蓋和冰川中，只余下不到1%，才是人類用的液態(tài)水。水的大循環(huán)人類對水循環(huán)的影響及水問題植被破壞修建水利工程開采地下水水體污染1.植被破壞2.水利工程修筑水庫，塘堰可擴大自然蓄水量，而圍湖造田又使自然蓄水容積減少尤其是大量季節(jié)性降水因保蓄力消弱而溜走，造成短期洪澇災(zāi)害。由于過度開發(fā)局部地區(qū)的地表水和地下水，用于工、農(nóng)業(yè)及城市發(fā)展，不但使地表、地下水貯量下降，出現(xiàn)地下漏斗及地上的斷流，造成此生鹽漬化；也使下游水源減少，水位下降，水質(zhì)惡劣，沿海出現(xiàn)海水入侵，加重了干旱化與鹽漬化威脅。3.開采地下水4.水體污染水域污染嚴重水系凈化方式落后護岸人工建筑高強度的開發(fā)水岸缺乏生活岸線2碳循環(huán)1.碳的大循環(huán)38000GT750GT2*107GT2170GT碳的生物小循環(huán)2.人類追加給大氣的C02

植被的破壞20GT土壤的破壞20GT礦物的燃燒60GT中國森林覆蓋率減少距今四五千年前，森林覆蓋率達60%，20世紀末僅為16.55%（只占世界平均覆蓋率的61%）人均占有量僅為世界的21.3%，人均蓄積量僅為世界的1/8（中國氣候與環(huán)境演變科學(xué)報告，2005）燃料＋植土破壞＝大氣碳增量＋海洋碳增量＋未知去向資料來源5.2＋3.3＝2.5＋2.0＋4.019835.0＋1.3＝2.9＋2.4＋1.019955.4＋1.6＝3.4＋2.0＋1.619905.3＋1.8＝3.0＋1.0-1.6＋2.5-3.119906.0＋1.5＝3.0＋2.0＋2.519956.0＋0.9＝3.2＋2.0＋1.71997WhereisthemissingCarbon?3.溫室效應(yīng)全球變暖的證據(jù)全球平均溫度在上升溫室氣體濃度在增加冰川在融化海平面在上升

人類生產(chǎn)活動7.1GtC工業(yè)革命20世紀50年代以后大氣（280增至360）人類對自然的改造碳增加、吸收減弱溫室氣體

溫室氣體除了二氧化碳外，還包括甲烷、氧化氮和弗氯烷（CFC）和臭氧等，其中二氧化碳作用約占全部溫室氣體作用的50％以上，大氣中的水蒸氣也對溫室效應(yīng)起了重大的作用。溫室效應(yīng)對全球的影響氣候異常變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利的一面：農(nóng)作物的生長期延長、光合作用加強；不利的一面：氣溫升高，影響了水循環(huán)；病蟲害增加；海平面上升對農(nóng)業(yè)破壞性大。對水資源對人類健康對人類經(jīng)濟對生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性通過生態(tài)學(xué)家的研究與一些業(yè)余觀察者的觀察來看，溫室效應(yīng)引起生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性將近出現(xiàn)420種生理生化的反應(yīng)。全球和中國年平均氣溫相對于1961-1990年平均的距平變化（全球資料取自JONES，中國資料由王紹武提供）近百年中國氣溫呈顯著上升趨勢氣候變化了自然強迫＋人類活動強迫自然強迫模式結(jié)果觀測結(jié)果模式結(jié)果觀測結(jié)果模式結(jié)果觀測結(jié)果溫度距平（℃）溫度距平（℃）溫度距平（℃）年人類活動強迫近50年的氣候變化主要由人類活動引起年年由于全球氣候變化的影響,極端天氣氣候事件的頻數(shù)和強度明顯增加20世紀90年代全球重大氣象災(zāi)害比50年代高出10倍（IPCCTAR)全球變暖還給我國生態(tài)、資源、環(huán)境及國家安全帶來諸多問題中國冰凍圈：

冰川變化，積雪變化，凍土變化,重大自然災(zāi)害監(jiān)測（雪災(zāi)、冰湖潰決等）三江源地區(qū)土地覆蓋變化(草場退化、土地沙化）冰凍圈是地球氣候變化的關(guān)鍵地區(qū)之一近50年中國湖泊面積縮?。ㄖ袊鴼夂蚺c環(huán)境演變科學(xué)報告，2005）湖泊水位下降、面積萎縮三江平原濕地減少（中國氣候與環(huán)境演變科學(xué)報告，2005）草原退化（中國氣候與環(huán)境演變科學(xué)報告，2005）草原面積不斷地減少，退化速度不斷加快。20世紀70年代中期退化草原面積占全國草原面積的15%，80年代中期占30%以上，90年代中期達到50%以上，到21世紀初已增加到90%。全國沙化土地面積為174.3萬平方公里，占國土總面積的18.2%目前土地沙漠化：局部好轉(zhuǎn)、整體擴展生物多樣性遭破壞森林生態(tài)系統(tǒng)的破壞導(dǎo)致物種銳減以至滅絕，如：現(xiàn)存野生大熊貓僅1000多只。草原生態(tài)系統(tǒng)的退化，使中國野馬、野駱駝等的野生生存環(huán)境處于極危狀態(tài)。淡水湖泊生態(tài)系統(tǒng)退化十分嚴重，長江中下游湖泊中魚類由上百種銳減到目前的30-40種。海洋生態(tài)系統(tǒng)中有些海洋生物已面臨滅絕，如紅樹林面積已喪失66%。植物多樣性也銳減。赤潮災(zāi)害20世紀80年代后趨于頻繁2002年5月4～14日福建霞浦縣沿海赤潮2002年6月15日HY-1衛(wèi)星監(jiān)測遼東灣赤潮我國海平面上升趨勢明顯海域2030年2050年2100年遼寧－天津11－1219－2157－63山東半島東南部-1－02－428－34江蘇－廣東東部13－1421－2462－68珠江口附近5－710－1343－50廣東西部－廣西13－1422－2462－68近五十年海平面明顯上升，平均上升速率為每年2.6毫米，近幾年上升速率加快未來還將繼續(xù)升高。預(yù)測未來100年上升幅度28-68厘米-60%-40%-20%0%20%40%60%冬小麥灌溉冬小麥春小麥灌溉春小麥單季稻早稻晚稻春玉米灌溉春玉米夏玉米灌溉夏玉米到2030年，我國種植業(yè)產(chǎn)量可能會減少5－10％，三大主要作物產(chǎn)量均以減產(chǎn)為主（溫度升高，旱澇加劇，水短缺等）我國三大作物產(chǎn)量的變化范圍增產(chǎn)減產(chǎn)全球變暖導(dǎo)致極端天氣氣候事件增多干旱

高溫暴雨沙塵暴雷暴洪澇厄爾尼諾雪災(zāi)受到傳染性疾?。ǒ懠病⒌歉餆?、黑熱病和血吸蟲病等）影響的人口數(shù)量可能增加，熱死亡人數(shù)也將增加全球變暖將影響人民生活夏季高溫導(dǎo)致降溫所需能源增加，造成用電受到限制暴雨洪澇和海平面升高引起許多低洼和沿海居住區(qū)危險性增加人居環(huán)境人類健康日常生活直到20世紀70年代末，科學(xué)家們才開始把氣候變化看作是一個潛在的嚴重問題。1988年，由世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)則署共同建立了政府間氣候變化專門委員會（IPCC），同年召開的多倫多會議標(biāo)志著有關(guān)氣候變化問題高級辯論的開始。12月，聯(lián)合國大會通過了一項關(guān)于為人類現(xiàn)在這一代和將來的子孫后代保護氣候的決議。1990年6月，歐共體代表首次提出保護大氣層和控制二氧化碳排放的主張，并提出應(yīng)該立即開始“氣候變化公約”談判的主張。1992年6月，在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上，各國政府簽署了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》?；凇肮餐袇^(qū)別的責(zé)任”原則，公約規(guī)定發(fā)達國家和發(fā)展中國家應(yīng)承擔(dān)不同的義務(wù)。發(fā)達國家的義務(wù)是率先采取減排行動，使溫室氣體排放水平降到1990年的排放水平，并且向發(fā)展中國家提供技術(shù)和資金援助。發(fā)展中國家的義務(wù)是編制國家信息通報，制定并執(zhí)行減緩和適應(yīng)氣候變化的國家計劃。1995年，第一次締約方大會審評發(fā)達國家的履約情況，發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)發(fā)達國家溫室氣體排放量降到了1990年的水平，而且發(fā)達國家在技術(shù)轉(zhuǎn)讓和資金提供上行動也十分有限。為此，會議決定（“柏林授權(quán)”：BerlinMandate）：應(yīng)開始一個進程，談判制定一項議定書，為發(fā)達國家規(guī)定2000年后具體的減排義務(wù)和時間表，同時決定不得為發(fā)展中國引入任何新任務(wù)。1997年，第三次締約方大會通過《京都議定書》。議定書對附件I國家（發(fā)達國家和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型國家）規(guī)定了在具體的承諾期（從2008-2012年為第一承諾期）數(shù)量減排目標(biāo)（在1990年水平上平均減少5.2%），同時也引入了聯(lián)合履行、排放貿(mào)易和清潔發(fā)展機制等三個靈活機制?！毒┒甲h定書》被看作是從軟法律到硬法律的進步，但有關(guān)具體實施細則的談判依舊困難，生效艱難。2001年3月，美國宣布拒絕批準(zhǔn)《京都議定書》。2001年7月，第六次締約方大會達成《波恩政治協(xié)議》，挽救了《京都議定書》。2001年10月，第七次締約方大會通過《馬拉喀什協(xié)定》，完成《京都議定書》生效的準(zhǔn)備工作，但其環(huán)境效益打了折扣。2002年8-9月，世界可持續(xù)發(fā)展首腦會議未能使《京都議定書》如期生效。會議通過了《可持續(xù)發(fā)展執(zhí)行計劃》，在可持續(xù)發(fā)展框架下考慮減緩和適應(yīng)氣候變化問題成為談判新思路。2002年10月，第八次締約方大會通過《德里宣言》，明確提出在可持續(xù)發(fā)展框架下應(yīng)對氣候變化。2003年12月，第九次締約方大會解決《京都議定書》中操作和技術(shù)層面的問題，制定氣候變化專項基金的操作規(guī)則，以及如何運用IPCC第三次評估報告作為新一輪氣候變化談判的科學(xué)依據(jù)。2004年10-11月，俄羅斯批準(zhǔn)《京都議定書》。2004年12月，第十次締約方大會達成了繼續(xù)展開減緩全球變暖非正式會談的決議，但在關(guān)鍵議題的談判上沒有顯著進展，也沒有得到美國的實際承諾。2005年2月16日，《京都議定書》正式生效，后京都談判仍在持續(xù)。3氮循環(huán)大氣是最大的氮庫（3.9*1021gN），土壤和植被的氮庫較小（3.5*1015gN和95*1015gN-140*1015gN）。海洋除了接受陸地輸入的氮以外，通過降水接受一部分氮。固氮作用生物固氮－每年約5400萬頓；工業(yè)固氮－每年約6680萬頓；高能固氮－每年約760萬頓。氨化作用硝化作用反硝化作用幾個重要的概念硝化作用氨化作用固氮作用反硝化作用氮循環(huán)失調(diào)造成的環(huán)境問題水體富營養(yǎng)化；地下水中的N20-NO3-具有致癌作用；臭氧層的破壞；光化學(xué)煙霧產(chǎn)生。水體富營養(yǎng)化的過程營養(yǎng)物質(zhì)進入水體水中微生物滋生爆發(fā)性增長消耗氧氣