生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)學(xué)——生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)張琍zhanglinu@126.com生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)生態(tài)系統(tǒng)的一般特征生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)地球上生態(tài)系統(tǒng)的主要類型及其分布13生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)的一般特征全球水循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)磷循環(huán)硫循環(huán)13.1物質(zhì)循環(huán)的一般特征

能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩大基本功能。 環(huán)境中的物質(zhì)經(jīng)環(huán)境到生物群落再回歸環(huán)境的過程就是生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)總是同時(shí)發(fā)生的。生物固定的日光能量流過生態(tài)系統(tǒng)通常只有一次，并且逐漸地以熱的形式耗散，而物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)的生物成員中能被反復(fù)地利用。物質(zhì)循環(huán)的特點(diǎn)：能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系空氣水無機(jī)鹽生產(chǎn)者食草動(dòng)物食肉動(dòng)物分解者熱熱熱熱熱Sun第二級(jí)食肉動(dòng)物物質(zhì)流能量流能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)的主要功能是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，兩者相互依存，不可分割；能量的固定、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和釋放，都離不開物質(zhì)的合成和分解；能量作為動(dòng)力，使物質(zhì)在生物群落和無機(jī)環(huán)境之間循環(huán)往復(fù)。生物元素循環(huán)通常從兩個(gè)尺度上進(jìn)行研究，即全球循環(huán)和局域循環(huán)。全球循環(huán)，即全球生物地球化學(xué)循環(huán)，代表了各種生態(tài)系統(tǒng)局域事件的總和。全球生物化學(xué)循環(huán)分為三大類型：水循環(huán)、氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。物質(zhì)循環(huán)一般可以分為兩類：短循環(huán)：即生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者，除一少部分被消費(fèi)者吃掉外，絕大部分掉落在土壤表面，而被分解者分解還原為二氧化碳、水和礦鹽分等。長循環(huán)：指綠色植物逐級(jí)經(jīng)過各級(jí)消費(fèi)者如食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物和其他雜食動(dòng)物以及寄生生物的采食、消化和排泄以及動(dòng)植物的遺體進(jìn)入土壤，經(jīng)過食腐動(dòng)物的啃食(如豺、禿鷲等)，而最后被微生物分解，物質(zhì)再回到環(huán)境中去，又一次參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。13.2全球水循環(huán)水循環(huán)的主要作用

水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)水是很好的溶劑水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一，一個(gè)地方沉積，另一個(gè)地方侵蝕，都要通過水循環(huán)。水循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力

太陽能驅(qū)動(dòng)了全球水循環(huán)植物在水循環(huán)中起到巨大作用海洋和陸地在太陽光下的水分蒸發(fā)水在地球上的分布水的三種物態(tài)的轉(zhuǎn)變意味著能量的轉(zhuǎn)移，如蒸發(fā)的余水的溫度就趨于下降。重慶的霧南海的水北冰洋水珠全球水循環(huán)人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響 空氣污染和降水 改變地面，增加徑流：城市建設(shè)，開礦，農(nóng)耕，森林砍伐等 過度利用地下水 水的再分布：修建水庫、水壩13.3碳循環(huán)碳是構(gòu)成生物有機(jī)體的最重要元素，因此，生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究成了系統(tǒng)能量流動(dòng)的核心問題人類活動(dòng)通過化石燃料的大規(guī)模使用，從而造成對(duì)于碳循環(huán)的重大影響，可能是當(dāng)代氣候變化的重要原因碳循環(huán)的主要過程：生物的同化過程和異化過程：光合作用和呼吸作用；大氣和海洋之間的二氧化碳交換；碳酸鹽的沉淀作用。庫過程/

場所營養(yǎng)級(jí)CO2in

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(reservoir)ProducersConsumersWastes,

DeadbodiesSoilbacteria&

detritusfeedersCO2in

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(reservoir)

CO2CO2溶于海水H2CO3水體中生物H++CO32-

CACO3海底沉積物海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)大氣二氧化碳含量的變化與全球氣溫變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。溫室效應(yīng)的影響：海平面上升，淹沒陸地。全球氣候經(jīng)常發(fā)生暴雨或干旱。土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境改變。緩解全球溫室效應(yīng)我國森林貢獻(xiàn)重大，“去向不明”的二氧化碳有了著落北京大學(xué)城市與環(huán)境系方精云教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)從20世紀(jì)80年代初到90年代末的近20年中，我國森林植被凈吸收二氧化碳的功能明顯增強(qiáng)，凈吸收量可達(dá)工業(yè)排放量的5%至8%13.4氮循環(huán)氮循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜的過程，包括有許多種類的微生物參加：

固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用固氮作用：閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮，形成硝酸鹽；工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下；生物固氮：固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍(lán)藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物約占全球固氮量的90%。氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用。硝化作用：在通氣良好的土壤中，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。反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫中。Nitrogenin

Atmosphere

ReservoirNitrogenin

Atmosphere

ReservoirElectricalstorms

producenitrateAmmonia

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plantsProducersConsumersWastes,

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detritusfeedersAmmonia

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bacteriaNitrogenin

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LocationsTrophic

Levels/

Organisms人工固氮的負(fù)面影響水體硝酸鹽含量對(duì)于生物是危險(xiǎn)的，它可以引起“藍(lán)嬰病”?；实斐伤w富氧化，藻類和藍(lán)細(xì)菌種群大爆發(fā)。在海洋和海灣稱為赤潮，某些赤潮藻類還形成毒素，引起如記憶喪失、腎臟和肝臟的疾病。造成可耕土壤的酸化。2000年舟山群島赤潮生物地化循環(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(shí)常導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)中生命元素含量的異常，或不足，或過剩，從而造成植物、動(dòng)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(diǎn)：碘由陸地隨水進(jìn)入海洋，由海洋逸出進(jìn)入大氣，再通過降水進(jìn)入陸地，形成一個(gè)大循環(huán)。在生物中，通過海洋、陸地兩個(gè)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(rèn)為是引起癌癥的主要因素。思考題：1.在生態(tài)系統(tǒng)中，碳元素在無機(jī)環(huán)境和生物群落間循環(huán)的主要形式是（）A.二氧化碳B.碳酸鹽C.碳酸D.碳水化合物2.在生態(tài)系統(tǒng)中，將二氧化碳釋放到大氣中的過程是（）A.光合作用B.呼吸作用C.蒸騰作用D.異化作用AB3.什么是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)？其分布有何特征？4.生態(tài)系統(tǒng)的分解有何意義？5.生態(tài)系統(tǒng)中的能流遵循那些熱力學(xué)規(guī)律？有何特點(diǎn)？6.生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的特征及類型？7.生物地化循環(huán)與人體健康之間有何聯(lián)系？期末考試題目請(qǐng)從生態(tài)學(xué)的角度，分析影片（難以