环境生态学课件4生态系统的物质循环.ppt

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1、第四章第四章 生态系统的物质循环生态系统的物质循环1.掌握物质循环的几个概念2.掌握水、碳、氮、磷的循环过程概念:物质循环物质循环是指环境中的无机物被绿色植物吸收转化是指环境中的无机物被绿色植物吸收转化成有机物后沿着食物链被多次利用后，又被分解者成有机物后沿着食物链被多次利用后，又被分解者分解成无机物返回到环境中去。分解成无机物返回到环境中去。生态系统中的物质循环又称为生物地化循环生态系统中的物质循环又称为生物地化循环(biogeochemical cycle)。物质循环与能量流动的关系物质循环与能量流动的关系:类型类型:1.地质大循环地质大循环:闭合式闭合式循环循环 物质或元素经生物体的吸收

2、作用，从环境进入物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，生物有机体内，然后生物体以死体、残体或排泄物然后生物体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈五大自然圈的循的循环的过程。环的过程。2.生物小循环生物小循环:开放式开放式循环循环 环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用。用。在一个具体的范围内进行，以生物为主体与环境在一个具体的范围内进行，以生物为主体与环境之间进行迅速的交换之间进行迅速的交换 4

3、.物质循环的模式物质循环的模式 物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。如物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。如植物库、动物库、土壤库等。植物库、动物库、土壤库等。在生物地球化学循环中，库可分为：在生物地球化学循环中，库可分为：储存库储存库(Reservoir pool):容积大，物质交换活动缓慢。容积大，物质交换活动缓慢。一般一般为环境成分。为环境成分。交换库交换库(Exchange pool):容积小，交换快。容积小，交换快。一般为生物成分。一般为生物成分。流流:物质在库与库之间的转移运动状态物质在库与库之间的转移运动状态流通率：物质在生态系统单位面积流通率：物质在生态系统

4、单位面积(或单位体积或单位体积)和和单位时间的移动量就称为流通率。单位时间的移动量就称为流通率。周转率周转率(turnover rates)=流通率流通率/库中营养物质总量库中营养物质总量周转时间周转时间(turnover rates)=库中物质总量库中物质总量/流通率流通率5.生物积累（生物积累（bioaccumulation)生态系统中生物生长发育过程中，体内来自环境生态系统中生物生长发育过程中，体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象。的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象。6.生物浓缩（生物浓缩（bioconcentration):生态系统中同一营养级上的许多生物

5、种群或者生生态系统中同一营养级上的许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。象。又称为生物富集（又称为生物富集（biological enrichment)。7.生物放大生物放大(biomagnification)在生态系统的食物链上，高营养级生物以低营在生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物体养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物体中的浓度，随着营养级的提高而逐渐增大的现象。中的浓度，

6、随着营养级的提高而逐渐增大的现象。注：针对具有食物链的生物来说如果不存在食物链注：针对具有食物链的生物来说如果不存在食物链关系，则用生物浓缩或生物积累关系，则用生物浓缩或生物积累二、生物地球化学循环的类型二、生物地球化学循环的类型1.气相型（气相型（gaseous type)其贮存库是大气和海洋。气相循环具有明显的全球性。其贮存库是大气和海洋。气相循环具有明显的全球性。元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较散，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速迅速 如：如：CO2、N2、O2等，水实

7、际上也属于这种类型。等，水实际上也属于这种类型。因此，从地球意义上看，这类循环是因此，从地球意义上看，这类循环是比较完全比较完全的循环。的循环。2.沉积型沉积型(sedimentary type)许多矿物元素其贮存库在地壳里。许多矿物元素其贮存库在地壳里。过程：过程：经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素返回环境。返回环境。一部

8、分保留在土壤中供植物吸收利用；一部分保留在土壤中供植物吸收利用；一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成岩作用变成岩石，沉降、淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。特点：这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为“不完不完全全”的循环。的循环。沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全球性的影响。球性的影响。气体型循环和沉积型循环虽然各有特点，但都受

9、到能流的驱动，并都依赖于水的循环。生物地化循环过程的研究主要是在生物地化循环过程的研究主要是在生态系统水平和生态系统水平和生物圈生物圈水平上进行的。水平上进行的。气相型循环和沉积型循环的区别气相型循环和沉积型循环的区别主要特征主要特征气相型循环气相型循环沉积型循环沉积型循环元素类型元素类型有气态分子或化合物有气态分子或化合物有气态分子或化合物有气态分子或化合物主要贮存库主要贮存库大气圈大气圈岩石圈、土壤圈岩石圈、土壤圈循环速度循环速度快快慢慢运动方式运动方式扩散扩散沉降、抬升、风化沉降、抬升、风化抗干扰能力抗干扰能力强强弱弱循环性质循环性质完全循环完全循环不完全循环不完全循环水循环111385

10、人类对水循环的影响人类对水循环的影响A.修筑水库、塘堰；修筑水库、塘堰；B.而围湖造田又使自然蓄水容积减小。而围湖造田又使自然蓄水容积减小。C.地下水的过度开采利用，使某些人口集中的地区出地下水的过度开采利用，使某些人口集中的地区出现了地下水位和水质量的下降。现了地下水位和水质量的下降。D.水体污染水体污染C循环循环途径：途径：（1）在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；）在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环；（2）大气）大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环；和植物体之间的个体水平上的循环；（3）大气）大气CO2植物植物动物动物微生物之间的食物链水平上的循微生物之间的食物链水平

11、上的循环。环。碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料化石燃料，于是碳便进入了，于是碳便进入了地质大循环地质大循环。当人们开采利用这些化石燃料时，当人们开采利用这些化石燃料时，CO2被再次释放进入被再次释放进入大气。大气。全球的植被和海洋是大气中全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器。两个重要的调节器。大气中大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水，相反，大气浓度增加时，会有更多气体溶于海水，相反，大气CO2减少，减少，海水中海水中CO2又返回大气。又返回大气。氮循环氮循环(Nitrogen cycles)大气是主要的

12、氮库，大气体积的大气是主要的氮库，大气体积的78%78%为分子态氮。为分子态氮。生态系统氮的来源：生态系统氮的来源：雷电雷电雷电雷电：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它 含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮 的循环。的循环。的循环。的循环。生物固氮生物固氮生物固氮生物固氮：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。：固氮细菌

13、从土壤和大气中吸收氮素。工业固氮工业固氮工业固氮工业固氮：如化肥厂。：如化肥厂。：如化肥厂。：如化肥厂。氮的损失反硝化有机物的燃烧淋溶挥发人类对氮循环的影响化肥的使用矿物燃料的燃烧:城市化的发展循环含磷有机物沿两条循环支路循环：含磷有机物沿两条循环支路循环：沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤；沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤；以枯枝落叶、秸秆归还土壤。以枯枝落叶、秸秆归还土壤。各种含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转各种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，变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，可再次供给植物吸收利用，这是磷的这是磷的生物小循环生物小循环。在这一循

14、环过程中，一部分磷脱离生物小循环进入在这一循环过程中，一部分磷脱离生物小循环进入地质大地质大循环循环，其支路也有两条：，其支路也有两条：动植物遗体在陆地表面的磷矿化；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。磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋。农业生产上大量施用磷肥不仅有使磷资源面临枯竭的威胁，且磷农业生产上大量施用磷肥不仅有使磷资源面临枯竭的威胁，且磷矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，长期大量施用，会使矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，长期大量施用，会使土壤污染；土壤污染；磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及鱼类等水生生磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及

15、鱼类等水生生物。物。有毒物质的循环有毒物质的循环 某种物质进入生态系统后，在一定时间内直接某种物质进入生态系统后，在一定时间内直接或间接地有害于人或生物时，就称为或间接地有害于人或生物时，就称为有毒物质有毒物质或或污污染物染物。有毒物质种类主要包括：有毒物质种类主要包括：有机物：如有机物：如酚类酚类和和有机氯有机氯农药等；农药等；无机物：如无机物：如重金属、氟化物、氰化物重金属、氟化物、氰化物等等。进入生态系统的进入生态系统的途径途径：被人们直接抛弃到环境；被人们直接抛弃到环境；通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态系统；系统；通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。有毒物质进入生态系统后，就会沿着食物链在生有毒物质进入生态系统后，就会沿着食物链在生物体内物体内富集浓缩富集浓缩，愈是上面的营养级，生物体内有毒，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高。物质的残留浓度愈高。DDT在生物体内的放大