生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)

1、第13章 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán),物質(zhì)循環(huán)與能量流動,2,13.1 物質(zhì)循環(huán)的一般特征,生物地球化學循環(huán)：生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)，通過綠色植物吸收，進入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復利用，最后再歸還于環(huán)境中的過程。這一過程包括生物與非生物二者的參與, 同時也包含一些地質(zhì)與地理作用在內(nèi), 因此稱為生物地球化學循環(huán)。 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)過分解者的作用再為生產(chǎn)者吸收、利用。,化

2、石作用,化石燃料的侵蝕，燃燒,煤、石油、泥炭,風化剝蝕,形成沉積巖,有機物營養(yǎng)物質(zhì)可利用,有機物營養(yǎng)物質(zhì)不可利用,呼吸，分解，排泄物,光合，同化作用,無機物營養(yǎng)物質(zhì)可利用,大氣，土壤、水體,活的有機體，碎屑,無機物營養(yǎng)物質(zhì)不可利用,巖石中的礦物,生物小循環(huán),5,植物吸收,合并為植物組織,營養(yǎng)物質(zhì)以死的有機物形式返還森林地表,分解作用（礦化作用）,礦物營養(yǎng)物質(zhì),（1）物質(zhì)循環(huán)的基本概念,庫： 貯存一定數(shù)量元素的某種生態(tài)

3、系統(tǒng)組分稱為該元素的庫 生態(tài)系統(tǒng)中各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫 植物庫、動物庫、土壤庫、水體庫等 流通率：單位時間、單位面積（體積）的物質(zhì)轉(zhuǎn)移量。周轉(zhuǎn)率：流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量。周轉(zhuǎn)時間：庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量/流通率,（2）影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素,元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO2 1年,N 100萬年。 生物的生長速率：決定生物對物質(zhì)吸收的速率以及物質(zhì)

4、在食物網(wǎng)中運動的速度。,有機物質(zhì)腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，供生物重新利用 人類活動的影響： 開墾農(nóng)田、砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，影響物質(zhì)循環(huán)速率； 化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中。,（4）生物地球化學循環(huán)的類型,氣體型循環(huán) 貯存庫是大氣和海洋； 有氣體形式的分子參與循環(huán)過程； 循環(huán)速度快，例如CO2、N2、O2等 沉積型循環(huán) 貯存庫是巖石、土壤和沉積物 沒有氣體形式的分子參與循

5、環(huán)過程 循環(huán)速度慢，時間以千年計算，例如P、Ca、Mg等 水循環(huán) 水的全球循環(huán)過程 生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都離不開水循環(huán)的推動。,13.2 全球水循環(huán),水循環(huán)：太陽能推動，在陸地、大氣和海洋間循環(huán) 地表總水量：1.4×109km3，海洋約占97% 水的循環(huán)： 陸地：蒸發(fā)(蒸騰)71,000km3，降水111,000km3 ，徑流40,000km3 海洋：蒸發(fā)425,000km3，降水385,000km3,一、

6、地球上水的分布 ： 水的存在形式：礦物、巖石中的水；地表上的海洋、河流、冰川、湖泊、沼澤、地下水、冰雪圈；生物有機體中的水等等；大氣中的水。地球的總水量：估算值有差異。15億km3（國際水文學會，1970年）當量深度：海洋2700～2800m、冰雪50m、地下水15m、陸地水0.4～1m、大氣0.03m。,二、水循環(huán)與水量平衡（一）水循環(huán)水循環(huán)：降水、徑流、蒸發(fā)三個階段降水包括雨、雪、霧、雹等形式；徑流是指沿地面和地

7、下動著的水流，包括地表徑流和地下徑流；蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、植物蒸騰、土壤蒸發(fā)等。水循環(huán)分為: 大循環(huán)、小循環(huán)。水循環(huán)的更新周期：地下冰、極地冰蓋約1萬年；海水2500年；深層地下水1400年；湖泊數(shù)年～數(shù)十年；土壤水280天～1年；河川10～20天；大氣水8～9天；生物數(shù)小時。,水循環(huán),,生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán),,,,,,,,,降雨,截留,,穿透雨,,,,,,蒸騰,,滲透,,,,土壤吸收,,,,地表徑流,,,地下徑流,,,,消費者,,

8、,,,地面蒸發(fā),,13.3 碳循環(huán),碳的重要性：生命元素、能量流動。 碳庫：海洋和大氣、生物體 碳的存在形式：CO2，無機鹽，有機碳。 主要循環(huán)過程 生物的同化和異化過程 大氣和海洋間的CO2交換 碳酸鹽的沉淀作用 人類活動對碳循環(huán)造成嚴重影響：引起氣候變化的主要原因。,（1）海洋和大氣CO2調(diào)節(jié),CO2,CO2溶 于海水,,,H2CO3,水體中生物,H++CO32-,CaCO3,,,,,,,,,,,海底沉積物,碳循環(huán),

9、,,溫室效應：大氣中對長波輻射具有屏蔽作用的溫室氣體濃度增加使較多的輻射能被截留在地球表層而導致溫度上升； 溫室氣體：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、氫氟碳化物(HFCs)等； 溫室效應的影響 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.,（2）溫室效應,,20,CO2排放,,13.4 氮循環(huán),氮的重要性： 氮庫：大氣、

10、土壤、陸地植被（生物體） 生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+ 氮循環(huán)的主要過程： 固氮作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用,氮循環(huán),,23,亞硝酸鹽,大氣N2庫,尸體、廢物,植物吸收,初級生產(chǎn),消費者,細菌、碎屑,豆類根系、土壤中—固氮菌,反硝化：細菌，氮氣,氨化作用：氨硝化作用：亞硝酸鹽,固氮作用,類型 閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等：高能固氮； 工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下 生物固氮：固

11、氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物。 意義 平衡反硝化作用 對局域缺氮環(huán)境有重要意義 使氮進入生物循環(huán),氨化作用、硝化作用和反硝化作用,氨化作用：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮分解成為氨和氨化合物。氨溶水成為NH4+，再為植物利用。 硝化作用：在通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。 反硝化作用：反硝化細菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成N2O、氮氣，回到大氣庫中。,1

12、3.5 磷循環(huán),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存庫磷循環(huán)過程： 巖石釋放的磷酸鹽、農(nóng)業(yè)的磷肥；被植物吸收進入植物體內(nèi)； 沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘體或直接以枯枝落葉、秸稈歸還土壤； 含磷有機化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)。 一部分磷脫離生物小循環(huán)進入地質(zhì)大循環(huán) 動植物遺體在陸地表面的磷礦化 磷受水的沖蝕進入江河，流入海洋。,27,Phospha

13、te leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incorporated into biological molecules. These are passed through the trophic levels.,,溶解P：土壤水、河湖,溶解P—海洋,形成海洋沉積,

14、巖石成分,海洋食物網(wǎng),陸地食物網(wǎng),肥料,采礦,沉淀,風化,沉積,淋溶、流出,地質(zhì)隆起,,海鳥糞,1-風化,自養(yǎng)生物吸收,自養(yǎng)生物吸收,死亡分解,死亡分解,,,,,一個池塘生態(tài)系統(tǒng)的磷循環(huán),28,梭子魚,鯉科小魚,枝角目,硅藻,,29,生態(tài)系統(tǒng)的磷循環(huán),,,,13.6 硫循環(huán),30,,,,,酸雨的形成,,倫敦煙霧事件,倫敦1952年2月5日到8日，霧大無風，家庭和工廠排出的煙塵經(jīng)久不散，大氣中SO2含量3.8mg/m3，煙塵4

15、.5mg，居民普遍呼吸困難、咳嗽、喉痛、嘔吐和發(fā)燒，4天內(nèi)死亡約4000人!,13.7 有毒有害物質(zhì)循環(huán),有毒有害物質(zhì)循環(huán)：對有機體有毒有害物質(zhì)進入生態(tài)系統(tǒng)后，沿著食物鏈在生物體內(nèi)富集或被分解的過程 生物放大作用：某些物質(zhì)當他們沿食物鏈移動時，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是濃集在有機體的組織中，這一現(xiàn)象稱為生物放大作用。,有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實例（1）,DDT 人工合成的有機氯殺蟲劑； 不溶于水，而溶于脂肪，極易通過食物鏈而

16、濃集； 危害 通過食物鏈進入動物體后，使鈣代謝功能喪失。如：使鳥類蛋殼變薄?雌鳥孵卵時將蛋壓破，從而使禽類的數(shù)量減少。 消滅害蟲的同時，無選擇地將益蟲、益鳥和害蟲的天敵殺死； 如美國加利福尼亞州，由于濫用DDT，1967年有19%的蜜蜂被殺死，導致水果和蜂蜜急劇減產(chǎn).,BIOMAGINIFICATION OF DDT,水體中的DTT濃度約為0.00005ppm ↓ 浮游生物 0.04 ppm ↓ 剛毛藻 0.08 pp

17、m ↓ 網(wǎng)茅 0.33 ppm ↓ 螺 0.26 ppm 蛤 0.42 ppm 魚 1.24 ppm ↓ 燕鷗 3.42 ppm ↓ 河鷗幼體 55.3 ppm 成體18.5 ppm ↓ 秋沙鴨 22.8 ppm ↓ 鷺鳥 26.4 ppm ↓ 銀鷗 75.5 ppm,有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實例—汞,日本熊本縣水俁市把含汞的未加處理的廢氣廢渣排入水俁灣，汞進入魚蝦體內(nèi)，經(jīng)食物鏈傳遞到人體內(nèi)積存，引起甲基汞慢性中毒

18、； 1953年開始出現(xiàn)發(fā)病，病人手腳麻木，聽覺失靈，運動失調(diào)，嚴重時呈瘋癲狀態(tài)，直至死亡，人稱水俁（yu3）?。∕inamata）； 水俁灣中螃蟹體內(nèi)含汞24ppm，受害人腎中含14ppm，而魚的允許水平為0.5ppm。,,本 章 小 結(jié),物質(zhì)循環(huán)的一般特征及影響因素 物質(zhì)循環(huán)與能量流動的聯(lián)系與區(qū)別 生物地化循環(huán)的類型：氣體型、沉積型、水循環(huán) 幾種物質(zhì)的循環(huán)：碳循環(huán)、氮循環(huán)、磷循環(huán)、硫循環(huán)； 有毒有害物質(zhì)的循環(huán)；,本章主要概

19、念,生物地球化學循環(huán)、生物小循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)的源、庫、流，周轉(zhuǎn)率，氣體型循環(huán)、沉積型循環(huán)、溫室效應、生物富集、生物放大，酸雨,思考題,1、比較氣體型和沉積型循環(huán)的各自特點。 2、簡述碳循環(huán)研究的重要意義，碳循環(huán)包括哪些主要過程？人類活動是如何引起溫室效應的？ 3、論述物質(zhì)循環(huán)和能量流動的關(guān)系。 5、從全球生物地球化學循環(huán)的角度認識陸地環(huán)境和海洋環(huán)境的關(guān)系，并詮釋GAIA學說。 6. 從人類影響干擾生物地球化學循環(huán)的角度認識環(huán)境污染