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1、基础生态学,第十三章 生态系统的物质循环,第十三章 生态系统中的物质循环,13.1 物质循环的一般特征13.2 全球水循环13.3 碳循环13.4 氮循环13.5 磷循环13.6 硫循环,物质循环与能量流动,物质循环的一般特征,生物地球化学循环：生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后再归还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物二者的参与,同时也包含一些地质与地理作用在內,因此称为生物地球化学循环生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用,Basics of nutrien
2、t cycling,生物小循环,物质循环一般可分为两类：,短循环(short cycle)：即生态系统中的生产者，除一少部分被 消费者吃掉外，绝大部分掉落在土壤表面，而被分解者分解 还原为二氧化碳、水和矿盐分等。,长循环(long cycle)：指绿色植物逐级经过各级消费者如食草动物、食 肉动物和其他杂食动物以及寄生生物的采食、消化和排泄以及动植物的遗 体进入土壤，经过食腐动物的啃食(如豺、秃鹫等)，而最后被微生物分解，物质再回到环境中去，又一次参与生态系统的物质循环。,物质循环的基本概念,库：贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素的库生态系统中各组分都是物质循环的库植物库、动物库、土壤
3、库、水体库等流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量周转率：流通率/库中营养物质总量周转时间：库中营养物质总量/流通率,物质在库间的流通,流通量、周转率与周转时间是相对于库而言的生产者库流通率：20单位/天周转率：20/100=20%周转时间：100/20=5天消费者库流通率：4单位/天周转率：4/50=8%周转时间：50/4=12.5天,影响物质循环速率的因素,元素的性质:CO2 1年,N 100万年,生物的生长速率,有机物质腐烂的速率,人类活动的影响,生物地球化学循环的类型,气体型循环贮存库是大气和海洋有气体形式的分子参与循环过程循环速度快，例如CO2、N2、O2等沉积型循环贮存库是岩
4、石、土壤和沉积物没有气体形式的分子参与循环过程循环速度慢，时间以千年计算，例如P、Ca、Mg等水循环水的全球循环过程生态系统中所有的物质循环都离不开水循环的推动,13.2 全球水循环,地球表面的总水量大约为14亿km3,其中大约有97%包含在海洋库中。淡水中：两极冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖泊河流100 km3、土壤水分100 km3、大气中水13 km3、生物体中水1 km3。,水分的大循环与小循环：,The Hydrologic Cycle,(40),(71),(111),(385),(425),(40),103km3,生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾
5、,渗透,土壤吸收,地表径流,地下径流,消费者,地面蒸发,13.3 碳循环,碳的重要性：生命元素、能量流动碳库：海洋和大气、生物体碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳主要循环过程生物的同化和异化过程大气和海洋间的CO2交换碳酸盐的沉淀作用人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化的主要原因,海洋和大气CO2调节,CO2,CO2溶于海水,H2CO3,水体中生物,H+CO32-,CaCO3,海底沉积物,The Carbon Cycle,The Carbon Cycle,92,90,750,6,1,1015gC,Carbon accumulation,CO2 has increased from it
6、s pre-industrial level data:recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,温室效应,温室效应（Greenhouse effects）：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物(CFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等温室效应的影响海平面上升，淹沒陆地全球气候经常发生暴雨或干旱土地沙漠化，生态环境改变,CO2排放,13.4
7、氮循环,氮的重要性氮库：大气、土壤、陆地植被生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+,生物圈中氮(106吨)的分布,氮的循环,1012gN,固氮作用（nitrogen fixation）（下）氨化作用（ammonification）硝化作用（nitrification）反硝化作用（denitrification）,氮循环的主要过程,固氮作用,类型闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮工业固氮：400摄氏度，200大气压下生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物意义平衡反硝化作用对局域缺氮环境有重要意义使氮进入生物循环,13.5 磷循环,磷循环属典型的沉积循环磷
8、以不活跃的地壳作为主要贮存库磷的循环过程岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤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，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环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,Phosphate leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incor
9、porated into biological molecules.These are passed through the trophic levels.,BIOGEOCHEMICAL CYCLE-PHOSPHORUS,磷的循环,1012gP,一个池塘生态系统的磷循环,生态系统的磷循环,13.6 硫循环,酸雨的形成,ACID RAIN IN THE UNITES STATES,The most acidic rain is concentrated in the northeast,but thousands of lakes in the west are also vulnerable.
10、,ACID RAIN IN THE WORLD,镉循环,有毒有害物质循环,有毒有害物质循环：对有机体有毒有害物质进入生态系统后，沿着食物链在生物体内富集或被分解的过程生物放大作用：某些物质当他们沿食物链移动时，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是浓集在有机体的组织中，这一现象称为生物放大作用,BIOMAGINIFICATION OF DDT,元素循环的相互作用（element cycles interaction）元素之间的循环不是彼此独立地，而是在自然界中密切关联和相互作用着的，而且表现在不同的层次上。,小结：,全球生物地球化学循环分为哪几类，其特点是什么？,碳循环的意义和主要过程是什么？,试论述生态系统的物质循环和能量流动,完,
