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1、第七章 生态系统中的物质循环,第一节 物质循环的一般特点第二节 几种重要循环的概述第三节 有毒物质循环第四节 物质循环与环境问题,第一节 物质循环的一般特点,一 物质循环的有关概念（一）生态系统的生命与元素1.基本元素：1%：C、O、H、N、K 2.大量元素：0.1-1%:Ca、Mg、P、S、Cl、Fe、Cu 3.微量元素：0.1%:Al、B、Br、F、I、Mn、Mo、Si、Zn 等（二）生物地球化学循环 生物地球化学循环（biogeochemical cycles）是指各种化学元素和化合物，在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着反复循环
2、变化的过程。,二 物质循环的模式,生态系统中的物质循环可以用库(pool)和流通(flow)两个概念来加以概括。物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼此流通的。在单位时间或单位体积的转移量就称为流通量。影响物质循环速率最重要的因素有：循环元素的性质：即循环速率由循环元素的化学特性和被生物有机体利用的方式不同所致；生物的生长速率：这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度；有机物分解的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。,三 物质循环的类型,生态系统的物质循环可分为三大类型，即水循环(water cycle)
3、，气体型循环(gaseous cycle)和沉积型循环(sedimentary cycle)。水循环是物质循环的推动力。没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。气体循环中物质的主要储存库是大气和海洋，循环与大气和海洋密切相联，具有明显的全球性，循环性能最为完善。属于这一类的物质有氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等。气体循环速度比较快，物质来源充沛，不会枯竭。,三 物质循环的类型,主要蓄库与岩石、土壤和水相联系的是沉积型循环，如磷、硫循环。沉积型循环速度比较慢.这些沉积型循环物质的主要储库在土壤、沉积物和岩石中，而无气体状态，因此这类物质循环的全球性不如气体型循环、循环性能也很不完善
4、。属于沉积型循环的物质有：磷、钙、钾、钠、镁、锰、铁、铜、硅等，其中磷是较典型的沉积型循环物质，它从岩石中释放出来，最终又沉积在海底，转化为新的岩石。,四 物质循环的特点,物质不灭，循环往复物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环的生物富集生态系统对物质循环有一定调节能力物质循环中生物的作用 生物不但是物质循环的动力，也调节着物质在生态系统内的分配。各物质循环过程相互联系，不可分割,第二节 几种重要循环的概述,一：水循环水循环过程图,水循环特点,1 受太阳能推动2 降水和蒸发形式,总量相等3 营养物质的搬运作用,生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾,渗透,地表蒸发,地表径流,地下径
5、流,二 碳循环,碳循环的途径,全球碳循环,（1）碳循环的形式：CO2（2）碳在自然界中的存在形式：CO2和碳酸盐（3）碳在生物体内的存在形式：含碳有机物（4）碳进入生物体的途径：绿色植物的光合作用（5）碳在生物体之间传递途径：食物链（6）碳进入大气的途径：生物的呼吸作用分解者有分解作用化石燃料的燃烧,碳循环示意图与特点,生态系统中的碳循环,生态系统中的碳循环,三 氮循环,过程图,氮循环的四个重要过程,A,A:固氮作用:途径有三B 氨化作用:有机氮转为氨和氨化合物C硝化作用:氨化合物氧化成亚硝酸盐和硝酸盐D反硝化作用:亚硝酸盐转变成大气氮,B,C,D,1,2,3,磷循环,全球硫循环,生态系统的硫
6、循环,能量流动和物质循环关系,生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的。生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物链和食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅相成，密不可分的统一整体。但是，能量流动和物质循环又有本质上的区别：能量流经生态系统各个营养级时是逐级递减，而且运动是单向的、不是循环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。,第三节 有毒物质循环,有毒有害物质循环是指那些对有机体有毒有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。有毒有害物质在生态系统中与其他物质的循环不同：1它在食物链营养级上进行循
7、环流动并逐级浓缩富集；2在生物体代谢过程中不能被排泄而被生物体同化，长期停留在生物体内；3有些有毒有害物质不能分解，而相反经生态系统循环后使毒性加强。,有毒物质循环举例,农药DDT,两种途径通过食物链进行富集富集或生物放大作用是指有毒物质沿食物链各营养级传递时，在生物体内的残留浓度不断升高，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高的现象。,汞循环(mercury cycle),火山活动,化石燃烧,降水,挥发,挥发,沉积物,农田风化和淋溶作用,农药喷洒,径流,(CH3)2Hg,Hg2,CH3Hg,鱼,水生植物,水鸟,工厂汞的废物,捕鱼,由河水带走,(中性pH),(酸性pH),第四节 物质
8、循环与环境问题,人类干预水循环引起环境问题植被破坏：水土流失、河流洪涝或干枯 兴建大型水利工程：改变流域的水平衡，造成 流域不同部位盐碱化、沼泽化和干旱化.围湖造田：地表水蓄水、调洪能力降低，易造 成地区性干旱（如湿地的减少)过度开采地下水：造成水位下降、河流干枯、海水入侵等,农业生态系统的水分管理,（一）植树造林，发挥“绿色水库”作用，扩大土壤的水分库容。（二）加强农田水利基本建设，提高水分利用率（三）改变耕作制度与管理方式，发展节水农业（四）防治水体污染（五）加强全流域的水资源保护与统一调度,一 碳循环与环境问题,碳在生态系统中循环不平衡引起的生态效应：温室效应（greenhouse ef
9、fect）,什么是温室效应？,大气CO2浓度与温度变化(夏威夷),温室效应对6个生物层次的潜在影响,生物圈：海平面上升，淹没大片海岸湿地，陆地生物区变化生态系统：农业生态系统农作物减产。病虫害加重。影响牲畜食欲。森林生态系统导致干旱、增加森林大火风险。森林害虫增加，影响森林对物质的吸收。水生生态系统使海洋静水层和沉淀层的微生物活动加快，水中含氧量减少，影响许多海洋动物的生存；导致藻类繁殖速度加快，使鱼类产量减少。生物群落：影响生物群落结构，使植物群落中有些优势种竞争能力下降。物种：加速物种的灭绝；加速某些物种的迁移。种群：改变某些植食性动物的食性，导致某些种群的互相作用强度增强。个体：提高水分
10、利用，提高光合作用，促进作物生长，改变植物形态结构。,保持碳循环相对平衡的生态对策,(1)减少CO2 的排放：提高能源的利用效率发电采用高效先进技术；大力发展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭水力发电、核能发电、充分利用各种再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）、天然气、生物能（如沼气利用）等。(2)大力开展对CO2的吸收，固定和利用海洋交换吸收、陆地植树种草、保护森林植被。,氮循环与环境问题,人为干预途径：1.含氮有机物燃烧产生 NOx 污染大气温室气体 2.过度耕种使土壤氮素肥力下降 3.工业固氮抑制生物固氮，造成氮素局部富积和氮循环 失调（水体富营养化）4.不合理施肥造成氮素流失污染地下水、蔬菜
11、硝酸盐中毒 引发的环境问题1地下水污染2水体富养化：当水体中的总磷20mg/m3，无机N400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophic water)。3化肥污染,磷循环与环境问题,人类干预 1.大量开采磷矿，加剧了P的损失，以后会造成资源枯竭;2.农田生态系统中P的亏损途径：水土流失 农产品输出 引发环境问题（1）营养富集（2）放射性物质污染 磷矿石中含放射性的铀、钍等物质，经常施P使土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。,硫循环与环境问题,人类干预引发环境问题1.燃烧煤和石油.每年向大气输送147106吨SO2,大气SO20.5 mol.mol-1就会危害农作物。
12、2.SO2的增加造成了酸雨空中死神 酸雨会直接灼烧植物，改变水土的PH值，对初级生产及其次级产生影响。酸雨被称为空中“死神”，它使土壤、河湖酸化，动植物受害，鱼类死亡.,有毒物质循环与环境问题,农药对生物的影响 农药在动、植物体内的残留和生物富集 农药对人类健康的危害 农药对环境的污染防治措施(1）加强农药立法管理（2）开发高效、低毒、安全的无公害农药和生物 农药（3）IPM(integrated Pest Management)综合管理（4）改进用药技术,物质循环与人体健康,地方病：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系
13、统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，故称“地方病”。微量元素循环：地方病大多数与微量元素有关。碘的循环与分布特点：碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。微量元素与人体健康：碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。,思考题,生物地球化学循环的概念、特点以及其类型举例说明有毒物质循环的特点简述人类干预物质循环所产生的环境问题以及保护对策,
