第十一章生态系统的物质循环

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1、第十一章 生态系统的物质循环 主要内容主要内容物质循环的一般特点全球水循环气体型循环沉积型循环有毒有害物质循环为什么研究物质循环？为什么研究物质循环？一、物质循环的基本原理一、物质循环的基本原理 1 1、物质不灭定律、物质不灭定律 物质不灭定律认为，化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量，即在一般的化学变化过程中，察觉不到物质在量上的增加或减少。 第一节第一节 物质循环的一般特点物质循环的一般特点 2 2、质能守恒定律、质能守恒定律 质能守恒定律认为，世界不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质量的物质能量。质量和能量作为一个统一体，其总量在任何过程中都保持不变的守恒。 质能守恒和物质

2、不灭定律在生态学的运用，使得物流过程平衡表的制作成为可能。二、物质循环物质循环的几个基本概念（1 1）生物地球化学循环）生物地球化学循环：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。 （2 2）库）库：物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。生态系统中各组分都是物质循环的库，如植物库、动物库、土壤库等。在生物地球化学循环中，库可分为储存库（Reservoir pool，容积大，物质交换活动缓慢，一般为环境成分）和交换

3、库（Exchange pool，容积小，交换快，一般为生物成分）。（3 3）物质循环的流）物质循环的流：物质在库与库之间的转移运动状态称为流。流通率流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量 （4 4）周转率）周转率：流通率/库中营养物质总量 （5 5）周转时间）周转时间：库中营养物质总量/流通率 三、影响物质循环速率的因素n元素的性质元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如CO21年,N100万年 n生物的生长速率生物的生长速率：决定生物对物质吸收的速率以及物质在食物网中运动的速度 n有机物质腐烂的速率有机物质腐烂的速率：适

4、宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用n 人类活动的影响人类活动的影响： n开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，影响物质循环速率 n化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中四、生物地球化学循环的类型n气体型循环气体型循环 n元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程，贮存库是大气和海洋 n气相循环把大气和海洋相联系，具有明显的全球性，循环性能最为完善n循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等 n沉积型循环沉积型循环 n主要通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，贮存库是岩石、土壤和沉积物 n沉积循环的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善n循环速度比较慢

5、，时间要以千年计算，例如P、Ca、Na、Mg等 n水循环水循环 n水的全球循环过程 n生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的n水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环 n地表总水量：1.4109km3，海洋约占97% n水的循环： n陆地：蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3 ，径流40,000km3 n海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3第二节第二节 全球水循环全球水循环全球水循环全球水循环一、全球水循环一、全球水循环全球水循环全球水循环生态系统中的水循环生态系统中的水循环降雨降雨截留截留穿透雨穿透雨蒸腾蒸腾渗透渗透地表蒸发地表蒸发地表

6、地表径流径流地下径流地下径流 生物圈中水的循环平衡是靠世界范围的蒸发与降水来调节的。由于地球表面的差异和距太阳远近的不同，水的分布不仅存在着地域上的差异，还存在着季节上的差异。一个区域的水分平衡受降水量、迳流量、蒸发量和植被截留量以及自然蓄水量的影响。降水量、蒸发量的大小又受地形、太阳辐射和大气环流的影响。地面的蒸发和植物的蒸腾与农作制度有关。土地裸露不仅土壤蒸发量增大，并由于缺少植被的截留，使地面迳流量增大。因此，保护森林和草地植被，在调节水分平衡上有着重要作用。 丰茂的森林可截留夏季降水量的20-30%，草地可截留降水量的5-13%。树冠的强大蒸腾作用，可使林区比无林区、少林区降水量增多3

7、0%左右。坡地上，森林可减轻水对土壤的侵蚀作用；林地内，地表迳流量比无林地少10%左右。 改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地面后的分配，如修筑水库、塘堰可扩大自然蓄水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小； 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，如目前我国许多北方大城市的地下水分布出现“漏斗”。 在干旱、半干旱地区大面积的植被破坏，导致地区性气候向干旱化方向发展； 环境污染恶化水质，影响水循环的蒸散过程，洋面的油污染导致蒸发量减少，而温室效应又促进了蒸发，蒸发量的变化又导致了全球范围内降水量的变化。 人类对水循环的影响第三节第三节 气体型循环气体型循环n碳的

8、重要性：生命元素、能量流动 n碳库：海洋和大气、生物体、岩石圈 n碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳 n主要循环过程 n生物的同化和异化过程 n大气和海洋间的CO2交换 n碳酸盐的沉淀作用 n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一、碳循环一、碳循环 整个地球碳的储存数量约为整个地球碳的储存数量约为262610101515吨。其中有吨。其中有90%90%以上以以上以碳酸盐形式禁锢在岩石圈中，而只有碳酸盐形式禁锢在岩石圈中，而只有7500750010109 9吨是以有机态埋吨是以有机态埋藏在地下藏在地下( (如煤、石油如煤、石油) )。这些成为碳循环中的储存库。只有极。这些成为碳

9、循环中的储存库。只有极少量碳参与经常性流动和圈层间的交换。其中大气圈中少量碳参与经常性流动和圈层间的交换。其中大气圈中( (二氧化二氧化碳状态碳状态) )约约70070010109 9吨，水圈中吨，水圈中( (多为碳酸盐态或二氧化碳状态多为碳酸盐态或二氧化碳状态) )约为约为352.50352.5010109 9吨。而构成现有生物量的有机碳仅为吨。而构成现有生物量的有机碳仅为12012010109 9吨。吨。 水圈、大气圈和生物圈扮演着碳循环中活动库的作用。水圈、大气圈和生物圈扮演着碳循环中活动库的作用。 循环途径陆地生物与大气之间的碳素交换，绿色植物通过光合作用吸收大气中的CO2，合成碳化物

10、，经食物链转入动物及微生物体内，植物、动物和微生物又通过呼吸作用及残体分解释放出CO2，返回大气中参加再循环。大气和海洋之间的二氧化碳交换； CO2 CO2溶于海水 H2CO3 H+ +CO32- CaCO3 水体中生物 海底沉积物化石燃料参与的碳循环 煤、石油、天然气等化石燃料是生物残体埋藏在地层中，经过长期的地质作用形成的含碳物质，作为能源燃烧时放出大量的CO2，它被植物再利用，重新加入生态系统的碳循环。目前该途径已成为大气中CO2的一个重要来源。 农业生态系统中碳的同化随工业辅助能的投入而增加，但动植物残体和排泄物中的碳是以有机物形式返回土壤，还是以CO2形式返回大气。若是后种形式，则土

11、壤微生物的碳源将会减少，土壤有机质可能下降，造成地力衰退。Greenhouse effectsn温室效应：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 n温室气体主要包括：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 全球变暖的影响 一、极地的冰会融化，海洋会因热而膨胀，海平面上升，最终导致全球气候的大规模变化。 海平面上升，淹沒陆地。如果CO2浓度由0.03%增高到0.06%，则地球平均温度将上升2.9，赤道附近温度上升1.45；两极附近温度将上升89。但如果南极温