[理化生]第9章生态系统的物质循环.pptVIP

第九章 生态系统的物质循环 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 一、生命与元素 生命的维持不仅依赖于能量的供应，而且也 依赖于各种化学元素的供应。对于大多数生物来 说，有大约20多种元素是它们生命活动所不可缺 少的。另外，还有大约10种元素虽然通常只需要 很少的数量就够了，但是对某些生物采说却是必 不可少的。生物在制造一些更加复杂的有机物质 时，还需要一些其他的元素，如需要大量的氮和 磷，还需要少量的锌和钼等。前者有时被称为大 量元素，而后者则称为微量元素。 生态系统包含着许多种生命所必需的无机和有机物 质，这些元素根据生物的需要可分为三类： 碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P） 等生命所必需的能量元素 ； 钙（Ca）、镁（Mg）、钾（K）、钠（Na）、硫（ S）等生命活动必需、且需要量较大的大量元素 ； 铜（Cu）、锌（Zn）、硼（B）、锰（Mn）、钼（ Mo）、钴（Co）、铁（Fe）、铝（Al）、氟（F）、碘 （I）、硅（Si）等各种微量元素 。 大量元素包括（含量超过生物体干重1% 以上的）：碳、氧、氢、氮和磷等。（含 量占生物体干重0.21%之间的）硫、氯、 钾、钠、钙、镁、铁和铜等。 微量元素包括（含量一般不超过生物体 干重的0.2%）：铝、硼、溴、铬、钴、氟 、镓、碘、锰、钼、硒、硅、锶、锡、锑 、钒和锌等。 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 二、物质循环的特点 物质循环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(biogeochemical cycle)。 能量流动和物质循环是生态系统的两个 基本过程，正是这两个基本过程使生态系统 各个营养级之间和各种成分(非生物成分和生 物成分)之间组织成为一个完整的功能单位。 (一)生态系统内能流与物流的关系 能流与物流是生态系统的两大基本功能，在生态系统内同 时存在着能流与物流，它们相伴而行，相辅相成，且不可分割 。 能量是物流的趋动力，物质是能量的载体。 进一步比较流经生态系统的能流和物流，它们之间还有很 多的区别，如能流是单向流动并且在转化过程中逐渐衰变；物 流不是单方向流动，而是往复循环 。 物质循环在生态系统中是时刻进行的，并与能量流动紧密 地结合在一起，它们把各个组分有机地结合在一起，共同构成 了极其复杂的能量流和物质流网络系统，从而维持了生态系统 的持续存在。 生态系统中能流与物流特征的比较图 (二)物质循环的库与流 1.库（pool） 物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为库。 生态系统中的各个组分都是物质循环的库，根据被固定、 储存物质的性质可分为大气库、水体库、土壤库、植物库和 动物库。 在生物地球化学循环中，物质循环的库根据容量和流通速 度可归为两大类：一为储存库，其容积较大，物质交换活动 缓慢，一般为非生物成分的环境库；二为交换库，其容积较 小，与外界物质交换活跃，一般为生物成分。 2.流（flow） 物质在库与库之间的转移运动状态称为流。 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 (三)物质流动的特征 1.周转率与周转期 周转率（turnover rate）和周转期（turnover time）是衡量物质 流动（或交换）效率高低的两个重要指标。 周转率（R）是指系统达到稳定状态后，某一个组分（库） 中的物质在单位时间内所流出的量（Fo）或流入的量（Fi） 占库存总量（S）的份额。 周转期是周转率的倒数，表示该组分的物质全部更换一次 平均需要的时间。 2.循环效率 （Ec） 当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出 该组分，但并未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发 生了物质循环，循环物质（Fc）占总输入物质（Fi）的比例 ，称为物质的循环效率。 (四)影响物质循环的重要因素 1.循环元素的性质 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。如CO2 1年,N 100万年 2.生物的生长速率 影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物 链中的运行速度。 3.有机物分解速率 适宜的环境可以使有机物分解加快，迅速将 营养物质释放出来，重新进入循环。 4.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 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 三、生物地化循环及其类型 地球上的各种化学元素和营养物质在自然动力和生命动 力的作用下，在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈 里，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境 ，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环（ biogeochemical cycles），简称生物地化循环。 （一）地质大循环和生物小循环 1.地质大循环 是指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，生物有机体再以死体、残体或排泄物形式将物 质或元素返回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物圈 五大自然圈层的循环。 特点：时间长、范围广，是闭合式循环。 Basics of nutrient cycling 21 生物小循环 陆地生态系统中元素的生物小循环与地质大循环 2.生物小循环 是指环境中的元素经生物体吸收，在生态系统中被多层次 利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用。 特点：时间短、范围小，是开放式的循环。 （二）气相型循环和沉积型循环 1.气相型循环（gaseous types cycles） 其储存库在大气圈或水圈（海洋）中，即元素或化合物可以 转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空 ，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速，如碳 、氮、氧、水蒸气、氯、溴、氟等。由于有巨大的大气储存库 ，对于干扰可相当快地进行自我调节（但大气的自我调节也不 是无限的）。因此，从全球意义上看，这类循环是“比较完全” 的循环。 2.沉积型循环（sedimentary types cvc1es） 许多矿物元素其储存库在地壳里，如磷、硫 、碘、钙、钾、镁、铁、锰、铜、硅等元素属 于此类循环。 由于物质一经沉积，流动性就极小，这类循 环是非常缓慢的、非全球性的，并且容易受到 干扰，自动恢复平衡所需的时间极长，成为“不 完全”的循环 。 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 四、水的全球循环 水和水的循环对于生态系统具有特别重 要的意义，不仅生物体的大部分(约70%)是由 水构成的，而且各种生命活动都离不开水。 水在一个地方将岩石浸蚀，而在另一个 地方又将浸蚀物沉降下采，久而久之就会带 来明显的地理变化。 水中携带着大量的多种化学物质(各种盐 和气体)周而复始地循环，极大地影响着各类 营养物质在地球上的分布。 除此之外，水对于能量的传递和利用也 有着重要影响。 全球水量 水量（km3）占总水量（%） 淡水湖 河流 土壤水和渗流水 地下水 盐湖和内陆海 冰盖和冰川 大气水分 海洋 125 000 1 250 67 000 8 350 000 104 000 29 200 000 13 000 1 370 000 000 0.009 0.0001 0.005 0.61 0.008 2.41 0.001 97.3 （一）水的分布 1.水的总量及分布 地球上的水以液体（咸水或淡水）、固体（冰）和气体 （水汽）状态存在，总体积约15亿km3。 地球上的水分，不仅淡水含量极少，而且其分布又非 常不均。 2.干旱度（或湿润度，降水/蒸发） （二）全球水循环 1.动力：太阳辐射、地球引力、大气环流、洋流等。 水分循环的形式主要是降水和蒸发。 2.水循环过程 水循环可分为大循环和小循环。 地球上降水量=蒸发量 海洋水分循环特点：降水量蒸发量 全球水循环 水在循环中不断进行着自然更新。 据估计，大气中的全部水量9d即可更新1次，河流约需10 20d，土壤水约需280d，淡水湖约需1100年，地下水约需 300年。 盐湖和内陆海水的更新，因其规模不同而有较大的差别， 时间约101 000年 高山冰川约需数十年至数百年，极地冰盖则需16 000年 只有海洋中的水全部更新时间最长，要37 000年。 地球表面及其大气圈的水只有大约5%是处于自由的可循环 状态，其中的99%又都是海水。 95是被结合在岩石圈和沉积岩里的水，这部分水是不参 与全球水循环的。 地球上的淡水大约只占地球总水量的3%，其中的四分之三 又都被冻结在两极的冰盖和冰川里。 如果地球上的冰雪全部融化，其水量可盖满地球表面50米 厚。 地球的全年降水量多达5.21017千克(或5.2108立方千米 )，约等于大气圈含水量的35倍。 表5-3 全球年水量平衡（骆世明，2001 ） 因素水量（km3） 海洋降水量 海洋蒸发量 陆地降水量 陆地蒸发量 进入海洋的径流量 来自陆地蒸发的陆地降水量 来自海洋蒸发的陆地降水量 来自陆地蒸发的海洋降水量 来自海洋蒸发的海洋降水量 382 000 419 000 106 000 69 000 37 000 12 000 94 000 57 000 325 000 降水和蒸发的相对和绝对数量以及周期性对生态系统的结 构和功能有着极大影响，世界降水的一般格局与主要生态 系统类型的分布密切相关。而降水分布的特定格局又主要 是由大气环流和地貌特点所决定的。 水循环的另一个重要特点是，每年降到陆地上的雨雪大约 有35%又以地表径流的形式流入了海洋。 （作用）：a、这些地表径流能够溶解和携带大量的营养物 质，因此它常常把各种营养物质从一个生态系统搬运到另 一个生态系统，这对补充某些生态系统营养物质的不足起 着重要作用。 b、蒸发、降水和水的滞留、传送使地球上的水 量维持一种稳定的平衡。 c、水的全球循环也影响地球热量的收支情况 。 我国北方由于降水在时间和空间上的分布极不均匀，雨季易出现暴雨成 灾、洪水泛滥，但大部分时间又干旱缺水，不能满足工农业和生活用水 的需要。因此便提出了南水北调的主张。 （三）水循环具有三个特点 水循环是由太阳能推动的，在大气、海洋、陆 地形成一个全球性的水循环系统，并成为地球上 各种物质循环的中心循环。 地球上的降水量（P）与蒸发量（LE）总的来说 是相等的。即通过降水和蒸发两种形式，地球上 的水分达到平衡状态。 每年降落到地面的水大约有35%又以地表经流的 形式注入海洋。 （四）不同景观区对水分的利用状况 1.森林是“生物蓄水库”，有什么生态根据？ 2.结合森林是“能量收集者”，说明森林的生态效应。 (五)人类活动对水循环的影响 1. 植被破坏：水土流失、河流洪涝或干枯 2. 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 正效应正效应 ：防洪、发电、航运、灌溉：防洪、发电、航运、灌溉 负效应负效应： 改变流域水平衡，局部地下水位升降，改变流域水平衡，局部地下水位升降， 上游水库淤积；上游水库淤积； 水库下游河床下切；改变生物的栖息环境等。水库下游河床下切；改变生物的栖息环境等。 三峡大坝 3. 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） 4. 过度开采地下水：造成水位下降、河流干枯、 海水 入侵等 水污染 5.水源受污染日益严重 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 五、气体型循环 (一)碳循环 碳对生物和生态系统的重要性仅次于水，它构成生物体 重量(干重)的49%。 最大量的碳被固结在岩石圈中，其次是在化石燃料(石 油和煤等)中，约占碳总量的99.9%，仅煤和石油中的含碳量 就相当于全球生物体含碳量的50倍！ 在生物学上有积极作用的两个碳库是水圈和大气圈(主 要以CO2的形式)。 (生物圈和大气圈)植物光合作用摄取碳的速率和呼吸和 分解作用释放碳的速率大体相等。大气中二氧化碳是含碳的 主要气体，也是碳参与循环的主要形式。 碳循环的基本路线是从大气储存库到植物和动物，再从 动、植物通向分解者，最后又回到大气中去。 1.碳的储量与分布 2.碳循环 碳循环分为地质大循环和生物小循环过程。 碳循环的主要途径 全球碳循环 碳的循环路线 3.碳循环产生的问题与解决对策 (1)大气中CO2含量的变化 1860年 283ppm 1960年 320ppm 100年增加37ppm 1980年 348ppm 20年增加28ppm 2000年 370ppm 20年增加22ppm 2005年 378ppm (化石燃料完全燃烧 544ppm) 2100年 650970ppm (2)大气中CO2含量增加的原因 （1）化石燃料消费的增长和烧石灰工业的发展 （2）植被的大面积破坏（植被的减少和森林的砍伐） （3）土地的反复耕作加速了腐殖质的分解速率，释放出大量的 CO2 （4）生活上汽车尾气的排放和生活垃圾的堆放 (3)大气中CO2含量增加的后果预测 1）增加植物产量（CO2施肥效应） 2）使土壤更加贫瘠 3）产生温室效应 温室效应主要是由于大气中二氧化碳浓度的增加，对地面长波 辐射有强烈的吸收性，对太阳辐射有高度的透过性，把这部分 光波辐射的能量聚集在大气层内，使大气温度升高的现象。 4）对生态系统的影响 (4)使碳循环正常运转的解决对策 1）调整能源政策，减少石油类燃料的使用并提高利用率， 减少温室气体的排放量 如节能；发展核能、生物能、风能、太阳能等 2）增加植被的面积（进行生态系统的恢复，特别是植被的 恢复） 大力开展植树造林，靠大自然的净化和调节能力降低CO2 的含量。 3）对土壤采取少耕、免耕的耕作体系 4）汽车尾气的治理和生活垃圾的环保化利用 岩石圈(6.6109) 大气圈(4103)水圈(270103) 生物圈和未分解的 有机物质40.2103 化石燃料 (8106) 0.05 GP400 R 400 8 0.01 库大小单位：g/m2 流通量单位： g/m2a （岩石圈-水圈）海洋是一个更重要的储存库，它的含碳量是大气含 碳量的50倍。海洋对于调节大气中的含碳量起着非常重要的作用。 在植物光合作用中被固定的碳，通过水生生物的呼吸以二氧化碳的 形式又回到了大气。生物遗体形成的泥炭、煤和石油； 软体动物的贝壳和原生动物的骨骼形成的石灰岩(主要成分是碳酸钙) ； 生长在碱性水域中的水生植物伊乐藻(Elodea canadensis)，在进行光 合作用时会释放出碳酸钙(光合作用的副产品)，使得碳从水圈进入岩 石圈。 岩石圈中的碳也可以重返大气圈和水圈，主要是借助于岩石的风化 和溶解，化石燃料的燃烧和火山爆发等。 人类每年约向大气中释放21010吨的二 氧化碳，使陆地、海洋和大气之间二氧化碳 交换的平衡受到干扰，结果使大气中二氧化 碳的含量每年增加7.5109吨，这仅是人类释 放到大气中二氧化碳的1/3，其余的2/3则被 海洋和增加了的陆地植物所吸收。 大气二氧化碳的含量在人类干扰以前是 相当稳定的，但人类生产力的发展水平已达 到了可以有意识地影响气候的程度。 （防止大气中CO2浓度升高应采取措施） 大气中二氧化碳浓度增加 西藏林芝地区川藏公路以北的冰川，由于受全 球气候变化的影响，大面积后退萎缩 冰川退缩 2010年 中国气候突变？美“秘密报告”引关注 n到2020年，欧洲沿海城市将被上升的海平面所淹没，英 国气候将像西伯利亚一样寒冷干燥。 n核战、大旱、饥饿和暴乱等问题将困扰全球各国。 n 中国南部地区在2010年前后将发生持续整整10年的特大 干旱。中国北方将水患不断，南方一片干旱 n一份美国五角大楼“秘密报告”引起中国科学家高度关注 n太耸人听闻了吧？然而，中国气象局国家气候中心研究员罗勇不这 么想，针对这些预测中国科学家已经进行了三次研讨，最近的一次 研讨刚刚结束。 n与会专家认为，虽然该报告中对全球气候变化预测的极端情景几乎 不可能发生，但其中对中国部分的预测还是很有启发意义和预警价 值的，它提醒中国科学家将气候变化研究上升到国家安全的高度。 n n地球水资源遭严重破坏 咸海水量已接近底限 n左：1973年拍摄的卫星照片显示，咸海是世界第四大湖泊。 n中：1999年拍摄的卫星照片显示，咸海水量已缩小一大半。 n右：2009年拍摄的卫星照片显示，咸海的情况已经是地球上最为糟糕的环 境灾难。 关于低碳 n低碳，英文为low carbon，指较低（更低）的温室气体（ 二氧化碳为主）排放。 n低碳内涵：低碳社会、低碳经济、低碳生产、低碳消费 、低碳生活、低碳城市、低碳社区、低碳家庭等。 以下是低碳生活准则： 1、少用纸巾，重拾手帕，保护森林，低碳生活。 2、每张纸都双面打印，双面写，相当于保留半片原本将被砍掉的森 林； 3、随手关灯、开关、拔插头，这是第一步，也是个人修养的表现； 不坐电梯走楼梯，既省下一点电，又换自己的健康； 4、请相信，痴迷皮草那不过是一种返祖冲动； 5、可以这么认为，气候变暖一部分是出于对过度使用空调、暖气的 报复； 6、尽量少使用一次性牙刷、一次性塑料袋、一次性水杯因为制 造它们所使用的石油也是一次性的； 7、如果你知道西方一些海洋博物馆里展出中国生产的鱼翅罐头，还 会有这么好的食欲吃鱼翅捞饭吗； 8、未必红木和真皮才能体现居家品味；建议使用竹制家具，因为竹 子比树木长得快； 9、其实利用太阳能这种环保能源最简单的方式，就是尽量把工作放 在白天做； 10、过量肉食至少伤害三个对象：动物，你自己和地球； 11、如果堵车的队伍太长，要先熄了火，安心等会儿； 12、定期检查轮胎气压，气量过低或过足都会增加油耗； 13、定期清洗空调，不仅为了健康，还可以省不少电； 14、跟老公交司机学习如何省油：少用急刹，把油门松了，靠惯性 滑过去； 15、尤其是女性，洗个澡不要用掉四五十升水； 16、科学地勤俭节约是优良传统；剩菜冷却后，用保鲜膜包好再送 进冰箱；热气不仅增加冰箱做功，还会结霜，双重费电； 17、其实空调外机都是按照防水要求设计的，给它穿外套，只会降 低散热效果，当然费电； 18、洗衣粉出泡多少与洗净能力之间无必然联系，而低泡洗衣粉可 以比高泡洗衣粉少漂洗几次，省水省电省时间； 19、洗衣机开强档比开弱档更省电，还能延长机器寿命； 20、电视机在待机状态下耗电量一般为其开机功率的10%左右； 21、如果只用电脑听音乐，显示器就可以调暗，或干脆关掉； 22 .停车等人要熄火，尽量不要“热车”，减少排放。 23. 水可以进行多次利用，比如，洗完米的水可以用来浇花，米水里 丰富的营养会使花儿长得更好；还可以将洗完衣物的水用来冲厕所 等等。 低碳在生活中就是节约，只要我们在生活的细节处留心注意，就 都能做到“环保低碳”。 交通篇 如果去8公里以外的地方，乘坐轨道交通可比乘汽车减少1700克的二 氧化碳排放量。 开车族如果能做到以下几点，也可让驾驶变得更为“绿色”。 1.避免冷车启动、减少怠速时间、尽量避免突然加速、选择合适挡 位、避免低挡跑高速、用黏度最低的润滑油、定期更换机油、高速 驾驶时不要开窗、轮胎气压要适当； 2.购买低价格、低油耗、低污染，同时安全系数不断提高的小排量 车。多步行或骑自行车，乘坐轻轨或者地铁； 3.网上购物减少交通出行； 4.考虑到坐公交为世界环境做的贡献，至少可以抵消一部分开私家 车带来的优越感； 5.如果堵车的队伍太长，还是先熄了火，安心等会儿吧； 6.一般的车用93%汽油就够了，盲目使用97%可能既费油，还伤发动 机； 7.跟老公交司机学习如何省油：少用急刹，把油门松了，靠惯性滑 过去； 8.洗同样型号的一辆车，用桶盛水擦洗只是用水龙头冲洗用水量的 1/8； 9.尽量选用公共交通，开车出门购物要有购物计划，尽可能一次购 足。多步行，骑自行车，坐轻轨地铁，少开车。 办公篇 n 多用电子邮件、MSN 、QQ等即时通讯工具，少用打 印机和传真机。 n 在午餐休息时和下班后关闭电脑及显示器，这样做 除省电外还可以将这些电器的二氧化碳排放量减少三分 之一。 n 办公室内种植一些净化空气的植物，如吊兰、非洲 菊、无花观赏桦等主要可吸收甲醛，也能分解复印机、 打印机排放出的苯，并能咽下尼古丁。 n 我们每天都会收到商家发来的广告宣传单，大多数 人对这些垃圾广告的处理方式就是将它们丢进垃圾桶。 要知道，为了节约成本，很少有商家会使用再生纸印制 宣传单。 每天都有那么多木材制成的纸张白白地被当成 垃圾一样扔掉，着实让人心疼。我们无法让商家少发广 告宣传单，就应充分地利用这些宣传单。例如我们可以 用它们做成小的装饰品，既环保又不失时尚，从而真正 地做到废物利用。 全球氮素储量（Tg N ） 陆 地海 洋大 气 植物生物量1.110-41.4104植物生物量3102N23.9109 动物生物量2102动物生物量1.7102N2O1.3103 枯枝落叶层1.91033.3103死亡有机质NH30.9 土壤：可溶性5.3105NH4+1.8 有机质3105颗粒0.31042.4104NO214 不溶性无机氮1.6104N2（溶解的）2.2107NO3-0.5 可溶性无机氮?N2O2102有机氮1 微生物体5102NO3-5.7105 岩石1.91011NO25102 沉积物4108NH4+7103 煤1.2105 (二)氮素循环 1.氮的储量与分布 (1)地球上氮的贮量与分布如下表所示 表 N在地球上的分布(单位：1012g) 岩石圈氮的储存库，大气圈氮气的储存库。 (2)N在生物圈中的分布情况 2.氮循环 (1)与N循环有关的化学反应过程 1）固氮作用（反应） N2 化合态-N（NO3-N、NH4+-N） 2）硝化作用 NH4+-N或NH3 亚硝酸盐细菌、硝酸盐细菌 NO2-N、NO3-N 在通气情况良好的土壤中发生。 3）反硝化作用（脱氮作用） NO3-N、NO2-N 反硝化细菌 N2 在土壤通气不良的条件下发生。 4）氨化作用 有机-N（氨基酸、蛋白质等） 氨化细菌、真菌 NH3或NH4+-N 3.自然生态系统的N循环 有机物 燃烧 N2O 灌溉、 淋洗 径流 全球氮循环 4.人类对氮循环产生的影响 （1）造成空气污染 （2）土壤氮素肥力（有机氮）下降 （3）水体富营养化（eutrophication） 随着水中营养物质（N、P肥等）含量的增加 ，导致水中生物的过量生长，其大量繁殖及 其死亡后的分解，降低了水中溶解氧的含量 ，从而形成厌气条件，严重影响水中生物的 生存。 （4）（硝酸盐和亚硝酸盐）造成地下水的 污染 （5）城市化和集约化农牧业使人畜废弃物 的自然再循环受阻 温血动物的硝酸盐代谢与某些疾病的关系示意图 5.农业生态系统与自然生态系统氮循环比较 氮素循环 在农田生态系统中，氮素通过不同途径进入土壤亚系统， 在土壤中经各种转化和移动过程后，又不同程度地离开土壤亚 系统，形成了“土壤-生物-大气-水体”紧密联系的氮素循环 农田生态系统氮素来源 生物固氮量与化肥氮量的比较 中国美国澳大利亚印度英国新西兰荷兰 生物固氮量（104Tt N/年）（A ） 化肥氮量（104Tt N/年）（B） A / (A + B) 100 341.7 1 396.4 19.7 953.4 597.6 61.5 1 384 13.3 99.0 149.8 113.6 56.9 48.7 90.9 34.9 86.2 0.6 99.3 5.2 84.9 5.8 化学固氮：即通过化工厂将空气中的氮合成氨，然后进一步加工，制成各种氮肥。 另外，闪电也会将少量氮氧化，形成硝酸，随降雨进入土壤。因此，从增加农业中氮 素来看，应当积极种植豆科作物，培育其他固氮生物，努力增产并合理施用化学氮肥 ，才能更好地满足农业增产对氮素的需要。 氮沉降：因大气污染而不断增加大气氮沉降量，过剩的氮沉降将增加NH4+的硝化 和NO3-的淋失，加速土壤的酸化，影响树木和作物的生长以及生态系统的功能和生 物多样性，对农业生态系统产生危害作用。 一、生命与元素 二、物质循环的特点 三、生物地化循环的类型 四、水的全球循环 五、气体型循环 六、沉积型循环 六、沉积型循环 (一)磷的循环 磷没有任何气体形式或蒸汽形式的化合物，因此是比较典 型的沉积型循环物质，这种类型的循环物质实际上都有两种 存在相：岩石相和溶盐相。 这类物质的循环都是起自岩石的风化，终于水中的沉积。 岩石风化后，溶解在水中的盐便随着水流经土壤进入溪、 河、湖、海并沉积在海底，其中一些长期留在海里，另一些 可形成新的地壳，风化后又再次进入循环圈。 动植物从溶盐中或其他生物中获得这些物质，死后又通过 分解和腐败过程而使这些物质重新回到水中和土壤中。 1.磷的储量与分布 (1)磷在生态系统中的存在形态 自然界中的无机磷主要以磷酸盐形式存在，其中以H2PO4-、 HPO42-、PO43-形式为主。土壤有机质较多，土壤中能量充足时 ，在厌气条件下，土壤中的磷素有一小部分可被还原成气态PH3 形式，释放于大气中。 有机磷：DNA、ATP、磷脂、肌酸等。 (2)磷的储量与分布 单位：105吨 陆地生物： 630 海洋生物： 40 可开发磷矿源： 10000 沉积物： 27106 地壳： 80108 磷的储存库 2.磷循环 磷的全球循环 磷的周转时间直接与生物代谢率相关 3.人类对磷循环产生的影响 (1)人类对磷矿资源的开采与消耗 (2)磷肥的施用与流失 (3)水体富营养化（eutrophication） (4)磷的放射性污染 人类对磷循环的干扰及水体富营养化、赤潮 磷酸盐岩 溶解的磷酸盐 植物 动物 磷酸盐化细菌 海洋沉积 磷的主要储存库是天然磷矿。由于风化，侵蚀 作用和人类的开采活动，磷才被释放出来。 一些磷经由植物，植食动物和肉食动物而在生物 之间流动，待生物死亡和分解后又使其重返环境 。 在陆地生态系统中，磷的有机化合物被细菌分解 为磷酸盐，其中一些又被植物吸收，另一些则转 化为不能被植物利用的化合物。 陆地的一部分磷则随水流进入湖泊和海洋。 人类的活动已经改变了磷的循环过程 。由于农作物耗尽了土壤中的天然磷， 人们便不得不施用磷肥。 磷肥主要来自磷矿，鱼粉和鸟粪。由 于土壤中含有许多钙、铁和铵离子，大 部分用作肥料的磷酸盐都变成了不溶性 的盐而被固结在土壤中或池塘、湖泊及 海洋的沉积物中。 当生态系统达到动态平衡的最稳定状态时，它 能够自我调节和维持自己的正常功能，并能在很大 程度上