生态系统的物质循环生态学.ppt

2020 3 14 物质循环的一般特点 2020 3 14 库pool 由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物所构成的 流通量用单位时间 单位面积内通过的营养物质的绝对值来表示 周转率 出入一个库的流通率 库中营养物质总量周转时间 库中的营养物质总量 流通率 2020 3 14 1生物地化循环的概念 生物地化循环生物地化循环的特点生物地化循环的类型 2020 3 14 生物地化循环 biogeochemicalcycle 矿物元素在生态系统之间的输入和输出 它们在大气圈 水圈 岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地 球 化 学 循环 即物质循环 cyclingofmaterial 2020 3 14 生物地化循环的特点 物质循环不同于能量流动 后者在生态系统中的运动是循环的 生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述 库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的 可分为贮存库和交换库 前者的特点是库容量大 元素在库中滞留的时间长 流动速率小 多属于非生物成分 交换库则容量较小 元素滞留的时间短 流速较大 物质在生态系统单位面积 或单位体积 和单位时间的移动量称流通率 生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态 元素和难分解的化合物常发生生物积累 生物浓缩和生物放大现象 2020 3 14 生物积累 生物浓缩和生物放大 生物积累 bioaccumlation 指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中 体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象 生物浓缩 bioconcentration 指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体 从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物 使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象 又称生物富集 生物放大 biomagnification 指生态系统的食物链上 高营养级生物以低营养级生物为食 某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象 生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度 2020 3 14 生物地化循环的类型 水循环气体型循环沉积型循环 2020 3 14 2水循环 aquaticcycle 水循环的意义 水是所有营养物质的介质 水对物质是很好的溶剂 水是地质变化的动因之一 水循环的途径人类活动对水循环的影响 空气污染和降水 改变地面 增加径流 过度利用地下水 水的再分布 2020 3 14 水循环示意图 西德地区的水循环示意图 ClodiusandKeller 1951 2020 3 14 3气体型循环 gaseouscycle 氧循环碳循环氮循环 2020 3 14 氧循环 oxygencycle H2O CO2 H2CO3 HCO3 H CO2 HCO3 CO32 Ca2 CaCO3 O2 水体 臭氧层 沉积物 火山作用 4FeO O2 2FeO3 CO2 CO O2 2COCO2 O2 O3 O2 O O2 H OH H2O H2O O CO2 高能紫外辐射 2020 3 14 碳循环 carboncycle 化 泥碳 煤 大气中CO2 CO2 碳化作用 石油 水生植物光合作用 腐烂 燃料 呼吸作用 光合作用 腐烂 扩散 2020 3 14 氮循环 nitrogencycle 陆地陆地 其它动植物 蓝藻 浅层死有机物 溶解死有机物 土壤中无机氮库 丢失于深层沉积中 动植物活体 共生或自由生活的固氮微生物 死有机体 陆地 河流带走 生物固氮 大气库N2 大气库HN3 NO NO2 N2O 工业固氮 汽车 化肥 电厂 脱氮 闪电 化学反应 海洋 火山作用 降水 大气 2020 3 14 4沉积型循环 sedimentarycycle 磷循环硫循环 2020 3 14 磷循环 phosphoruscycle 沉积型循环 沉积物中的磷 约为土壤和海洋中千倍以上 陆地 海洋 死有机物 土壤中的无机磷 活有机物 死有机物 深海的磷 活有机物 捕鱼 鸟粪 悬浮在水中随河水带走 摄取 排泄死亡 下 沉 分解 沉积 溶解于水 上升风化 开采 摄取 排泄死亡 上涌 2020 3 14 硫循环 sulfurcycle 陆地 海洋 沉积物 CaSO4 FeS2 溶解的SO42 SO2 H2S S CaSO4 FeS2 死有机物 活有机物 SO42 降水SO2 SO42 扩散 海浪SO42 大气 上升 分化 SO2 FeS2 死有机物 活有机物 SO42 H2S S 分解 化肥工业SO42 摄取 扩散 火山活动H2S SO2 SO42 植物摄取SO2 SO42 降水SO2 SO42 化石燃烧 SO2 H2S SO2 SO42 2020 3 14 5有毒物质的迁移和转化 有毒物质的类型有毒物质的迁移和转化有毒物质循环的典型代表 汞循环 2020 3 14 有毒物质的类型 有毒物质 toxicsubstance 又称污染物 pollutant 按化学性质分两类 无机有毒物质主要指重金属 氟化物 和氰化物 有机有毒物质主要有酚类 有机氯药等 按污染物的作用分一次污染物和二次污染物 前者由污染源直接排入环境的 其物理和化学性状未发生变化的污染物 又称原发性污染物 后者是由前者转化而成 排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化 或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物 又称继发性污染物 2020 3 14 有毒物质的迁移和转化 迁移 transport 是重要的物理过程 包括分散 混合 稀释和沉降等 转化 transformation 主要是通过氧化 还原 分解和组合等作用 会发生物理的化学的和生物化学的变化 2020 3 14 汞循环 mercurycycle 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 2020 3 14 6放射性核素循环 放射性核素可在多种介质中循环 并能被生物富集 放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层 然后 通过降水 尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上 人和生物既可直接受到环境放射源危害 也可因食物链带来的放射性污染而间接受害 放射性物质由食物进入人体 随血液循环遍布全身 有的放射物质在体内可存留14年之久 2020 3 14 7生物地化循环与人体健康 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