第五章-生态系统生态学..ppt

1,普通生态学,主讲教师：张艳青岛农业大学资环学院,2,第五章生态系统生态学,1生态系统的一般特征2生态系统中的能量流动3生态系统中的物质循环4地球上生态系统的主要类型及其分布,3,1生态系统的一般特征,1.1生态系统的基本概念1.2生态系统的组成与结构1.3食物链和食物网1.4营养级和生态金字塔1.5生态效率1.6生态系统的反馈调节和生态金字塔,4,1.1生态系统的基本概念,生态系统(ecosystem)：在一定空间中共同栖居着的所有生物(生物群落)与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体系统(system)：相互作用、相互依赖的事物有规律地联合的集合体许多成分组成各成分间相互联系、相互作用独立的、特定的功能,5,生态系统的特征,生态学的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次内部具有自我调节能力能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大功能营养级的数目受限于生产者所固定的最大能值和能量在流动中巨大损失，生态系统中营养级不会超过5-6个动态系统,6,目前有关生态系统的研究工作,自然生态系统的保护和利用生态系统调控机制的研究生态系统退化的机制、恢复及其修复研究全球性生态问题的研究生态系统可持续发展的研究,7,自然生态系统的保护和利用,和谐、高效和健康是自然生态系统有的共同特点自然生态系统中具有较高的物种多样性和群落稳定性健康的生态系统比退化的更有价值，具有较高的生产力，能满足人类物质的需求，还给人类提供生存的优良环境研究自然生态系统的形成和发展过程、合理性机制、以及人类活动对自然生态系统的影响，对于有效利用和保护自然生态系统均有较大的意义,8,1.2生态系统的构成和结构,1.2.1生物群落生产者(producer)消费者(consumer)：食草动物、食肉动物、大型食肉动物分解者(decomposer)1.2.2非生物环境无机物质有机物质气候因素(及其他物理条件）1.2.3成份之间的相互作用关系,9,1.3食物链和食物网,1.3.1食物链(foodchain)：生产者所固定的能量和物质，通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递，各种生物按其食物关系排列的链状顺序1.3.2食物网(foodweb)：食物链彼此交错连结，形成一个网状结构,10,食物链类型,捕食食物链碎屑食物链寄生食物链,11,捕食食物链,绿色植物为起点到食草动物进而到食肉动物的食物链植物-食草动物-食肉动物草原上：青草-野兔-狐狸-狼湖泊中：藻类-甲壳类-小鱼-大鱼,12,碎屑食物链,动、植物的遗体被食腐性生物(小型土壤动物、真菌、细菌)取食，然后到他们的捕食者的食物链植物残体-蚯蚓-线虫类-节肢动物,13,寄生食物链,由宿主和寄生物构成以大型动物为食物链的起点，继之以小型动物、微型动物、细菌和病毒后者与前者是寄生关系哺乳动物或鸟类-跳蚤-原生动物-细菌-病毒,14,食物网,一种生物常常以多种食物为食，而同一种食物又常常为多种消费者取食，于是食物链交错起来，多条食物链相联，形成了食物网食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并推动着生物的进化，成为自然界发展演变的动力食物网以营养为纽带，把生物与环境、生物与生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的营养结构,15,1.4营养级与生态金字塔,营养级(trophiclevel)：处于食物链某一环节上的所有生物种的总和,16,生态系统中营养级数目,各营养级消费者不可能100%利用前一营养级的生物量各营养级同化率也不是100%，总有一部分排泄出去各营养级生物要维持自身的活动，消耗一部分热量能流在通过各营养级时会急剧减少，食物链就不可能太长生态系统中的营养级一般只有四、五级，很少超过六级,17,生态金字塔(ecologicalpyramid),营养级之间的数量关系数量关系可采用生物量、能量和个体数量单位来表示能量金字塔生物量金字塔数量金字塔,18,能量金字塔,由各营养级所固定的总能量值的多少来构成的生态金字塔以相同的单位面积和单位时间内的生产者和各级消费者所积累的能量比率来构造千卡/平方米年,19,生物量金字塔,以相同单位面积上生产者和各级消费者的生物量即生命物质总量建立的金字塔。对陆地、浅水生态系统中比较典型，因为生产者是大型的，所以塔基比较大，金字塔比较规则,20,生物量金字塔,湖泊和开旷海洋，第一性生产者主要为微型藻类，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食动物取食利用，在任何时间它的现存量很低，导致这些生态系统的生物量金字塔呈倒金字塔形,21,数量金字塔,单位面积内生产者的个体数目为塔基，以相同面积内各营养级位有机体数目构成塔身及塔顶。一般每一个营养级所包括的有机体数目，沿食物链向上递减。,22,数量金字塔,有时植食动物比生产者数目多。如昆虫和树木个体大小差别很大，只用个体数目多少来说明问题有局限性。,23,不同类型金字塔的比较,能量金字塔表达营养结构最全面，确切表示食物通过食物链的效率，永远是正塔型数量金字塔过分突出小生物体的重要性生物量金字塔过分突出大生物体的重要性,24,1.5生态效率,生态效率：各种能流参数中的任何一个参数在营养级之间或营养级内部的比值。能量参数：摄取量(I)：表示各生物所摄取的能量同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。P=A-R,25,营养级位之内的生态效率,量度一个物种利用食物能的效率，即同化能量的有效程度,26,同化效率,被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例：Ae=An/In肉食动物的同化效率高于植食动物,27,生长效率,组织生长效率：Pe=Pn/An生态生长效率:Ee=Pn/In营养级越高，生长效率越低植物的生长效率动物植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，35%用于生长哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量,28,营养级位之间的生态效率,量度营养级位之间的转化效率消费效率：消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。Ce=In+1/Pn一般在20-35%范围内，每一营养级净生产的65%-75%进入碎屑食物链利用效率：利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少Ue=An+1/Pn,29,林德曼效率,林德曼效率：n+1营养级所获得的能量占n营养级所获得的能量之比：Le=In+1/In林德曼定律（十分之一定律）：能量沿营养级的移动时，逐级变小，后一营养级只能是前一营养级能量的十分之一左右。,30,1.6生态系统的反馈调节和生态平衡,31,反馈(feedback)：指系统当中的某一成分变化引起其他成分发生一系列的变化，而后者的变化最终又回过来影响首先变化的成分。负反馈:如果反馈的作用能够抑制或减少最早发生变化的成分的改变正反馈:加剧或增加最早发生变化的成分的改变率。,32,1.6.2生态平衡,生态平衡：生态系统通过发育和调节所达到的一种稳定状态，它包括结构、功能和能量输入和输出的稳定生态阈值：生态系统受外界干扰后，自动调节的极限生态危机：由于人类盲目活动而导致局部地区甚至整个生物圈结构和功能的失衡，从而威胁人类的生存,33,本节小结,生态系统的概念生态系统的结构：三大功能类群+无机环境；食物链；食物网生态系统的动态及调节：负反馈、生态平衡生态系统的功能：物质生产（初级、次级生产）、能量流动、物质循环、信息传递,34,主要概念,生态系统、生产者、消费者、分解者、食物链、食物网、初级生产、次级生产、负反馈、生态效率、生态平衡、营养级、生态金字塔,35,思考题,1.什么是生态系统？它具有哪些特征?2.生态系统的功能类群分为哪几类？各包括哪些生物类群？它们是通过怎样的方式联系成为一个功能整体的？3.食物链分为哪几种类型？各自在不同的生态系统中具有哪些特点？4.如何分析一个生态系统的效率？,36,建议读物,1.孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如.2002.基础生态学.高等教学出版社,189-1992.孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编.1992.普通生态学.高等教育出版社3.OdumE.P.1981.生态学基础.孙儒泳,钱国桢,林浩然等译.人民教育出版社4.蔡晓明主编.2001.生态系统生态学.科学出版社,37,2生态系统中的能量流动,2.1生态系统的初级生产2.2生态系统的次级生产2.3生态系统的物质分解2.4生态系统的能量流动,38,2.1生态系统中的初级生产,2.1.1初级生产的基本概念2.1.2地球上初级生产力的分布2.1.3初级生产的生产效率2.1.4初级生产量的限制因素2.1.5初级生产量的测定方法,39,2.1.1初级生产的基本概念,生产过程：生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使植物的生物量增加消费者摄食植物已经制造好的有机物质，通过消化、吸收在合成为自身所需的有机物质，增加动物的生产量初级生产：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初级生产力次级生产：异养生物再生产过程，提供的生产力为次级生产力,40,初级生产的基本概念,初级生产量(primaryproduction)：绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产量净初级生产量(netprimaryproduction)：初级生产过程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量成为淨初級生产量(NP)总初级生产量(grossprimaryproduction)：初级生产过程植物固定的能量的总量GP=NP+R,41,初级生产的基本概念,初级生产力：植物群落在一定空间一定时间内所生产的有机物质积累的数量生物量(biomass)：是指某一时刻单位面积上积存的有机物质的量。以鲜重或干重表示现存量：是指绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分SC=GP-R-H-D,42,2.1.2地球上初级生产力的分布,不同生态系统类型的初级生产力不同陆地比水域的初级生产力总量大陆地上初级生产力有随纬度增加逐渐降低的趋势海洋中初级生产力由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低生态系统的初级生产力随群落的演替而变化水体和陆地生态系统的生产力有垂直变化初级生产力随季节变化,43,初级生产力的分布,生产力极低的区域：1000kcal/m2.a或更少，如大部分海洋和荒漠。中等生产力区域：1000-10000kcal/m2.a，如草地、沿海区域、深湖和一些农田。高生产力的区域：10000-20000kcal/m2.a或更多，如大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等。,44,2.1.3初级生产的生产效率,45,不同生态系统类型初级生产效率,生产效率=被固定的光能/入射光能玉米地荒地Mendota湖CedarBog湖,46,陆地,玉米地,47,荒地,48,湖泊,CedarBog湖,Mendota湖,49,2.1.4初级生产量的限制因素,50,陆地生态系统,辐射强度和日照时间：光强升高，光照时间长，提高产量光合途径：光合作用途径的不同，直接影响初级生产力的高低水：光合作用的原料，缺水显著抑制光合速率温度：温度升高，总光合速率升高营养元素二氧化碳,51,水域生态系统,光P=R*C*3.7/kP：浮游植物的净初级生产力，R：相对光合率，k：光强度随水深度而减弱的衰变系数，C：水中的叶绿素含量营养物质：N/P食草动物,52,2.1.5初级生产量的测定方法,收获量测定法氧气测定法二氧化碳测定法放射性标记物测定法叶绿素测定法,53,收获量测定法,陆生定期收获植被，烘干至恒重以每年每平方米的干物质重量表示以其生物量的产出测定，但位于地下的生物量，难以测定地下的部分可以占有40%至85%的总生产量，因此不能省略,54,氧气测定法,通过氧气变化量测定总初级生产量1927年T.Garder,H.H.Gran用于测定海洋生态系统生产量从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为125-300ml的白瓶(透光)、黑瓶(不透光)和对照瓶中对照瓶测定初始的溶氧量IB黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出，用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量DB、LB计算呼吸量(IB-DB)，净生产量(LB-IB)，总生产量(LB-DB),55,二氧化碳测定法,用塑料罩将生物的一部分套住测定进入和抽出空气中的CO2透明罩：测定净初级生产量暗罩：测定呼吸量,56,放射性标记物测定法,用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定的碳量放射性14C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计算：14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6确定光合作用固定的碳量需用“暗呼吸”作校正,57,叶绿素测定法,植物定期取样丙酮提取叶绿素分光光度计测定叶绿素浓度每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量,58,2.2生态系统中的次级生产,2.2.1次级生产过程2.2.2次级生产量的测定2.2.3次级生产的生态效率,59,2.2.1次级生产量的生产过程,60,能量收支,C=A+FUC：动物从外界摄食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：净次级生产量R：呼吸能量,61,2.2.2次级生产量的测定,用同化量和呼吸量估计生产量(用摄食量扣除粪尿量估计同化量)：P=A-R=(C-FU)-RC：动物从外界摄食的能量，A：被同化能量，FU：排泄物，R：呼吸量用个体的生长和繁殖后代的生物量表示净生产量:P=Pg+PrPr：生殖后代的生产量，Pg：个体增重,62,2.2.3次级生产的生态效率,消费效率同化效率生长效率,63,次级生产的生态效率,消费效率食草动物对植物净生产量的利用植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量浮游动物利用的净初级生产量比例最高食肉动物对猎物的消费效率研究较少脊椎动物捕食者50100%，无脊椎动物捕食者25%,64,次级生产的生态效率,同化效率草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高生长效率肉食动物的净生长率低于草食动物不同动物类群有不同的生长效率,65,2.3生态系统中的分解,2.3.1分解过程的性质2.3.2分解者生物2.3.3资源质量2.3.4理化环境对分解的影响,66,2.3.1分解过程的性质,概念：死有机物质的逐步降解过程将有机物还原为无机物，释放能量意义：建立和维持全球生态系统的动态平衡通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质维持大气中CO2浓度稳定和提高土壤有机质的含量，为碎屑食物链以后各级生物生产食物改善土壤物理性状,67,分解作用的三个过程,碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解从聚合体变成单体(如纤维素降解为葡萄糖)进而成为矿物成分(如葡萄糖降为CO2和H2O)淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程,68,影响分解过程的因素,分解者生物资源质量理化性质,69,2.3.2分解者生物,微生物(细菌和真菌)动物类群陆地分解者水生系统,70,分解者生物,微生物(细菌和真菌)主要利用可溶性物质，氨基酸和糖类的分解产物作为的食物而被吸收,71,分解者生物,动物类群陆地分解者动物主要是食碎屑的无脊椎动物小型：100m以下，不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型中型：100m-2mm，调节微生物种群的大小和处理和加工大型动物粪便大型和巨型：2mm-20mm-,碎裂植物残叶和翻动土壤，对分解和土壤结构有明显影响,72,分解者生物,动物类群水生系统动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等几个环节碎裂者：以落入河流中的树叶为食颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中搜集；另一类从水体中滤食有机颗粒刮食者：其口器适应在石砾表面刮取藻类和死有机物以藻类为食的食草性动物捕食动物：以其他物脊椎动物为食,73,2.3.3资源质量,物理、化学性质影响分解速率物理性质：表面特性和机械结构化学性质：随其化学组成而不同单糖分解快，一年失重99%半纤维纤维素木质素C:N,74,2.3.4理化环境对分解的影响,水热条件温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高低温干燥地带，分解速率低分解速度随纬度增高而降低(热带雨林温带森林冻原)；,75,2.3.4理化环境对分解的影响（续）,分解生物的相对作用无脊动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地带性的变化规律低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小,76,分解指数,K=I/XK：分解指数，I：死有机物年输入总量，X：系统中死有机物质现存量规律：热带雨林最高温带草地高于温带阔叶林冻原最低,77,2.4生态系统中的能量流动,2.4.1研究能流传递的热力学定律2.4.2食物链层次上的能流分析2.4.3生态系统层次上的能流分析2.4.4异养生态系统的能流分析2.4.5分解者和消费者在能流中的相对作用,78,2.4.1热力学定律,热力学第一定律(能量守恒定律):能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量计算，并列出平衡式和编制能量平衡表,79,热力学定律,热力学第二定律(熵定律)在能量传递和转化过程中，除了一部分传递和作功外，总有一部分以热的形式消散，使系统的熵增加熵是系统无序性的指标，是系统热量与温度之比若用熵概念表示热力学第二定律内能不变的封闭系统中，其熵值只朝一个方向变化，常增不减开放系统的一切过程使系统与环境熵值之和增加生态系统是一个开放系统，它不断地与环境进行能量交换。通过光合同化，引入负熵；通过呼吸，把正熵值转出系统。,80,生态系统中的能源,太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源红外线产生热效应，形成生物的热环境紫外线可以消毒灭菌和促进维生素D的生成可见光为植物光合作用提供能源辅助能辅助能分为自然辅助能(如如潮汐作用、风力作用、降水和蒸发作用)和人工辅助能(如施肥、灌溉等)辅助只可以促进辐射能的转化对生态系统中光合产物的形成、物质循环、生物的生存和繁殖起着极大的辅助作用,81,生态系统中能量流动的主要路径,能量以日光形式进入生态系统，以植物物质形式贮存起来的能量，沿着食物链和食物网流动通过生态系统，以动物、植物物质中的化学潜能形式贮存在系统中，或作为产品输出，离开生态系统，或经消费者和分解者生物有机体呼吸释放的热能自系统中丢失生态系统是开放的系统，某些物质还可通过系统的边界输入、输出系统。如动物迁移，水流的携带，人为的补充等,82,能量是单向性和逐级减少,生态系统能量的流动是单一方向的能量以光能的状态进入生态系统后，就只能以热的形式不断地逸散于环境中从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，能量是逐级递减的过程各营养级消费者不能百分之百地利用前一营养级的生物量各营养级的同化作用也不是百分之百的生物的新陈代谢要消耗一部分能量,83,PG=208.10,PN=88.33,A=33.68,P=14.78,A=3.83,P=0.67,A=0.21,P=0.06,A=50.60,P=4.60,I,II,分,119.77,18.90,3.16,0.13,46.00,25.0,输出,4.86输入,总/净生产,呼吸,效率,0.426,0.440,0.176,0.286,0.091,营养级,总,PNC=20.14,R总187.96,单位：kcalm-2yr-1,生态系统层次上的能流分析银泉生态系统能流示意,84,未吸收,497228.6,R=96.3,R=18.8,R=7.5,未利用293.1,未利用29.3,未利用5.0,单位：Jcm-2a-1,99.9%,总初级生产GP=464.7,0.1%,食草动物H=62.8,食肉动物C=12.6,分解12.5,分解2.1,分解,入射日光能497693.3,13.5%,20.1%,GedarBog湖能流模型,85,CedarBog湖与SilverSpring能流比较,86,生态系统总初级生产量PG自养呼吸RA%净初级生产量PN异养呼吸RH群落净生产量PNCPN/PG(%)PNC/PG(%),三叶草田2440092000.377152008001440062.359.0,中龄栎林1150065000.56550003000200043.517.4,热带雨林45000320000.7111300013000028.90,银泉20810120000.57788106870200042.39.6,不同生态系统的能流比较,87,异养生态系统的能流分析,自养生态系统靠绿色植物固定太阳能的生态系统异养生态系统主要依靠其他生态系统所生产的有机物输入来维持的生态系统异养生态系统的能流分析应特别注意其他生态系统的有机物输入,88,分解者和消费者在能流中的相对作用,生态系统模型输入日光能有机物质输出未利用的日光能生物呼吸现成有机物质自养与异养生态系统,89,本节小结,生态系统中的初级生产：基本概念、初级生产的限制因素和测定方法生态系统中的次级生产：概念、测定方法生态系统中的分解：分解过程、分解生物、理化环境对分解的影响生态系统中的能量流动：热力学定律、能流分析,90,主要概念,初级生产、初级生产量、净初级生产量、次级生产、消费效率、同化效率、生长效率、林德曼效率、自养生态系统、异养生态系统,91,思考题,1.比较自养生态系统与异养生态系统的异同。2.分解过程的速率取决于哪些因素？3.初级生产量的限制因素有哪些？试通过对水域和陆地两大类生态系统比较阐述之。4.概括生态系统次级生产过程的一般模式。5.物质生产和能量流动有什么区别和联系6.从能量流动的角度出发分析中国食物结构改变的可能性,92,建议读物,1.孙儒泳,李庆芬,牛翠娟,娄安如.2002.基础生态学.高等教学出版社,200-2252.孙儒泳,李博,诸葛阳,尚玉昌编.1992.普通生态学.高等教育出版社3.方精云主编.2000.全球生态学.高等教育出版社,施普林格出版社4.蔡晓明主编.2000.生态系统生态学.科学出版社5.Smith,R.L.,Smith,T.M.2000.ElementsofEcology.4thed.Benjamin/CummingsSciencePublishing,93,3生态系统中的物质循环,3.1物质循环的一般特征3.2全球水循环3.3碳循环3.4氮循环3.5磷循环3.6硫循环,94,物质循环与能量流动,95,3.1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,96,（1）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,97,（2）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,98,（3）影响物质循环速率的因素,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,99,（4）影响物质循环速率的因素,有机物质腐烂的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用人类活动的影响：开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，影响物质循环速率化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中,100,（5）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,101,3.2全球水循环,水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环地表总水量：1.4109km3，海洋约占97%水的循环：陆地：蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3，径流40,000km3海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3,102,植物在水循环中的作用是极其巨大的。水分的蒸发对于植物的生长、发育也至关重要。生产1g初级生产量差不多要蒸腾500g的水。因此，陆地植被每年蒸腾大约551012m3的水，几乎相当于陆地蒸发蒸腾的总量。这就增加了空气中的水分，促进了水的循环。,3.2全球水循环,103,3.3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,104,（1）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,105,（2）温室效应,温室效应（Greenhouseeffects）：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,106,Carbonaccumulation,CO2hasincreasedfromitspre-industrialleveldata:recentrecordsplusolderdatasuchasicecoresmostlyfossilfuelburning,107,3.4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+氮循环的主要过程固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用,108,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,109,氨化作用、硝化作用和反硝化作用,氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中,110,3.5磷循环,磷循环属典型的沉积循环磷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,111,磷是初级生产力的限制因子,磷在水体中的循环过程不是均衡的，湖泊中大部分的磷，或者存在于生物体内，或者被结合在沉积物中，而水中的溶解磷至多只有10。由于磷不完全循环，世界很多地区淡水水域都严重缺磷，磷成为初级生产力的重要限制因素。一旦大量的磷进入水体，往往会引起浮游植物的迅猛生长而使水体呈现富营养化。,112,3.6硫循环,113,伦敦烟雾事件,伦敦19