生态系统的物质循环课件

1、 普通生态学General Ecology10/15/20221 生态系统生态学第一节 生态系统的一般特征第二节 生态系统的能量流动第三节 生态系统的物质循环10/15/202225 生态系统的反馈调节和生态平衡 反馈负反馈正反馈生态平衡10/15/202231 生态系统的生物生产生物生产的基本概念生物生产生物量与生产量初级生产总初级生产与净初级生产初级生产的生产效率光合效率（效能）：太阳能量进入生态系统的效能。影响初级生产的因素初级生产量的测定方法次级生产次级生产的基本特点次级生产量的测定方法第二节 生态系统的能量流动10/15/20224次级生产的基本特点次级生产过程模型食物资源未采食拒食

2、未食粪便(Fu)呼吸(R)分解被采食可利用食用(C)同化(A)动物产品产生能量(P)潜在能量保持能量损失能量C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R10/15/20225次级生产的生态效率1、消费效率消费效率=n+1营养级的消费能量/n营养级的净生产量 草原生态系统中的植食动物与森林生态系统中的植食动物2、同化效率同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能或 =被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量肉食动物与植食动物 3、生产效率生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量大型动物的生长效率要低于小型动物林德曼效率（Lindemans efficiency）是指n+1营养级所

3、获得的能量占n营养级获得能量之比。10/15/202262 生态系统中的分解分解的性质死有机物逐步降解的过程。 包括三个过程交叉进行，相互影响。 分解过程的特点和速率，取决于三方面因素。10/15/202273 生态系统的能流过程（自学）生态系统能流分析可以在哪几个层次上进行及能流研究的原理？银泉和Cedar Bog湖的能流的特点？10/15/20228第三节 生态系统的物质循环1 生物地化循环的基本概念2 水循环3 气体型循环4 沉积型循环10/15/20229生物地化循环(biogeochemical cycle)生物地(球)化(学)循环的概念生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。为

4、了衡量库的特征，以入周转率、周转时间10/15/202210生物地化循环(biogeochemical cycle)生物地化循环的类型水循环气体型循环沉积型循环影响物质循环速率的因素有哪些？10/15/202211影响物质循环速率的因素有（1）元素的性质（2）生物的生长速率（3）有机物质腐烂的速率（4）人类活动的影响10/15/2022122 水循环水循环的意义：水是所有营养物质的介质，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；水是地质变化的动因之一；10/15/202213为什么高处往往比较贫瘠，低地比较肥沃？由于携带着各种营养物质的水总是从高处往低处流动，所以高处往往比较贫瘠，低

5、地比较肥沃。例如沼泽地和大陆架就是这种最肥沃的低地，也是地球上生产力最高的生态系统之一。（污染问题）10/15/202214水循环示意图某地水循环示意图（Clodius and Keller,1951）10/15/202215人类活动对水循环的影响10/15/2022163 气体型循环(gaseous cycle)氧循环碳循环氮循环特点是贮存库主要是大气和海洋，循环功能完善，其循环具有明显的全球性。元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程。气体循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等。物质来源充沛，不会枯竭。10/15/202217碳循环(carbon cycle)碳库碳循环的意义：碳是构成

6、生物有机体的最重要元素，生态系统碳循环研究是系统能量流动的核心问题。人类活动通过化石燃料的大规模使用，造成了对碳循环的严重影响，可能是当代气候变化的重要原因。10/15/202218The Carbon CycleReservoirsProcesses/LocationsTrophicLevels/OrganismsCO2 inatmosphere(reservoir)ProducersConsumersWastes,Dead bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)ConsumersWastes,Dead

7、 bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)Wastes,Dead bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)RespitationCO2 inatmosphere(reservoir)Burning offossil fuelsCO2 inatmosphere(reservoir)FireCO2 inatmosphere(reservoir)CO2 dissolvedin ocean(reservoir)CO2 inatm

8、osphere(reservoir) 10/15/202219海洋和大气CO2调节CO2CO2溶于海水H2CO3水体中生物H+CO3 2- CACO3海底沉积物10/15/20222010/15/202221碳循环(carbon cycle)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。温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氟氯碳化物、(CFCs)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、全氟碳化物(PFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等。 10/15/202222溫室效应的影响1996年联合国气候变化政府间专家委员会(IP

9、CC)评估报告，二氧化碳浓度已从工业革命前的280PPMV增加至1994年的358PPMV。预估2100年时全球平均地面气溫，将比1990年上升1.03.5，海平面將上升1595公分；全球气候与生态环境将产生下列变化： 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。10/15/202223联合国气候变化框架公约第三屆缔约国大会1997年12月1日至11日于日本京都举行，共有一百五十九个缔约国及二百五十个非政府组织參加，总人数超过一万人。京都议定书10/15/20222410/15/202225“去向不明”的二氧化碳有了着落方精云等人的研究成果也为“二氧化碳去向

10、不明”现象的解释提供了新思路。据测算，人类活动每年释放出的二氧化碳为 70 亿吨，有 30 亿吨至 34 亿吨排放到大气中，20 亿吨被海洋吸收。由于陆地生物圈与大气圈之间碳循环处于平衡状态，因而剩下的 16 亿吨至 20 亿吨二氧化碳则“去向不明”。方精云指出，北半球高纬度陆地生态系统，是世界环境的“净化器”，对大气中的二氧化碳起到了巨大的吸收、存储作用。10/15/202226氮循环(nitrogen cycle)1、固氮作用（1）闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮，形成硝酸盐；（2）工业固氮：400摄氏度，200大气压下；（3）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

11、生物。10/15/202227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大气氮，回到大气库中。10/15/202228氮循环(nitrogen cycle)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

12、大气10/15/2022294 沉积型循环(sedimentary cycle)磷循环硫循环特点是贮存库主要是岩石、沉积物、土壤等，循环过程缓慢，循环是非全球性的，容易出现局部短缺。 10/15/202230磷循环（phosphorus cycle）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河流运输河流运输10/15/202231硫循环（sulfur cycle）陆地海洋沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的SO42-SO2H2SSCaS

13、O4FeS2死有机物活有机物SO42-降水SO2,SO42-扩散海浪SO42-大气上升，分化SO2FeS2死有机物活有机物SO42-H2SS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 SO2H2S ,SO2,SO42-10/15/20223210/15/202233伦敦烟雾事件伦敦1952年2月5日到8日，雾大无风，家庭和工厂排出的烟尘经久不散，大气中SO2含量3.8毫克/立方米，烟尘4.5毫克，居民普遍呼吸困难、咳嗽、喉痛、呕吐和发烧，4天内死亡约4000人。10/15/202234生物地化循环与人体健康地方病：

14、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。有毒有害物质

15、循环10/15/202235第四节 生态系统中的信息及其传递生态系统的功能除了体现在生物生产过程，能量流动和物质循环外，还表现在系统中各生命成分之间存在着信息传递。信息传递是双向的。环境是生态系统的一种信息源。生态系统中包含多种多样的信息，大致可分为物理信息、化学信息、行为信息和营养信息。 10/15/2022361物理信息及其传递光信息光强弱，光质，光照时间长短是重要的光信息。太阳能是光信息的重要初级信源。声信息鸟类婉转多变的叫声；蝙蝠、鲸类发达的声纳定位系统。电信息特别是鱼类，大约有300多种能产生0.22伏微弱电压，电鳗产生的电压能高达600伏。磁信息鱼类遨游迁徙于大海，候鸟成群结队长途

16、飞行都靠动物自己的电磁场与地球磁场互相作用确定方向，方位。10/15/2022372化学信息及其传递动物和植物间的化学信息植物产生气味，不同动物对植物气味有不同反应。蜜蜂取食与传粉靠植物的化学信息息素。动物之间的化学信息动物通过外分泌腺向体外分泌某些信息素。动物可利用信息素标记所表现的领域行为。动物向体外分泌性信息素，以沟通种内两性个体的性信息素交流。植物之间的化学信息化学他感作用。有亲和性的，也有相互拮抗性的。10/15/2022383行为信息和营养信息许多植物的异常表现和动物异常行动传递了某种信息，可通称行为信息。生态系统中，生物的食物链是一个生物的营养信息系统。10/15/202239第

17、六章 应用生态学一、全球变化二、生态系统服务10/15/202240全球变化：这些由于人类活动直接或间接造成的全球生态环境的恶性变化倍受当今科学界、各国政府及公众关注，简称全球变化(Global change)。全球变暖：指地球表层大气、土壤、水体及植被温度年际间缓慢上升。第六章 应用生态学10/15/202241厄尔利诺和拉尼娜现象经向大气循环通常在每年的圣诞节期间在秘鲁西海岸出现暖流。因此称El Nino（义为Christ child）在东热带太平洋出现的海面温度低，平均气压较高的现象称La Nina,在此期间，太平洋形成的风暴向西移动10/15/202242全球变化的主要现象温室气体浓度增加全球气温升高海平面上升臭氧层的破坏土地利用和覆盖变化10/15/202243二、生态系统服务生