第五章 农业生态系统的物质循环分析ppt课件

1、1、第5章农业生态系统物质循环、主要内容：生态系统物流的一般特征几个主要物质循环农业生态系统中养分循环物质循环的环境问题、2、物质循环与能量流动一样，是生态系统的功能之一。 生物和生态系统为了生存和发展，不仅要不断地进口能量，还要进口物质，所以物质是生命活动的物质基础，也是能量的载体，起着双重作用。 能量和物质沿着食物链和食物网流动和传递。 能量的流动是单向式，物质的流动是循环的。3、能量流、物质循环、4、第一节生态系统物流的一般特征、1、物质循环的基本概念、(1)、生物地球化学循环、地球上的各种化学元素体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，进而在整个生物圈上， 沿

2、着特定的路线从环境到生物，从生物到环境，不断地进行流动和循环，这些个不同的循环路线构成了生物地球化学循环。 根据物质循环的范围、路径和周期，可以将生物地球化学循环分为地质大循环和生物小循环。 地质大循环：指物质和元素体经过生物的吸收作用，从环境进入生物有机体内，生物有机体以尸体、残骸或排泄物的形式将物质或元素体送回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五自然圈的循环。 特点：时间长、范围宽、影响面宽、闭合式循环。 生物小循环：指环境中的元素体被生物吸收、在生态系统中不断被利用、经过分解者的作用回到环境后，被生产者吸收、利用的循环过程。 特点：范围小，时间短，速度快，是开放的循环。 根据7、2、循

3、环主要将大气层与岩石土壤和水圈的关系分为气相型和沉积型。 气相型：储藏库是大气和海洋。 元素体和化合物可以转化为气体，通过大气扩散，扩散到陆地和海洋的上空，可以在短时间内作为植物进行再利用。 例如CO2、N2、O2等水实际上也是这种类型。 特点：循环速度快，周转率高，流通量大。 因此，在世界范围内，这种循环是比较完整的循环。 气相循环将大气和海洋联系起来，具有明显的全球性。8、沉积型：主要储藏库为地壳。 储藏在地壳中的矿物元素体，经过自然风化和人类的开采熔化期，从陆地的岩石中释放出来，被植物吸收，参与生命物质的形成，沿着食物链移动。 然后，从动植物残体和排泄物经过微生物的分解作用，把元素体恢复

4、到环境中。 除了一部分残留在土壤中用于吸收植物以外，一部分以溶液或堆积物的形态进入河流，经过沉降、堆积、成岩作用形成岩石，当岩石被提升并受到风化作用时，这个循环就完成了。 特点：循环缓慢，局部干扰作用容易失去平衡，容易形成“不完全”循环。 9、(2)、物质循环的库和流、1、物质循环库、库：物质在循环过程中暂时固定、储存的场所。 生态系统的各个小组是物质循环的库存。 农业生态系统库主要有植物库、动物库、土壤库、大气库和水域库5个库。 在1.0、生物地球化学循环中，物质循环的库可分为两类：储藏库：容积大，物质交换活动迟缓，一般是环境成分。 土壤是磷的储藏库。 交换库：体积小，物质交换活跃，一般为生

5、物成分。 植物是磷的交换库。 1.1，2，物质循环的流动：流动：指仓库和仓库之间物质的移动动态。 生态系统有物流和能源流两个主要趋势。 其他还有信息流。 要想获得高农业生态系统的生产率，就必须增加系统内的能量和物质的流通量，使其顺畅。、1.2、库与流的关系：没有库，环境资源无法吸收、固定、转化为各种产物。 没有水流，库和库之间就无法联系和交流，无法维持生命，生态系统就会散摊子。 高效的生态系统必须库大、流畅。 1.3、周转率(r ) :系统达到稳定状态后，某成分(库)中的物质在单位时间内流出的量(FO )或流入的量(FI )占库存总量(s )的比例。 即R=FO/S或FI/S，FO，s，R=o

6、r，r=，FI，s，周转期(t ) :指某个成分的物质全部被交换的平均所需时间。 是周转率的倒数。 即T=1/R，(三)，周转率和周转期，1.4，周转率和周转期是测量物质流动(或交换)效率的两个重要指标。 物质的周转率被用于生物的生长叫做更新率。 在一年生植物生育期结束后，生物最大现存量与年生长量基本相等，更新率接近1。 物质在运动过程中旋转率越高，一次旋转所需的时间就越短。 /大气层中的水分每年约有3.4次更新，运行时间只有10.5天。 海洋的硅，旋转时间约为8000年。 一年生植物更新期间(周转期)为一年。 1.5、(4)、循环效率：EC=FC/FI、FC、FI、循环物质(FC )在总进口

7、物质(FI )中所占的比例被称为物质的循环效率(EC )。 有农业生态系统成分的库存物质，其成分的一部分或全部流出，但最后离开系统，最终回到那个成分，在系统内发生了物质循环。 1.6，2，物质循环的基本原理，1，物质不灭法则：物质不灭法则，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，不能感知物质的量的增加或减少。 2、质量能量守恒定律：质量能量守恒定律认为，世界上既不存在无能量物质的质量，也不存在无质量物质的能量。 质量和能量作为统一体，其总量在任何过程中都是不变的守恒量。1.7、三、农业生态系统的物质循环特征为： 1、能源和物质进口和出口量大，且比较快。 能量的

8、流动和物质循环不仅在“生物环境”系统，还在“生物环境社会”系统进行，路径多，变化大。 3 .可以改变物质本来的自然循环过程。 与自然生态系统相比，农业生态系统的物质循环具有许多人工控制的特色。 1.8、1.9、第二节几个主要物质的循环、c、n、p、k、s、H2O、碳循环氮循环磷循环钾元素循环硫循环、2.0、一、碳循环、1、基本概况、碳是构成生命生物的主要元素体之一，也是能量的源泉。 碳主要储存在大气、生物、土壤、水圈和岩石圈的几个库中。 地球上的碳大部分以碳酸盐和非碳酸盐堆积物的形式积蓄在岩石圈，其次积蓄在海洋，大气圈、生物圈和土壤中的碳量很少。 c的由来是CO2。 只有CO2形态的碳才能被植

9、物吸收利用，进入碳循环。 (1)、2.1、2、碳循环途径有生物小循环，绿色植物在生物圈的光合作用是推动碳循环的主要动力。 在细胞球水平上的循环：光合作用和呼吸作用之间的循环。 个体级循环：大气CO2和植物体之间的循环。 在食物链水平上的循环：大气CO2植物微生物之间的循环，光合作用，呼吸作用，大气CO2，植物，2.2， 2.3、(2)、地质大循环、碳作为动植物的生物深深地埋在地下，在还原条件下成为化石燃料，碳进入地质大循环。 人们开采和利用这些个的化石燃料后，CO2再次被释放到大气中。 另一方面，大量的CO2和水反应形成碳酸水氯和碳酸盐，许多动物、贝类的壳中含有碳酸盐，这些个动物死亡而变成碳酸

10、盐或溶解状态，或因风化或地壳运动而露出或变成堆积物，侵蚀各种形式的碳化合物，最终产生CO2。、2.4、大气层CO2、生物残渣、流出、水土流失输送碳量、堆积、堆积固定、风化溶解、返还、土壤呼吸、有机质分解、CO2固定、交换放出、溶解吸收、岩石圈(化石燃料)、生物圈、水圈、土壤圈、呼吸分解、光合作用、植物燃烧、化石燃料燃烧、2.5、3、人类活动的参与每年，通过燃烧排放到大气中的化石燃料的碳5060亿吨，通过农业土壤耕作回到大气中的碳约2.0亿吨(1970年的推定值)，由于森林被砍伐，CO2的固定减少，海洋虽然能吸收约2/3的多馀碳源，但世界性的大气CO2浓度的上升还是免不得。 CO2浓度的上升有利

11、于植物光合作用的增强，但CO2的“世界温室效应”会导致世界性的温度上升和降水分布的变化。 在过去的100年间(1860-1960 )，大气中的CO2浓度从290ppm上升到了314ppm。 在最近的2.0年间，大气CO2浓度每年增加1 ppm (从336ppm增加到336ppm )。 (1)养分循环的两种调控生物控制：通过食物链进行调控。 人为的金刚特罗尔：通过食物进口、产品出口等金刚特罗尔，对农业生态系统的健全循环要求促进和保护生物的金刚特罗尔。 这面临着两个选择：肥料：提高地力(以有机形式恢复土壤)燃料：以CO2形式恢复大气土壤的有机质数量因土壤微生物c源不足而降低土壤有机质含量。 2.8

12、、二、氮循环、一、基本概况、氮是生命物质的重要成分，是机体中氨基酸、绿色素、DNA、RNA等不可缺少的元素体。 地球上的氮很多，但在岩石圈中，94%不参与氮循环，其馀的6%存在于大气中。 氮的主要库存是大气-主要是气体循环。 作为N2的单体存在。 大气中氮的含量为79%，总量约为381016亿t，氮是非常惰性的瓦斯气体，不能直接用于许多生物。 只有通过氮的固定途径形成硝酸盐或阿摩尼亚的形态，才能用于生物的吸收。2.9、2、氮循环的基本过程，(1)固氮作用是氮循环(瓦斯气体循环)的重要反应历程，地球上固氮作用的途径有生物固氮、工业氮素固定和高能氮素固定(大气氮素固定) 3种。 生物固氮：每年氮的

13、固定175106t吨。 生物固氮是氮的固定微生物将大气中的氮瓦斯气体还原成阿摩尼亚的过程。 N2、固氮作用、NH4、食物链、生物固氮是自然生态系统中氮的主要来源。 3.0，2 .工业氮的固定： 45.9106(1977年) 100106t(1997年)。 用高温、高压、化学催化剂的方法将氮转化为阿摩尼亚的过程。 即，n23h2=NH3，3 .大气氮的固定(高能量氮的固定):每年可以氮的固定7.6106t。 像闪电一样的高空瞬间放电产生的高能，将空气中的氮和水中的氢结合形成阿摩尼亚和硝酸，阿摩尼亚和硝酸被雨水运送到地面。3.1、(2)、生态系统的氮流路、3.2、生物和化学氮、挥发损失、阿摩尼亚化

14、作用、硝化、亚硝化、分解、分解、流出损失、吸收、吸收、合成作用、还原、合成、化学合成、脱硝化作用、生物遗体分解、N2、NO3-、NH3、有机阿摩尼亚、NO2-、植物土壤、生物、 农业中的氮循环形象、3.3、3、人类活动对氮循环的干扰、(1)含氮有机物的燃烧造成的大量氮氧化物污染大气。 (2)过度耕作会降低土壤氮素肥力(有机氮)。 (3)发展工业氮的固定，无视或抑制生物固氮，引起氮的局部浓缩和氮循环失调。 其中，人类农业活动对氮循环的影响主要是不合理的作物耕作方式和施用氮肥造成的氮素流失和损失。 其主要方法是：反硝化的阿摩尼亚挥发的淋失地表流出和土壤侵蚀。 (4)城市化和集约化农牧业阻碍人畜废弃

15、物的自然资源再生。 3.4、4、氮流失对环境的影响、(1)地下水污染。由于施肥不合适宜，农田漏水的NO3-N和NO2- N污染了地下水，人畜饮用后会造成严重危害。 (2)造成地表水体的水体富营养化。 水体总磷为20mg/m3，无机氮含量为400mg/m3时，认为该水处于水体富营养化状态。 水体水体富营养化时，水生藻类大量繁殖，其死亡后在水中腐败分解，产生大量的CH4、H2S、CO2、NH3等，随着水质的恶化，有机质分解时消耗水中的大量溶存氧，水中的溶存O2少于4 mg/L时，鱼类和其他水生生物领便当。 (3)农作物从土壤中吸收过多的氮，容易引起各种病虫害，影响作物的品质。 (4)作物和蔬菜硝酸

16、盐积累可以通过食物链进入人体和家畜体内，形成亚硝酸盐，严重危害人畜健康，亚硝酸盐可以在体内形成仲胺和亚硝酸铵致癌、突然变异、致畸物质。 (5)破坏臭氧杀菌层。 由于反硝化作用产生的N2O进入大气会破坏臭氧杀菌层，大幅度提高皮肤癌的发病率，扰乱了云同步动植物的正常生长。3.5、5、农田氮素控制途径；(1)改善氮肥施用技术。 (2)平衡施肥和测土施肥。 (3)硝化抑制剂的应用；(4)合理灌溉。 (5)做好水土保持工作，防止水土流失和水土侵蚀。 (6)合理配合有机肥和化肥，可培肥土壤，满足作物优质高产氮素需求。 包括分批施肥、施用氮肥、施用缓效氮肥。如甲基硫脲、氰基胍等的应用。 3.6、三、磷循环、

17、一、基本概况、磷是生命信息元素体，是细胞球内所有生化作用的能量基础。 磷以不活跃的地壳为主要储藏库。 地球上的磷大量存在于岩石、土壤和海水中。 岩石圈的磷储量为51016 t，土壤圈的磷储量为6.21010t，土壤中的磷大部分为无机态，有机态磷平均仅占土壤磷的10%左右。 水圈的磷储量为11.01010t，大气圈中磷储量少，约为1.3104t，主要集中在近床的浮游粒子上。 磷循环是典型的沉积循环。 3.7、2、磷循环途径、磷循环是较简单的沉积型循环。 在自然段，土壤中的磷，一部分溶解于地表水，一部分和土壤矿物一起在水土流失中离开土壤，沿河流入大海。 海洋中的磷被植物海洋浮游生物吸收，沿着食物链传递。 人类在渔业中可以把磷的一部分放回陆地，而且海鸟粪中的磷也可以放回陆地。 土壤流失中的大部分磷在海里以磷酸盐的形式沉积在海底，固定在新的磷酸盐岩石上，该磷的一部分在海底岩石露出地表后形成土壤中的速效磷，或被人造的开采后以化学肥料的形式供给植物。 3.8、磷循环(phosphorus cycle )、沉积型循环、沉积中的磷(约是土壤和海洋的千倍以上)、陆地、海洋、死去的有机物、土壤中的无机磷、死去的有机物、深海的磷、活着的有机物、沉降、分解、沉淀、溶解于水、风化、开采摄取、排泄、