生态学-生态系统的物质循环

1、生态系统的物质循环,物质循环的特点 物质循环的分类 水循环 气体型循环 沉积型循环,生态系统：在一定空间中共同栖息着的所有生物（即生物群落）与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一体。任何生态系统都是由生物成分和非生物成分两部分组成 物质循环：指组成生物体的C、H、O、N、P、S等基本元素在生态系统的生物群落与无机环境之间反复循环运动。 物质循环的特点 能量流动、物质循环和信息传递是生态系统的三大基本功能。 物质循环和能量流动总是肩并肩地相伴而发生的。能量流动是单方向的，能量流经生态系统，最终以热的形式消散，因此生态系统必须不断地从外界获得能量。而物质的流动是循环式的，各种

2、物质都能以可被植物利用的形式重返环境。,水循环,生物体的大部分(约70%)是由水构成的，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。 水对于能量的传递和利用也有着重要影响。 水从地球表面通过蒸发进入大气圈,同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面,水循环特点： 地球上的降水量和蒸发量总的来说是相等的。但在不同的表面、不同地区的降水量和蒸发量是不同的。海洋的降水比蒸发少，海洋和陆地的水量差异是通过江河源源不断输送水到海洋，以

3、弥补海洋每年因蒸发量大于降水量而产生的亏损，达到全球性水循环的平衡。 每年降到地面的雨雪大约有35%又以地表径流的形式流入海洋，这些地表径流能够溶解和携带大量的营养物质，因此它可以将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。,人类活动对水循环的影响： 改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地面的分配。如修筑水库， 由于过度开发局部地区的地表水和地下水，使地表、地下水贮量下降，出现地下漏斗及地上的断流，造成次生盐渍化；也使下游水源减少，水位下降，水质恶化，沿海出现海水入侵，加重了额干旱化和盐渍化威胁。 在干旱半干旱地区大面积的植被破坏，导致地

4、区性气候向干旱化方向发展，直到形成荒漠。,能量流动，物质循环和信息传递是生态系统的三大功能。能量流动是单方向的，物质循环是流动式的，信息传递则包括营养信息、化学信息、物理信息和行为信息，构成了信息网。通常，物种组成的变化、环境因素的改变和信息系统的破坏是导致自我调节失效的三个主要原因。,环境污染而恶化水质，影响水循环的蒸散过程。洋面的油污染导致蒸发量减少，另一方面，由于水中重金属离子含量增加，密度增大，也会影响到蒸发。 由于人类生产和社会经济的发展，使大气化学成分发生变化，如CO2 CH4 CFC8 等温室气体浓度显著增加，改变地球大气系统辐射平衡而引起的气温升高、全球性降水增加、蒸发加大和水

5、循环的加快以及区域水循环变化。,水循环反过来作用人类洪涝干旱灾害 水资源不足 水环境恶化,碳是一切生物体中最基本的成份，有机体干重的45%以上是碳。 碳库：在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,总量为2.71016 t（占碳总量的绝大部分）；在大气圈或水圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在。 碳的循环： 生物和大气之间的碳循环。绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后，残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气

6、。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率与通过呼吸和分解作用而把碳释放到大气中的速率大体相同。由于植物的光合作用和生物的呼吸作用受到很多地理因素和其他因素的影响，所以大气中的二氧化碳含量有着明显的日变化和季节变化。例如，夜晚由于生物的呼吸作用，可使地面附近的二氧化碳的含量上升，而白天由于植物在光合作用中大量吸收二氧化碳，可使大气中二氧化碳含量降到平均水平以下；夏季植物的光合作用强烈，从大气中所摄取的二氧化碳超过了在呼吸和分解过程中所释放的二氧化碳，冬季正好相反。,碳循环,B.大气和海洋之间的循环：碳的另一个储存库是海洋，它的含碳量是大气的50倍，海洋对于调

7、节大气中的含碳量起着重要的作用。在大气和水的界面处，二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。在水体中，同样由水生植物将大气中扩散到水上层的二氧化碳固定转化为糖类，通过食物链经消化合成，再消化再合成，各种水生动植物呼吸作用又释放二氧化碳到大气中。动植物残体埋入水底，其中的碳都暂时离开循环。但是经过地质年代，又可以石灰岩或珊瑚礁的形式再露于地表 C.碳盐的形成和分解：大气中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成为碳酸，进而转变为岩石。岩石借助于岩石的风化和溶解、火山爆发等以二氧化碳的形式重返大气圈。 在生态系统中，碳循环的速度是很快的，最快的在几分钟或几小时就能够返回大气，一般会在几周或几个月返回

8、大气。一般来说，大气中二氧化碳的浓度基本上的恒定的。 人类活动对碳循环的影响 人为增加碳源，化石燃料的燃烧和工业排放是人 为增加的最大碳源 人为减少碳汇 气候变暖的反馈作用全球变暖导致海平面上升大气湿度增加植被带发生迁移,。,温室效应,温室效应是指大气中温室气体吸收了行星表面发出的长波辐射后向各个方向辐射能量，进而导致行星表面平均温度升高的过程,原因：由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，大量排放尾气，这些燃料燃烧后释放出大量的CO2进入大气所造成。,影响：全球变暖；地球上的病虫害增多；海平面上升；土地沙漠化；缺氧,主要对策：保护森林 ；汽车燃料的改善；对化石燃料的限制；鼓励使用太阳能

9、等,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,氮循环,氮是蛋白质、核酸等的基本成分，是一切生命结构的原料。 大气化学成分中氮的含量非常丰富，有78%为氮，但是氮是一种惰性气体，植物不能够直接利用。大气中的氮对生态系统来讲，不是决定性库。必须通过固氮作用将游离氮与氧结合成为硝酸盐或亚硝酸盐，或与氢结合成氮，才能为大部分生物所利用，参与蛋白质的合成。而含氮有机物转化和分解主要包括了氨化、硝化和反硝化三类作用过程。 固氮作用：主要分为四种 通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发活动的高能固氮，其结果形成氨或硝酸盐，随着降雨到达地球表面。 工业固氮 在哈伯-博施法中，N2与氢气被化合生成氨(

10、NH3)肥。 化石燃料燃烧 主要由交通工具的引擎和热电站以NOx的形式产生。 生物固定 大约占地球固氮的90%。 一些共生细菌（主要与豆科植物共生）和一些非共生细菌能进行固氮作用并以有机氮的形式吸收,氨化作用： 由氨化细菌和真菌的作用将有机氮（氨基酸和核酸）分解成为氨与氨化合物，氨溶水即成为NH4+，可为植物所直接利用。 硝化作用：在通气情况良好的土壤中，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。,氮循环：植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。动物直接或间接以植

11、物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮。动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨。在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐。氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中。,氮污染： 氨在微生物的作用下，会形成硝酸盐和酸性氢离子，造成土壤和水体生态系统酸化 水体中氮素过多导致富营养化 温室效应和酸雨。 NO2-诱发各种疾病乃至致癌 社会问题。市政当局必须面临地下水和饮用水中NO3-超标、医疗费用增加等社会问题。,

12、磷不存在任何气体形式的化合物，所以是典型的沉积型循环物质 磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代谢过程都需要磷的参与，磷是核酸、细胞膜和骨骼的主要成分。 磷循环是不完全的循环，有很多磷在海洋沉积起来。 磷循环的基本过程：岩石和土壤中的磷酸盐由于风化和淋溶作用进入河流，然后输入海洋并沉积于海底，直到地质活动使它们暴露于水面，再次参加循环。分为两个小循环：,磷循环,水生生态系统的磷循环 陆地生态系统中的磷，有一小部分由于降雨冲洗等作用而进入河流、湖泊中，然后归入海洋。在水生生态系统中，磷首先被藻类和水生植物吸收，然后通过食物链逐级传递。水生动、植物死亡后，残体分散，磷又进入循环。进入水体中的磷，有一

13、部分可能直接沉积于深水底泥，从此不参加这一生态循环。另外，人类渔捞和鸟类捕食水生生物，使磷回到陆地生态系 统的循环中,陆地生态系统的磷循环 岩石的风化向土壤提供了磷。植物通过根系从土壤中吸收磷酸盐。动物以植物为食物而得到磷。动、植物死亡后，残体分解，磷又回到土壤中。在未受人为干扰的陆地生态系统中，土壤和有机体之间几乎是一个封闭循环系统，磷的损失是很少的,人类活动的干预人类种植的农作物和牧草，吸收土壤中的磷。在自然经济的农村中，一方面从土地上收获农作物，另一方面把废物和排泄物送回土壤，维持着磷的平衡。但商品经济发展后，不断地把农作物和农牧产品运入城市，城市垃圾和人畜排泄物往往不能返回农田，而是排

14、入河道，输往海洋。这样农田中的磷含量便逐渐减少。为补偿磷的损失，必须向农田施加磷肥。在大量使用含磷洗涤剂后,城市生活污水含有较多的磷,某些工业废水也含有丰富的磷，这些废水排入河流、湖泊或海湾，使水中含磷量增高。这是湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。,水体富营养化,水体富营养化是指在人类活动的影响下，氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。这种现象在河流湖泊中出现称为水华，在海洋中出现称为赤潮。 危害：影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用

15、，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。,硫循环,硫是生物必需的大量营养元素之一，是蛋白质等物质的构成成分。 硫循环是一个复杂的元素循环，既属沉积型，也属气体型。自然界中硫的最大储存库在岩石圈，在水圈中的储存量也较大，在大气中则以 H2S和SO2的形式存在。 硫循环：化石