城市生态与环境保护概论课件第5讲生态系统的功能2－物质循环

1、第5讲 生态系统的功能2物质循环,物质循环模式 水循环 气体型循环 沉积型循环 有毒有害物质循环,allre natures,5.1 物质循环的基本概念,生态系统的物质循环就是生物地球化学循环(biogeochemical cycles)。即有机生命所需的化学元素经生产、消费、分解、重返环境的重复循环过程。 有机体所需的元素分为三大类 结构元素：碳、氢、氧、氮等 大量元素（Macronutrients)：磷、钙、钾、硫、钠等 微量元素（micronutrients）：铜、锌、硼、锰、碘、 硒、钴、铝等。,allre natures,5.2 物质循环模式,5.2.1 相关概念 库（Pool）和流

2、通率（flow rate） 库物质循环过程中存在于某些生物和非生物的化学元素量。如磷在水体中的数量为一个库，在浮游生物中的含量又是一个库。 流通率物质在单位时间面积（或体积）的移动量。,allre natures,5.2.1 物质循环的相关概念,周转率,流通率,库中营养物质总量,在物质循环中，周转率越大，意味总周转时间越短。如大气中的CO2周转时间为一年左右，N的周转时间为100万年。,周转率（turnover rates）和周转时间（turnover time）,allre natures,5.2.1 物质循环的相关概念,allre natures,5.2.2 物质循环模式图例,allre

3、natures,5.3 水循环(water cycle),5.3.1 水循环的作用 水是构成生物体的主要部分，大部分生物有机体的生命活动都离不开水的参与。 水是能量传递的主要载体之一，地球上的热能大都通过水温的变化而实现能量传递。 水对气候变化及气温调节直接产生作用，从而影响环境的变化。 水通过对岩石的浸蚀等作用，影响地理特性的变化。,allre natures,5.3.2 影响水循环的因素,太阳能 大气环境 洋 流 热量交换,allre natures,5.3.3 水的主要蓄库,海洋：在太阳能的作用下通过蒸发把海水转化为 水汽，进入大气。 大气 地表、地下 生物体,allre natures

4、,5.3.4 全球水循环模式,海洋蒸发,海洋 降水,陆地 降水,陆地蒸发,7,16,84,77,23,7,allre natures,5.3.4 全球水循环模式, 就海洋和陆地来说，海洋的蒸发量约占总蒸发量的84%，陆地只有16%；海洋中的降水占总降水的77%，陆地占23%；可见，海洋的降水比蒸发少7%，而陆地的降水比蒸发量多7%。海洋和陆地的水量差异是通过江河源源不断输送到海洋，以弥补海洋每年因蒸发量大于降水量而产生的亏损，达到全球水循环的平衡。,allre natures, 水循环的另一特点是因为每年降到地面上的雨雪大约有35%又以地表径流的形式流入海洋。这些地

5、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。由于携带着各种营养物质的水总是从高处向低处流，所以高地往往比较贫瘠，而低地比较肥沃,例如沼泽地和大陆架就是这种比较肥沃的低地,也是地球上生产力最高的生态系统之一.水的全球循环也影响地球热量的收支情况.对能量的传递和利用也有重要作用,地球上大量热能用于将冰融化为水,因此,水有防止温度发生剧烈波动的重要生态作用.,5.3.4 全球水循环模式,allre natures,5.3.5 生态系统中的水循环,截取:由地表和径流完成 渗透:截取的水通过渗透进入地层和

6、植物 蒸发:地表蒸发 蒸腾:植物的叶片水份蒸腾进入大气地表径流,allre natures,5.4 气体型循环,火山活动,5.4.1 生态系统中的碳循环,CO2大气蓄库,光合作用,死的有机物,细菌,化石燃料,(如泥炭沥青煤等）,风蚀,燃烧,碳酸盐岩石,如石灰石,主要通过,海洋生态系统,allre natures,呼吸作用,植物,动物,5.4.1 碳循环的作用与特征 碳在生物体中占有机比重的45%以上,因此,碳循环的效率对生态系统的能量流动和物质循环十分重要。 植物通过光合作用固定大气中的碳是生态系统吸收太阳能的具体体现。 碳循环具有速度快的特征,从几分钟到几个月之内完成。 工业发展CO2浓度吸

7、收太阳能辐射大气层低处的对流层变暖温室效应。,5.4 气体型循环,allre natures,5.4.2 生态系统中的N循环,大气中的氮,植物土壤系统,固氮细菌,动物,残体分解,氨化作用,动物排泄物,氮气,土壤中的硝酸盐和氨,氨,细菌,硝化作用,细菌,反硝化作用,生态系统中的氮循环（G.T.Miller,1996）,固氮作用,allre natures,5.4.2 生态系统中的N循环,allre natures,大气氮进入生物有机体的途径,大气固氮（闪电、宇宙线作用）,岩浆固氮（火山活动）,工业固氮（合成氮）,生物固氮（豆科植物、细菌、藻类）,5.5沉积型循环,沉积循环的主要蓄库是岩石圈和土壤圈,与大气无关。 矿物元素通过岩石风化等作用释放出来进入能量流动过程并参与循环。 生物有机体内的矿物元素通过沉积作用进入地壳又暂时离开循环。 所以沉积型循环往往是不完全循环(非连续性) 磷.硫循环最具代表性.,allre natures,5.5.1 生态系统中的磷循环,生态系统中的磷循环,allre natures,5.5.2 生态系统中磷循环的基本模型,磷肥,岩石 化石和鸟粪,海洋沉积物,植物,水分,分解者,动物,生物残体骨骼、 贝壳等和排泄物,风化作用,地壳上升,径流,allre natures,5.5.3 生态系统中硫的循环,大气中的硫,被植物直接吸收,原生质 植物