环境生态学课件4生态系统的物质循环

第四章 生态系统的物质循环,1. 掌握物质循环的几个概念 2. 掌握水、碳、氮、磷的循环过程,概念:,物质循环是指环境中的无机物被绿色植物吸收转化成有机物后沿着食物链被多次利用后，又被分解者分解成无机物返回到环境中去。 生态系统中的物质循环又称为生物地化循环(biogeochemical cycle)。 物质循环与能量流动的关系:,类型:,1.地质大循环: 闭合式循环 物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内， 然后生物体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈的循环的过程。 2.生物小循环:开放式循环 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。 在一个具体的范围内进行，以生物为主体与环境之间进行迅速的交换,4.物质循环的模式,物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。如植物库、动物库、土壤库等。 在生物地球化学循环中，库可分为： 储存库(Reservoir pool): 容积大，物质交换活动缓慢。 一般为环境成分。 交换库(Exchange pool): 容积小，交换快。 一般为生物成分。 流: 物质在库与库之间的转移运动状态,流通率：物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量就称为流通率。 周转率(turnover rates) = 流通率 / 库中营养物质总量 周转时间(turnover rates)= 库中物质总量 / 流通率,5.生物积累（bioaccumulation),生态系统中生物生长发育过程中，体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象。 6.生物浓缩（bioconcentration): 生态系统中同一营养级上的许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。 又称为生物富集（biological enrichment)。,7.生物放大(biomagnification),在生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物体中的浓度，随着营养级的提高而逐渐增大的现象。 注：针对具有食物链的生物来说如果不存在食物链关系，则用生物浓缩或生物积累,二、生物地球化学循环的类型,1.气相型（gaseous type) 其贮存库是大气和海洋。气相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，通过大气进行扩散，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速 如：CO2、N2、O2等，水实际上也属于这种类型。 因此，从地球意义上看，这类循环是比较完全的循环。,2.沉积型(sedimentary type),许多矿物元素其贮存库在地壳里。 过程：经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。 然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素返回环境。 一部分保留在土壤中供植物吸收利用； 一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成岩作用变成岩石， 当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。,特点：,这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为“不完全”的循环。 沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全球性的影响。 气体型循环和沉积型循环虽然各有特点，但都受到能流的驱动，并都依赖于水的循环。 生物地化循环过程的研究主要是在生态系统水平和生物圈水平上进行的。,气相型循环和沉积型循环的区别,水循环,人类对水循环的影响,A. 修筑水库、塘堰； B. 而围湖造田又使自然蓄水容积减小。 C. 地下水的过度开采利用，使某些人口集中的地区出现了地下水位和水质量的下降。 D .水体污染,C循环,途径： （1）在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环； （2）大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环； （3）大气CO2植物动物微生物之间的食物链水平上的循环。 碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。 当人们开采利用这些化石燃料时， CO2被再次释放进入大气。,全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器。 大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水，相反，大气CO2减少，海水中CO2又返回大气。,氮循环 (Nitrogen cycles),大气是主要的氮库，大气体积的78%为分子态氮。 生态系统氮的来源： 雷电：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它 含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮 的循环。 生物固氮：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。 工业固氮：如化肥厂。,氮的损失,反硝化 有机物的燃烧 淋溶 挥发,人类对氮循环的影响,化肥的使用 矿物燃料的燃烧: 城市化的发展,循环,含磷有机物沿两条循环支路循环： 沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤； 以枯枝落叶、秸秆归还土壤。 各种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。,在这一循环过程中，一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环，其支路也有两条： 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。 农业生产上大量施用磷肥不仅有使磷资源面临枯竭的威胁，且磷矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，长期大量施用，会使土壤污染； 磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及鱼类等水生生物。,有毒物质的循环,某种物质进入生态系统后，在一定时间内直接或间接地有害于人或生物时，就称为有毒物质或污染物。 有毒物质种类主要包括： 有机物：如酚类和有机氯农药等； 无机物：如重金属、氟化物、氰化物等。,进入生态系统的途径：,被人们直接抛弃到环境； 通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态系统； 通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。 有毒物质进入生态系统后，就会沿着食物链在生物体内富集浓缩，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高。,DDT在生物体内的放大,