生态系统中的物质循环学习教案

1、会计学1生态系统中的物质循环生态系统中的物质循环第一页，编辑于星期二：四点 七分。生命的维持和延续不仅需要能量，而且还必须有各种物质，包括20余种必要元素。讨论这些物质在生态系统中移动的规律，是研究生态系统功能的重要方面。地球上的各种化学元素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，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径经环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，就构成了生物地球化学循环，简称生物地化循环。一、水循环二、气体型循环三、沉积型循环第1页/共18页第二页，编辑于星期二：四点 七分。水是生态系统中生命必需元素得以无限运动的介质，没有水循环也就没有生物地化循

2、环。水是地质侵蚀的动因，一个地方侵蚀，另一个地方沉积，都要通过水循环，因此，了解水循环是生态系统物质循环的基础。一、水循环第2页/共18页第三页，编辑于星期二：四点 七分。资 源体积 (W)103Km3年周转(Q)103Km3过 程周转期T=W/Q地球上总水量1 460 000.0520.0蒸发2 800年海洋总水量1 370 000.0449.037.0降水与蒸发之差降水与蒸发之差3 100年37 000年地壳中(到5千米)的自由重力水其中在水交换活跃带60 000.04 000.013.013.0地下径流地下径流4 600年300年湖泊冰河和永久积雪750.029 000.01.8径流16

3、 000年土壤和心土水分65.085.0蒸发和地下径流280天大气水分14.0520.0降水9天河水1.236.3*径流12天(20)天地球水资源(引自Smith，1980)注：平均误差约为10%15%*未计入南北极冰块的溶化量（一）水的分布第3页/共18页第四页，编辑于星期二：四点 七分。（二）全球水循环8477772316从全球水循环来看，水的问题是一个全球性的问题。局部地区水的问题，或采取的水管理方案，可能影响到全球。问题不在于地球上水量的不足，而是在于分布的不均匀、不适宜。尤其因为人类本身活动，使某些人口集中地区水资源的不足和水质量的降低。这就是说，自然的水循环不足以补偿人类对水资源的

4、破坏。第4页/共18页第五页，编辑于星期二：四点 七分。（三）人类活动对水循环的影响1、空气污染和降水 空气污染影响水的质和量2、改变地面，增加径流 城市发展、森林砍伐3、过度利用地下水 地表下沉4、水的再分布 水库、水坝第5页/共18页第六页，编辑于星期二：四点 七分。二、气体型循环（一）碳循环第6页/共18页第七页，编辑于星期二：四点 七分。碳循环过程中，按其活动的情况分为两类库：（1）贮存库，如在岩层中的碳，其容积很大但活动缓慢，贮存库一般为非生物成分；（2）交换库或循环库，在生物体和它们的环境（水圈、大气圈、生物圈）之间进行迅速的交换，是容量较小而很活跃的部分。其他营养物质的生物地化循

5、环过程，也都可以划分为这两类库。温室效应温室效应是这样一种理论，它假设二氧化碳和甲烷这样的普通人为污染物造成的污染会导致全球气温的上升。在过去的20世纪中，二氧化碳浓度升高，而全球气温也上升了0.40.7。这个事实支持了上述理论。人类活动导致全球气候变化是生态学中最有争议的话题之一。第7页/共18页第八页，编辑于星期二：四点 七分。（二）氮循环氮是蛋白质的基本组成部分，因此是一切生物结构的原料。一般生物不能直接利用大气中的氮，必须通过固氮作用，将氮与氧相结合成为硝酸盐和亚硝酸盐，或者与氢结合形成氨。固氮作用有两条途径，一条是通过闪电、宇宙线、陨星、火山活动等的高能固氮；另一条途径是生物固氮，固

6、氮量占地球固氮总量的90%。近代工农业的发展，工业固氮也影响着生态系统中氮的循环。据估计，目前的人工固氮量，已经超过了天然固氮总量第8页/共18页第九页，编辑于星期二：四点 七分。在自然条件下，一部分氮从生态系统中消失，如脱氨作用、挥发、淋溶、流失等等。但这种损失得到生物固氮和其他形式固氮的补偿，因此，氮循环是一个相当完全的、自我调节系统，在系统中形成了动态平衡。第9页/共18页第十页，编辑于星期二：四点 七分。人类活动对于氮循环的影响有两个方面，一方面是以各种氧化氮输入大气污染空气（光化学烟雾），另一方面是以硝酸盐输入水系，污染江河湖泊（水体富营养化）。在一个自然的未受人类影响的生态系统，氮

7、的输入和输出往往是平衡的。氮也往往易于成为限制因子。第10页/共18页第十一页，编辑于星期二：四点 七分。三、沉积型循环（一）磷循环通常没有气态磷，磷是随着水循环，由陆地到海洋。但是，磷从海洋返回陆地则是比较困难的，因此磷循环是不完全的循环。第11页/共18页第十二页，编辑于星期二：四点 七分。磷的主要贮存库是岩石和天然的磷酸盐沉积。岩石和沉积通过风化、侵蚀、淋洗而释放出磷。人类为农业需要也要开采磷酸盐。植物从环境中吸收磷，合成原生质，通过食草动物、食肉动物、寄生生物等在水体或陆地生态系统中循环，然后通过排泄物和尸体分解再回到环境中。在陆地生态系统中，有机磷被细菌还原为无机磷，其中某些被植物吸

8、收而再循环，某些则变成植物所不能利用的化合物，还有的组成了微生物的身体。陆地生态系统中的一部分磷，进入湖泊和海洋在海洋和淡水生态系统中，浮游植物吸收无机磷的速率很快。浮游植物又为浮游动物或食碎屑生物所吞食。浮游动物每天排出的磷，几乎与贮存在生物体内的一样多，因此磷在水体生态系统的生物成员中，循环迅速。第12页/共18页第十三页，编辑于星期二：四点 七分。磷循环是不完全的循环，很多磷进入海洋沉积起来，而重新返回的磷，不足以补偿其损失。沉积磷酸盐的地层，并没有此起彼伏地上升，使天然风化和侵蚀得以补偿每年进入海洋沉积起来的磷。人类捕捞海鱼，使一部分磷重返大陆，但人类开采磷矿，大多最后被冲洗和流失掉。

9、因此，人类如果想避免因磷循环不完全而造成的“饥荒”，他们就必须使这个不完全循环变成完全。这个问题到将来可能显得更加重要。动植物体内的磷，有一部分沉积于浅层水底，另一部分沉积于深层。在深海沉积的磷，有的通过上涌流带到有光的水层，再为浮游植物所利用。水体的上层往往缺乏磷，而深层为磷所饱和。因为大部分磷以钙盐形式沉淀，因此常长期的沉积起来，离开了循环而贮存起来。第13页/共18页第十四页，编辑于星期二：四点 七分。（二）硫循环硫也是蛋白质和氨基酸的基本成分。硫有若干状态：元素硫（S）、-2价亚硫酸盐、+2价氧化硫、+4价亚硫酸盐、+6价硫酸盐。其中有三种在自然界是重要的，即元素硫、亚硫酸盐和硫酸盐。

10、硫循环既属于沉积型，也属于气体型。它包括长期的沉积相，即束缚在有机和无机沉积中的硫，通过风化和分解而释放，以盐溶液形式进入陆地和水体生态系统。还有相当多的硫以气态参加循环，因此循环在全球规模上进行。第14页/共18页第十五页，编辑于星期二：四点 七分。硫进入大气有几条途径，燃烧矿石燃料、火山爆发、海面散布和分解过程释放气体。第15页/共18页第十六页，编辑于星期二：四点 七分。生物地化循环可分为三大类型，即水循环、气体型循环和沉积型循环。 在气体型循环中，物质的主要储存库是大气和海洋，其循环与大气和海洋密切相联，具有明显的全球性，循环性能最为完善。凡属于气体型循环的物质，其分子或某些化合物常以气体形式参与循环过程。参与沉积型循环的物质，其分子或化合物绝无气体形态，这些物质主要是通过岩石的风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是一个缓慢的、单向的物质移动过程，时间要以数千年计。这些沉