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1、7.生态系统中的物质循环C G Cao7.1 物质循环的根本原理7.2 几种重要循环的概述7.3 物质循环与环境问题.7.1 物质循环的根本原理7.1.1 物质循环的有关概念7.1.2 物质循环的根本方式7.1.3 物质循环的类型7.1.4 物质循环的特点 .定义：生态系统中各元素和化合物沿着特定的途径从生物到环境，在从环境到生物，不断往复循环的过程。1.生物地球化学循环C G Cao7.1.1 物质循环的有关概念.2.库和流库：流：物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所。C G Cao.库：流：储存库交换库即环境库，容积较大，物质交换活动缓慢。如大气库、土壤库、水体库等。2.库和流C G C

2、ao.库：流：储存库交换库即生物库，容积较小，与外界物质交换活泼。如植物库、动物库、微生物库。C G Cao2.库和流.库：流：储存库交换库物质在库与库之间的转移运动形状。C G Cao2.库和流.周转率：指系统到达稳定形状后，某一组分库中的物质在单位时间内所流出的量或流入的量占库存总量的分数值。 单位时间交换量周转率= 库存量周转期：是库中物质全部改换平均需求的时间，也是周转率的倒数。3.周转率、周转期C G Cao.在生物量的周转中，往往用更新率、更新期的概念，其含义同周转率、周转期如某一森林的现存量为324 t/hm2，年净消费量为28.6 t/hm2，其更新率=28.6324= 0.0

3、88,更新期约11.3年。如某一水体中浮游生物的现存量为0.07 t/hm2，年净消费量为4.1 t/hm2，其更新率=4.10.07=59，更新期只需6.23天。 3.周转率、周转期C G Cao.7.1.2 物质循环的根本方式根据物质循环的范围不同分为地球化学循环地质大循环和生物循环生物小循环两种根本方式 . 指化合物或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排队泄物方式将物质或元素前往环境，经过五大自然圈循环后，再被生物利用的过程。特点：时间长，范围广，是闭合式的循环。福岛核电站排放辐射性污水进入海里 5年后可到达北美10年后到达亚洲东部30年后分散至

4、整个太平洋 1.地质大循环C G Cao.水的地质大循环C G Cao.生态系统环境中的元素或化合物被生物利用后前往环境，不经五大自然圈层的循环，又相继被生物利用的过程。特点：时间短、范围小，是开放式的循环。2.生物小循环C G Cao.Ca的生物小循环 C G Cao.主 要 特 征气相型循环堆积型循环元 素 类 型有气态化合物或分子C、H、O、N、CL等无气态化合物或分子P、CA、K、NA、MG等主要贮存库大气圈、水圈岩石圈、土壤圈循 环 速 度快慢运 动 方 式分散沉降、抬升、风化、溶解抗干扰才干强弱循 环 性 质完全循环不完全循环7.1.3 物质循环的类型C G Cao.物质不灭，循环

5、往复物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环的生物富集没有生物那么难于循环生态系统对物质循环有一定调理才干各物质循环过程相互联络，不可分割。 7.1.4 物质循环的特点C G Cao.7.2.1 水循环7.2.2 碳循环7.2.3 氮循环7.2.4 磷循环7.2.5 硫循环7.2.6 营养循环C G Cao7.2 几种重要循环的概述.总体积约为14亿km3水，分布于海洋、冰川、地下水、内陆湖泊、大气五大水“库中，咸水占水量97%，3%是淡水，其中34以固体形状固着在两极冰盖和冰川中，只需余下不到1%的水，才是供人类用的液态淡水。 7.2.1 水循环C G Cao. 水的大循环 C G Ca

6、o.水的小循环 水分循环平衡:降雨=植被水+土壤水+地下水+地表水+蒸发腾水. 1960年以来对地表径流人工控制才干增长3倍；水库蓄水量到达湖泊和河流的36倍，占将近一半的可利用水资源水资源利用每10年添加20，1535地域出现过度利用，在21世纪将成为制约全球社会经济开展的主要生态要素人类活动深化地改动了水的生物地球化学循环Vrsmarty and Sahagian 2000当前水资源过度利用地域未来50年水资源短缺地域.(1)植被破坏(2)水利工程(3)开采地下水(4)水体污染 人类对水循环的影响及水问题C G Cao.(1)植被破坏C G Cao.(2) 水利工程 如修筑水库，塘堰可扩展

7、自然蓄水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小，尤其是大量季节性降水因保蓄力减弱而流走，呵斥短期洪涝灾祸，并同时降低了地下水库的补给，也引起严重的土壤和营养流失。 C G Cao.C G Cao.(3)开采地下水 由于过度开发部分地域的地表水和地下水，用于工、农业及城市开展，不但使地表、地下水贮量下降，出现地下漏斗及地上的断流，呵斥次生盐渍化；也使下游水源减少，水位下降，水质恶化，沿海出现海水入侵，加重了干旱化和盐渍化要挟。 C G Cao.C G Cao.(4)水体污染 C G Cao.碳的大循环C G Cao7.2.2 碳循环.碳的小循环C G Cao.C G Cao植被破坏： 20亿吨土壤破

8、坏： 20亿吨矿物熄灭： 60亿吨人类影响追加给大气的CO2.碳循环失调呵斥的环境问题温室效应Greenhouse effect Global warming.碳循环失调呵斥的环境问题温室效应Greenhouse effect Global warming.温室气体温室气体除了二氧化碳(CO2)外，还包括甲烷(CH4)、氧化氮(N2O)和碳氟氯烷(CFC)、臭氧(O3)等。其中CO2的作用约占全部温室气体作用的50%以上,大气中的水蒸气也对温室效应起着重要作用 C G Cao.Greenhouse gas：CO2、CFC、CH4、N2O(近年的浓度变化 CO21750: 280ppmNow:

9、360ppmN2O1750: 280ppbNow: 314ppbCH41750: 0.7ppmNow: 1.7ppmCFC.(1)在能量供求方面； (2)北冰洋飘浮海冰和南极西部冰山的融化。(3)世界生物群落的分布主要取决于气候，尤其是温度和降雨。(4)由于沿岸和表层水温升高，呵斥海洋上升流减少， (5)全球变暖能够呵斥某些疾病发病率的升高。(6)气候变暖将大大影响食物消费的分布和稳定性。 全球变暖对生态系统的影响C G Cao.N的大循环N的小循环C G Cao7.2.3 氮循环.生物固氮：每年约5400万吨工业固氮：每年约6680万吨高能固氮：每年约760万吨氮的固定C G Cao反硝化有

10、机物的熄灭淋溶流失挥发氮的损失.C G Cao.人类活动对氮循环的影响人为的固氮作用使大气库中的N减少，陆地和海洋中N添加，其中主要流向海洋。氮氧化物的流量和大气圈中的存量在不断添加.人工氮固定成为土壤和水环境主要污染源，导致N2O温室效应比CO2高2个数量级排放量指数增长氮循环：人工固氮才干超越自然过程的总和，生态系统有效氮输入量添加1倍；人类活动深化地改动了生态系统物质循环人工固氮才干和氮肥施用量的增长Galloway et al. 2002Mosier and Kroeze, 2001全球农业系统N2O排放量.(1)水体富营养化(2)地下水中的N2O-、NO3-具有致癌作用(3)臭氧层的

11、破坏(4)光化学烟雾氮循环失调呵斥的环境问题C G Cao.水体富营养化的过程营养物质进入水体水中微生物繁殖 迸发性增长 死亡分解 耗费氧气 氧气缺乏 厌气分解 产生有毒物质 水体变坏水体富营养化的危害水中溶解氧气减少，水生生物无法生存C G Cao. The ozone holeThis satellite picture of the Antarctic ozone hole was taken on October ,1993.There was 15% less ozone over Antarctic in 1993 than a year earlier,leaving the p

12、rotective shield at less than one-third its normal thickness. 臭氧层破坏.臭氧层破坏危害1对人体安康的影响。2对生态系统的影响。3对空气质量及全球变暖的影响4对资料的影响。 C G Cao.C G Cao光化学烟雾.7.2.4 磷循环(堆积型C G Cao.7.2.5 硫循环气相型兼堆积型岩石圈干湿沉降水土、化肥流失海水侵蚀地下水渗出堆积生物吸收归还火山迸发扬尘大气圈水体土壤堆积层风化地壳运动海水飞沫工业施肥采矿废气工业排放.C G Cao.硫循环的环境问题(1)酸雨:酸雨指PH值小于5.6的雨、雾、雪、霜的统称。主要由SO2引起的

13、。(2)酸雨的危害:土壤酸化、贫瘠化，毒害植物根系，危害生物生长。(3)水体富营养化.7.2.6 农田营养循环N、P、K等营养元素在人为影响下的运动叫农田营养循环普通方式是：土壤植物动物土壤C G Cao.7.2 几种重要循环的概述 水循环C G Cao.坚持农田营养循环平衡的途径合理施肥合理种植农产品就地加工农林牧副渔结合处理乡村能源有目的积肥C G Cao.7.3 物质循环与环境问题 7.3.1 环境污染与污染生态学7.3.2 生物放大作用与有毒有害物质的循环7.3.3 化学农药与物质循环7.3.4 化学肥料与物质循环7.3.5 环境污染的生物监测7.3.6环境污染的生物防治 C G Ca

14、o.环境污染是指人类直接、间接制造或所用物品的废弃物等排放到环境中，其数量超越了环境的自净才干，使环境的理化和生物学性状发生了有害的改动。 7.3.1 环境污染与污染生态学1 .环境污染.环境污染的根本问题元素或物质在部分积累C G Cao物质循环的平衡输入输出平衡元素在各个环节运动速度平衡系统内各元素的比例平衡.按环境要素分大气污染水体污染土壤污染按污染物分非降解性污染(Nonbiodegradable pollution) 降解性污染(Biodegradale pollution) 按污染来源分面源污染(Non-pointed pollution) 点源污染(Pointed polluti

15、on) 环境污染的分类2 .环境污染的类型.污染源：工业污染型 农业污染型 生活污染型 交通污染型污染物： 烟雾 粉尘 微粒 有害气体1大气污染C G Cao.2水体污染水体富营养化重金属污染热污染水体污染的三个主要方面：C G Cao.大气污染型水体污染型农业污染型固体污染型生物污染型土壤污染3土壤污染C G Cao.7.3.2 有毒有害物质的循环与生物放大作用1.有毒有害物质有毒化合物有毒重金属的循环放射性元素的循环食物链富集作用：又叫生物放大作用，指一些难降解的有毒物质沿食物链传送时，其浓度随营养级的升高不断添加的景象。2.食物链浓集作用.DDT在生态系统中的富集作用 C G Cao.7

16、.3.3 化学农药与物质循环C G Cao农药在自然界中的转移 .C G Cao有机氯农药BHC沿食物链及在牛肉、牛奶和人体内的富集 .C G Cao.化肥与土壤性质化肥与重金属污染化肥与水体富营养化化肥与硝酸盐污染7.3.4 化学肥料与物质循环C G Cao.7.3.5 环境污染的生物监测1生物监测与指示植物(1)生物监测Biological monitoring：利用生命系统各层次对自然或人为要素引起环境变化的反响来断定环境质量。 (2)生物监测方法从生物学层次来分，主要包括生态监测(群落生态和个体生态)、生物测试(急性毒性测定、亚急性毒性测定和慢性毒性测定)以及分子、生理、生化目的和污染

17、物在体内的行为等几个方面 .2.指示生物(indicator organism) 是一些对环境中的某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改动能较敏感和快速地产生明显反响的生物。经过其所作的反响可了解环境的现状和变化，起“预警功能。SO2监测植物矮牵牛.指示植物.3.大气污染的生物监测敏感植物用于大气污染的监测.大气污染的动物监测金丝雀、老鼠、鸡等来探测矿井中瓦斯毒气蜜蜂理想的大气监测生物 砷、氟化物、铅、汞、臭氧等引起的污染可缩短蜜蜂的寿命，甚至死亡。可了解污染物的种类、程度.4.水体污染的生物监测 滇池不同污染程度下，水生植被的变化无污染：轮藻生长繁茂，其它各类植物可正常生长轻度污染：敏感植

18、物海菜花、轮藻逐渐消逝中度污染：抗性强的红线草、狐尾藻等繁茂生长严重污染：各种高等沉水植物全部死亡.水污染的植物监测长江中下游湖泊富营养化过程中沉水植被演替方式.水污染的动物监测颤蚓类生物如霍莆水死蚓、颤蚓等在污染水体，尤其是有机污染水体中数量多、种类单纯，可用单位面积的颤蚓数作为水污染程度的目的。未污染：低于100条/m2轻度污染： 100999条/m2中度污染： 10005000条/m2严重污染：大于5000条/m2.4.土壤污染的生物监测种科重金属地点Poluearaea spirostylisAcrocephalvs robertirTephvosia sp. Nov.Fimbristylis sp. Nov.Loudetia simplexErianthus giganteusTephrosia sp. Nov.Polycarpeae synandraGomphrena canescensErigomu, ovalifoliumViola calaminariaPhiladelp hus sp.马齿觅科唇形科豆科莎草科禾本科禾本科豆科马齿觅科觅科廖科堇菜科虎耳草科CuCuCuCuCupbPb、ZnPb、ZnPb、ZnAgZnZn澳大利亚加拿大澳大利亚澳大利亚罗德西亚田纳西州澳大