农业生态系统物质流课件

第四章农业生态系统物质流2022/11/8第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流2022/11/2第四章农业生态系统1第四章农业生态系统的物质流[教学目的]

掌握农业生态系统物质流过程及对系统整体功能的影响，掌握碳、氮、磷和水四种重要物质的循环过程与生态后果，掌握提高农田养分循环效率的途径和方法。

[教学重点]生物地球化学循环的概念、地质大循环和生物小循环过程，碳、氮、磷和水四种物质的循环路径及特点，“温室效应”、水体富营养化产生的原因，维持农田N素、P素平衡的基本途径，农业生态系统养分循环一般模式的内容，我国农业生态系统养分循环的特征，保持农田养分平衡的基本途径，生态系统物流的分析方法。

[教学难点]物质循环概念、生态系统营养物质的平衡、物流模型的设计。

[教学方法]课堂教学，以四种重要物质的循环路径分析，透析生态系统运行过程中的可能出现的生态后果及解决途径。[教学内容]

第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统的物质流[教学目的]第四章农业生态系21．物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。2．有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。3．能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则是循环的。生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和水分，由叶片吸收CO2，以太阳能为动力合成有机物质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收.利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。第四章农业生态系统的物质流第四章农业生态系统物质流1．物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。第四章农3第四章农业生态系统的物流

§1基本概念和原理§2几种重要物质的循环§3物质循环的环境问题§4农业生态系统养分循环与平衡第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统的物流第四章农业生态系统物质流4§1生物地球化学循环基本概念和原理一、生物地球化学循环（Biogechemicalcycles）二、物质循环的库（pool)、流（Flow）三、周年率与周转期四、循环效率第四章农业生态系统物质流§1生物地球化学循环基本概念和原理一、生物地球化学循环（B5一、生物地球化学循环（Biogeochemicalcycles）（一）概念：各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。（二）类型：1．根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为：第四章农业生态系统物质流一、生物地球化学循环（Biogeochemicalcycl6（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。大气圈水圈五大自然圈土壤圈岩石圈生物圈第四章农业生态系统物质流（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有7地质大循环的主要特点：时间长、范围广，影响面广，具有全球性质，是闭合性循环。(几百年、几千年、几百万年，甚至上亿年)，如：①大气中的CO2通过生物圈的光合和呼吸作用约好400年循环一次。②O2通过生物代谢，约2000年循环一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每当200万年才循环一次。④至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环一次则需要更长的时间，甚至要经过几亿年。

第四章农业生态系统物质流地质大循环的主要特点：时间长、范围广，影响面广，具有全球性质8（2）生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生命系统中被相继利用，然后经分解者分解成无机态进入环境，再次为生产者吸收利用。特点：在一个系统内进行，范围小、时间短、速度快，是开放式的循环。第四章农业生态系统物质流（2）生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生命系统中被相9第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流102．根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根据物质在五大自然库的库存量的主次、大小和固定的时间长短）（1）气体型（Gaseoustypes）:

其贮存库在大气中。元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫于陆地或海洋上，在很短时间内又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大气储存库。对于干扰可相当快地进行自我调节。因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。（2）沉积型（Sedimentarytypes）

其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入海洋，经沉降，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。这类循环是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破坏。如P、S、Ca、I、K、Na等循环。第四章农业生态系统物质流2．根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根11二、物质循环的库(Pool)与流（Flow）1．流(flow)生态系统中的能量和物质不是静止不动的，而是不断地流动着。

能量和物质通过食物链形成的转移运动状态，称为流。生态系统中主要的流有物质流、能量流和信息流。农业生态系统要获得高的生产力，就要使系统内的能量和物质的流量大，流速快且畅通无阻。第四章农业生态系统物质流二、物质循环的库(Pool)与流（Flow）1．流(12

2．库（pool）

生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所，称为库。生态系统的各组分都是物质循环的库。农业生态系统中主要有植物库（农作物、蔬菜、果树、林木、牧草等），动物库（畜、禽，虫等）土壤库、大气库和水体库。库存（S）---库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：贮存库：（Reservoirpool）容积大，活动缓慢一般为环境库。交换库：（Exchangepool）容积小，与外界进行物质交换比较活跃，一般为生物成分。第四章农业生态系统物质流2．库（pool）第四章农业生态系统物质流133．库与流的作用及相互关系

（1）没有库，环境资源不能被吸收，固定，转化为各种产物。（2）没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。（3）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群的特性，也决定于循环。（4）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。（5）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。第四章农业生态系统物质流3．库与流的作用及相互关系（1）没有库，环境资源不能被吸收14三、周转期与周转率三、周转率与周转期－－衡量物质流动效率的指标输入（FI）1．流通率（flowrate）：单位时间内出入库的物质流量

输出（FO）2．周转率：系统达到稳定状态后，流通率（FI或FO）与库存（S）的比例。R＝F／S3．周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。

T＝S／F四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例EC＝FC／FI第四章农业生态系统物质流三、周转期与周转率三、周转率与周转期－－衡量物质流动效率15§2几种重要物质的循环一、碳循环二、氮循环三、磷循环四、水循环五、硫循环第四章农业生态系统物质流§2几种重要物质的循环一、碳循环第四章农业生态系统物质流16一、碳循环（一）概况1．CCycle是所有养分循环中最简单的一种，但对生命的意义却是十分重要的。C是有机物的基本成分，占干重的49％。2．C的来源是CO20.14％为CO2无机态占大部分地壳沉积物中地球上总碳量为261015吨化石64％：煤、石油、碳有机态有机残体占42％：土壤和水中占0.15％

生物体成分占4％第四章农业生态系统物质流一、碳循环（一）概况第四章农业生态系统物质流17（二）CCycle基本过程

CCycle是从光合作用固定空气中的CO2开始的。1．大气库与生物组分之间的循环（1）特点：①这是一生物过程

②属于气相循环第四章农业生态系统物质流（二）CCycle基本过程第四章农业生态系统物质18碳循环(2)过程CO2通过绿色植物的光合作用进入生态系统，CO2和水形成CH2O，然后在系统中流动，其流动途径：①沿食物链传递：这种过程是最理想的，C一直在生态系统的生物组分中。②生物的呼吸作用，使CO2返回到大气。第四章农业生态系统物质流碳循环(2)过程第四章农业生态系统物质流19第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流20第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流21第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流22碳循环2．大气与海洋间的交换（1）特点：①这是一自然过程，生物不能控制。②海洋溶解的CO2是大气库中CO2的50倍，因而海洋对大气中的[CO2]具有缓冲机制。（2）过程：3．沉积循环：（1）特点：①这是一自然过程——这种途径C素经化石、石灰岩或油页岩等固态过程，有相当长一段时间离开了气相循环，离开了生物圈，进入了地质大循环。②这是自然界最大一个库。（2）过程第四章农业生态系统物质流碳循环2．大气与海洋间的交换第四章农业生态系统物质流23碳循环4．人类活动的干预在空气中，[CO2]≈0.04％，但自第二次工业革命（1850年）后，人类大量砍伐森林、开采化石燃料，从而将几百万年前被光合作用固定的C通过燃烧又释放到大气中。据统计每年燃烧矿石释放到大气中的CO2约50－60亿吨，虽然大部分被海洋吸收而缓冲，但仍有1／4保留在大气中，使大气[CO2]逐年上升。过去一百年，280mol.mol-1→355mol.mol-1。由于CO2对红外线有强烈的吸收作用，因此CO2的增加将产生“温室效应”。虽然[CO2]↑有利于光合作用增强，但也导致全球近地表温度升高，这对全球的气候，大气环境。降雨……等将产生一系列不利于人类的影响。第四章农业生态系统物质流碳循环4．人类活动的干预第四章农业生态系统物质流24第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流25碳循环（三）农业生态系统的碳流的问题1．养分循环的两种控制：1）生物控制：通过食物链控制2）人为控制：通过食物输入、产品输出等控制2．农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制这就面临两个选择：动植物残体的去向（1）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）第四章农业生态系统物质流碳循环（三）农业生态系统的碳流的问题第四章农业生态系统物质流26碳循环（2）燃料：以CO2形式返回大气→土壤有机质数量不足→土壤微生物C源不足→土壤有机质含量↓→地力衰退。燃料发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林耕地沙漠化（Negro）毁林的结果地力下降、广种薄收因此必须提供辅助能源为生活能源，同时大力控制人口数量解决粮食，耕地问题。第四章农业生态系统物质流碳循环第四章农业生态系统物质流27二、氮循环（一）概况1．N是生物体中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不可缺少的元素。2．N的主要库存是大气――主要是气态循环。以N2的单质形式存在。在大气中占79％，总贮量约48106亿吨，但不可被植物直接利用，必须通过固N作用。（二）N循环基本过程1．固氮作用是气态循环的重要机制第四章农业生态系统物质流二、氮循环（一）概况第四章农业生态系统物质流28氮循环1）生物固N：每年175106吨

①固N生物：根瘤菌蓝绿藻农业上利用根瘤菌较多，占全部生物固N的40％左右，因此农田中靠包括豆科作物在内的作物轮作来维持土壤的持续肥力是非常重要的，稻田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用。固N作用②N2NH4＋食物链2）工业固N：45.9106吨（1977年）→100106吨（1997年）3）大气固N：通过闪电和宇宙射线固N，7.6106吨。第四章农业生态系统物质流氮循环1）生物固N：每年175106吨第四章农业生态系292．生态系统中的氮流途径第四章农业生态系统物质流2．生态系统中的氮流途径第四章农业生态系统物质流30第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流31氮循环3．人为干预1）干预途径（方式）：农业生产生物固N工业固N：占有20－40％2）问题①地下水污染由于施肥不当，会使蔬菜、饲料中N累积过多或随水流动进入饮用水、地下水中。食物和饮用水中NO3－含量过高，在一定程度下生成的亚硝胺是致癌物质。美国明尼苏达州1947年－1950年149例儿童获亚铁血红蛋白症，有14例死亡，查明原因是由于饮用的地下水中被硝酸盐污染。而NO4－在烹调过程中和消化道中形成NO2－，NO2－，与血红蛋白给合，使其载氧能力受到损害第四章农业生态系统物质流氮循环3．人为干预第四章农业生态系统物质流32氮循环②水体富养化：A.定义：当水体中的总磷＞20mg/m3，无机N＞400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophicwater)。B.来源：土壤中的N、P营养元素及生产、生活中的污水C.后果：水体中营养过分丰富，水生藻类繁茂，它们死亡后，在水体中腐烂分解，产生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升时，会造成鱼类和其它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中N和P是光合自养生物的主要限制因子，一旦增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化第四章农业生态系统物质流氮循环②水体富养化：第四章农业生态系统物质流33氮循环③破坏臭O3层反硝化作用产生的N2O进入大气后会破坏臭O3层N2O＋O3→2NO＋O2NO＋O3→NO2＋O2若臭O3层玻坏5％，进入地球的紫外线会增加10％，结果会使皮肤癌的发病率大为提高。据推测，在今后几年内农业使用的氮肥约有1－6％成为N2O进入大气。2000年，臭O3层密度减少2％，在南极、北极均发现臭O3层空洞。④作物偏N谷类作物，块根块茎作物偏N→营养生长过度经济系数低对病虫害抗性下降第四章农业生态系统物质流氮循环③破坏臭O3层第四章农业生态系统物质流34第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流35第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流36碳-氮循环动态第四章农业生态系统物质流碳-氮循环动态第四章农业生态系统物质流37三、磷循环（一）特点：典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。（二）过程从循环的过程看，在循环过程中P总是有损失的，为增加P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的损失。如让P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。如图所示NEXT第四章农业生态系统物质流三、磷循环（一）特点：第四章农业生态系统物质流38return第四章农业生态系统物质流return第四章农业生态系统物质流39第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流40第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流41磷循环（三）人类干预1．大量开采磷矿，加剧了P的损失，以后会造成资源枯竭。现地壳中磷约含纯磷约198亿吨，按现在的消费率计算可持续用1750年，若考虑到P的消费率增长是人口增长的2.76倍，则90年内将耗尽。2．农田生态系统中P的亏损途径：①水土流失②农产品输出3．污染（1）营养富集西、北欧美大量施用P肥和含P的合成洗涤→水体富养化→水质恶化→渔业资源减少（2）放射性物质污染磷矿石中含放射性的铀、钍等物质，经常施P使土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。第四章农业生态系统物质流磷循环（三）人类干预第四章农业生态系统物质流42水体富营养化

第四章农业生态系统物质流水体富营养化第四章农业生态系统物质流43四、水循环（一）概况水是生物圈中最丰富的化合物，以固、液、气三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中共含有15亿Km3的水。第四章农业生态系统物质流四、水循环（一）概况第四章农业生态系统物质流44水循环其中：海洋液态咸水：97％

3／4：固态水。在两极的冰帽和冰川中淡水（4％）90％：地下水1／4：陆地中水10％：土壤水分，淡水湖泊、河流及大气含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。第四章农业生态系统物质流水循环其中：第四章农业生态系统物质流45

第四章农业生态系统物质流

第四章农业生态系统物质流46第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流47水循环（二）水循环过程1．三个基本环节：降水（P）、蒸发（E）、径流（R），这三个基本环节相连构成了水循环。水在生物圈的循环可以看作是从水域开始，再回到水域而终止。1）水域中的水受太阳辐射而蒸发（E）进入大气2）大气中的水汽随气压变化而流动，并聚集为云4）云以雨、雪、雾、等形式降落到地球表面4）到达地表面的水，一部分直接形成地表面径流进入江河，汇入海洋。一部分渗入土壤内部：大部分通过地下径流而进入海洋，接近土壤部分为植物吸收第四章农业生态系统物质流水循环（二）水循环过程第四章农业生态系统物质流48水循环（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸腾散失到大气中，只有小部分为光合作用同化形成有机质进入生态系统，再经过生命的呼吸与排泄进入环境。内因：其相变――P和E水循环外因：水的重力梯度（R）和太阳辐射第四章农业生态系统物质流水循环（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸腾散失到大气中，只有49水循环全球上水分循环有两种途径：①通过相变和大气环流形成蒸发和降雨②通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流的方式运动第四章农业生态系统物质流水循环全球上水分循环有两种途径：第四章农业生态系统物质流50水循环2．水循环是生物地球化学循环的基础水的溶解性使它在物质循环中起到载体的作用，任何生物地球化学循环都有水的参与。元素的迁移、流动和积累都离不开水。从宏观看：从陆地到海洋的径流每年携带4.6109T物质，造成严重的水土流失。从微观看：根系吸收矿物质也需水的携带因此，水循环是生态系统中最基本的物质循环，水分是养分循环的重要动力。第四章农业生态系统物质流水循环2．水循环是生物地球化学循环的基础第四章农业生态系统物51水循环（三）影响区域水分平衡的因素降雨量P径流量R蒸发量E植被截留量水分平衡公式：P－E－R－△W＝0

输入：降水P，人工灌溉输出：蒸发E，径流R第四章农业生态系统物质流水循环（三）影响区域水分平衡的因素第四章农业生态系统物质流52水循环1．降雨量P：受地形、太阳辐射，大气环流等因素影响，可在当地气象站（台）获得有关降雨的资料。不同地区降雨不同：①我国台湾地省的火烧寮1964年9月10－11日降雨1245mm，为世界最大一次降雨量②苏丹的沃地哈发49年来总降雨才0.5mm③智利的依奇立14年来完全没有降雨第四章农业生态系统物质流水循环第四章农业生态系统物质流53水循环2．径流量R（陆地→水体）：与当地植被覆盖率有关，可实测或据经验公式推算3．蒸发量E：为植物蒸腾耗水与裸露地面和水体蒸发散失水分的总和4．植被截留量第四章农业生态系统物质流水循环2．径流量R（陆地→水体）：与当地植被覆盖率有关，可实54水循环（四）森林调节水分循环的重要作用1．丰茂的森林可截留夏季降水量的20－40％（草地为5－14％）2．树冠有强大的蒸腾作用：比同纬度的海洋蒸发的水分多50％3．林区比无林、少林区降水量多40％4．在坡地，森林可减轻对土壤的侵蚀作用：林地内地表径流比无林地少10％。第四章农业生态系统物质流水循环（四）森林调节水分循环的重要作用第四章农业生态系统物质55五、硫循环硫循环硫是半胱氨酸，蛋氨酸的组分，在protein分子中二硫键有助于形成立体结构。S还是辅酶如硫铵素，辅酶COA的组分。S在自然界含量并不多。1．特点：既属于气体型又属于沉积型（1）长时间的沉积相：束缚在有机、无机沉积物中的硫通过风化、分解而释放，以盐溶液形式进入生态系统。第四章农业生态系统物质流五、硫循环硫循环第四章农业生态系统物质流56Return退出主目录主菜单返回第四章农业生态系统物质流Return退出主目录主菜单返回第四章农业生态系统物质流57硫循环2）气态循环的重要机制是降雨：缺O2条件为大气中有机物中的硫H2SSO2硫细菌还原氧气为水气吸收SO2稀酸

↓降水大地生态系统第四章农业生态系统物质流硫循环2）气态循环的重要机制是降雨：第四章农业生态系统物质流58硫循环2．人类干预1）燃烧煤和石油每年向大气输送147106吨SO2。大气[SO2]＞0.5mol.mol-1就会危害农作物。如：1952年12月伦敦的毒雾事件，几天内死亡4000人，以后几天陆续死亡上万人，就是由于煤烟中的CO、CO2、SO2和大量粉尘经久不散造成的。第四章农业生态系统物质流硫循环2．人类干预第四章农业生态系统物质流59第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流60硫循环2）SO2的增加造成了酸雨通常大气CO2溶解于雨水使正常降雨的PH值为5.7左右；然而由于空气中SO2和氮化物的溶解，改变了降水的性质。当降雨的PH＜5.６时称为“酸雨”。酸雨会直接灼烧植物，改变水土的PH值，对初级生产及其次级产生影响。酸雨被称为空中“死神”，它使土壤、河湖酸化，动植物受害，鱼类死亡。挪威和瑞典2400个湖泊，因酸雨鱼类死亡了1／10。加拿大约5万湖泊全部没鱼，称为“水沙漠”，我国西北、四川、广东、上海都记录了酸雨现象。第四章农业生态系统物质流硫循环2）SO2的增加造成了酸雨第四章农业生态系统物质流61硫循环酸雨确是空中“死神”，它有三大罪状：1．污染水域，杀死水生动物2．加速土壤营养物质的淋溶流失（Ca、Mg、K），土壤肥力下降并延缓植物的生长。――使本来固定在土壤中的有毒金属如Al、Cu、镉等溶解出来为植物吸收。瑞典、美国、巴西的森林枯萎。3．腐蚀建筑物雅典古神庙已被腐蚀得面目全非北京故宫的汉白玉石雕已有几百年历史。1952年拍摄的照片来看，浮雕的花纹还十分清晰，但今天已模糊不清了。第四章农业生态系统物质流硫循环酸雨确是空中“死神”，它有三大罪状：第四章农业生态系统62在北美和欧洲，酸雨杀死了几千万公顷的森林树木。看上去就像火烧过一样，德国的森林有一半受酸雨影响。第四章农业生态系统物质流在北美和欧洲，酸雨杀死了几千万公顷的森林树木。看上去就像火烧63

以C、N、P、S、H2O为例的物质循环清楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生态系统中的循环、流动，越来越多地受到人类活动的干预。干预的结果是加速了物质参与生物圈的过程。这对人类生产、生活是有利的；但另一方面，由此而产生的各种环境问题也必须予以重视。第四章农业生态系统物质流以C、N、P、S、H2O为例的物质循环清楚地表64§3物质循环的环境问题一、有毒物质在食物链上的浓集二、环境污染的危害第四章农业生态系统物质流§3物质循环的环境问题一、有毒物质在食物链上的浓集第四章65一、有毒物质在食物链上的浓集有毒物质在食物链上的浓集各种有毒有害物质一旦进入到生态系统，便立即参与物质循环。在循环过程中性质稳定、易被生物体吸收的毒物质沿着食物链在有机体内不断富积、浓缩。这就是在污染情况下，造成有机体的大量死亡的原因。食物链的浓集作用（生物学放大作用）：有毒物质在沿食物链传递时，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高。第四章农业生态系统物质流一、有毒物质在食物链上的浓集有毒物质在食物链上的浓集第四66有毒物质在食物链上的浓集实例如DDT在生态系统中的富集作用（海中为0.00005ppm）。浮游植物→鱼→河鸥→银鸥0.04ppm1.2418.575.5第四章农业生态系统物质流有毒物质在食物链上的浓集实例如DDT在生态系统中的富集作用（67二、环境污染的危害随着工农业的发展，人类将大量对工农业生产有利，但具有毒性的化学物质挖掘出来，进入了生物圈。（1）各种杀虫剂、除草剂、农药、化肥等（2）矿山开发、原子反应堆试验、核电站的建立（3）工业“三废”等污染大气、水体和土壤，破坏生态平衡，严重者甚至造成公害第四章农业生态系统物质流二、环境污染的危害第四章农业生态系统物质流68三、主要环境污染的危害（一）大气污染污染源：铅烟、粉尘、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各种有机物。其中：1）SO2——五毒之首，形成酸雨；致癌作用。2）漂浮在大气中的粉尘，会使太阳光照强度削弱，并和CO、CO2等毒气体形成毒雾，影响人畜健康。3）氮氧化合物来自含N有机物燃烧，硝酸和氮肥的生产及交通车辆排放的废气。主要是NO，其毒性并不大，但进入大气后NO→NO2，毒性提高五倍。NO、NO2还与CO等受太阳辐射发生还原作用形成光化学烟雾，对动植物造成伤害。4）HF、CO：包头钢铁厂排放大量F2和NO2气体曾使88,000头牲畜死亡。第四章农业生态系统物质流三、主要环境污染的危害（一）大气污染第四章农业生态系统物质流69（二）水污染1．汞、镉、铅、铬、砷重金属的污染人称“五毒”，毒性：汞＞镉特点：在水体中不能被微生物分解，危害较大2．水体富养化：见前3．热污染和油污染1）工业冷却用水回流，使水温提高，直接危及水生生物的存活，同时打乱生态系统中的食物链关系。2）海上石油开采、运输及油船事故发生，使海水受到污染。不仅影响海中生物生长，且阻碍海水蒸发，削弱海水调温和吸收CO2的作用。第四章农业生态系统物质流（二）水污染第四章农业生态系统物质流70我国三十条主要河流和湖泊，从松花江到珠江都受到不同程度的污染。还有氰化物污染，0.1g的氰化物可使人致死；在水CN－含量0.4－0.5mg/升时，可使鱼类致死，但氰化物在水体中自净作用较强。第四章农业生态系统物质流我国三十条主要河流和湖泊，从松花江到珠江都受到不同程度的污染71（三）土壤污染污染源：①厂矿废水废渣的直接污染②大气污染物的沉降和随雨水进入土壤③农业生产中施用化肥、农药、除草剂污染污染后果：土壤变得板结，贫瘠、盐碱化，农产品含毒，危及人畜健康。1．化肥1）一此有毒物质如酚、氟、重金属带入农田、植物因过量摄入而减产2）施N不当会污染地下水和饮用水，NO2－过高产生致癌物质；反硝化作用的N2O破坏臭氧层第四章农业生态系统物质流（三）土壤污染第四章农业生态系统物质流722．农药：有机氯杀虫剂化学性质稳定、不易分含铅、砷、汞的农药解残留时间长，对土壤一些特异性的除草剂污染严重（1）污染环境：土壤、大气、水体（2）农产品残毒性量高，影响人畜健康：广州蔬菜中毒（3）不合理的化学控制，使益虫减少，主要害虫再次猖獗，次要害虫上升为主要害虫；农田中用药量增大，浓度增高，但防治效果反而下降。形成恶性循环。第四章农业生态系统物质流2．农药：第四章农业生态系统物质流73环境污染的危害原因：①天敌以害虫为食，居食物链的上端，广谱性杀虫剂在天敌体内富集浓缩，产生毒害作用更大②施用农药虽杀死害虫，但并不消灭食物源；而对天敌来说，由于害虫被杀死，同时也消灭了天敌的食物源③任何药物都不能将害虫灭绝，一旦害虫开始活动，即可得到食物，迅速繁殖，但天敌因受食物限制而失去作用。所以不合理使用农药对天敌的伤害胜过对害虫的杀伤作用。④由于害虫体内有解毒酶系统，只要“微调”就可以产生对其它农药的抗性，使药效降低，危害加甚。1962年美国作家R．长逊就在《寂静的春天》一书中告诫人们：“化学控制等于搬起石头砸自己的脚”。主张防治害虫采取新的策略。

第四章农业生态系统物质流环境污染的危害原因：第四章农业生态系统物质流74§4农业生态系统养分循环与平衡一、农业生态系统养分的输入、输出与平衡二、调节农田养分循环的途径第四章农业生态系统物质流§4农业生态系统养分循环与平衡一、农业生态系统养分的输75一、农业生态系统养分的输入、输出与平衡（一）循环的特点非闭合的生态系统。1．产品大部分作为商品输出系统，系统内的养分随之离开系统。输出产品越多，被带走的养分也越多。2．向系统内归还各种有机质和施入大量的化学肥料，方能维持系统的养分相对平衡。有大量养分随产品离开系统，又必须通过人类生产活动输入养分才能维持平衡，这正是农业生态系统与自然生态系统的区别。第四章农业生态系统物质流一、农业生态系统养分的输入、输出与平衡（一）循环的特点第四761．古代原始农业：人、畜的食物、饲料人、畜排泄物、褥草：归还农田特点：①生产力低，0.2人／分顷②自给自足，养分循环封闭程度高，基本维持自我平衡2．传统农业初级产品：90％在系统内消费人畜禽的劳力，粪便：反馈输入农田特点：①生产力高，8.4人，大牲畜，4猪，2羊，14只禽兔／公顷②封闭程度低于原始农业，但基本属于自给性的不同农业生态系统其封闭程度不同第四章农业生态系统物质流1．古代原始农业：不同农业生态系统其封闭程度不同第四章农业生773．现代农业大量产品：流入市场肥料、种子、农药、食品等生产资料和生活物质：返回系统，特点：①开放程度大，生产力和商品率高，供养人口多②缺乏自我维持平衡的能力，要靠大量投投入物质才能弥补因输出产品带走的养分，维持系统的平衡。第四章农业生态系统物质流3．现代农业第四章农业生态系统物质流78（二）农田养分的输入与输出施用化肥、有机肥输入降水和灌溉水就氮素而言还有大气的生物固氮收获物的养分输出淋失――渗漏到活动层下及侧向渗透到系统输出水平边界外（29.9％）流失：地表径流和侵蚀作用N还有反硝化及NH4的挥发第四章农业生态系统物质流（二）农田养分的输入与输出第四章农业生态系统物质流79（三）农业生态系统的养分平衡1．农业生态系统的养分平衡＞2，说明效率低1－2，平衡实际上还有些难以输入／输出量估计的输出＜1，养分入不敷出，消耗地力，即使短期内可以维持产量；长此以往必将降低系统稳定性。第四章农业生态系统物质流（三）农业生态系统的养分平衡第四章农业生态系统物质流802．农田土壤有机质和养分盈亏（1）由于人们长期驯化和选育，作物经济系数和收获率一般较高，因而自然归还率较低。（2）作物秸杆作为收获物被移走后，除少部分作饲料、肥料外，大部分用作燃料烧掉，使秸杆中所含大量有机质不能还田。全国年产秸杆4.576亿吨，用作燃料4.486亿吨，占74％西北黄土高原区尤为突出。由于生产水平低，经济落后，不仅烧秸杆，还烧草根和畜粪。而燃烧秸杆和畜粪的热值利用率极低（仅10％orso），且会造成结合态氮的大量挥发损失。致使养分输出的多，参加循环的少，系统的物质收支不平衡。第四章农业生态系统物质流2．农田土壤有机质和养分盈亏第四章农业生态系统物质流81据研究，对一年生植物，消耗超过净生产的40－50％时，就会降低系统抵御自然灾害的能力，即系统失去稳定性。目前我国不少农区大约有60％以上的物质被移出系统，使农业生态中的腐生食物链受到严重影响→有机质含量↓→土壤肥力↓→抗旱力减弱→农作物产量不高。Ⅰ东北地区：粮食商品率较高，土壤中N、K、P各种营养物质严重亏损。平均每公顷农田缺N：9.9kgK：4.2kgP：14.64kgⅡ南方平原稻区由于施肥水平较高，加上有传统种绿肥的习惯，土壤中养分平衡状况稍好：N较有盈余，而P、K则有亏缺。第四章农业生态系统物质流据研究，对一年生植物，消耗超过净生产的40－50％时，就会降82二、调节农田养分循环的途径（一）合理搭配种植归还率高的作物：如花生、大豆、绿肥、油菜。1．总归还自然归还：根茬、落花、落叶等有机质理论归还：可以归还但一定归还的养分如荚壳、茎杆2．从有机质及营养元素的理论总归还率来看，冬绿肥为含归还作物，油菜为少取多还作物，水稻为半取半还作物4．对各种作物产品的处理方法不同，也关系着有机物质和养分归还率的高低。（1）花生、大豆、油菜：不仅自然归还率高，而且经济产品输出的是CH化合物；返回的油饼和茎叶中所含的N、P、K等可保留在生态系统中。（2）棉花的棉籽油和纤维亦为CH化合物。第四章农业生态系统物质流二、调节农田养分循环的途径第四章农业生态系统物质流83（二）实行合理轮作在种植制度中安排绿肥或绿肥主作间套作，组成合理的轮作体系统，有利于维持农田土壤养分平衡，恢复或提高地力，从而增产增收。（三）建立良性循环体系实行农、林、牧结合，发展沼气解决农村能源问题，增加粪肥，扩大物质循环。第四章农业生态系统物质流（二）实行合理轮作第四章农业生态系统物质流84演讲完毕，谢谢听讲!再见，seeyouagain3rew2022/11/8第四章农业生态系统物质流演讲完毕，谢谢听讲!再见，seeyouagain3rew85第四章农业生态系统物质流2022/11/8第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流2022/11/2第四章农业生态系统86第四章农业生态系统的物质流[教学目的]

掌握农业生态系统物质流过程及对系统整体功能的影响，掌握碳、氮、磷和水四种重要物质的循环过程与生态后果，掌握提高农田养分循环效率的途径和方法。

[教学重点]生物地球化学循环的概念、地质大循环和生物小循环过程，碳、氮、磷和水四种物质的循环路径及特点，“温室效应”、水体富营养化产生的原因，维持农田N素、P素平衡的基本途径，农业生态系统养分循环一般模式的内容，我国农业生态系统养分循环的特征，保持农田养分平衡的基本途径，生态系统物流的分析方法。

[教学难点]物质循环概念、生态系统营养物质的平衡、物流模型的设计。

[教学方法]课堂教学，以四种重要物质的循环路径分析，透析生态系统运行过程中的可能出现的生态后果及解决途径。[教学内容]

第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统的物质流[教学目的]第四章农业生态系871．物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。2．有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。3．能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则是循环的。生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和水分，由叶片吸收CO2，以太阳能为动力合成有机物质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收.利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。第四章农业生态系统的物质流第四章农业生态系统物质流1．物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。第四章农88第四章农业生态系统的物流

§1基本概念和原理§2几种重要物质的循环§3物质循环的环境问题§4农业生态系统养分循环与平衡第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统的物流第四章农业生态系统物质流89§1生物地球化学循环基本概念和原理一、生物地球化学循环（Biogechemicalcycles）二、物质循环的库（pool)、流（Flow）三、周年率与周转期四、循环效率第四章农业生态系统物质流§1生物地球化学循环基本概念和原理一、生物地球化学循环（B90一、生物地球化学循环（Biogeochemicalcycles）（一）概念：各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。（二）类型：1．根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为：第四章农业生态系统物质流一、生物地球化学循环（Biogeochemicalcycl91（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。大气圈水圈五大自然圈土壤圈岩石圈生物圈第四章农业生态系统物质流（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有92地质大循环的主要特点：时间长、范围广，影响面广，具有全球性质，是闭合性循环。(几百年、几千年、几百万年，甚至上亿年)，如：①大气中的CO2通过生物圈的光合和呼吸作用约好400年循环一次。②O2通过生物代谢，约2000年循环一次。③水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通过生物圈的吸收、排泄、蒸腾，每当200万年才循环一次。④至于由岩石土壤圈风化出的矿物元素循环一次则需要更长的时间，甚至要经过几亿年。

第四章农业生态系统物质流地质大循环的主要特点：时间长、范围广，影响面广，具有全球性质93（2）生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生命系统中被相继利用，然后经分解者分解成无机态进入环境，再次为生产者吸收利用。特点：在一个系统内进行，范围小、时间短、速度快，是开放式的循环。第四章农业生态系统物质流（2）生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生命系统中被相94第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流952．根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根据物质在五大自然库的库存量的主次、大小和固定的时间长短）（1）气体型（Gaseoustypes）:

其贮存库在大气中。元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫于陆地或海洋上，在很短时间内又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大气储存库。对于干扰可相当快地进行自我调节。因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。（2）沉积型（Sedimentarytypes）

其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入海洋，经沉降，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。这类循环是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破坏。如P、S、Ca、I、K、Na等循环。第四章农业生态系统物质流2．根据循环主要是与大气圈，还是与岩石土壤或水圈联系划分（根96二、物质循环的库(Pool)与流（Flow）1．流(flow)生态系统中的能量和物质不是静止不动的，而是不断地流动着。

能量和物质通过食物链形成的转移运动状态，称为流。生态系统中主要的流有物质流、能量流和信息流。农业生态系统要获得高的生产力，就要使系统内的能量和物质的流量大，流速快且畅通无阻。第四章农业生态系统物质流二、物质循环的库(Pool)与流（Flow）1．流(97

2．库（pool）

生态系统中能量和物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所，称为库。生态系统的各组分都是物质循环的库。农业生态系统中主要有植物库（农作物、蔬菜、果树、林木、牧草等），动物库（畜、禽，虫等）土壤库、大气库和水体库。库存（S）---库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：贮存库：（Reservoirpool）容积大，活动缓慢一般为环境库。交换库：（Exchangepool）容积小，与外界进行物质交换比较活跃，一般为生物成分。第四章农业生态系统物质流2．库（pool）第四章农业生态系统物质流983．库与流的作用及相互关系

（1）没有库，环境资源不能被吸收，固定，转化为各种产物。（2）没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。（3）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群的特性，也决定于循环。（4）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。（5）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。第四章农业生态系统物质流3．库与流的作用及相互关系（1）没有库，环境资源不能被吸收99三、周转期与周转率三、周转率与周转期－－衡量物质流动效率的指标输入（FI）1．流通率（flowrate）：单位时间内出入库的物质流量

输出（FO）2．周转率：系统达到稳定状态后，流通率（FI或FO）与库存（S）的比例。R＝F／S3．周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。

T＝S／F四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例EC＝FC／FI第四章农业生态系统物质流三、周转期与周转率三、周转率与周转期－－衡量物质流动效率100§2几种重要物质的循环一、碳循环二、氮循环三、磷循环四、水循环五、硫循环第四章农业生态系统物质流§2几种重要物质的循环一、碳循环第四章农业生态系统物质流101一、碳循环（一）概况1．CCycle是所有养分循环中最简单的一种，但对生命的意义却是十分重要的。C是有机物的基本成分，占干重的49％。2．C的来源是CO20.14％为CO2无机态占大部分地壳沉积物中地球上总碳量为261015吨化石64％：煤、石油、碳有机态有机残体占42％：土壤和水中占0.15％

生物体成分占4％第四章农业生态系统物质流一、碳循环（一）概况第四章农业生态系统物质流102（二）CCycle基本过程

CCycle是从光合作用固定空气中的CO2开始的。1．大气库与生物组分之间的循环（1）特点：①这是一生物过程

②属于气相循环第四章农业生态系统物质流（二）CCycle基本过程第四章农业生态系统物质103碳循环(2)过程CO2通过绿色植物的光合作用进入生态系统，CO2和水形成CH2O，然后在系统中流动，其流动途径：①沿食物链传递：这种过程是最理想的，C一直在生态系统的生物组分中。②生物的呼吸作用，使CO2返回到大气。第四章农业生态系统物质流碳循环(2)过程第四章农业生态系统物质流104第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流105第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流106第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流107碳循环2．大气与海洋间的交换（1）特点：①这是一自然过程，生物不能控制。②海洋溶解的CO2是大气库中CO2的50倍，因而海洋对大气中的[CO2]具有缓冲机制。（2）过程：3．沉积循环：（1）特点：①这是一自然过程——这种途径C素经化石、石灰岩或油页岩等固态过程，有相当长一段时间离开了气相循环，离开了生物圈，进入了地质大循环。②这是自然界最大一个库。（2）过程第四章农业生态系统物质流碳循环2．大气与海洋间的交换第四章农业生态系统物质流108碳循环4．人类活动的干预在空气中，[CO2]≈0.04％，但自第二次工业革命（1850年）后，人类大量砍伐森林、开采化石燃料，从而将几百万年前被光合作用固定的C通过燃烧又释放到大气中。据统计每年燃烧矿石释放到大气中的CO2约50－60亿吨，虽然大部分被海洋吸收而缓冲，但仍有1／4保留在大气中，使大气[CO2]逐年上升。过去一百年，280mol.mol-1→355mol.mol-1。由于CO2对红外线有强烈的吸收作用，因此CO2的增加将产生“温室效应”。虽然[CO2]↑有利于光合作用增强，但也导致全球近地表温度升高，这对全球的气候，大气环境。降雨……等将产生一系列不利于人类的影响。第四章农业生态系统物质流碳循环4．人类活动的干预第四章农业生态系统物质流109第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流110碳循环（三）农业生态系统的碳流的问题1．养分循环的两种控制：1）生物控制：通过食物链控制2）人为控制：通过食物输入、产品输出等控制2．农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制这就面临两个选择：动植物残体的去向（1）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）第四章农业生态系统物质流碳循环（三）农业生态系统的碳流的问题第四章农业生态系统物质流111碳循环（2）燃料：以CO2形式返回大气→土壤有机质数量不足→土壤微生物C源不足→土壤有机质含量↓→地力衰退。燃料发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林耕地沙漠化（Negro）毁林的结果地力下降、广种薄收因此必须提供辅助能源为生活能源，同时大力控制人口数量解决粮食，耕地问题。第四章农业生态系统物质流碳循环第四章农业生态系统物质流112二、氮循环（一）概况1．N是生物体中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不可缺少的元素。2．N的主要库存是大气――主要是气态循环。以N2的单质形式存在。在大气中占79％，总贮量约48106亿吨，但不可被植物直接利用，必须通过固N作用。（二）N循环基本过程1．固氮作用是气态循环的重要机制第四章农业生态系统物质流二、氮循环（一）概况第四章农业生态系统物质流113氮循环1）生物固N：每年175106吨

①固N生物：根瘤菌蓝绿藻农业上利用根瘤菌较多，占全部生物固N的40％左右，因此农田中靠包括豆科作物在内的作物轮作来维持土壤的持续肥力是非常重要的，稻田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用。固N作用②N2NH4＋食物链2）工业固N：45.9106吨（1977年）→100106吨（1997年）3）大气固N：通过闪电和宇宙射线固N，7.6106吨。第四章农业生态系统物质流氮循环1）生物固N：每年175106吨第四章农业生态系1142．生态系统中的氮流途径第四章农业生态系统物质流2．生态系统中的氮流途径第四章农业生态系统物质流115第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流116氮循环3．人为干预1）干预途径（方式）：农业生产生物固N工业固N：占有20－40％2）问题①地下水污染由于施肥不当，会使蔬菜、饲料中N累积过多或随水流动进入饮用水、地下水中。食物和饮用水中NO3－含量过高，在一定程度下生成的亚硝胺是致癌物质。美国明尼苏达州1947年－1950年149例儿童获亚铁血红蛋白症，有14例死亡，查明原因是由于饮用的地下水中被硝酸盐污染。而NO4－在烹调过程中和消化道中形成NO2－，NO2－，与血红蛋白给合，使其载氧能力受到损害第四章农业生态系统物质流氮循环3．人为干预第四章农业生态系统物质流117氮循环②水体富养化：A.定义：当水体中的总磷＞20mg/m3，无机N＞400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophicwater)。B.来源：土壤中的N、P营养元素及生产、生活中的污水C.后果：水体中营养过分丰富，水生藻类繁茂，它们死亡后，在水体中腐烂分解，产生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升时，会造成鱼类和其它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中N和P是光合自养生物的主要限制因子，一旦增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化第四章农业生态系统物质流氮循环②水体富养化：第四章农业生态系统物质流118氮循环③破坏臭O3层反硝化作用产生的N2O进入大气后会破坏臭O3层N2O＋O3→2NO＋O2NO＋O3→NO2＋O2若臭O3层玻坏5％，进入地球的紫外线会增加10％，结果会使皮肤癌的发病率大为提高。据推测，在今后几年内农业使用的氮肥约有1－6％成为N2O进入大气。2000年，臭O3层密度减少2％，在南极、北极均发现臭O3层空洞。④作物偏N谷类作物，块根块茎作物偏N→营养生长过度经济系数低对病虫害抗性下降第四章农业生态系统物质流氮循环③破坏臭O3层第四章农业生态系统物质流119第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流120第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流121碳-氮循环动态第四章农业生态系统物质流碳-氮循环动态第四章农业生态系统物质流122三、磷循环（一）特点：典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。（二）过程从循环的过程看，在循环过程中P总是有损失的，为增加P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的损失。如让P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。如图所示NEXT第四章农业生态系统物质流三、磷循环（一）特点：第四章农业生态系统物质流123return第四章农业生态系统物质流return第四章农业生态系统物质流124第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流125第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流126磷循环（三）人类干预1．大量开采磷矿，加剧了P的损失，以后会造成资源枯竭。现地壳中磷约含纯磷约198亿吨，按现在的消费率计算可持续用1750年，若考虑到P的消费率增长是人口增长的2.76倍，则90年内将耗尽。2．农田生态系统中P的亏损途径：①水土流失②农产品输出3．污染（1）营养富集西、北欧美大量施用P肥和含P的合成洗涤→水体富养化→水质恶化→渔业资源减少（2）放射性物质污染磷矿石中含放射性的铀、钍等物质，经常施P使土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。第四章农业生态系统物质流磷循环（三）人类干预第四章农业生态系统物质流127水体富营养化

第四章农业生态系统物质流水体富营养化第四章农业生态系统物质流128四、水循环（一）概况水是生物圈中最丰富的化合物，以固、液、气三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中共含有15亿Km3的水。第四章农业生态系统物质流四、水循环（一）概况第四章农业生态系统物质流129水循环其中：海洋液态咸水：97％

3／4：固态水。在两极的冰帽和冰川中淡水（4％）90％：地下水1／4：陆地中水10％：土壤水分，淡水湖泊、河流及大气含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。第四章农业生态系统物质流水循环其中：第四章农业生态系统物质流130

第四章农业生态系统物质流

第四章农业生态系统物质流131第四章农业生态系统物质流第四章农业生态系统物质流132水循环（二）水循环过程1．三个基本环节：降水（P）、蒸发（E）、径流（R），这三个基本环节相连构成了水循环。水在生物圈的循环可以看作是从水域开始，再回到水域而终止。1）水域中的水受太阳辐射而蒸发（E）进入大气2）大气中的水汽随气压变化而流动，并聚集为云4）云以雨、雪、雾、等形式降落到地球表面4）到达地表面的水，一部分直接形成地表面径流进入江河，汇入海洋。一部分渗入土壤内部：大部分通过地下径流而进入海洋，接近土壤部分为植物吸收第四章农业生态系统物质流水循环（二）水循环过程第四章农业生态系统物质流133水循环（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸腾散失到大气中，只有小部分为光合作用同化形成有机质进入生态系统，再经过生命的呼吸与排泄进入环境。内因：其相变――P和E水循环外因：水的重力梯度（R）和太阳辐射第四章农业生态系统物质流水循环（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸腾散失到大气中，只有134水循环全球上水分循环有两种途径：①通过相变和大气环流形成蒸发和降雨②通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流的方式运动第四章农业生态系统物质流水循环全球上水分循环有两种途径：第四章农业生态系统物质流135水循环2．水循环是生物地球化学循环的基础水的溶解性使它在物质循环中起到载体的作用，任何生物地球化学循环都有水的参与。元素的迁移、流动和积累都离不开水。从宏观看：从陆地到海洋的径流每年携带4.6109T物质，造成严重的水土流失。从微观看：根系吸收矿物质也需水的携带因此，水循环是生态系统中最基本的物质循环，水分是养分循环的重要动力。第四章农业生态系统物质流水循环2．水循环是生物地球化学循环的基础第四章农业生态系统物136水循环（三）影响区域水分平衡的因素降雨量P径流量R蒸发量E植被截留量水分平衡公式：P－E－R－△W＝0

输入：降水P，人工灌溉输出：蒸发E，径流R第四章农业生态系统物质流水循环（三）影响区域水分平衡的因素第四章农业生态系统物质流137水循环1．降雨量P：受地形、太阳辐射，大气环流等因素影响