生态系统中的物质循环.ppt

1、第十一章 生态系统中的物质循环,（1）物质循环（生物地球化学循环）,生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中。 这些循环的路径包括生物与非生物二者, 同时也包含一些地质与地理作用在內, 因此称为生物地球化学循环。,（2）生物小循环 环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利 用，然后经过分解者作用为生产者吸收、利用。,第一节 物质循环的一般特点,一、生命与元素 大量元素：生物体内含量超过0.2%以上的元素。如碳、氧、氢、氮和磷。 微量元素：生物体内含量不超过0.2%，如铝、硼。,二、物质循环的模式,1.库：存在于生

2、态系统某些生物或非生物成分中 一定数量的某种化合物所构成的。如植物库、动 物库、土壤库等。 2.流通量：在单位时间或单位体积的转移量。 3.周转率（ turn over rate）：=流通率/ 库中营 养物质总量 4.周转时间（ turn over time）：=库中营养物质 总量/流通率，即移动库中全部营养物质所需要的 时间。,5. 影响物质循环速率的因素,（1）元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。 如CO2周转时间为1年左右，而大气圈中氮周转时间为100万年。,（2）生物的生长速率,它决定生物对该物质吸收的速率以及该物质在

3、食物网中运动的速度。,（3）有机物质腐烂的速率,适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用。,（4）人类活动的影响,如开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，从而影响物质循环的速率。另，化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中。,三、生物地球化学循环的类型,1.气体型循环（gaseous type)： 其贮存库是大气和海洋。气相循环把大气和海洋相联系，具有明显的全球性，循环性能最为完善。元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程。 气体循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等。物质来源充沛，不会枯竭。,2.沉积型(sedimentary type)：,这类循环速度比较慢，参与沉积

4、循环的物质，其分子或化合物主要通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是相当长的、缓慢的、单向的物质转移过程，时间要以千年计算。主要储库在土壤、沉积物和岩石，而无气体状态。因此沉积循环的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善。,3.水循环：,生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。,第二节 水循环,一、全球水循环 二、生态系统中的水循环,一、全球水循环,水循环是太阳能推动,The Hydrologic Cycle,Evaporationfrom land &transpi

5、rationfrom plants,Precipitationover land,Water vaporin atmosphere,Water inocean(reservoir),Evaporationfrom ocean,Water vaporin atmosphere,Water inocean(reservoir),Groundwaterseepage,Surfacerunoff,Water inocean(reservoir),Precipitationover ocean,Reservoirs,Processes/Locations,二、生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾

6、,渗透,地表蒸发,地表径流,地下径流,第三节 气体型循环,一、碳循环 碳是一切生物体中最基本的成分。 库在大气和海洋。,The Carbon Cycle,Reservoirs,Processes/Locations,TrophicLevels/Organisms,CO2 inatmosphere(reservoir),Producers,Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteria &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteri

7、a &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Wastes,Dead bodies,Soil bacteria &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Respitation,CO2 inatmosphere(reservoir),Burning offossil fuels,CO2 inatmosphere(reservoir),Fire,CO2 inatmosphere(reservoir),海洋和大气CO2调节,CO2,CO2溶 于海水,H2CO3,水体中生物,H+CO3 2-,CACO

8、3,海底沉积物,Carbon accumulation,CO2 has increased from its pre-industrial level data: recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,The carbon dioxide concentration of the atmosphere has shown a steady increase since the Industrial Revolution.,Average global temperatures ha

9、ve also shown a gradual increase during the past century, paralleling the increasing atmospheric carbon dioxide.,CO2 CONCENTRATION AND GLOBAL WARMING,在夏威夷冒纳罗亚观象台收集的空气样本显示大气层中CH4的平均混合比。蓝点表示量度数据，红线和绿线分别表示CH4混合比短期和长期的变化。,大气层中N2O的每月平均混合比,联合国气候变化框架公约的发展,1988年联合国成立气候变化政府间专家委员会 1992年5月联合国通过气候变化框架公约 1992年6月

10、巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过该公约， 共155国签署。 1994年3月21日公约正式生效。 1992年3月柏林举行第一屆缔约国大会。 1996年7月瑞士日內瓦举行第二屆缔约国大会。 1997年12月日本京都举行第三屆缔约国大会。 2009年12月7日到19日缔约方第15次会议在丹麦首都哥本哈根举行。,缓解全球温室效应我国森林贡献重大“去向不明”的二氧化碳有了着落,针对我国二氧化碳气体排放的问题，北京大学城市与环境系方精云教授领导的研究小组通过近 10 年研究，利用大量的野外实测资料及我国建国 50 年来的森林资源清查资料，研究了中国 50 年来森林植被对二氧化碳“处

11、理”功能的动态变化. 发现从 20 世纪 80 年代初到 90 年代末的近 20 年中，我国森林植被净吸收二氧化碳的功能明显增强，净吸收量可达工业排放量的 5% 至 8%，从而为减缓地球大气中二氧化碳浓度的上升速度起到了积极的作用。,方精云等人的研究成果也为“二氧化碳去向不明”现象的解释提供了新思路。据测算，人类活动每年释放出的二氧化碳为 70 亿吨，有 30 亿吨至 34 亿吨排放到大气中，20 亿吨被海洋吸收。由于陆地生物圈与大气圈之间碳循环处于平衡状态，因而剩下的 16 亿吨至 20 亿吨二氧化碳则“去向不明”。 方精云指出，北半球高纬度陆地生态系统（主要是森林生态系统），是世界环境的“

12、净化器”，对大气中的二氧化碳起到了巨大的吸收、存储作用。,二、氮循环,固氮作用： 1）闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固 氮，形成硝酸盐； 2）工业固氮：400摄氏度，200大气压下； 3）生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物。,Nitrogen inAtmosphereReservoir,Nitrogen inAtmosphereReservoir,The Nitrogen Cycle,Electrical stormsproduce nitrate,Ammonia& nitrate,Nitrogen-fixingbacteria inlegume rootsand

13、 soil,Ammonia& nitrate,Uptakebyplants,Producers,Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteria anddetritus feeders,Ammonia& nitrate,Dentitrifyingbacteria,Nitrogen inAtmosphereReservoir,Reservoirs,Processes/Locations,TrophicLevels/Organisms,氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用。 硝化作用：在通气良好的土壤中，氨

14、化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。 反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。,第四节 沉积型循环,一、磷循环 磷循环属典型的沉积循环。磷以不活跃的地壳作为主要贮存库。岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内，含磷有机物沿两条循环支路循环：一是沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤；另一是以枯枝落叶、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：一是动植物遗体在陆地表面的

15、磷矿化；另一是磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋。,Phosphate leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incorporated into biological molecules. These are passed through the trophic levels.,BIOGEOCHEMICAL CYCLE - PHOSPHORUS,二、硫循环,The most acidic rain is concentrated

16、in the northeast, but thousands of lakes in the west are also vulnerable.,ACID RAIN IN THE UNITES STATES,ACID RAIN IN THE WORLD,伦敦烟雾事件,伦敦1952年2月5日到8日，雾大无风，家庭和工厂排出的烟尘经久不散，大气中SO2含量3.8毫克/立方米，烟尘4.5毫克，居民普遍呼吸困难、咳嗽、喉痛、呕吐和发烧，4天内死亡约4000人。,第五节 有毒有害物质循环,一、有毒有害物质循环的一般特点 有毒有害物质循环是指对有机体有毒有害物质进入生态系统后，沿着食物链在生物体内富集或

17、被分解的过程。,生物放大作用,生物放大作用Bioaccumulation （食物链浓集效应）：某些物质当他们沿食物链移动时，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是浓集在有机体的组织中，这一现象称为生物放大作用。,二、有毒有害物质循环的实例,（一）DDT人工合成的有机氯杀虫剂。 1.危害： 1）消灭害虫的同时，无选择地将益虫、益鸟和害虫的天敌杀死。 如美国加利福尼亚州，由于滥用DDT，1967年有19%的蜜蜂被杀死，导致水果和蜜糖急剧减产。 2） DDT不溶于水，而溶于脂肪，极易通过食物链而浓集。,BIOMAGINIFICATION OF DDT,水体中的DTT浓度约为0.00005ppm, 浮游生物 0.04 ppm 刚毛藻 0.08 ppm 网茅 0.33 ppm 螺 0.26 ppm 蛤 0.42 ppm 鱼 1.24 ppm 燕鸥 3.42 ppm 河鸥幼体 55.3 ppm 成体18.5 ppm 秋沙鸭 22.8 ppm 鹭鸟 26.