上师大生态学5b-生态系统 (08)

Greenhouse effects
温室效应：大气中对长 波辐射具有屏蔽作用的 温室气体浓度增加使较 多的辐射能被截留在地 球表层而导致温度上升。
•温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氟 氯碳化物、(CFCs)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、 全氟碳化物(PFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等。 18
• 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 19 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
20
• 大气层中CFC-12的每月平均混合比。
21
溫室效应的影响
• 1996年联合国气候变化政府间专家委员会 (IPCC)评估报告，二氧化碳浓度已从工业革命 前的280PPMV增加至1994年的358PPMV。预 估2100年时全球平均地面气溫，将比1990年上 升1.0～3.5℃，海平面將上升15～95公分；全 球气候与生态环境将产生下列变化： • 海平面上升，淹沒陆地。 • 全球气候经常发生暴雨或干旱。 • 土地沙漠化，生态环境改变。 22
34
35
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。
36
37
• 含磷洗衣粉以磷酸盐作为主要助剂，磷酸盐是一种高效助 洗剂，同时也是藻类的助长剂，水中的磷含量升高，水质 趋向富营养化，会导致各种藻类。水草大量滋生，水体缺 氧会使鱼类死亡等现象。 • 我国洗涤用品仅洗衣粉一项的年消费量就在 350 万吨左右。 若将会成洗衣粉中磷酸盐的平均含量接 15%计算，每年就 有超过 50 万吨含磷化合物排放到地表水中，而 1 克磷就可 使藻类生长 100 克、环保科研部问调查资料显示，因含磷 过多，我国湖泊及城市水系几乎都处于富营养化状态，水 质严重恶化，许多地方根本不能饮用。 • 更为严重的是，由干磷含量增加，导致红色浮游生物爆发 性繁殖而引发的近海海水出现的“赤潮”和城市水系中出 现水生植物“疯长”的“浮华”现象。
33
13.5 磷循环(沉积型循环)
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分解，转变为可溶性磷酸盐， 可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。循环过程 中，部分磷脱离生物小循环进入地质大循环. 磷的地质大循环有两条途径：一是动植物遗体在陆地表面的磷矿 化；另一是磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋。
3
（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，然后经过分解者的作用再为 生产者吸收、利用。
4
13.1 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。
5
(二)物质循环的模式
• 虽然CO2浓度增高有利于植物光合作用的增强， 但 CO2 的“温室效应”将导致全球温度升高和 降水分布的改变。使得纬度较高的地区，由于 温度变暖而更加干旱，甚至使极地冰盖层融化， 导致海平面上升。如果 CO2 浓度由 0.03% 增高 到0.06%，则地球平均温度将上升2.9℃，赤道 附近温度上升 1.45℃；两极附近温度将上升 8~9℃。但如果南极温度上升6℃，就将由于冰 川的融化而使海平面升高 6 米左右。这不能不 说是个值得全球人类关注的问题。
31
• 红萍是一种水生蕨类植物，叶腔中有固 氮蓝藻共生，其生长快，固氮率高，每 公顷萍体产量可达22500~30000kg，含纯 氮75kg左右。
32
• 在自生固氮资源方面，主要是固氮蓝藻。固 氮蓝藻在我国各地有广泛分布，已发现的主 要有念珠藻、鱼腥藻、筒胞藻等，特别是南 方各地分布的一种陆生念珠，可以在裸露岩 石上和贫瘠的土壤上生长，有明显的固氮作 用。其次，农田中分布的好气性自生固氮菌 和嫌气性固氮梭菌是依赖有机能源的异养菌， 固氮量为2~3kg/ hm2。各种土地的固氮能力， 稻田约30kg/ hm2；草地约15kg/ hm2；森林 约10kg/ hm2；旱地约3kg/ hm2。
细菌
无机硫----硫化物---硫酸盐
41
13.6 硫循环(沉积型循环)
• 火山爆发 硫 ---- 硫化氢---- 大气 • 化石燃料燃烧
硫 ---- 二氧化硫--- 大气
42
13.6 硫循环(沉积型循环)
1.库：存在于生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。生态系统中各组分都是物质循环的库， 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时间。
9
13.2 生物地球化学循环的类型
根据物质在循环时所经历的路径不同，从整个生物 圈的观点出发，并根据物质循环过程中是否有气相的存 在，生物地球化学循环可分为：
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。
11
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。 水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋形成全球水 循环系统。
பைடு நூலகம்
12
(二)生态系统中的水循环
降雨
蒸腾
截留
穿透雨
地表蒸发
地表 径流
渗透
地下径流
13
14
13.3 碳循环(气体型循环) 碳是一切生物体中最基本的成分。库在 大气和海洋。
• 我国目前在农业上利用有大豆、花生、蚕豆、绿 豆、豇豆、扁豆等，以及各种豆科牧草和豆科绿 肥，包括紫云英、苕子、箭舌豌豆、紫苜蓿、三 叶草、草木樨等。与根瘤菌共生的非豆科植物有 桤 木 属 (Alnus) 、 杨 梅 属 (Myrica) 、 木 麻 黄 属 (Casuarina)、马桑属(Coriaria)、银杏属(Gingko)、 胡颓子属(Elaegnus)等的一些种类。
8
（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。
24
25
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
39
13.6 硫循环(沉积型循环)
硫是原生质体的重要组分，它的主要蓄库是岩 石圈。硫循环包括长期的沉积阶段（有机或无机沉 积物中）和短期的气体阶段。 岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自然 分化作用进入生态系统。
40
13.6 硫循环(沉积型循环)
• 生物的分解
化能合成细菌
硫化物 ------------- 硫酸盐 • 自然分化作用
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“净化器”，对大气中的二氧化碳起到
了巨大的吸收、存储作用。
27
13.4 氮循环(气体型循环）
1. 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。
6
• 流通率=16单位/天， 对于生产者的输出 库的周转率 =16/100=0.16； • 对于生产者的周转 时间为6.25天。
7
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。
15
海洋和大气CO2调节
CO2
CO2溶 于海水
H2CO3
H++CO3 2-
CACO3
水体中生物
海底沉积物
16
Carbon accumulation
• CO2 has increased from its pre-industrial level
• data: recent records plus older data such as ice cores 17 • mostly fossil fuel burning
38
• 美国、日本等一些发达国家从 20世纪70年代就开始禁 磷，到1995年美国42％的人口生活在禁磷区，无磷洗 涤用品已经占据 56％的市场份额，而在日本的超市已 经几乎看不到含磷洗涤用品了。我国从1994年开展环 境标志产品认证，无磷洗涤品拥有了明显的绿色标志。 • 虽然部分公众对是否“禁磷”仍然存在异议，可以肯 定的是，随着公众环保意识的进一步增强及各地“禁 磷”法规的陆续出台，选择无磷洗涤用品的消费者会 不断增加，洗涤用品在水质污染成因中所占的比例会 逐渐减小。并且，目前国内年产量 7 万吨的无磷洗衣 粉将在市场中逐步成长，而含磷洗衣粉将很快让出所 占据的庞大市场，此消彼长，整个洗涤行业将向临 “洗牌”的可能。