生态系统中物质循环
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生态系统中的物质循环课件
氮的损失
部分无机氮通过淋溶、径流和挥发等途径损失出生态系统 ，对环境造成潜在影响。
人类活动对氮循环影响
工业革命后氮肥的大量使用
人类自工业革命以来大量使用氮肥， 导致土壤和水体中氮含量增加，对生 态系统造成负面影响。
城市化进程加速氮循环
城市化进程中人类活动密集，加速了 氮的转化和循环过程，对城市生态系 统产生影响。
水循环过程及机制
降水
水蒸气在空中遇冷凝结成云， 进而形成降水（雨、雪等）返 回地面。
地下渗透
部分降水渗入地下，形成地下 水。
蒸发
地表水在太阳辐射下蒸发成水 蒸气升入空中。
地表径流
降水在地表形成径流，汇入河 流、湖泊等水域。
植物蒸腾
植物通过叶片气孔将水分以水 蒸气形式释放到大气中。
人类活动对水循环影响
物质循环意义
物质循环是生态系统稳定和持续发展 的基础，它保证了生态系统中各种元 素的平衡和再利用，维持了生态系统 的结构和功能。
生态系统中物质循环途径
水循环
碳循环
水在生态系统中通过蒸发、降水、地表径 流和地下渗透等途径进行循环，实现了水 资源的再利用。
碳在生态系统中通过光合作用、呼吸作用 、分解作用和燃烧等途径进行循环，实现 了碳元素的转化和再利用。
化会减少碳汇的容量。
04
氮循环
氮在生态系统中作用
氮是生命体基本组成元素
氮参与生态系统能Βιβλιοθήκη 流动氮是氨基酸、蛋白质和核酸等生命物 质的基本组成元素，对生命体的结构 和功能至关重要。
氮在食物链和食物网中传递，影响生 态系统的能量流动和物质循环。
氮影响生态系统生产力
氮的可利用性直接影响生态系统的生 产力，是限制植物生长的主要因素之 一。
部分无机氮通过淋溶、径流和挥发等途径损失出生态系统 ，对环境造成潜在影响。
人类活动对氮循环影响
工业革命后氮肥的大量使用
人类自工业革命以来大量使用氮肥， 导致土壤和水体中氮含量增加，对生 态系统造成负面影响。
城市化进程加速氮循环
城市化进程中人类活动密集，加速了 氮的转化和循环过程，对城市生态系 统产生影响。
水循环过程及机制
降水
水蒸气在空中遇冷凝结成云， 进而形成降水（雨、雪等）返 回地面。
地下渗透
部分降水渗入地下，形成地下 水。
蒸发
地表水在太阳辐射下蒸发成水 蒸气升入空中。
地表径流
降水在地表形成径流，汇入河 流、湖泊等水域。
植物蒸腾
植物通过叶片气孔将水分以水 蒸气形式释放到大气中。
人类活动对水循环影响
物质循环意义
物质循环是生态系统稳定和持续发展 的基础，它保证了生态系统中各种元 素的平衡和再利用，维持了生态系统 的结构和功能。
生态系统中物质循环途径
水循环
碳循环
水在生态系统中通过蒸发、降水、地表径 流和地下渗透等途径进行循环，实现了水 资源的再利用。
碳在生态系统中通过光合作用、呼吸作用 、分解作用和燃烧等途径进行循环，实现 了碳元素的转化和再利用。
化会减少碳汇的容量。
04
氮循环
氮在生态系统中作用
氮是生命体基本组成元素
氮参与生态系统能Βιβλιοθήκη 流动氮是氨基酸、蛋白质和核酸等生命物 质的基本组成元素，对生命体的结构 和功能至关重要。
氮在食物链和食物网中传递，影响生 态系统的能量流动和物质循环。
氮影响生态系统生产力
氮的可利用性直接影响生态系统的生 产力，是限制植物生长的主要因素之 一。
高中生物生态系统的物质循环
碳循环图解的辨析：
D 1.在生态系统各成分中 B A为消费者，B为 分解者 ， A 生产者 非生物的物质和能量 食物链 C为 ， D为 。 食物网 含碳有机物 2.生物群落中碳以 形式存在，通过 渠道流通。碳在无机环境中主要以 CO2 形式 存在。
温室效应
1、温室气体：CO2过多 化石燃料的大量燃烧 2、CO2增多的原因 森林、草原等植被的破坏 极地冰川加速融化
3、温室效应的危害
沿海城市被淹没 农田减少，粮食减产
4.缓解温室效应的措施
开发新能源 增大绿化面积
三: 物质循环与能量流动的关系
项目 形式 特点 范围 联 系
能量流动
物质循环
含碳有机物 单向流动、逐级递减
CO2 反复循环、全球性
生态系统各营养级之间 生物群落与无机环境之间 （1）同时进行、相互依存； （2）物质是能量流动的载体； （3）能量是物质循环的动力； （4）在生物群落中都以食物链（食物网）为流 动渠道
生产者
遗体和 排出物
消费者
遗体和 排出物
生物群落
分解者
食物链、食物网
化石燃料
总结：
（1）C主要以哪种化合物形式 CO2 在无机环境和生物群落间循环 （2）C在无机环境存在形式： CO2、碳酸盐 （3）C在生物体内存在形式： 含C有机物 （4）C进入生物群落途径： 光合作用 化能合成作用 （5）C在生物体之间传递途径：食物链（网） （6）C进入大气途径： ①生物的呼吸作用 ②分解者分解作用 ③化石燃料的燃烧
5.3 生态系统物质循环
一、生态系统物质循环的概念
是指组成生物体的C、H、O、N、 P、S等基本元素在生态系统的生物群落 与无机环境之间反复循环运动叫生态系 统的物质循环。
第三节生态系统物质循环
⑤ 未喷洒农药的邻近地区一带生物体内也含有农药
的成分
A.①②
B.②④⑤
C.③④
D.②③
6.右图示生态系统碳循环示意图，A、B、C、D是 生态系统的成分，请据图回答：
（1）此生态系统的能量流动是从[ C ]
固定太阳能开始的。
生产者 C
（2）碳元素在大气中与A、B、C之间的传
递是以 ____C_O_2__形式进行的，在生态系
生物圈
（1）同时进行、相互依存
（2）物质是能量流动的载体
联系
（3）能量是物质反复循环的动力
1.在生态系统中，碳元素在无机环境和生物群落 之间循环的主要形式是 A.二氧化碳 B.碳酸盐 C.碳酸 D.碳水化合物
2.在生态系统中，将二氧化碳释放到大气中的过
程是 A.光合作用
练习
B.呼吸作用
C.蒸腾作用
（1）碳存在的形式 碳在无机环境中主要以 CO2 和 碳酸盐 形 式存在，在生物群落的存在形式是 有机物 。
（2）进入生物群落的方式：
碳通过__光__合__作__用__和__化__能__合__成__作__用___两种代谢 反应从无机环境进入生物群落。
（3）进入生物群落的形式： 碳以___C_O_2___形式从无机环境进入生物群落
D
统各成分中A为 消费者，B为 分解者。 A
B
（3）图中D C过程是通过 光合 作用实现的，C
D过程是通过 呼吸 作用实现的，B
D过程是通
过____分__解 作用实现的。碳循环始终与 能量 结
合在一起。
（4）生物群落中有一部分碳以__石__油__、__煤___炭__等__形式
储藏在地层中。
7.（1）写出①②③④的生理过程及⑤产生 CO2的方式。
第十一章 生态系统中的物质循环
2.水是很好溶剂，水在生态系统中起着能量传递、 利用的作用。
3.水是地质变化的动因之一：流失
沉积
因此，了解水循环是生态系统物质循环的基础
二、水循环的驱动力
1.从能量动力学分析表明是太阳能驱动全球水 循环。
2.植物在水循环中的作用是极其巨大的。植物 蒸腾作用
3.海洋，陆地在太阳光的照耀下不断蒸发水分。
第三节 气体循环一.碳循环 储存库①储量有多少，蓄库是什么 交换库
②生物的吸收，利用方式（植物利用元素的 性质） ③输入，输出的途径，方式 ④循环途径 ⑤人类活动对循环过程的影响：消极因素， 积极因素
碳存在于生命有机体和无机环境之中。它最主要 的储存库是岩石圈占总量的99.9%，2.7×1016吨。 多以碳酸盐形式存在，很少一部分以碳氢化合物、 碳水化合物形式存在。
大气圈中水的周转时间为10.5d，也就是说，大 气圈中的水分一年要更新大约34次。
在海洋中，硅的周转时间最短，约800a，
钠最长，约2.06亿年。
四.生物地球化学循环类型
1.水循环：水的动态平衡
水分子从地球表面通过蒸发进入大气然后遇冷 凝结，通过雨，雪，和其它降雪形成回到地球表面， 为水循环。
和流通(flow)两个概念来加以概括。 1.库：Enwion中某一元素 相对集中的地方 蓄库：某种元素储存最多的环境部分，每一种化学元素都存 在一个或多个蓄库。或者说物质循环中物质存放的环境部分。
活动库（交换库）：存在于生物体系或非生物体系 中，其中的元素是生物体与周围环境中进行迅速交 换的，比较小且更加活跃的部分，从形成存在的空 间都比较易于进入生态系统中，通路通常受生命过 程的控制。
四.生态系统中的水循环
生态系统中的水循环是水的循环途径，淡水资源 量，全球水循环是平衡的，但局部地区水分分布 不均匀。生态系统中的水循环包括截取、渗透、 蒸发、蒸腾和地表径流。
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环生态系统的物质循环是指在生物圈中，各种物质的循环利用过程。
这些物质包括水、氧气、二氧化碳、氮、磷等，它们在生态系统中相互流动和转化，起到维持生命平衡和促进各种生物活动的重要作用。
下面将从水循环、碳循环和氮循环三个方面来探讨生态系统的物质循环。
一、水循环水循环是生态系统中最基本的物质循环之一，也是维持生命活动和生态平衡的重要环节。
水循环包括蒸发、降水、地下水、地表水和湿地等环节。
首先，水蒸发是水从地表转化为水蒸气的过程。
蒸发主要通过植物的蒸腾作用和水体的蒸发来实现。
水蒸气在大气中上升，形成云层。
其次，降水是水从大气中以形式变为液态的过程。
大气中的水蒸气凝结成雨、雪、露、霜等降落到地表。
同时，地下水也是生态系统中的重要水源之一。
降水通过渗透和下渗进入地下成为地下水，地下水通过泉眼、河流等方式重新回到地表。
湿地作为自然的水过滤器，是生态系统中的重要部分，具有调节降水和净化水质的功能。
二、碳循环碳循环是地球上重要的生物地球化学循环之一，对维持生物圈的稳定具有重要作用。
首先，碳循环的起点是植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，同时释放出氧气。
其次，动物通过呼吸作用将氧气与有机物反应，生成二氧化碳和水，并释放出能量。
此外，植物和动物的生死过程中也参与了碳循环。
植物的死亡会将有机物释放到土壤中，进而以土壤有机质的形式长期储存。
而动物的尸体也会通过分解作用将有机物转化为二氧化碳和水。
最后，碳循环的结果是将二氧化碳在大气和生物圈之间持续地转化和交换，维持着生态系统中生物的生长和活动。
三、氮循环氮循环是生态系统中重要的元素循环过程，它对维持生态平衡和生物多样性具有重要的作用。
首先，氮的固氮是氮循环的起点。
固氮指的是将大气中的氮气转化为植物可以利用的氨或硝酸盐等无机形式的氮。
其次，植物通过吸收土壤中的氮养分来合成蛋白质等有机物。
动物则通过食物链摄取植物的有机物来获取氮养分。
同时，氮的歧化是氮循环的重要环节。
生态系统中的物质循环
输出到环境中
物质在生物群落中的循环
生产者：植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物 消费者：动物通过摄食植物和其他动物获取能量和营养物质 分解者：微生物将动植物的残体分解为简单的无机物 物质循环：生产者、消费者和分解者之间的物质交换和循环
物质在环境中的循环
物质循环的定义： 生态系统中物质 从一种形式转化 为另一种形式的 过程
质循环
改变生态系统结 构：人类活动可 能会改变生态系 统的结构，从而
影响物质循环
影响全球气候变 化：人类活动产 生的温室气体排 放会导致全球气 候变化，从而影
响物质循环
人类活动对物质循环的正面影响
改善环境质量：通过植树造林、绿化城市等措施，提高空气质量，改善生态环境。
促进资源循环利用：通过垃圾分类、回收利用等措施，减少废弃物排放，促进资源循 环利用。
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地质循环：岩石、土壤、水等无机 物质在地球表面和大气中的循环过 程
气体循环：大气中的气体通过化学 反应和物理过程进行循环，如二氧 化碳、氧气等
物质循环的特点
物质循环是生态系统中物质转 化和流动的过程
物质循环包括生物地球化学循 环和生物循环
物质循环是生态系统维持平衡 和稳定的重要机制
物质循环与生态平衡的关系 是生态系统研究的重要内容，
对于理解生态系统的运行机 制和保护生态系统具有重要
意义
物质循环的全球 意义
全球物质循环的过程与特点
物质循环的定义：生态系统中物质从一种形式转化为另一种形式的过程 物质循环的过程：包括生物地球化学循环、水循环、大气循环等 物质循环的特点：全球性、循环性、动态平衡性
物质循环与环境保护的关系将 更加紧密
物质在生物群落中的循环
生产者：植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物 消费者：动物通过摄食植物和其他动物获取能量和营养物质 分解者：微生物将动植物的残体分解为简单的无机物 物质循环：生产者、消费者和分解者之间的物质交换和循环
物质在环境中的循环
物质循环的定义： 生态系统中物质 从一种形式转化 为另一种形式的 过程
质循环
改变生态系统结 构：人类活动可 能会改变生态系 统的结构，从而
影响物质循环
影响全球气候变 化：人类活动产 生的温室气体排 放会导致全球气 候变化，从而影
响物质循环
人类活动对物质循环的正面影响
改善环境质量：通过植树造林、绿化城市等措施，提高空气质量，改善生态环境。
促进资源循环利用：通过垃圾分类、回收利用等措施，减少废弃物排放，促进资源循 环利用。
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地质循环：岩石、土壤、水等无机 物质在地球表面和大气中的循环过 程
气体循环：大气中的气体通过化学 反应和物理过程进行循环，如二氧 化碳、氧气等
物质循环的特点
物质循环是生态系统中物质转 化和流动的过程
物质循环包括生物地球化学循 环和生物循环
物质循环是生态系统维持平衡 和稳定的重要机制
物质循环与生态平衡的关系 是生态系统研究的重要内容，
对于理解生态系统的运行机 制和保护生态系统具有重要
意义
物质循环的全球 意义
全球物质循环的过程与特点
物质循环的定义：生态系统中物质从一种形式转化为另一种形式的过程 物质循环的过程：包括生物地球化学循环、水循环、大气循环等 物质循环的特点：全球性、循环性、动态平衡性
物质循环与环境保护的关系将 更加紧密
生态系统的物质循环
储存库在大气圈或水圈(海洋) ，即元素或化合 物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散， 弥漫了陆地或海洋上空，在很短的时间内可以 为植物重新利用，循环比较迅速，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(但大气的自我调节也不是无限的)。 从全球意义上看,这类循环是比较完全的循环。
（二）沉积型循环(Sedimentary Cycles)
两种物质循环类型的特点
主要特征 气相型循环
沉积型循环
元素类型 子有（气C态C、化I等H合、）物O或、分N、无C气a态、化K、合N物a或、分M子g等（）P、
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
扩散
沉降、抬升、风化、溶解
抗干扰能力 循环性质
强 完全循环
弱 不完全循环
（一）气相型循环(Gaseous Cycles)
地质大循环时间长、范围 广，是闭合式循环。
（二）生物循环（biological cycles)
是指环境中的元素经生物体吸收,在生态系统中 被多层次利用.然后经过分解者的作用.再为生 产者吸收、利用。
生物小循环的 时间短、范围 小，是开放式 的循环。
三、物质循环的类型
生物地球化学循环根据物质循环的路径不同,分为: 气相型循环、沉积型循环
四、物质循环的特点 Character of matter cycles
物质不灭，循环往复 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 生态系统对物质循环有一定调节能力 物质循环中的生物作用 各物质循环过程相互联系，不可分割
第二节 几种重要循环的概述
水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环 养分循环
(四)周转率与周转期
（二）沉积型循环(Sedimentary Cycles)
两种物质循环类型的特点
主要特征 气相型循环
沉积型循环
元素类型 子有（气C态C、化I等H合、）物O或、分N、无C气a态、化K、合N物a或、分M子g等（）P、
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
扩散
沉降、抬升、风化、溶解
抗干扰能力 循环性质
强 完全循环
弱 不完全循环
（一）气相型循环(Gaseous Cycles)
地质大循环时间长、范围 广，是闭合式循环。
（二）生物循环（biological cycles)
是指环境中的元素经生物体吸收,在生态系统中 被多层次利用.然后经过分解者的作用.再为生 产者吸收、利用。
生物小循环的 时间短、范围 小，是开放式 的循环。
三、物质循环的类型
生物地球化学循环根据物质循环的路径不同,分为: 气相型循环、沉积型循环
四、物质循环的特点 Character of matter cycles
物质不灭，循环往复 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 生态系统对物质循环有一定调节能力 物质循环中的生物作用 各物质循环过程相互联系，不可分割
第二节 几种重要循环的概述
水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环 养分循环
(四)周转率与周转期
生态系统物质循环
生态系统物质循环生态系统中存在着物质的持续循环。
在环境中，废物和死亡物质不断地被回收，以支持各种生命形式。
这不仅仅限于有机材料。
有机和无机矿物质都在生态系统中不断交换和移动，以支持物质的生产。
本文将讨论三种最基本的矿物循环及其在生态系统中的重要性。
➢生态系统中的物质循环有机和无机材料不断地被回收和再利用。
这种循环通常被称为营养物质循环。
●释义：养分循环是一个连续的过程，通过这个过程，物质被回收和再利用。
这个循环涉及到细胞、生物体、社区和生态系统之间的营养物质的传递。
土壤和水中的营养物质被动物和植物吸收并用于生长和制造新物质。
在它们死后，它们的身体会被分解，将这些养分释放回生态系统中。
●深入理解：养分循环涉及到材料被转化为不同的形式，其他生物体可以沿途使用。
在营养循环中，元素也被转移到生物体更容易获得的环境中。
例如，氮气是大气中最丰富的气体，但它是惰性的，因为生物体不能使用气态的氮气。
然而，在氮循环过程中，氮被居住在土壤中的细菌转化为更容易获得的形式。
➢微生物在生态系统中的作用微生物在大多数营养物质循环中进行大部分的化合物处理。
它们通过相互转化各种氮、碳和其他元素的化合物，是土壤中营养物质的生物地球化学循环的组成部分。
当我们讨论具体的碳、氮和水循环时，我们将更详细地解释微生物的作用。
●定义：生物地球化学循环涉及生态系统的生物和非生物组成部分之间的营养物质循环。
●注意：如果没有这些循环（以及最重要的是分解微生物），必要的营养物质将被困在地面和海洋中，生命将不复存在。
➢生态系统中的碳循环碳是地球上所有生命形式的组成部分。
它是制造复杂生物大分子的核心元素，如糖、蛋白质和DNA。
碳也以无机形式存在于大气中的二氧化碳（CO2）。
二氧化碳是一种温室气体，对保持地球温暖和维持适合生命的温度至关重要。
没有二氧化碳，地球将被冻成固体。
大气层中过多的二氧化碳也会产生问题，因为它可能使平均温度超过最佳范围，并导致极端天气事件。
5.3生态系统的物质循环
6、下图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。
生物群落与无机环境 （1）生态系统的碳循环是指碳元素在_____________________之间不断循环的过程
c （在a~c中选择）中合成有机物； （2）大气中的CO2可以在绿色植物的_____ b 和_______ a （在a~c中选择）可以分解为CO2 含碳有机物在_______
CO2 形式从生物群落进入无机环境 6、 碳以________
CO2 的形式进 7、 碳在无机环境与生物群落之间主要是以_______ 行循环
思考：
如果大量的森林被乱砍滥伐，对碳循环有何影响？ 森林通过光合作用，能吸收大量的CO2、释放大
量的O2，维持大气的碳氧平衡有重要作用。
若大量的森林被砍伐，碳循环过程受阻，大气中
向流动
生态系统各营养级间
单向流动，逐级递减
范围
特点
是生态系统主要功能，同时进行，相互依存，不可分割
联系
合成与分解 1、能量流动的过程离不开物质的_______ ； 载体； 2、物质是能量的_____ 3、能量是物质循环的____ 动力。
1、在生态系统碳循环中，既能使CO 2进入生物群落， 又能将其释放到大气中的生物是（ ） A.分解者 C.肉食动物 B.植食动物 D.绿色植物
呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 光 合 作 用 呼 吸 作 用
生产者（有机物）
捕食 食物链
消费者（有机物）
燃 烧
分解者 （有机物）
煤、石油
D
2、与自然界的碳循环关系最为密切的两种细胞 器是（ ）
A.内质网和高尔基体
C.核糖体和叶绿体
B
B.叶绿体和线粒体
D.核糖体和高尔基体
生态系统的物质循环概述
一般将产生和释放物质的库（即输出大于输入）又称为源(source)， 而将吸收和固定物质的库（即输入大于输出）称为汇（sink）。
➢ 贮存库（reservoir pool）：容积较大，交换慢，一般为环境库。如土
库 壤库、大气库等。 ➢ 交换库（exchange pool）：容积小，交换快，一般为生物库。如植物 库、动物库等。
（5）破坏植被导致区域水分平衡失调。
（6）水资源受污染使本就稀少的淡水资源更加紧缺。
二、碳的地质大循环
1. 碳在全球的分布与循环
碳是生命的骨架，也是能量传递的载体。地球上的碳 在大气、生物体、土壤和水圈及岩石圈中都有分布，岩石 圈是碳的最大贮存库，其次是海洋圈。
图6-3 碳的地质大循环简图（亿t）
（1）含氮有机物的燃烧产生的大量氮氧化物污染大气，一些氮氧化物是 温室气体的成分之一；
（2）发展工业固氮，忽视或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循 环失调；
（3）城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻； （4）过度耕垦使土壤氮素含量特别是有机氮含量下降，土壤整体肥力持
续下降。
四、磷的地质大循环
0.9 1.8 1-4 0.5 1
（引自Soderlund和Svensson，1975）
自然界的氮素循环可分为3个亚循环，即元素循环、自养循环和异养循环。反 硝化和固氮是氮素循环中2个重要的流 。
图6-4 全球氮的地质大循环简图（1012gN/年） （参照Schlesinger，1997）
2. 人类活动对氮的地质大循环的干扰及其对环境的影响
农业生态系统的优化设计目标之一就是提高物质在系统内的循环转化效率， 使系统的循环效率越接近1越好。
3. 物质循环的类型
➢ 贮存库（reservoir pool）：容积较大，交换慢，一般为环境库。如土
库 壤库、大气库等。 ➢ 交换库（exchange pool）：容积小，交换快，一般为生物库。如植物 库、动物库等。
（5）破坏植被导致区域水分平衡失调。
（6）水资源受污染使本就稀少的淡水资源更加紧缺。
二、碳的地质大循环
1. 碳在全球的分布与循环
碳是生命的骨架，也是能量传递的载体。地球上的碳 在大气、生物体、土壤和水圈及岩石圈中都有分布，岩石 圈是碳的最大贮存库，其次是海洋圈。
图6-3 碳的地质大循环简图（亿t）
（1）含氮有机物的燃烧产生的大量氮氧化物污染大气，一些氮氧化物是 温室气体的成分之一；
（2）发展工业固氮，忽视或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循 环失调；
（3）城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻； （4）过度耕垦使土壤氮素含量特别是有机氮含量下降，土壤整体肥力持
续下降。
四、磷的地质大循环
0.9 1.8 1-4 0.5 1
（引自Soderlund和Svensson，1975）
自然界的氮素循环可分为3个亚循环，即元素循环、自养循环和异养循环。反 硝化和固氮是氮素循环中2个重要的流 。
图6-4 全球氮的地质大循环简图（1012gN/年） （参照Schlesinger，1997）
2. 人类活动对氮的地质大循环的干扰及其对环境的影响
农业生态系统的优化设计目标之一就是提高物质在系统内的循环转化效率， 使系统的循环效率越接近1越好。
3. 物质循环的类型
生态系统中的物质循环
• 动植物遗体在陆地表面的磷矿化 • 磷受水的日到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
14.7 有毒有害物质循环
第14章 生态系统中的物质循环
• • • • • • 14.1 物质循环的一般特征 14.2 全球水循环 14.3 碳循环 14.4 氮循环 14.5 磷循环 14.6 硫循环
14.1 物质循环的一般特征
• 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 还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物 二者的参与, 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 • 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
本章小结
• 物质循环的一般特征及影响因素 • 物质循环与能量流动的联系与区别 • 生物地化循环的类型：气体型、沉积型、 水循环 • 几种物质的循环：碳循环、氮循环、磷循 环、硫循环 • 有毒有害物质的循环
本章主要概念
• 生物地球化学循环、生物小循环、物质循 环的源、库、流，周转率，气体型循环、 沉积型循环、温室效应、生物富集、生物 放大，酸雨
（4）影响物质循环速率的因素
• 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 • 人类活动的影响：
– 开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失， 影响物质循环速率
– 化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中
（5）生物地球化学循环的类型
• 气体型循环
– 贮存库是大气和海洋 – 有气体形式的分子参与循环过程 – 循环速度快，例如CO2、N2、O2等 – 贮存库是岩石、土壤和沉积物 – 没有气体形式的分子参与循环过程 – 循环速度慢，时间以千年计算，例如P、Ca、Mg等
14.7 有毒有害物质循环
第14章 生态系统中的物质循环
• • • • • • 14.1 物质循环的一般特征 14.2 全球水循环 14.3 碳循环 14.4 氮循环 14.5 磷循环 14.6 硫循环
14.1 物质循环的一般特征
• 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 还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物 二者的参与, 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 • 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
本章小结
• 物质循环的一般特征及影响因素 • 物质循环与能量流动的联系与区别 • 生物地化循环的类型：气体型、沉积型、 水循环 • 几种物质的循环：碳循环、氮循环、磷循 环、硫循环 • 有毒有害物质的循环
本章主要概念
• 生物地球化学循环、生物小循环、物质循 环的源、库、流，周转率，气体型循环、 沉积型循环、温室效应、生物富集、生物 放大，酸雨
（4）影响物质循环速率的因素
• 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 • 人类活动的影响：
– 开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失， 影响物质循环速率
– 化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中
（5）生物地球化学循环的类型
• 气体型循环
– 贮存库是大气和海洋 – 有气体形式的分子参与循环过程 – 循环速度快，例如CO2、N2、O2等 – 贮存库是岩石、土壤和沉积物 – 没有气体形式的分子参与循环过程 – 循环速度慢，时间以千年计算，例如P、Ca、Mg等
基础生态学：第十三章 生态系统的物质循环
H2CO3
H++CO3 2-
CaCO3
水体中生物
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
降雨
蒸腾
截留
穿透雨
地表 径流
地表蒸发
渗透
地下径流
三. 气体型循环
(一)、碳循环 • 碳是一切生物体中最基本的成分。 • 库主要是大气和海洋。
The Carbon Cycle
CO2 in atmosphere (reservoir)
Burning of COi2ndoiRcseseaosnlpvietfdaotsisoilnfuFelisre
(reservoir)
Consumers
Producers
Wastes, SoilDbeaacdtebroiadi&es detritus feeders
Reservoirs
Processes/ Locations
Trophic Levels/ Organisms
海洋和大气CO2调节
CO2
CO2溶 于海水
• 对于生产者的 输出库的周转 率=(16+4)/100 =0.20；
• 对于生产者的 周转时间为 5.00天。
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。
生态系统中的物质循环
生态系统中的物质循环生态系统是由许多生物和非生物要素组成的，这些要素之间通过物质循环来保持平衡和稳定。
物质循环是生态系统中各种物质在不同组织、生物和环境介质之间的转移和转化过程。
本文将探讨生态系统中的物质循环及其重要性。
一、物质循环的基本概念与类型物质循环是指物质在生态系统中按照一定路径循环流动的过程。
生态系统中的物质循环主要包括有机物循环和无机物循环两种类型。
有机物循环是指生物体通过新陈代谢过程产生的有机物在生态系统中的循环。
这种循环主要包括碳、氮、磷等元素的循环。
其中，碳循环是最为重要的循环之一。
碳在生态系统中通过光合作用和呼吸作用相互转化，同时还受到微生物的降解作用。
无机物循环是指无机物质在生态系统中的循环。
这种循环主要包括水循环、矿物循环、气体循环等。
其中，水循环是最为常见和重要的循环过程之一。
水循环通过蒸发、降雨、融化等过程，使水从地球表面蒸发升入大气层，形成云雾，最终降雨回流到地面。
二、物质循环的过程与机制物质循环是由一系列过程和机制组成的。
这些过程和机制包括：1. 光合作用：光合作用是生物体将太阳能转化为化学能的过程，它是生态系统中能量和有机物循环的基础。
通过光合作用，植物通过吸收阳光和二氧化碳，合成有机物质，并释放出氧气。
2. 呼吸作用：呼吸作用是生物体将有机物质氧化分解为能量和二氧化碳的过程。
通过呼吸作用，生物体释放出能量，同时还将有机物质中的碳转化为二氧化碳，参与到碳循环中。
3. 分解作用：分解作用是微生物和其他生物体分解有机物质的过程。
这些分解作用不仅将有机物质还原为无机物质，同时还释放出二氧化碳和其他气体。
这些分解产物进一步参与到物质循环中。
4. 吸附与释放：吸附与释放是指物质在土壤和水体中的吸附和解吸过程。
土壤和水体中的颗粒和微生物可以吸附和释放许多无机和有机物质，从而影响物质的循环和迁移。
三、物质循环的重要性物质循环在生态系统中起着至关重要的作用，它对维持生态系统的稳定性和功能具有重要意义。
生态系统中的物质循环(lyd_2010)
性质：能量流动和物质循环是生态系统的两大基本功能。生命
的存在依赖于生态系统的能量流动和物质循环。正是由于能量 流动和物质循环的不断进行，使得生态系统内部各营养级之间、 以及生物成分和非生物成分之间组织成为一个完整的功能单位。
2019/7/14
Life Science College, HUNNU
的数量。例如在一个水生生态系统种，磷在水体中的数量即是一 个库；磷在浮游植物中的含量又是一个库。这些元素在库与库之 间移动，并彼此联系起来就是物质流动或物质循环。
物质在单位时间单位面积（或体积）的流通量称为流通率。（流
通量/单位面积/单位时间）。这些关系可以用一个简单的池塘生 态系统加以说明（图11-1）。
2
第13章 生态系统的物质循环 13.1 物质循环的一般特点
这些元素按生命的需要及其在生物体中的含量，可分为以下 3 类：
能量元素：包括碳、氧、氢、氮等，是生命大量必须的元素，其
含量超过生物体干重 1% ，主要是指构成能源物质糖类和蛋白质 的基本元素。
大量元素：包括含量在 0.2~1% (干重)之间的钙、镁、磷、钾、
13.1.1 生命与元素
生命系统的维持，不仅依赖于能量的供应，而且也依赖于
各种化学元素的供应。
对多数生物来说，有约 20 多种元素是它们的生命活动所不
可缺少的。另外约有 10 种元素只是对于某些生物是必须的。 所以生命元素总共约有 30~40 种之多。
2019/7/14
Life Science College, HUNNU
第13章 生态系统的物质循环
2019/7/14
13.1 物质循环的一般特点 13.2 水循环 13.3 碳循环 13.4 氮循环 13.5 磷循环 13.6 硫循环 13.7 元素循环的相互作用
的存在依赖于生态系统的能量流动和物质循环。正是由于能量 流动和物质循环的不断进行，使得生态系统内部各营养级之间、 以及生物成分和非生物成分之间组织成为一个完整的功能单位。
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的数量。例如在一个水生生态系统种，磷在水体中的数量即是一 个库；磷在浮游植物中的含量又是一个库。这些元素在库与库之 间移动，并彼此联系起来就是物质流动或物质循环。
物质在单位时间单位面积（或体积）的流通量称为流通率。（流
通量/单位面积/单位时间）。这些关系可以用一个简单的池塘生 态系统加以说明（图11-1）。
2
第13章 生态系统的物质循环 13.1 物质循环的一般特点
这些元素按生命的需要及其在生物体中的含量，可分为以下 3 类：
能量元素：包括碳、氧、氢、氮等，是生命大量必须的元素，其
含量超过生物体干重 1% ，主要是指构成能源物质糖类和蛋白质 的基本元素。
大量元素：包括含量在 0.2~1% (干重)之间的钙、镁、磷、钾、
13.1.1 生命与元素
生命系统的维持，不仅依赖于能量的供应，而且也依赖于
各种化学元素的供应。
对多数生物来说，有约 20 多种元素是它们的生命活动所不
可缺少的。另外约有 10 种元素只是对于某些生物是必须的。 所以生命元素总共约有 30~40 种之多。
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第13章 生态系统的物质循环
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13.1 物质循环的一般特点 13.2 水循环 13.3 碳循环 13.4 氮循环 13.5 磷循环 13.6 硫循环 13.7 元素循环的相互作用
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20
第三节 有毒物质循环
❖ 有毒有害物质循环是指那些对有机体有毒有 害的物质进入生态系统，通过食物链富集或 被分解的过程。
❖ 有毒有害物质在生态系统中与其他物质的循 环不同：1它在食物链营养级上进行循环流动 并逐级浓缩富集；2在生物体代谢过程中不能 被排泄而被生物体同化，长期停留在生物体 内；3有些有毒有害物质不能分解，而相反经 生态系统循环后使毒性加强。
❖ 一：水循环 水循环过程图
水循环特点
1 受太阳能推动 2 降水和蒸发形式,总 量相等 3 营养物质的搬运作用
7
8
生态系统中的水循环
降雨 截留
地表蒸发
穿透雨
渗透
地下径流
蒸腾
地表 径流
9
二 碳循环
❖ 碳循环的途径
10
全球碳循环
11
碳循环示意图与特点
（1）碳循环的形式：CO2 （2）碳在自然界中的存在 形式：CO2和碳酸盐 （3）碳在生物体内的存在 形式：含碳有机物 （4）碳进入生物体的途径： 绿色植物的光合作用 （5）碳在生物体之间传递 途径：食物链 （6）碳进入大气的途径： ①生物的呼吸作用 ②分解者有分解作用③化石 燃料的燃烧
3. 围湖造田：地表水蓄水、调洪能 力降低，易造 成地区性干旱 （如湿地的减少 )
4. 过度开采地下水：造成水位下降、 河流干枯、 海水入侵等
25
农业生态系统的水分管理
❖ （一）植树造林，发挥“绿色水库”作用， 扩大土壤的水分库容。
❖ （二）加强农田水利基本建设，提高水分利 用率
4
三 物质循环的类型
❖ 主要蓄库与岩石、土壤和水相联系的是沉积型循环， 如磷、硫循环。沉积型循环速度比较慢 .这些沉积 型循环物质的主要储库在土壤、沉积物和岩石中， 而无气体状态，因此这类物质循环的全球性不如气 体型循环、循环性能也很不完善。属于沉积型循环 的物质有：磷、钙、钾、钠、镁、锰、铁、铜、硅 等，其中磷是较典型的沉积型循环物质，它从岩石 中释放出来，最终又沉积在海底，转化为新的岩石。
水鸟
农田风 化和淋ຫໍສະໝຸດ 径流 工厂 捕鱼 汞的废物
鱼
Hg2＋
溶作用
水生植物
(中性pH) (CH3)2Hg
由河水带走
(酸CH性3HpHg) 沉积物24
第四节 物质循环与环境问题
人类干预水循环引起环境问题
1. 植被破坏：水土流失、河流洪涝 或干枯
2. 兴建大型水利工程：改变流域的 水平衡，造成 流域不同部位盐碱 化、沼泽化和干旱化 .
❖ 物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼 此流通的。在单位时间或单位体积的转移量就称为 流通量。
❖ 影响物质循环速率最重要的因素有：①循环元素的 性质：即循环速率由循环元素的化学特性和被生物 有机体利用的方式不同所致；②生物的生长速率： 这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食 物链中的运动速度；③有机物分解的速率：适宜的 环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解， 迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。
5
四 物质循环的特点
❖ 物质不灭，循环往复 ❖ 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 ❖ 生态系统对物质循环有一定调节能力 ❖ 物质循环中生物的作用
生物不但是物质循环的动力，也调节着物质 在生态系统内的分配。 ❖ 各物质循环过程相互联系，不可分割
6
第二节 几种重要循环的概述
21
农药 DDT
有毒物质循环举例
两种途径通过 食物链进行富 集
富集或生物放大作用 是指有毒物质沿食物 链各营养级传递时， 在生物体内的残留浓 度不断升高，愈是上 面的营养级，生物体 内有毒物质的残留浓 度愈高的现象。
22
23
汞循环(mercury cycle)
火山活动
化石 燃烧
降水
挥发
挥发
农药喷洒
19
能量流动和物质循环关系
❖ 生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的。 生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物链和 食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅 相成，密不可分的统一整体。但是，能量流动和物 质循环又有本质上的区别：能量流经生态系统各个 营养级时是逐级递减，而且运动是单向的、不是循 环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性 的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现， 反复利用，循环运动，不会消失。
第七章 生态系统中的物质循环
第一节 物质循环的一般特点 第二节 几种重要循环的概述 第三节 有毒物质循环 第四节 物质循环与环境问题
1
第一节 物质循环的一般特点
❖ 一 物质循环的有关概念 ❖ （一）生态系统的生命与元素 ❖ 1. 基本元素： >1% ： C 、 O 、 H 、 N 、 K ❖ 2. 大量元素： 0.1-1%: Ca 、 Mg 、 P 、 S 、 Cl 、 Fe 、 Cu ❖ 3. 微量元素： <0.1% : Al 、 B 、 Br 、 F 、 I 、 Mn 、 Mo 、
3
三 物质循环的类型
❖ 生态系统的物质循环可分为三大类型，即水循环 (water cycle)，气体型循环(gaseous cycle)和沉 积型循环(sedimentary cycle)。
❖ 水循环是物质循环的推动力。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。
❖ 气体循环中物质的主要储存库是大气和海洋，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。属于这一类的物质有氧、二氧化碳、 氮、氯、溴、氟等。气体循环速度比较快，物质来 源充沛，不会枯竭。
12
生态系统中的碳循环
生态系统中的碳循环
13
❖ 过程图
三 氮循环
14
15
氮循环的四个重要过程
A
1
23
A:固氮作用:途径有三
B 氨化作用:有机氮转为 氨和氨化合物
C硝化作用:氨化合物氧化
成亚硝酸盐和硝酸盐
B
D D反硝化作用:亚硝酸盐转
变成大气氮
C
16
磷循环
17
全球硫循环
18
生态系 统的硫 循环
Si 、 Zn 等 ❖ （二）生物地球化学循环
生物地球化学循环（biogeochemical cycles）是指各种化学 元素和化合物，在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特 定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着 反复循环变化的过程。
2
二 物质循环的模式
❖ 生态系统中的物质循环可以用库(pool)和流通 (flow)两个概念来加以概括。
第三节 有毒物质循环
❖ 有毒有害物质循环是指那些对有机体有毒有 害的物质进入生态系统，通过食物链富集或 被分解的过程。
❖ 有毒有害物质在生态系统中与其他物质的循 环不同：1它在食物链营养级上进行循环流动 并逐级浓缩富集；2在生物体代谢过程中不能 被排泄而被生物体同化，长期停留在生物体 内；3有些有毒有害物质不能分解，而相反经 生态系统循环后使毒性加强。
❖ 一：水循环 水循环过程图
水循环特点
1 受太阳能推动 2 降水和蒸发形式,总 量相等 3 营养物质的搬运作用
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生态系统中的水循环
降雨 截留
地表蒸发
穿透雨
渗透
地下径流
蒸腾
地表 径流
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二 碳循环
❖ 碳循环的途径
10
全球碳循环
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碳循环示意图与特点
（1）碳循环的形式：CO2 （2）碳在自然界中的存在 形式：CO2和碳酸盐 （3）碳在生物体内的存在 形式：含碳有机物 （4）碳进入生物体的途径： 绿色植物的光合作用 （5）碳在生物体之间传递 途径：食物链 （6）碳进入大气的途径： ①生物的呼吸作用 ②分解者有分解作用③化石 燃料的燃烧
3. 围湖造田：地表水蓄水、调洪能 力降低，易造 成地区性干旱 （如湿地的减少 )
4. 过度开采地下水：造成水位下降、 河流干枯、 海水入侵等
25
农业生态系统的水分管理
❖ （一）植树造林，发挥“绿色水库”作用， 扩大土壤的水分库容。
❖ （二）加强农田水利基本建设，提高水分利 用率
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三 物质循环的类型
❖ 主要蓄库与岩石、土壤和水相联系的是沉积型循环， 如磷、硫循环。沉积型循环速度比较慢 .这些沉积 型循环物质的主要储库在土壤、沉积物和岩石中， 而无气体状态，因此这类物质循环的全球性不如气 体型循环、循环性能也很不完善。属于沉积型循环 的物质有：磷、钙、钾、钠、镁、锰、铁、铜、硅 等，其中磷是较典型的沉积型循环物质，它从岩石 中释放出来，最终又沉积在海底，转化为新的岩石。
水鸟
农田风 化和淋ຫໍສະໝຸດ 径流 工厂 捕鱼 汞的废物
鱼
Hg2＋
溶作用
水生植物
(中性pH) (CH3)2Hg
由河水带走
(酸CH性3HpHg) 沉积物24
第四节 物质循环与环境问题
人类干预水循环引起环境问题
1. 植被破坏：水土流失、河流洪涝 或干枯
2. 兴建大型水利工程：改变流域的 水平衡，造成 流域不同部位盐碱 化、沼泽化和干旱化 .
❖ 物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼 此流通的。在单位时间或单位体积的转移量就称为 流通量。
❖ 影响物质循环速率最重要的因素有：①循环元素的 性质：即循环速率由循环元素的化学特性和被生物 有机体利用的方式不同所致；②生物的生长速率： 这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食 物链中的运动速度；③有机物分解的速率：适宜的 环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解， 迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。
5
四 物质循环的特点
❖ 物质不灭，循环往复 ❖ 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 ❖ 生态系统对物质循环有一定调节能力 ❖ 物质循环中生物的作用
生物不但是物质循环的动力，也调节着物质 在生态系统内的分配。 ❖ 各物质循环过程相互联系，不可分割
6
第二节 几种重要循环的概述
21
农药 DDT
有毒物质循环举例
两种途径通过 食物链进行富 集
富集或生物放大作用 是指有毒物质沿食物 链各营养级传递时， 在生物体内的残留浓 度不断升高，愈是上 面的营养级，生物体 内有毒物质的残留浓 度愈高的现象。
22
23
汞循环(mercury cycle)
火山活动
化石 燃烧
降水
挥发
挥发
农药喷洒
19
能量流动和物质循环关系
❖ 生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持的。 生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物链和 食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅 相成，密不可分的统一整体。但是，能量流动和物 质循环又有本质上的区别：能量流经生态系统各个 营养级时是逐级递减，而且运动是单向的、不是循 环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性 的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现， 反复利用，循环运动，不会消失。
第七章 生态系统中的物质循环
第一节 物质循环的一般特点 第二节 几种重要循环的概述 第三节 有毒物质循环 第四节 物质循环与环境问题
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第一节 物质循环的一般特点
❖ 一 物质循环的有关概念 ❖ （一）生态系统的生命与元素 ❖ 1. 基本元素： >1% ： C 、 O 、 H 、 N 、 K ❖ 2. 大量元素： 0.1-1%: Ca 、 Mg 、 P 、 S 、 Cl 、 Fe 、 Cu ❖ 3. 微量元素： <0.1% : Al 、 B 、 Br 、 F 、 I 、 Mn 、 Mo 、
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三 物质循环的类型
❖ 生态系统的物质循环可分为三大类型，即水循环 (water cycle)，气体型循环(gaseous cycle)和沉 积型循环(sedimentary cycle)。
❖ 水循环是物质循环的推动力。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。
❖ 气体循环中物质的主要储存库是大气和海洋，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。属于这一类的物质有氧、二氧化碳、 氮、氯、溴、氟等。气体循环速度比较快，物质来 源充沛，不会枯竭。
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生态系统中的碳循环
生态系统中的碳循环
13
❖ 过程图
三 氮循环
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氮循环的四个重要过程
A
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A:固氮作用:途径有三
B 氨化作用:有机氮转为 氨和氨化合物
C硝化作用:氨化合物氧化
成亚硝酸盐和硝酸盐
B
D D反硝化作用:亚硝酸盐转
变成大气氮
C
16
磷循环
17
全球硫循环
18
生态系 统的硫 循环
Si 、 Zn 等 ❖ （二）生物地球化学循环
生物地球化学循环（biogeochemical cycles）是指各种化学 元素和化合物，在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特 定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着 反复循环变化的过程。
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二 物质循环的模式
❖ 生态系统中的物质循环可以用库(pool)和流通 (flow)两个概念来加以概括。