生态学-生态系统中的物质循环
生态系统中的物质循环与食物链
生态系统中的物质循环与食物链生态系统是一个由生物体和非生物体构成的复杂系统，这些生物体之间以及与非生物体之间存在着各种关系，形成了生态系统中的生态学物理化学过程。
而其中最重要的两个过程，无疑就是物质循环和食物链了。
1. 物质循环物质循环指的是，生态系统中各物质要素之间的相互转化和流动。
主要包括碳、氮、磷等元素的循环。
这些元素在一个生态系统中相互输入、转化、输出，形成一个闭合的循环生态系统，维持着生物多样性和生态平衡。
（1）碳循环碳是构成生物体的重要元素之一，在生态系统中也扮演着重要角色。
碳循环的过程主要有两个方面：一是对外界的吸收和释放，例如植物通过光合作用将二氧化碳吸收，释放出氧气；而动物则是吸氧和呼氧的过程。
二是生态系统内部的碳流动，植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，而动物则通过食物链将植物摄入体内，将植物的碳吸收到自己的体内。
（2）氮循环氮是构成蛋白质和核酸的重要元素，同时也是构成生物体的重要元素之一。
氮循环的过程涉及到了几个关键步骤，包括氮固定、氨化、硝化和脱氮等。
前两步主要是人工处理的过程，后两步则是生态系统内部的转化过程。
氮的循环主要是通过生物体的吸收、代谢、排泄和分解等过程。
（3）磷循环磷是构成生物体的重要元素之一，同时也是植物生长和发育所必需的营养元素。
磷循环的过程涉及到了几个关键步骤，包括矿物质磷的溶解、有机磷的水解、磷酸盐的吸收和反应等。
磷的循环主要是通过矿物质的吸收和有机质的分解等过程。
2. 食物链食物链是指生物体之间以食物关系为纽带形成的链式组合。
它反映了生物们之间的相互依存、相互制约的关系。
在食物链中，每一个物种都处于一种特定的地位，它的饮食习惯和生态习惯决定了它的位置。
下面以一个例子对食物链的组成和演变进行简单介绍。
简单食物链模型：草-羊-狼草是植物界的代表，羊是食草动物，狼是食肉动物。
这条食物链就是一个生态系统中的最简单的组成，环环相扣。
草的光合作用可以为羊提供能量来源，而羊的肉则是狼的食物。
生态系统的物质循环教案设计
生态系统的物质循环教案设计一、教学目标1. 让学生理解生态系统物质循环的概念和意义。
2. 让学生掌握生态系统物质循环的基本过程和途径。
3. 培养学生对生态环境的保护意识和行动。
二、教学内容1. 生态系统物质循环的定义和特点。
2. 生态系统物质循环的基本过程：光合作用、呼吸作用、分解作用。
3. 生态系统物质循环的重要途径：食物链和食物网。
4. 人类活动对生态系统物质循环的影响。
三、教学方法1. 讲授法：讲解生态系统物质循环的基本概念、过程和途径。
2. 案例分析法：分析人类活动对生态系统物质循环的影响。
3. 小组讨论法：探讨如何保护生态环境，实现物质循环的可持续发展。
四、教学准备1. 课件：生态系统物质循环的相关图片和动画。
2. 案例资料：人类活动对生态系统物质循环的影响实例。
3. 讨论话题：如何保护生态环境，实现物质循环的可持续发展。
五、教学过程1. 导入：通过展示课件，让学生了解生态系统物质循环的概念和意义。
2. 讲解：详细讲解生态系统物质循环的基本过程、途径和人类活动的影响。
3. 案例分析：分析案例资料，让学生了解人类活动对生态系统物质循环的负面影响。
4. 小组讨论：让学生分成小组，讨论如何保护生态环境，实现物质循环的可持续发展。
5. 总结：对本次课程进行总结，强调生态环境保护的重要性。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对生态系统物质循环基本概念的理解。
2. 小组讨论报告：评估学生在小组讨论中的参与程度和提出的建议。
3. 课后作业：布置相关题目，要求学生绘制生态系统物质循环的示意图，并简述其过程。
七、拓展与延伸1. 邀请生态学专家进行讲座，让学生深入了解生态系统物质循环的科研前沿。
2. 组织学生参观自然保护区或生态环境教育基地，增强学生对生态环境保护的感性认识。
3. 开展校园环保实践活动，如垃圾分类、绿色出行等，引导学生将理论知识应用于实际生活。
八、教学反思1. 教师应反思教学过程中的有效性和学生的参与程度，及时调整教学方法。
生态系统四个原理
生态系统四个原理以下是生态学的五个原理。
1、物质循环再生原理。
例如：无废弃农业，沼气利用。
2、物种多样性原理。
例如:森林生态系统，草原生态系统。
3、协调与平衡原理。
例如:三北防护林，沙漠防护林，需适应当地地区情况。
4、整体性原理。
例如：人类与自然整体性，动物与自然整体性。
5、系统学和工程学原理。
例如：稻田养鱼养鸭，草原放牧。
以下是生态学的概念。
一、生态学（Ecology）是研究生物与环境之间相互关系及其作用机理的科学。
1、生物的生存、活动、繁殖需要一定的空间、物质与能量。
生物在长期进化过程中，逐渐形成对周围环境某些物理条件和化学成分，如空气、光照、水分、热量和无机盐类等的特殊需要。
2、各种生物所需要的物质、能量以及它们所适应的理化条件是不同的，这种特性称为物种的生态特性。
二、由于人口的快速增长和人类活动干扰对环境与资源造成的极大压力。
1、人类迫切需要掌握生态学理论来调整人与自然、资源以及环境的关系，协调社会经济发展和生态环境的关系，促进可持续发展任何生物的生存都不是孤立的。
2、同种个体之间有互助有竞争；植物、动物、微生态学。
三、生物之间也存在复杂的相生相克关系。
1、人类为满足自身的需要，不断改造环境，环境反过来又影响人类。
随着人类活动范围的扩大与多样化。
人类与环境的关系问题越来越突出。
2、近代生态学研究的范围，除生物个体、种群和生物群落外，已扩大到包括人类社会在内的多种类型生态系统的复合系统。
人类面临的人口、资源、环境等几大问题都是生态学的研究内容。
论述生态系统的物质循环及其类型
每一种矿质元素都具有独特的性质，其生物地球化学循环的特点也不完全一致。
但是它们在地球上进行循环的过程中，都有一个或几个主要的环境‘蓄库”——一般就是大气圈、水圈和岩石圈，在这种蓄库里，（1）该元素储存的数量大大超过正常结合在生命系统中的数量；（2）元素从蓄库里通常以缓慢的速度释放出来。
与此相对的是元素储量少、移动较快的交换库或循环库，生物被看作是交换库。
根据主要蓄库不同，物质循环可分为三大类型：1.水循环：主要蓄库在水圈。
水循环是水分子从水体和陆地表面通过蒸发进入到大气，然后遇冷凝结，以雨、雪等形式又回到地球表面的运动。
水循环的生态学意义在于通过它的循环为陆地生物、淡水生物和人类提供淡水来源。
水还是很好的溶剂，绝大多数物质都是先溶于水，才能迁移并被生物利用。
因此其他物质的循环都是与水循环结合在一起进行的。
可以说，水循环是地球上太阳能所推动的各种循环中的一个中心循环。
没有水循环，生命就不能维持，生态系统也无法开动起来。
2．气体循环：气体循环的主要蓄库是大气圈，其次是水圈。
参加这类循环的元素相对地具有扩散性强、流动性大和容易混合的特点。
所以循环的周期相对较短，很少出现元素的过分聚集或短缺现象，具有明显的全球循环性质和比较完善的循环系统。
属于气体循环的物质主要有C、H、O、N等。
下面以氮为例作一简介：氮是构成生物有机体最基本的元素之一，是蛋白质的主要组成成分。
大气中的氮含量约占79％，但游离的分子氮不能被第一性生产者直接利用。
（1）固氮细菌和某些蓝藻，以及闪电和工业生产都可把分子氮转化为氨或硝酸盐被植物吸收，用于合成蛋白质等有机物质，进入食物链。
（2）动植物的排泄物和尸体经氨化细菌等微生物分解产生氨，或氨再经过亚硝酸盐而形成硝酸盐被植物所利用。
另一部分硝酸盐被反硝化细菌转变为分子氮返回大气中。
（3）还有一部分硝酸盐随水流进入海洋或以生物遗体形式保存在沉积岩中。
3．沉积物循环：属于沉积型循环的营养元素主要有P、S、I、K、Na、Ca等。
《农业生态学》第五章物质循环
物质循环的库可分为两大类：
3．流(flow)
• 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。
19世纪争土地,20世纪争石油,21世纪争水 以色列和叙利亚
严重干旱小船无法下水 美国干旱西部土壤龟裂
（二）中国水资源状况
• 中国水资源总量居世界第6位。 • 人均2600m3，相当于世界人均的1/4，列世
界第88位，已被列为世界贫水国之一。
人均水资源量 m3 大于10000 5000~10000 1000~5000
球性质，是闭合性循环。 •①大气中的CO2通过生物圈的光合和呼吸作
用约400年循环一次。 •②O2通过生物代谢，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 一次则需要更长时间，甚至要经过几亿年。
径流37 ×103
海
降水 324 ×103
洋
1350×106
单位:km3
（二）水循环特点
三、水资源现状
• （一）世界的水资源危机
• 1.全球水资源分布不均；
1/3人口缺水, 发展中国家居多,例如非洲中东 和中亚大部分地区
• 2.随着人口增长,缺水趋势更为明显； • 3.国家之间因为争夺水资源而发生纠纷.
土壤水
50 ×103
800米地下水 3000 ×103
更深地下水
3000 ×103
生态学中的能量流动与物质循环
生态学中的能量流动与物质循环生态学是一门研究生物和它们与环境相互作用的科学，它是现代环保和生态建设的基础。
生态系统是生物、非生物物质和能量在一定空间和时间范围内构成的复杂组合体，其中能量流动与物质循环是生态系统的两个重要基础部分。
一、能量流动能量在生物圈中的流动是一种级联式的传递过程，从太阳光到植物，再到草食动物和食肉动物。
生态系统中的生物利用太阳光，将它们转化为可用的化学能，并在食物链中传递能量。
能量流动的过程中，会发生一定的损失，这种损失被称为热损失。
在生态系统中，能量流动存在一个层级结构，即食物链。
食物链是由生产者、消费者、食肉者和分解腐生物组成的。
以一个典型的食物链为例，太阳能-植物-草食动物-食肉动物-分解腐生物，能量从最基层的生产者，即植物，通过草食动物和食肉动物，最终被转化为分解生物的有机肥料。
由于能量在生态系统中不断流动，因此能量流动具有稳定性和持续性的特点。
只要太阳光不停止，生物系统就将没有能量消失的问题。
二、物质循环生态系统中的物质循环指不同有机物和无机物之间的转化和交换。
物质循环是一个完整的循环系统，其中包含了氮、碳、水、氧和矿物质等元素的循环过程。
氮循环是典型的物质循环模式之一。
氮是构成生物体的重要成分之一，同时也是大气中的重要成分。
氮元素通过固氮作用由大气中的氮气转化为通过植物吸收的氨或硝酸盐，然后通过食物链的传递，将氮循环到其他生物中。
随着物质循环的推进，氮又会被释放回土壤，进入生物体或重新被氧化成氮气。
另一个重要的物质循环是碳循环。
碳循环是生态系统中的最大循环系统之一，包括光合作用、呼吸、分解和燃烧等过程。
在光合作用中，植物将二氧化碳转化为有机碳，这是生物体生长和生存所必需的有机物。
有机物通过消费者食用，被氧化成二氧化碳，或通过分解和燃烧被释放成二氧化碳。
碳循环是生态系统中维持生命重要的过程之一，也是全球气候变化的重要因素。
总结生态学中的能量流动和物质循环是生态系统中的两个重要分支。
核心素养之《生态系统的物质循环》教案
师：好，时间到。我发现同学们很有创造性和逻辑性，都完成的不错。我们请同学上来展示你们小组的成果。
师：很好。刚才这位同学构建的循环是否合理完善呢？我们再请一组同学来点评一下。
学生思考回答问题
生：碳元素
生：生物群落和无机环境
生：二氧化碳
生：有机物
学生上台展示并讲解循环图
学生互评，补充循环图
生：食物链
生：呼吸作用生：分解作用
练题应用，回答，分析解题思路
学生对知识理解后的应用以及归纳总结学习成果和解题方法
物质循环
成果延伸
师：通过碳循环的学习，推而广之，延伸到所有物质的循环上，都有循环利用的特点.
师：那么还有其他特点吗？有这样一句话“日日思君不见君，共饮长江水”。物质的循环将遥远的你我联系在一起。就像我们呼吸产生的CO2也许正漂洋过海，随大气环流流向异国他乡，让我们和各国人民，上到总统将军，下到黎明百姓，真正做到了同呼吸共命运。这都说明物质的循环是否在某一区域循环呢？
师：接下来，我想请一位同学配合老师一起来确定这四者间进出的途径。
师：大气中的CO2和生产者之间分别通过什么途径进出？
师：生产者的含碳物质通过什么途径进入消费者？
师：消费者与大气中的CO2呢？
师：无论生产者还是消费者，他们的尸体粪便等都会被分解者分解，因此，分解者通过什么途径进入大气中的CO2？
师：在该图中，外面生产者消费者分解者共同构成了生物群落，中间大气中CO2代表着无机环境。因此碳循环的过程是CO2从无机环境到生物群落之间通过光合作用、呼吸作用、分解作用等途径进行循环往复的。
第五章第三节：生态系统的物质循环
一、教学任务分析：
教学目标
1.生命观念
（1）以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环；
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环一、物质循环的概念及特征（一）物质循环的概念：生物地球化学循环，是指各种化学元素和营养物质在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境，不断进行流动和循环的过程。
几乎所有的化学元素都能在生物体中发现，但在生命活动过程中，大约只需要30～40种化学元素。
这些元素根据生物的需要程度可分为两类：一是大量营养元素，这类元素是生物生命活动所必需的，同时在生物体内含量较多，包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、硫（S）、钙（Ca）、镁（Mg）、钠（Na）。
其中碳、氢、氧、氮、磷五种元素既是生物体的基本组成成分，同时又是构成三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）的主要元素，是食物链中各种营养级之间能量传递的最主要物质形式。
二是微量营养元素，这类元素在生物体内含量较少，如果数量太大可能会造成毒害，但它们又是生物生命活动所必需的，无论缺少哪一种，生命都可能停止发育或发育异常。
这类元素主要有铁、铜、锌、硼、锰、氯、钼、钴、铬、氟、硒、碘、硅、锶、钛、钒、锡、镓等。
（二）物质循环的特性指标：1.库与流的概念：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所称为库。
库有大小层次之分，从整个地球生态系统看，地球的五大圈层（大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈）均可称为物质循环过程中的库。
而在组成全球生态系统的亚系统中，系统的各个组分也称为物质循环的库，一般包括植物库、动物库、大气库、土壤库和水体库。
每个库又可继续划分为亚库，如植物库可分为作物、林木、牧草等亚库。
根据物质的输入和输出率，物质循环的库可归为两大类：一为贮存库，其容量相对较大，物质交换活动缓慢，一般为非生物组分的环境库，如岩石库；二为交换库，其容量相对较小，与外界物质交换活跃。
例如，在海洋生态系统中，水体中含有大量的磷，但与外界交换的磷量仅占总库存的很小部分，这时海洋水体库是磷的贮存库；浮游生物与动植物体内含有磷量相对少得多，与水体库交换的磷量占生物库存量比例高，则称生物库是磷的交换库。
环境生态学 Chapter9_生态系统的物质循环
蓝色：自然过程 红色：人为过程
N循环
蓝色：自然过程 红色：人为过程
硝化作用Nitrificaiton： 氨的氧化过程 NH4+ →NO2-→NO3-
N循环
蓝色：自然过程 红色：人为过程
N摄入Nitrogen uptake： NH4+ 、NO2-或NO3被生物吸收
N循环
蓝色：自然过程 红色：人为过程
2009, 21(2/3):436-457.
– 流动库或循环库（labile or cycling pool），在生物体和环 境之间进行快速循环，是容积较小但更活跃的部分。
• 生物地球化学循环可以分成两种类型：
– 气体型，它的贮存库在大气或水圈（海洋），其分子或化 合物以气体的形式参与循环。例如，H2O、C、N等；
– 沉积型，它的贮存库在岩石圈，其分子或化合物主要通过 岩石的风化作用和沉积物的溶解转变为可被生物利用的物 质。例如，P。
NH4+ 、NO2-或 NO3-通过淋溶 作用进入水体
化石燃料燃烧产生NOX(eg. NO, NO2, N2O) 形成酸雨
2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 形成光化学烟雾
蓝色：自然过程 红色：人为过程
N循环
6 有毒有害物质循环
复习几个基本概念
• 生物浓缩(Bioconcentration)又称生物富集(Bioenrichment)： 指生物个体或处于同一营养级的生物种群从周围环境中吸 收并累积某种元素或难分解的化合物，导致生物体内有毒 物质的浓度超过环境浓度的现象。生物富集常用富集（浓 缩）系数来表示。
地球系统碳循环
陆地生物圈中的 碳赋存：生物有 机碳
「生态学」生态系统的物质循环
沉积型循环 – 磷循环图解
磷循环
在自然界中，磷由岩石圈移到水圈，它不是以可溶物移动，磷不存在任何气体 形式的化合物。受物理，化学，生物因素影响。 植物利用磷的方式：磷酸根。
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。
气体型循环 – 碳循环图解
碳与碳循环
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%，2.7×10^16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。 海洋中含有0.1%的CO2，空气中含有0.0126%的CO2 。
→碳循环 →氮循环 3、沉积型循环（sedimentary cy水循环的生态学意义
1、没有水循环就没有生物地球化学循环。水是所有营养物质的介质，这使营 养物质的循环和水循环不可分割的联系在一起。地球上的水循环又把陆地和水 域联系在一起使局部生态系统和整个生物圈联系在一起；大量的水防止地球上 温度剧变。 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。
沉积型循环 – 硫循环图解
硫循环
硫是原生质的重要组分，它的主要蓄库是岩石圈，但它在大气圈中能自由移动， 因此，硫循环有一个长期的沉积阶段和一个较短的气体阶段。在沉积相，硫被 束缚在有机或无机沉积物中。 岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自然风化作用进入生态系统。
生态系统的物质循环生物教案(精选10篇)
生态系统的物质循环生物教案（精选10篇）生态系统的物质循环生物教案（精选10篇）作为一名人民教师，就不得不需要编写教案，借助教案可以有效提升自己的教学能力。
那么什么样的教案才是好的呢？下面是小编收集整理的生态系统的物质循环生物教案，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
生态系统的物质循环生物教案1一、碳循环1、物质循环的概念2、碳循环⑴碳在无机环境与生物群落之间的物质循环主要是以co2的形式进行的。
⑴⑴循环过程3、物质循环的特点：具有全球性、反复出现、循环流动4、温室效应⑴形成原因⑴影响⑴措施二、能量流动和物质循环的关系1、区别能量流动物质循环形式主要以有机物形式流动在生物群落和无机环境之间以无机物形式循环，在群落内部主要以有机物形式传递特点单向流动、逐级递减往复循环、反复利用范围各种生态系统都可进行生物圈（全球性）2、联系：两者同时进行，相互依存，不可分割。
第2课时复习提问：1、生态系统中碳循环的过程如何？2、物质循环与能量流动的关系是什么？今天我们来探究一下土壤微生物的分解作用。
1、引入探究内容“土壤微生物的分解作用”由于学生缺乏微生物方面的知识，在指导学生进行该课题的探究时，教师可以先介绍有关知识背景，比如可以用卡逊《寂静的'春天》中如下一段话：土壤中最小的有机体可能也是最重要的有机体，是那些肉眼看不见的细菌和丝状真菌。
它们有着庞大的天文学似的统计数学，一茶匙的表层土可以含有亿万个细菌。
纵然这些细菌形体细微，但在一英亩肥沃土壤的一英尺厚的表土中，其细菌总重量可以达到一千磅之多。
长得像长线似的放线菌数目比细菌稍微少一些，然而因为它们形体较大，所以它们在一定数量土壤中的总质量仍和细菌差不多。
被称之为藻类的微小绿色细胞体组成了土壤内极微小的植物生命。
细菌、真菌和藻类是使动、植物腐烂的主要原因，它们将动植物的残体还原为组成它们的无机物。
假若没有这些微小的生物，像碳、氮这些化学元素通过土壤、空气以及生物组织的循环运动是无法进行的。
生态系统的物质循环和能量流动教案
生态系统的物质循环和能量流动教案第一章：引言教学目标：1. 理解生态系统的概念。
2. 掌握生态系统中物质循环和能量流动的关系。
教学内容：1. 生态系统的定义和组成。
2. 物质循环和能量流动的概念。
3. 物质循环和能量流动在生态系统中的重要性。
教学活动：1. 引入生态系统的概念，引导学生思考生态系统的组成和作用。
2. 讲解物质循环和能量流动的定义，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论物质循环和能量流动在生态系统中的重要性，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习生态系统的定义和组成。
2. 思考物质循环和能量流动在生态系统中的作用。
第二章：物质循环教学目标：1. 理解物质循环的概念和过程。
2. 掌握物质循环在生态系统中的作用。
教学内容：1. 物质循环的定义和过程。
2. 物质循环的主要途径。
3. 物质循环在生态系统中的作用。
教学活动：1. 复习物质循环的定义，引导学生思考物质循环的过程。
2. 讲解物质循环的主要途径，如水循环、碳循环等，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论物质循环在生态系统中的作用，如养分循环、生物地球化学循环等，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习物质循环的定义和过程。
2. 思考物质循环在生态系统中的作用。
第三章：能量流动教学目标：1. 理解能量流动的概念和过程。
2. 掌握能量流动在生态系统中的作用。
教学内容：1. 能量流动的定义和过程。
2. 能量流动的途径和形式。
3. 能量流动在生态系统中的作用。
教学活动：1. 复习能量流动的定义，引导学生思考能量流动的过程。
2. 讲解能量流动的途径和形式，如食物链、食物网等，并通过实例解释其在生态系统中的运作。
3. 讨论能量流动在生态系统中的作用，如能量转换、能量传递等，引导学生思考其对生物圈的影响。
作业：1. 复习能量流动的定义和过程。
2. 思考能量流动在生态系统中的作用。
第四章：物质循环和能量流动的关系教学目标：1. 理解物质循环和能量流动之间的关系。
生态学中的生态系统动态
生态学中的生态系统动态生态学是研究生物与环境之间相互作用的科学领域。
而生态系统动态则是生态学中的一个重要概念，指的是生态系统内各种组成部分之间的相互作用和变化。
生态系统动态的研究对于理解生物多样性、生态平衡以及环境变化等方面具有重要意义。
一、生态系统的组成生态系统是由生物群落和非生物环境组成的一个相互作用的整体。
生物群落包括各种生物个体和它们之间的相互关系，非生物环境则包括土壤、水域、气候等因素。
生态系统中的各个组成部分相互依赖、相互作用，共同维持着一个相对稳定的平衡状态。
二、生态系统的物质循环生态系统中的物质循环是生态系统动态的重要组成部分。
物质循环包括能量流和物质流两个方面。
能量流指的是能量在生态系统中的传递和转化过程，而物质流则指的是生物和非生物之间的物质交换。
能量流和物质流的循环过程相互作用，共同维持着生态系统的稳定性。
三、生态系统的能量流生态系统中的能量流是生态系统动态的重要驱动力。
能量从太阳辐射到地球上，通过光合作用被植物吸收，再通过食物链传递给其他生物。
能量的流动使得生物之间形成食物链和食物网，维持着生态系统中各个生物群落之间的相互关系。
同时，能量的流动也会影响到生物个体的生长、繁殖和迁移等行为。
四、生态系统的物质流生态系统中的物质流是生态系统动态的重要组成部分。
物质流包括水循环、碳循环、氮循环等。
水循环是指水分在大气、地表和地下之间的循环过程，它不仅影响着生物的生存和繁衍，也影响着土壤的形成和水资源的分配。
碳循环是指碳在大气、植物和土壤之间的循环过程，它对于控制大气中的二氧化碳浓度和地球的气候变化具有重要作用。
氮循环是指氮在大气、土壤和植物之间的循环过程，它不仅影响着植物的生长和养分吸收，也影响着土壤的肥力和水质的污染。
五、生态系统的稳定性生态系统的稳定性是生态系统动态的重要特征。
稳定性指的是生态系统在面临外界干扰时能够保持相对稳定的状态。
稳定性的维持依赖于生态系统内部各个组成部分之间的相互关系和相互作用。
生态学课件第十一章 生态系统中的物质循环(1)
第一节 物质循环的一般特征
一、物质循环的概念
1.对物质的理解 物质存在的形式：分子、原子、带电的离子或化合物 哲学范畴中的物质概念：…… 自然科学中的物质概念：…… 物质的共性： 受地心引力所吸引 转移：从一地转移到另一地 物质的三种形态：固态 - 岩石圈 - 土壤圈 物质环境：液态 - 水圈 气态 - 大气圈
能量与物质是密不可分的， 但在性质上又有存在着差异： 能量：流经生态系统中的能量，沿食物链个营养 级向顶级单向流动，最终以热的形式而耗损，并且 能量在生态系统中只能被一定的生物体使用一次。 能量的供给者：太阳 物质：流经生态系统中的物质总是处于周而复始 的循环中，各种物质最终经过还原者分解成可被植 物吸收的形式重返环境中进行再循环，构成“物质 流”。供给者：地球
指植物蒸腾作用和土壤蒸发的物理过程蒸发水量， 这两部分之和又叫做蒸散量。
蒸腾系数：一个生长季所吸收水分总量/形成干
物质的总量
五.人类活动与水循环 1.人类的生活和经济活动所需水的类型 饮用水，生活用水，农业用水，工业用水，内河航行。 请关注三峡工程！ 我们未来的生态学和环境科学工作者应该关注些什么？ 2.人类活动的影响 大气污染和降水：空气中细粒的增加，刺激水汽的凝 结过程，影响不同地区的降水量和降水质量。会污染 许多淡水水域。 城市化：地表硬化，渗透消失，地表径流增加。 过度利用地下水：若抽出的>注入的，引起地下水位下 降，导致城市地面沉降。 水的再分布：修筑水库、建坝修渠，把水引到缺水区。
在物质循环中，周转率越大，周转时间就越短。 如大气圈中二氧化碳的周转时间大约是一年左 右(光合作用从大气圈中移走二氧化碳)； 大气圈中分子氮的周转时间则需100万年(主要 是生物的固氮作用将氮分子转化为氨态氮为生 物所利用)； 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。
生态系统物质循环的特点
生态系统物质循环的特点
生态系统物质循环的特点包括：
1. 循环是无偿的：生态系统中的物质循环是免费的，也就是不依赖于货币交换。
2. 具有全球性：整个地球都是生态系统的组成部分，因此生物圈中物质的迁移转化具有明显的全球性特点。
3. 是反复进行的过程：在物质循环过程中会发生物理变化和化学变化，并且这个过程可能会反复发生。
4. 与能量流紧密相连：生态系统中的物质循环通常与能量流相联系，因为能量的转换和传递需要借助各种形式的物质来完成。
5. 需要生物与非生物的交互作用：物质循环不仅受到生物因素的影响，还受到非生物因素的影响，如气候、土壤等条件的变化都会影响物质的循环过程。
6. 有机物质的分解和归还：有机物质经过一系列的物理、化学和生物学过程会被分解成无机物并归还到环境中去，为新的生命活动提供能量和原料。
总之，生态系统中的物质循环是一个复杂而广泛的过程，它涉及到整个生态系统的各个层面，包括生物体和非生物体的相互作用和相互依赖关系。
生态学第11章 生态系统的物质循环
（4）人类活动的影响
三、生物地球化学循环的类型
1. 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。
2. 气体型循环（gaseous type)
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。其贮存库是大气和 海洋。
温室效应
Incoming sunlight warms the surface of the Earth and is radiated back to atmosphere. Greenhouse gases absorb some of this heat, trapping it in the atmosphere.
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食 物网中运动的速度。
（3）有机物质腐烂的速率
2.流通量：在单位时间或单位体积的转移量。
3.周转率：=流通率/ 库中营养物质总量
4.周转时间：=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。
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： 100/16=6.25 天。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
,
●贮存库(storage pool)：生态系统中通常存在的一到 多个营养物质贮存量大大超过结合在生命系统中 的数量,并以缓慢速度释放出来的蓄库。一般是大 气圈、水圈和岩石圈。 ●交换库(循环库)(exchange pool)：生态系统中相对 元素储量少、移动快的蓄库。 ●流通率(flux rate)：物质在生态系统单位面积(或单 位体积)和单位时间的移动量。 ●周转率(turnover rate)：指某物质出入一个库的流 通率与库量之比。 ●周转时间(turnover time)：指移动库中全部营养物 质所需要的时间。为周转率的倒数。 生态系统的物质循环实际上就是物质在库与库之间 的转移。
3.2 物质循环的类型-续
3)属于沉积型循环的物质,其分子或化合物绝无气 体形态,这些物质主要是通过岩石的风化和沉积物 的分解转变为可利用的营养物质,而海底沉积物转 化为岩石圈成分则是一个极其缓慢的、单向的物 质转移过程,时间要以数千年计。沉积型循环物质 的主要储存库是土壤、沉积物和岩石。因此这类 物质循环的全球性不如气体循环表现的那么明显, 其循环性能也很不完善。
3.1 物质循环的概念及特点
大量元素：包括含量超过生物体干重1%以上的C、 O、H、N和P等,也包括含量占生物体干重 0.2%~1%的S、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe和Cu 等。 微量元素：在生物体内的含量一般不超过生物体干 重的0.2%,而且并不是所有生物体内都有。属于 微量元素的有Al、B、Br、Cr、Co、F、Ca、I、 Mn、Mo、Se、Si、Sr、Sn、 Sb、V和Zn等。 生物所需要的各种物质和元素是靠生态系统的物质 循环功能而获得的。
物质循环中库与流通率的关系
物质循环中库与流通率的关系
3.1 物质循环的概念及特点
①物质循环不同于能量流动,前者在生态系统中的 流动是循环式的,而后者是单方向的; ②生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描 述。库是由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学物质所构成的,可分 为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大,元 素在库中滞留的时间长,流动速率小,多属于非 生物成分;交换库则容量较小,元素滞留的时间 短,流速较大。 ③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一 种稳定的平衡状态。 ④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物 浓缩和生物放大现象。
• 氨化作用：氮的有机化合物——代谢物(尿素和
尿酸),通过微生物的代谢作用,转化成无机化合物 氨气,并释放出来。
• 硝化作用：有机化能自养细菌将氨或铵盐转化成
硝酸盐,从而获得能量,并利用这些能量获得碳。
• 反硝化作用(脱氮作用)：硝酸盐等复杂的含氮
化合物转为N2 、 NO、NO2
3.4.2 氮的全球循环-续 氮循环的调节：全球陆地固氮和反硝化作用之间
3.3 全球水循环
• 水的主要循环路线：从地球表面(陆地和 海洋)通过蒸发进入大气圈,同时又不断从 大气圈通过降水而回到地球表面。 • 蒸发和降水的动力都来自太阳,太阳是推 动水在全球循环的主要动力。
大陆上空水蒸气 海洋上空水蒸气
地表及地下径流
3.3 全球水循环-续
水循环的收支平衡：每年地球表面的蒸发量和 降水量是相等的,但陆地的降水量大于蒸发量, 而海洋的蒸发量大于降水量,因此陆地每年都 把多余的水通过河流源源不断输送给大海,以 弥补海洋大量的损失。 生物在全球水循环中起的作用很小,虽然植物在 光合作用中要吸收大量的水,但通过呼吸和蒸 腾作用又把大量的送回大气圈。
性单独算是一种类型。
3.2 物质循环的类型-续
在全球水平上研究物质循环主要是研究H2O、C、 O、N、P等物质或元素的全球循环过程。由于 这些物质或元素对生物的极端重要性和已观察 到人类对其循环的影响,是这些研究变得更为紧 迫和必要。人类在生物圈水平上对物质循环过 程的干扰在规模上与自然发生的过程相比是有 过之而无不及,而且人类的影响已扩展到作为生 物主要构成成分的C、O、N、P和H2O的生物 地化循环,这些物质或元素的自然循环过程只要 稍受干扰就会对人类本身产生深远的影响。
在淡水和海洋生态系统中,磷酸盐能迅速的被浮游 植物吸收,而后又转移到浮游动物和其他动物体内。浮 游动物每天排出的磷量约与其生物量中所储存的磷量 相等,从而使循环持续进行。浮游动物排出的磷有一半 以上是可以被浮游植物重新吸收的无机磷酸盐。水体 中的其他的有机磷可被细菌利用,然后又被一些小动物 取食,而这些小动物可以排出磷酸盐。磷有一部分沉积 在浅海,一部分沉积在深海。沉积在深海的磷有些又可 以随着海水的上涌被带到光合作用海区并被浮游植物 利用。由于动植物残体的下沉,常使表层海水的磷被耗 尽而深水中的磷过多。
3.3 全球水循环-续
地球上水资源：
结合在岩石圈和沉积岩里的水占95%(不参与 全球水循环),可循环水(存在于地球表面及其 大气圈)仅5%(99%是海水);地球上的淡水只 占地球总水量的(不包括岩石圈和沉积岩里 的结合水)的3%,其中的3/4又都被冻结在两 极的冰盖和冰川中。
3.3 全球水循环-续
由于人类每年约向大气中释放2×1010t 的CO2,从而严重干扰 了陆地、海洋和大气之间CO2交换的平衡,致使大气中CO2的含量 每年增加7.5×109t,这仅是人类释放到大气中CO2的三分之一,其余 则被海洋和增加了的陆地植物所吸收。大气中CO2含量的持续增 加会给地球上的生态环境带来什么后果,是当前科学家最关心的问 题之一,也是全球环境问题的热点之一。
3.2 物质循环的类型-续
属于沉积型循环的物质主要有P、S、Ca、K、Na、 Mg、Fe、Mn、I、Cu和Si等。 其中P是较典型的沉积型循环物质,它从岩石中释放出 来,最终又沉积在海底并转化为新的岩石。 气体型循环和沉积型循环虽然各有特点,但都受能流 的驱动并依赖于水循环。 水循环在很多方面与气体循环相似,但因其特殊重要
存在着差额,多余的氮主要由地表径流带入海洋中。 目前,海洋氮循环基本平衡。
石油等化学燃料燃烧释放的含氮废气是空 气污染的主要原因之一。
3.5 沉积型循环—磷的全球循环
特点：磷是没有任何气态或蒸汽态化合物的元素,因
此是最典型的沉积型循环物质。沉积型循环物质都 有两种存在相,即岩石相和溶盐相。这类物质的循环 都是起自岩石的风化,终于水中的沉积。岩石风化后, 溶解在水中的盐便随着水流经土壤进入溪、河、湖、 海并沉积在海底,其中一些长期滞留在海底,另一些 可形成新的地壳,风化后又再次进入循环圈。植物和 动物从溶解盐中或其他生物中获得这些物质,死后又 通过分解和腐败过程而使这些物质重新回到水中和 土壤中。
3.4 气体型循环
3.4.1 碳的全球循环 碳元素的贮存库： 岩石、化石燃料(煤和石油)、水圈和大气圈 (主要以CO2的形式)、生物圈。 大气中CO2是含碳的主要气体,也是碳参与循 环的主要形式。
3.4.1 碳的全球循环
碳循环的基本路线：从大气贮存库到植物和动物,再从 动植物通向分解者,最后又回到大气中去。在这个循 环路线中,大气圈是碳(以CO2)的储存库。 CO2在大气中的平均浓度是0.032%,但由于很多地理因 素和和其他因素影响植物的光合作用和呼吸作用,所 以大气中CO2的含量有着明显的日变化和季节变化。 除了大气以外,碳的另一个储存库是海洋。海洋是一个 重要的储存库,它的含碳量是大气含碳量的50倍。
3.4.2 氮的全球循环
氮循环的特点：循环过程非常复杂(有许多微生物
参加);循环性能极为完善;与碳的循环大体相似,但 有区别:大气的含量高达79%,但氮的气体形式N2 一般生物不能直接利用,必须通过固氮作用将氮与 氧结合成为硝酸盐河亚硝酸盐,或者与氢结合形成 氨以后,植物才能利用。
氮循环的基本路线：固氮、氨化、硝化、反消化
碳 循 O2 在大气圈和水圈之间的界面上通过扩散作 用而互相交换着,如果大气中的CO2发生局部短缺,就 会引起一系列的补偿反应 ,水圈里溶解态的 CO2就会 更多地进入大气圈。同样,如果水圈里的碳酸氢根离 子 (HCO2-) 在光合作用中被植物耗尽 , 也可及时从大 气中得到补充 ;在陆地和大气之间 ,碳的交换 (光合和 分解)大体上也是平衡的。 总之,碳在生态系统总的含量过高或过低,都能通过 碳循环的自我调节机制而得到调整并恢复到原来的 平衡状态。
l生物积累(bioaccumulation): 指生态系统中生 物不断进行新陈代谢的过程中,体内来自环境的 元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的 现象。 l生物浓缩(bioconcentration): 指生态系统中同一 营养级上许多生物种群或者生物个体,从周围环 境中蓄积某种元素或难分解的化合物,使生物体 内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象,又称 生物富集。 l生物放大(biomagnification): 指生态系统的食物 链上,高营养级生物以低营养级生物为食,某种 元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养 级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果 使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度 显著超过环境中的浓度。
3.2 物质循环的类型
• 全球生物地球化学循环分为三大类型：水循环、 气体型循环和沉积型循环。 • 1)在气体型循环中,物质的主要储存库是大气圈 和海洋,其循环与大气圈和海洋密切相关,具有明 显的全球性,循环性能最为完善 。 • 2)凡属于气体型循环的物质,其分子或化合物必 以气体形式参与循环过程。属于气体型循环的 物质主要有O2、CO2、N、Cl、Br和F。
3.1 物质循环的概念及特点
生物的生存不仅离不开能量的供应,也离不 开各种物质和化学元素的供应。对于大多数生 物来说,有大约20多种元素是它们生命活动所不 可缺少的。生物所需要的糖类,虽然可以在光合 作用中利用水和二氧化碳来制造,但是对于制造 一些更加复杂的有机物质来说,还需要一些其他 的元素,如需要大量的氮和磷,还需要少量的锌和 钼等。前者被称为大量元素,后者则被称为微量 元素。
3.3 全球水循环-续
地表径流的作用：
能溶解和携带大量的营养物质,把它们从一个生 态系统搬运到另一个生态系统,这时补充某些 生态系统营养物质的不足起着重要作用。由 于水总是从高处往低处流动,所以高地往往比 较贫瘠,而低地比较肥沃,如沼泽地和大陆架 就是这种最肥沃的低地,也是地球上生产力最