资源科学研究的关键性理论
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– 二是要考虑因子间的替代作用。
资源科学研究的关键性理论
3．物质不灭定律
• 物质不灭定律是
指：物质既不能
创造，也不能毁
灭，除非物质在
系统中被储存起
来，或者从储存
中移去，则一个
系统的物质输入
必定等于物质输
出。也就是说，
在生态系统中，
物质永远不会变
成“废物”而在环
境中无限累积。
生态系统中的物质循环与能量流动 (——物质循环，……能量流动)
资源科学研究的关键性理论
3.1.3 气体运动的大气循环
• 有相当一部分物质和能量，是通过大气环流的方式实行输移 的。由于气体的自由度最大，运动速度也远较地质循环和水 循环快，交换能力也相当强，因此它在地理环境中的作用也 是相当巨大的。
• 大气环流对调节地理面的温度、湿度状况，以及供给光合作 用的二氧化碳等方面，均具极大意义。例如，在赤道发生的 环流，平均每秒可以流动空气2×108吨，因此。它能大规模地 改变地理面中的能量、动量、水分和其他物质的分配，也是 制约一个地区气候状况的基本因素之一。
• 各种化学元素，在生物圈里具有沿着特定途径，从周围环 境到生物体，再从生物体回到周围环境循环的趋势 。这些 循环途径称为生物地球化学循环(biogeochemical cycle)。通 常将那些对生命必不可少的各种元素和无机化合物的运动 称为营养物质循环(nutrient cycle)。每一个循环都可以分为 两个室或库：
• △E=△H—△ω
• 式中：△E是孤立系统的能量增量，△H是该系统的热量增量， △ω则为系统对周围环境所做的功。
• 既然该定律是普适性的，那么它当然适用于所有生物学反应， 包括光合作用(光能转化为生化能)，肌肉做功(生化能转化为机 械能)，神经传导(化学能转化为电能)等等。它也适用于涉及到 与生物有机体的整个群落有关的能量流的过程，如初级生产和 次级生产。
– 这个定律是由德国农业化学家李比西（Liebig）在19世纪 （1840年）发现的，1905年由英国人布莱克曼（Blackman） 发展成最低因子限制律。
• 要在实践中应用最小因子定律，还必须补充两点：
– 一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质 的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；
第3章 资源科学研究的相关学科 理论
• 3.1物质循环规律——物质循环理论 • 3.2能量流动规律 • 3.3 自然节律规律 • 3.4地域分异规律 • 3.5生态资源优化定律 • 3.6若干资源经济学原理
资源科学研究的关键性理论
3.1物质循环规律——物质循环
理论
• 物质循环规律是指自然界中碳、氧、氮、磷、硫等组成生 物有机体的基本元素，在生态系统的生物群落与无机环境 之间形成的有规律的复原系列。
资源科学研究的关键性理论
3.1.4 有机界的生物循环
• 生物循环的主体是植物、动物和微生物。 • 生物循环过程，包含两个方面的内容：
– 其一，生物本身就是土壤——植物——大气系 统中的一个联系环节，从而使它成为整个能量 交换与物质循环的一个基本通道；
– 其二，也是最本质的，生物循环实现了有机界 Biblioteka Baidu无机界之间的转化。
资源科学研究的关键性理论
§3.2能量流动规律
• 某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一种能量形式；资源也可以 定义为活的机体需要的某种东西。通过有机体，资源有效性增加会致 使能量增加，进而使能量转化率进一步提高。生态系统中的能量流动
服从热力学定律。
• 3.2.1 能量守恒原理
• 能量守恒原理(the principle of the conservation of energy)即热力 学第一定律指出：能量既不会创生，也不会消灭，只能从一种 形态变为另一种形态。这个原理可表述为
– (1)储存库(reservoir pool)容积大而活动缓慢，一般为非生物的成 分。
– (2)交换或循环库(exchange or cycling pool)在生物体和他们周围环 境之间进行迅速交换(即来回活动)的较小而更活跃的部分。
• 生物地球化学循环，主要包括：固体运动的地质循环、液 体运动的水分循环、气体运动的大气循环和有机界的生物 循环。
资源科学研究的关键性理论
3.2.2 能质蜕变原理
• 能量蜕变原理(the principle of the degradation of energy)即热力学第 二定律指出，任何能量转化过程的发生都必然伴随着能质的部分蜕 变，能量从集中、有序状态过渡到一种分散、无用的状态。这一过 程中系统有用能量的丧失与熵值s成正比。这一原理可用公式表述 为:
资源科学研究的关键性理论
3.1.1 固体运动的地质循环
• 岩石→风化过程 →侵蚀搬运过程 →堆积过程 →构造过程 →岩石 资源科学研究的关键性理论
3.1.2液体运动的水分循环
水循环的意义： 为陆地提供了淡水来源 降水形成江河湖地下水 水源，有利于生物与人类 水是溶剂，参与溶蚀和 元素迁移。
• 水体→蒸发→水汽输送→凝结降水→径流输送→水体
• 寒潮，是大气环流的一种表现形式。在地球整个亚热带地区 (中国的亚热带部分除外)，由于气流的堆积，伴之下沉时的干 燥和炎热，使得这一地带普遍形成了大片的沙漠。世界上最 著名的沙漠区几乎都处于这一区域，这对农作物的种植造成 了极大的威胁，使这一区域的植物初始生产力水平急剧下降。 而该地带内的我国东南沿海及广大的长江以南地区，则由于 青藏高原的存在和季风环流的作用，雨量丰沛，成为盛产粮 食及其他农产品的鱼米之乡。由此不难看出，大气环流状况 给农业生产带来的影响。
忍 耐 区 示间 意与 图最 适 范 围
资源科学研究的关键性理论
2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律
• 最小定律(the law of the minimum)：是指只有在所 有关键元素都达到足够的量时植物才可能正常生长； 生长速度受浓度最低的关键元素的限制；这就是说， 即使只有一种关键元素没有达到足够的数量，植物 生长也将停滞。
• 物质被生物有机体的利用，并在生态系统中 循环必须遵循以下3条基本定理：
• 1．耐性定律； • 2．最小量定律； • 3．物质不灭定资源律科学。研究的关键性理论
1．耐性定律
• 耐性定律(the law of tolerance)是指对任何元素来 讲都存在着一个浓度范围，称作忍耐区间。在这 个范围内所有与该元素有关的生理学过程才能正 常发生。因此，只有在这个范围内，一定的动植 物种类才有可能生存。
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3．物质不灭定律
• 物质不灭定律是
指：物质既不能
创造，也不能毁
灭，除非物质在
系统中被储存起
来，或者从储存
中移去，则一个
系统的物质输入
必定等于物质输
出。也就是说，
在生态系统中，
物质永远不会变
成“废物”而在环
境中无限累积。
生态系统中的物质循环与能量流动 (——物质循环，……能量流动)
资源科学研究的关键性理论
3.1.3 气体运动的大气循环
• 有相当一部分物质和能量，是通过大气环流的方式实行输移 的。由于气体的自由度最大，运动速度也远较地质循环和水 循环快，交换能力也相当强，因此它在地理环境中的作用也 是相当巨大的。
• 大气环流对调节地理面的温度、湿度状况，以及供给光合作 用的二氧化碳等方面，均具极大意义。例如，在赤道发生的 环流，平均每秒可以流动空气2×108吨，因此。它能大规模地 改变地理面中的能量、动量、水分和其他物质的分配，也是 制约一个地区气候状况的基本因素之一。
• 各种化学元素，在生物圈里具有沿着特定途径，从周围环 境到生物体，再从生物体回到周围环境循环的趋势 。这些 循环途径称为生物地球化学循环(biogeochemical cycle)。通 常将那些对生命必不可少的各种元素和无机化合物的运动 称为营养物质循环(nutrient cycle)。每一个循环都可以分为 两个室或库：
• △E=△H—△ω
• 式中：△E是孤立系统的能量增量，△H是该系统的热量增量， △ω则为系统对周围环境所做的功。
• 既然该定律是普适性的，那么它当然适用于所有生物学反应， 包括光合作用(光能转化为生化能)，肌肉做功(生化能转化为机 械能)，神经传导(化学能转化为电能)等等。它也适用于涉及到 与生物有机体的整个群落有关的能量流的过程，如初级生产和 次级生产。
– 这个定律是由德国农业化学家李比西（Liebig）在19世纪 （1840年）发现的，1905年由英国人布莱克曼（Blackman） 发展成最低因子限制律。
• 要在实践中应用最小因子定律，还必须补充两点：
– 一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质 的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；
第3章 资源科学研究的相关学科 理论
• 3.1物质循环规律——物质循环理论 • 3.2能量流动规律 • 3.3 自然节律规律 • 3.4地域分异规律 • 3.5生态资源优化定律 • 3.6若干资源经济学原理
资源科学研究的关键性理论
3.1物质循环规律——物质循环
理论
• 物质循环规律是指自然界中碳、氧、氮、磷、硫等组成生 物有机体的基本元素，在生态系统的生物群落与无机环境 之间形成的有规律的复原系列。
资源科学研究的关键性理论
3.1.4 有机界的生物循环
• 生物循环的主体是植物、动物和微生物。 • 生物循环过程，包含两个方面的内容：
– 其一，生物本身就是土壤——植物——大气系 统中的一个联系环节，从而使它成为整个能量 交换与物质循环的一个基本通道；
– 其二，也是最本质的，生物循环实现了有机界 Biblioteka Baidu无机界之间的转化。
资源科学研究的关键性理论
§3.2能量流动规律
• 某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一种能量形式；资源也可以 定义为活的机体需要的某种东西。通过有机体，资源有效性增加会致 使能量增加，进而使能量转化率进一步提高。生态系统中的能量流动
服从热力学定律。
• 3.2.1 能量守恒原理
• 能量守恒原理(the principle of the conservation of energy)即热力 学第一定律指出：能量既不会创生，也不会消灭，只能从一种 形态变为另一种形态。这个原理可表述为
– (1)储存库(reservoir pool)容积大而活动缓慢，一般为非生物的成 分。
– (2)交换或循环库(exchange or cycling pool)在生物体和他们周围环 境之间进行迅速交换(即来回活动)的较小而更活跃的部分。
• 生物地球化学循环，主要包括：固体运动的地质循环、液 体运动的水分循环、气体运动的大气循环和有机界的生物 循环。
资源科学研究的关键性理论
3.2.2 能质蜕变原理
• 能量蜕变原理(the principle of the degradation of energy)即热力学第 二定律指出，任何能量转化过程的发生都必然伴随着能质的部分蜕 变，能量从集中、有序状态过渡到一种分散、无用的状态。这一过 程中系统有用能量的丧失与熵值s成正比。这一原理可用公式表述 为:
资源科学研究的关键性理论
3.1.1 固体运动的地质循环
• 岩石→风化过程 →侵蚀搬运过程 →堆积过程 →构造过程 →岩石 资源科学研究的关键性理论
3.1.2液体运动的水分循环
水循环的意义： 为陆地提供了淡水来源 降水形成江河湖地下水 水源，有利于生物与人类 水是溶剂，参与溶蚀和 元素迁移。
• 水体→蒸发→水汽输送→凝结降水→径流输送→水体
• 寒潮，是大气环流的一种表现形式。在地球整个亚热带地区 (中国的亚热带部分除外)，由于气流的堆积，伴之下沉时的干 燥和炎热，使得这一地带普遍形成了大片的沙漠。世界上最 著名的沙漠区几乎都处于这一区域，这对农作物的种植造成 了极大的威胁，使这一区域的植物初始生产力水平急剧下降。 而该地带内的我国东南沿海及广大的长江以南地区，则由于 青藏高原的存在和季风环流的作用，雨量丰沛，成为盛产粮 食及其他农产品的鱼米之乡。由此不难看出，大气环流状况 给农业生产带来的影响。
忍 耐 区 示间 意与 图最 适 范 围
资源科学研究的关键性理论
2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律
• 最小定律(the law of the minimum)：是指只有在所 有关键元素都达到足够的量时植物才可能正常生长； 生长速度受浓度最低的关键元素的限制；这就是说， 即使只有一种关键元素没有达到足够的数量，植物 生长也将停滞。
• 物质被生物有机体的利用，并在生态系统中 循环必须遵循以下3条基本定理：
• 1．耐性定律； • 2．最小量定律； • 3．物质不灭定资源律科学。研究的关键性理论
1．耐性定律
• 耐性定律(the law of tolerance)是指对任何元素来 讲都存在着一个浓度范围，称作忍耐区间。在这 个范围内所有与该元素有关的生理学过程才能正 常发生。因此，只有在这个范围内，一定的动植 物种类才有可能生存。