第五章 农业生态系统的物质循环

物质在运动过程中，周转率越高，则周转一次所 需的时间越短。
例：大气圈中所含的水分一年约更新34次，周转 时间只有10.5天。海洋中的硅， 周转时间约8000 年。一年生植物的更新期（周转期）为 1年。
（四）、循环效率
当农业生态系统中某一组分的库存物质，一部 分或全部流出该组分，但末离开系统，并最终 返回该组分时，系统内发生了物质循环。
库与流的关系：
没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化 为各种产物。 没有流，库与库之间就不能联系、沟通，生 命无以维持，生态系统必将瓦解。
一个高效的生态系统必须是库要大，流要 畅。
（三）、周转率与周转期
周转率（R）：指系统达到稳定状态后，某一组分
（库）中的物质在单位时间内所流出的量（FO）
或流入的量（FI）wk.baidu.com库存总量（S）的比值。
EC=FC/FI
FC FI
循环物质（FC） 占总输入物质
（FI）的比例， 称物质的循环 效率（EC）。
二、物质循环的基本原理
1、物质不灭定律： 物质不灭定律认为，化学 方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的 量，即在一般的化学变化过程中，察觉不到物 质在量上的增加或减少。
2、质能守恒定律： 质能守恒定律认为，世界 不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质 量的物质能量。质量和能量作为一个统一体， 其总量在任何过程中都是保持不变的守恒量。
能量和物质同时沿着食物链和食物网流动、 传递。
能量流动是单方向的，而物质流动则是循 环的。
呼吸
营养物输入
营养物输出 呼吸
呼吸
第一性生产
有机物 贮存
植 食 动 物
土壤库
肉 食 动 物
呼吸
分解者
能量流动 物质循环
第一节 生态系统物流的一般特点
一、物质循环的基本概念
（一）、生物地球化学循环
地球上的各种化学元素和营养物质在自然动力和 生命动力的作用下，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，不断地进行流动和循 环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学 循环。
特点：循环速度快、周转率高、流通量大。因此， 从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。
气相循环把大气和海洋相联系, 具有明显的全球 性。
沉积型：主要贮存库是地壳。
贮存在地壳里的矿物元素，经过自然风化和人类 的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所 吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。 然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作 用，将元素返回环境。除一部分保留在土壤中供 植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随 流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成 岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用 时，该循环才算完成。
第五章 农业生态系统的物质循环
主要内容： 生态系统物流的一般特点 几种主要物质的循环 农业生态系统中的养分循环 物质循环中的环境问题
物质循环与能量流动一样，也是生态系统 的功能之一。有机体和生态系统为了生存与 发展，除了不断输入能量外，还必须不断输 入物质，因此，物质既是生命活动的物质基 础，又是能量的载体，起着双重作用。
气体循环 水分循环
养分循环
污染物循环
光合 作用 与呼 吸作 用相 关的 气体 交换
温室 效应 气体 的释 放与 固定
降灌地 水溉下
水
有氮磷钾微
机
量
质
元
素
重污化农固
金水肥药体
属
废
弃
物
第二节 几种主要物质的循环
CN
P
KS
碳循环 氮循环 磷循环
钾循环 硫循环 水循环
H2O
一、碳循环
1、基本概况
碳是构成生命有机体的主要元素之一，又是能量的 源泉。
1、根据物质循环的范围、路线和周期的不同， 可将生物地球化学循环分为地质大循环和生物 小循环。
地质大循环：指物质或元素经生物体的吸收作用， 从环境进入生物有机体内，然后生物有机 体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返 回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五 大自然圈层的循环。
特点：时间长、范围广、影响面广，是闭合式 的循环。
三、农业生态系统物质循环的特点
与自然生态系统相比, 农业生态系统的物质循 环带有许多人工调控的特色。
1、能量和物质的输入与输出量大而且比较迅速。
2、能量流动和物质循环不单发生于“生物—环境” 系统中，而是进行于“生物—环境—社会”系统 之中，途径多，变化大。
3、可改变物质原有的自然循环过程。
农业生态系统的物质循环
贮存库：容积大，物质交换活动缓慢，一般为 环境成分。如土壤为磷的贮存库。
交换库：容积小，物质交换活跃，一般为生物 成分。如植物为磷的交换库。
2、物质循环的流：
流：指物质在库与库之间的转移运动状态。
生态系统有两个主要的流：物流与能流。此 外还有信息流。
农业生态系统要获得高生产力，就要使系统 内的能量和物质流流量多，而且畅通无阻。
碳主要贮藏在大气、生物体、土壤、水圈和岩石 圈几个库中。
地球上的碳绝大部分以碳酸盐和非碳酸盐沉积物 的形式储存在岩石圈中，其次是储存在海洋中，大 气圈、生物圈和土壤中的碳量较少。
特点：循环缓慢，并且容易因局部干扰而失去平 衡，成为“不完全”的循环。
（二）、物质循环的库与流
1、物质循环库 库：物质在循环过程中被暂时固定、贮存的场所。
生态系统中各组分都是物质循环的库。 农业生态系统中的库主要有：植物库、动物库、 土壤库、大气库和水体库——5大库。
生物地球化学循环中，物质循环的库可归为两 大类：
生物小循环：指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 作用回到环境后再为生产者吸收、利用的循 环过程。
特点：范围小、时间短，速度快，是一种开 放式的循环。
2、根据循环主要是与大气圈, 还是与岩石土壤或 水圈联系分为气相型和沉积型。
气相型：贮存库是大气和海洋。
元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行 扩散，弥漫于陆地或海洋上空，在很短的时间内可 以为植物重新利用。例如CO2、N2、O2等, 水实际 上也属于这种类型。
即 R=FO/S或FI/S
周转期（T）：
指某组分的物
质全部更换平
FO
FI
R= or R=
均需要的时间。 它是周转率的
S
S
倒数。即
T=1/R
周转率与周转期是衡量物质流动（或交换）效 率高低的两个重要指标。
物质的周转率用于生物的生长称为更新率。
一年生植物当生育期结束时生物的最大现存量与 年生长量大体相等，更新率接近1。