生态系统的物质循环和能量流动
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生态系统的能量流动和物质循环
化量，同化量一部分用于呼吸散失，一 部分用于生长、发育和繁殖，B 错误；图中 b 等于呼吸散失的能量与 c 之 和，C 错误；c 表示生长、发育和繁殖所用能量，这一过程中一部分会被 下一营养级摄入，下一营养级的粪便属于 c，D 正确。 答案 D
5． (2016· 合肥二模)下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单 位 J/(cm2· a)]，据图分析，有关说法正确的是( )
[整合提升] 1. 同 一 食 物 链 不 同 环 节 能 量 传 递 效 率 往 往 不 完 全 相 同 ， 不 涉 及 “ 最 多”“最少”，计算时不能按 10%或 20%，而需按具体数值计算，如在食物 链 A→B→C→D 中，能量传递效率分别为 a%、b%、c%，若 A 的能量为 M， 则 D 的能量为 M×a%×b%×c%。 2．生态系统中不同营养级(或生物体)能量或重金属污染物调查结果设计 食物链(网) 表1 营养级 Pg A 15.9 B 870.7 C 1.9 D 141.0
7.下图所示是某生态系统的食物网， 若 E 种群的总能量为 5.8×109 kJ， B 种群的总能量为 1.6×108 kJ，从理论上分析， A 种群获得的总能量最多是
2×108 ________kJ 。
解析
E 是第一营养级，而 B、C、D 都是第二营养级，最多获得能量按
最大的传递效率 20%计算，E 传递给 B、C、D 的能量共有 5.8×109×20%＝ 1.16×109 kJ，C 和 D 获得的能量为 1.16×109－1.6×108＝1×109 kJ，故 A 最多获得 1×109×20%＝2×108 kJ 的能量。
题组二
能量流动的去向及计算 )
4.下图为部分能量流动图解，下列叙述正确的是(
5． (2016· 合肥二模)下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单 位 J/(cm2· a)]，据图分析，有关说法正确的是( )
[整合提升] 1. 同 一 食 物 链 不 同 环 节 能 量 传 递 效 率 往 往 不 完 全 相 同 ， 不 涉 及 “ 最 多”“最少”，计算时不能按 10%或 20%，而需按具体数值计算，如在食物 链 A→B→C→D 中，能量传递效率分别为 a%、b%、c%，若 A 的能量为 M， 则 D 的能量为 M×a%×b%×c%。 2．生态系统中不同营养级(或生物体)能量或重金属污染物调查结果设计 食物链(网) 表1 营养级 Pg A 15.9 B 870.7 C 1.9 D 141.0
7.下图所示是某生态系统的食物网， 若 E 种群的总能量为 5.8×109 kJ， B 种群的总能量为 1.6×108 kJ，从理论上分析， A 种群获得的总能量最多是
2×108 ________kJ 。
解析
E 是第一营养级，而 B、C、D 都是第二营养级，最多获得能量按
最大的传递效率 20%计算，E 传递给 B、C、D 的能量共有 5.8×109×20%＝ 1.16×109 kJ，C 和 D 获得的能量为 1.16×109－1.6×108＝1×109 kJ，故 A 最多获得 1×109×20%＝2×108 kJ 的能量。
题组二
能量流动的去向及计算 )
4.下图为部分能量流动图解，下列叙述正确的是(
高三生物一轮复习课件：生态系统的能量流动、物质循环
考点一 生态系统的能量流动
5、能量流动的相关计算——生态系统中能量的相关计算 • 如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[
单位为103kJ/(m2·a)]，据图分析： (3)生产者→植食性动物、 植食性动物→肉食性动物的 能量传递效率分别是多少？ (结果保留一位有效数字)
生产者→植食性动物的能量传递效率： 植食性动物固定的能量中来自生产者的能量/生产者固定的总能量 ×100%＝(16－2)/110× 100%≈12.7%；
生态系统 对人类最有益的部位
采取措施
森林
优质木材
适量砍伐
草原
肉、奶、优质皮革
适度放牧
农田
农作物
清除杂草、除虫
湖泊
鱼类
适度放养、适时捕捞
考点一 生态系统的能量流动
• (2021年湖南六校高三联考)如图甲表示食物链上能量流动的部 分情况，图乙表示兔的能量来源与去向。
下列有关叙述正确的是
( B)
A．图甲中草到兔的能量传递效率为(能量②/能量①)×100%
考点二 生态系统的物质循环
✓ 碳循环
非生物环境 （ CO2 ）
光合作用、化能合成作用 呼吸作用、微生物分解作用
生物群落 （有机物）
非生物 环 境 （CO2）
呼光
呼
微
吸合
吸
生 物 的 分
作作
用用
捕食
生产者（有机物）食物链（网）
作
燃
用
烧
消费者（有机物）
解
作
用
分解者
煤、石油
考点二 生态系统的物质循环
✓ 物质循环的概念
单向流动
①只能沿食物链由低营养级流向高营养级 ②以热能形式散失的能量无法再被利用
生态系统的能量流动和物质循环.
食物链中每 一营养级生 物所含能量 的多少
每一营养级 生物个体的 数目
每一营养级 生物的总生 物量
(1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右 图所示的数量金字塔。
(2)在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字 塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费 者(鱼)多。天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形 状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统 的稳定性。
养的人数将会
(增多、不变、减少)，理由
是
。
[课堂笔记] (1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案。 (2)因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸秆，且人还食 用鸡和牛，故人与鸡的种间关系为竞争和捕食，人与牛的种 间关系为捕食，而牛与鸡之间无竞争关系。 (3)该农场生态系统中的生产者为玉米，生产者(玉米)固定的 太阳能为流经生态系统的总能量。 (4)食物链越长，能量沿食物链流动时损耗越多，高营养级获 得的能量也就越少。改变用途的1/3玉米中的能量流入人体内 所经过的食物链延长，故人获得的总能量将减少。
[例1] (2009·全国卷Ⅰ)某种植玉米的农场，其收获的玉米
子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加
工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用。人、牛、鸡的粪
便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为
种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因素)：
(1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网：
②由于能量流动是逐级递减的，能量流经每一营养 级时均有损耗，故食物链营养级环节越多，能量 损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。
9-4 生态系统能量流动和物质循环
高考一轮复习
第九单元 第四讲
生态系统的能量流动与物质循环
考点一：生态系统的能量流动
一、能量流动的概念
1.概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）输入 源头：太阳能。 起点：从 生产者固定太阳能 开始。 总能量： 生产者固定的全部太阳能。
（2）传递 传递渠道： 食物链和食物网。 形式：有机物中的化学能
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路) a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级 除外)；c.被分解者分解利用。 ②定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一 定时间内的去路可有四条： a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者 分解利用；d.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下 一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部 分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限 的时间“还没来得及被利用的能量”。
能量传递效率与能量利用率的区别
下一个营养级同化的能量
1.能量传递效率=
上一个营养级同化的能量
（10％～20％）
2.能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量 占生产者能量的比值或流入最高营养级的能量 占生产者能量的比值。
考法二 能量流动效率复杂计算归类
1. 涉及一条食物链的能量流动的最值计算
设食物链为 A→B→C→D
能量流经第二营养级示意图
呼吸作用以热能形式散失
同化量
初级消费者 摄入量
用于生长、 发育、繁殖
粪便量
下一营养级 分解者分解 未利用
注意： ①入量=同化量＋粪便量
②消费者粪便中的能量不属于该营养级同化的能 量，属于上一营养级的能量
能 量 流 粪便
初级消费者 摄入
经
第九单元 第四讲
生态系统的能量流动与物质循环
考点一：生态系统的能量流动
一、能量流动的概念
1.概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 （1）输入 源头：太阳能。 起点：从 生产者固定太阳能 开始。 总能量： 生产者固定的全部太阳能。
（2）传递 传递渠道： 食物链和食物网。 形式：有机物中的化学能
①定量不定时(在足够长的时间内能量的最终去路) a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级(最高营养级 除外)；c.被分解者分解利用。 ②定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一 定时间内的去路可有四条： a．自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者 分解利用；d.未利用，即未被自身呼吸消耗，也未被下 一营养级和分解者利用，如果是以年为单位研究，这部 分的能量将保留到下一年，因此“未利用”是指在有限 的时间“还没来得及被利用的能量”。
能量传递效率与能量利用率的区别
下一个营养级同化的能量
1.能量传递效率=
上一个营养级同化的能量
（10％～20％）
2.能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量 占生产者能量的比值或流入最高营养级的能量 占生产者能量的比值。
考法二 能量流动效率复杂计算归类
1. 涉及一条食物链的能量流动的最值计算
设食物链为 A→B→C→D
能量流经第二营养级示意图
呼吸作用以热能形式散失
同化量
初级消费者 摄入量
用于生长、 发育、繁殖
粪便量
下一营养级 分解者分解 未利用
注意： ①入量=同化量＋粪便量
②消费者粪便中的能量不属于该营养级同化的能 量，属于上一营养级的能量
能 量 流 粪便
初级消费者 摄入
经
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇
高中生物知识点总结之生态系统的能量流动和物质循环篇生态系统的能量流动1．能量流动的概述(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
(2)能量流动的四个环节 输入—⎩⎨⎧ 源头：太阳能流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能⇩ 传递—⎩⎨⎧ 途径：食物链和食物网形式：有机物中的化学能 ⇩ 转化—太阳能→有机物中的化学能→热能⇩ 散失—⎩⎨⎧形式：最终以热能形式散失过程：自身呼吸作用2．能量流动的过程(1)能量流经第二营养级的过程①c代表初级消费者粪便中的能量。
②流入某一营养级(最高营养级除外)的能量的去向d：自身呼吸作用散失。
e：用于生长、发育、繁殖等生命活动的能量。
i：流入下一营养级。
f：被分解者分解利用。
j：未被利用的能量。
(2)能量流经生态系统的过程①流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能。
②能量流动渠道：食物链和食物网。
③能量传递形式：有机物中的化学能。
④能量散失途径：各种生物的呼吸作用(代谢过程)。
⑤能量散失形式：热能。
3．能量流动的特点及原因分析(1)能量流动是单向的，原因：①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
(2)能量流动是逐级递减的原因：①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
4．研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
(人教版必修3 P99“科学·技术·社会”)生态农业是指运用________原理，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代生物科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生产体系。
提示：生态学1．生态系统的能量流动是指能量的输入和散失过程。
生态系统中的能量流动和物质循环
气体循环和沉积型循环虽然各有特点，但都能受能量的 驱动，并能依赖于水循环。生态系统中的物质循环，在自 然状态下，一般处于稳定的平衡状态。也就是说，对于某 一种物质，在各主要库中的输入和输出量基本相等。大多 数气体型循环物质如碳、氧和氮的循环，由于有很大的大 气蓄库，它们对于短暂的变化能够进行迅速的自我调节。 例如，由于燃烧化石燃料，使当地的二氧化碳浓度增加， 则通过空气的运动和绿色植物光合作用对二氧化碳吸收量 的增加，使其浓度迅速降低到原来水平，重新达到平衡。 硫、磷等元素的沉积物循环则易受人为活动的影响，这是 因为与大气相比，地壳中的硫、磷蓄库比较稳定和迟钝， 因此不易被调节。所以，如果在循环中这些物质流入蓄库 中，则它们将成为生物在很长时间内不能利用的物质。
能量金字塔
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量 数值，按营养级由低到高绘制成的图形成金字塔形，称 为能量金字塔。从能量金字塔可以看出：在生态系统中， 营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量也就越多； 营养级越高，得到的能量也就越少。在食物链中营养级 一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。 能量的研究意义 研究能量流动规律有利于帮助人们合理地调整生态系 统中的能量流动关系，使能量持续高效地流动向对人类 最有益的部分。在农业生态系统中，根据能量流动规律 建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下， 使能量更多地流向对人类有益的部分。
（4）水华:水华也叫水花、藻花，是湖泊、 池塘等淡水水体中某些蓝藻过度生长的水 污染现象。水华的发生，主要由于氮、磷 等植物营养元素过多所致。（5）赤潮：赤 潮也叫红潮，是因海水的富营养化，致使 某些微小的浮游生物突然大量繁殖和高度 密集而使海水变色的现象。（6 ）生物入侵： 生物入侵在自然界中是普遍存在的，它是 指一种生物进入到以往未曾分布过的地域 并且能够繁衍后代的现象。
生态系统中物质循环和能量流动的特点
生态系统中物质循环和能量流动的特点
物质循环：
1. 生态系统中的物质循环是指物质在不断流动和转化的过程中，从一个环节流入另一个环节，最终回到原来的位置，形成一个闭合的循环系统。
2. 生态系统中的物质循环主要包括水循环、氮循环、磷循环和硫循环等。
3. 生态系统中的物质循环的主要特征是：物质在不断流动和转化的过程中，从一个环节流入另一个环节，最终回到原来的位置，形成一个闭合的循环系统。
能量流动：
1. 生态系统中的能量流动是指能量从一个环节流入另一个环节，最终回到原来的位置，形成一个闭合的循环系统。
2. 生态系统中的能量流动主要包括太阳能流动、风能流动、水能流动、地热能流动等。
3. 生态系统中的能量流动的主要特征是：能量从一个环节流入另一个环节，最终回到原来的位置，形成一个闭合的循环系统，从而保持生态系统的稳定性。
生态系统中的能量流动和物质循环
26
分类二：海陆间循环、陆地内循环、海上内循环（见图）。
27
水循环的基本环节和作用意义（见下表）
28
影响水循环的因素
1.自然因素：主要有气象条件（大气环流、风向、风 速、温度、湿度等）和地理条件（地形、地质、土壤、 植被等）。 2.人为因素：对水循环也有直接或间接的影响。人类 活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环 的过程：人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以 及大量开发利用地下水等，改变了水的原来径流路线， 引起水的分布和水的运动状况的变化（目前人类主要 通过对水循环中的地表径流环节施加影响，以改变水 的空间分布）；农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、 径流、下渗等过程的变化；城市和工矿区的大气污染 和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。
9
二、生态系统的能量流动
能量流动：
在生态系统中，各个营养级的生物都需要能量。 生态系统中能量的输入、传递和散失的过程，称为 生态系统的能量流动。
能量流动的意义：
研究生态系统的能量流动，可以帮助人们合理 地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高 效地流向对人类最有益的部分。 生态系统中生物之间的最重要联系是通过食物 链和食物网联成一个整体，所以食物链和食物网是 生态系统中能量流动和物质循环的主渠道。
10
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
生态系统的能量流动和物质循环
(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。
同化总量(106 J) 储存能量(106 J) 呼吸消耗(106 J)
A
900
200
பைடு நூலகம்
700
B
100
15
85
C
15
2
13
D
18
60
12
分析上表可知，流入该生态系统的总能量为________(J)， 从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。 从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是否增加？__ ______。
第 十第 八二 章讲
高考成功方案 第1步 高考成功方案 第2步 高考成功方案 第3步 高考成功方案 第4步
一、生态系统的能量流动 1．能量流动分析的基本思路(将种群作为整体来研究)
对于生产者来说，能量输入通过 植物的光合作用 ；对 于消费者来说，能量输入来自于 上一个营养级 。
2．能量流动的过程 (1)能量的输入：
(3) 大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用； 二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。
(4) 实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键因 素是生产者和分解者。
2．物质循环与能量流动比较
项目 形式
过程 范围 特点
能量流动
物质循环
光能→化学能→热能 (一般形式)
化学元素
沿食物链(网)单向流 在无机环境和生物群落间
生态系统物质循环过程、特点及相关原理在生 考点二
产实践中的应用 此考点在高考中经常结合能量流动以食物网、 生态农业等形式进行考查，题型包括选择题和非 考情 选择题；在全球减排、发展低碳经济的背景下， 解读 与碳循环相关的原理和过程的考查预计会成为 2013年高考热点。
生态系统的能量流动和物质循环
生态系统的能量流动和物质循环生态系统是由生物群落和非生物环境组成的动态平衡系统，其中能量的流动和物质的循环是维持生态平衡的重要机制。
本文将着重介绍生态系统中能量流动和物质循环的过程，以及它们之间的相互关系和重要性。
一、能量流动能量是生态系统中的基本要素，它驱动着生态系统中各种生物活动的进行。
能量在生态系统中的转化和流动可以通过食物链来解释。
食物链是将生物按照它们在食物关系中的地位和相互间的相互作用关系组织起来的。
比如，一个典型的食物链可以由植物、草食动物、食肉动物构成。
在这个食物链中，能量从植物开始流动。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，存储在其体内的有机物中。
当草食动物吃下植物时，植物体内的能量也被转移到了它们的体内。
随后，当食肉动物捕食草食动物时，能量又被传递给了食肉动物。
这样，能量就通过食物链逐级传递。
然而，能量在流动的过程中并不会完全转化。
根据生态学的能量流动规律，每个能量级之间只能保留约10%的能量，其余的能量会以热量的形式散失。
因此，由于能量转化效率的限制，食物链中的每个能量级数量都比前一个能量级少，从而形成生态系统中能量的流动和传递。
二、物质循环物质循环是生态系统中重要的生物地球化学过程，它包括了有机物和无机物的生物转化、迁移和再利用。
通常，物质循环可以通过碳循环、氮循环和水循环来说明。
碳循环是生态系统中最重要的物质循环之一。
通过光合作用，植物将大气中的二氧化碳转化为有机碳，然后通过呼吸作用释放出二氧化碳，使之再次进入大气。
这样，碳在大气和生物体之间持续循环。
此外，当植物和其他生物死亡后，它们的有机碳会通过分解或矿化的过程，再次回归到土壤中的无机碳汇中。
氮循环是生物体内氨基酸和蛋白质的形成和分解的过程。
在氮循环中，氮通过植物吸收后被转化为蛋白质，并且传递到其他生物体内。
当植物和动物死亡后，其体内的氮会被分解为氨气并释放到大气中，或被细菌转化为无机氮化合物并再次进入土壤。
这个过程使氮在大气、土壤和生物体之间循环。
生态系统物质循环和能量流动的关系
生态系统物质循环和能量流动的关系生态系统是指由生物群落、生物环境和非生物因素组成的一个综合体系，是一个相互作用、相互制约的整体。
生态系统中的物质循环和能量流动是生态系统中最为重要的两个过程，它们之间存在着密切的关系。
一、物质循环生态系统中的物质循环是指生物体内、生物体间和生物与非生物环境之间的物质转化和传递过程。
其中，碳、氮、磷等元素的循环是生态系统中最为重要的循环过程。
1.碳循环碳是生命体中的基本元素，是生态系统中最为重要的元素之一。
碳循环是指碳在大气、水、土壤和生物体之间的转化和传递过程。
碳循环的过程包括光合作用、呼吸作用、腐殖作用、化石燃料燃烧等。
在生态系统中，植物通过光合作用将二氧化碳和水转化成有机物质，同时释放出氧气。
而动物通过呼吸作用将有机物质转化成二氧化碳和水，同时释放出能量。
腐殖作用是指有机物质在土壤中被微生物分解的过程，产生的二氧化碳会被释放到大气中。
化石燃料燃烧是指化石燃料中的碳被氧化成二氧化碳和水，释放出能量。
2.氮循环氮是构成生命体的重要元素之一，也是生态系统中最为重要的元素之一。
氮循环是指氮在大气、土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
氮循环的过程包括固氮作用、氨化作用、硝化作用、脱氮作用等。
固氮作用是指将大气中的氮气转化成氨或有机氮的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
氨化作用是指将氮气转化成氨的过程，这个过程主要在土壤中发生。
硝化作用是指将氨转化成亚硝酸和硝酸的过程，这个过程也在土壤中发生。
脱氮作用是指将土壤中的硝酸还原成氮气的过程，这个过程主要由一些特殊的微生物完成。
3.磷循环磷是生物体中的重要元素之一，也是生态系统中重要的元素之一。
磷循环是指磷在土壤、水和生物体之间的转化和传递过程。
磷循环的过程包括矿化作用、吸附作用、生物固定作用等。
矿化作用是指将有机磷转化成无机磷的过程，这个过程主要在土壤中发生。
吸附作用是指磷被土壤颗粒表面吸附的过程，这个过程可以减少磷的流失。
生态系统中的能量流动和物质循环.
10
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
7
1993年9月26日，世人瞩目的美国“生物圈2号” 试验宣告结束。来自英、法、美和比利时的4男4女8 名科学家进入“生物圈2号”，成了首批居民。8名勇 士努力搜集各种科学数据，世界各地人们怀着极大热 情和兴趣关注着他们的事业。 “生物圈2号”的试验主要是为了人类未来向太空 移民而进行的，其目的是试验人类是否能够不用外界 的帮助而通过自身循环来达到生存的目的。 然而，在与世隔绝的人造“世外桃源”中度过了 两年封闭式的生活之后，8名科学家终于重返被称为 “生物圈1号”的地球上。
11
→生产者：主要是绿色植物，凡能进行 光合作用制造有机物的植物种类，包 括单细胞藻类，均属于生产者。还有 一些能利用化学能把无机物转化为有 机物的化能自养型微生物，也应列入 生产者之列。
环境专栏—生态系统相互依存
非洲的毛里求斯，曾有两种特有的生物，一种是渡渡鸟，另一种是大颅 榄树。渡渡鸟是一种不会飞的鸟，它身体大，行动迟缓，样子有点丑陋。由 于没有天敌，它们在树林里建窝孵蛋，繁殖后代。 大颅榄树是一种珍贵的树木，树干挺拔，木质坚硬，树冠秀美。渡渡鸟 在其间生活。 十六七世纪，带着来福枪和猎犬的欧洲人来到毛里求斯。不会飞、跑不 快的渡渡鸟被枪打狗咬，鸟飞蛋打，没有多少年越来越少。1681年，最后一 只渡渡鸟也被人类杀死了！ 奇怪的事情发生了，自从渡渡鸟灭绝以后，大颅榄树也日渐稀少，似乎 患上了不育症。到20世纪80年代，毛里求斯只剩下13株大颅榄树了，眼看这 种树木就要从地球上消失了 1981年，美国生态学家坦普尔来到毛里求斯，他细心地测定了大颅榄树 的年轮，发现树龄正好是300年，也就是说，渡渡鸟灭绝之日，也正是大颅 榄树绝育之时。他终于在找到的一个渡渡鸟遗骸中发现了秘密：在渡渡鸟的 遗骸中发现了几颗大颅榄树的种子，原来渡渡鸟喜欢吃这种树木的果实。 他把大颅榄树的种子给与渡渡鸟比较相似的吐绶鸟吃下后，从粪便中排出种 子的外壳被消化了一层，种在苗圃后，终于发出了新芽。
7
1993年9月26日，世人瞩目的美国“生物圈2号” 试验宣告结束。来自英、法、美和比利时的4男4女8 名科学家进入“生物圈2号”，成了首批居民。8名勇 士努力搜集各种科学数据，世界各地人们怀着极大热 情和兴趣关注着他们的事业。 “生物圈2号”的试验主要是为了人类未来向太空 移民而进行的，其目的是试验人类是否能够不用外界 的帮助而通过自身循环来达到生存的目的。 然而，在与世隔绝的人造“世外桃源”中度过了 两年封闭式的生活之后，8名科学家终于重返被称为 “生物圈1号”的地球上。
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→生产者：主要是绿色植物，凡能进行 光合作用制造有机物的植物种类，包 括单细胞藻类，均属于生产者。还有 一些能利用化学能把无机物转化为有 机物的化能自养型微生物，也应列入 生产者之列。
生态系统的能量流动和物质循环
养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。
(2)粪便中能量的分析
消费者同化的能量=摄入量－粪便中有机物的能量，即摄
入的食物只有部分被同化。消费者粪便中含有的能量不能
计入排便生物所同化的能量，它实际与上一个营养级的遗
体残骸一样，属于未被下一个营养级利用的那一部分能量。
例如，蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得
2.第一营养级固定的总能量是a，第一营养级呼吸消耗的能 量是b，第二营养级固定的能量是c。则第一营养级可提供
给生态系统中的其他生物利用的能量是
A.a B.a-b C.c D.b+c
B
3.如图1是人工设计的生态系统图，图2是人们绘制的在蚯蚓
养殖池中加入一定量食用菌杂屑后蚯蚓种群数量随时间的变
化示意图。下列叙述不符合生态学观点的是
量)－R(呼吸量)。
鼬 田鼠 (1)Ⅰ代表的生物是_______，Ⅱ代表的生物是_______。
根据能量传递效率，预测田鼠的变化趋势先增加，最后数目稳定 。 (3)表中R(呼吸量)主要用于_ 维持生物正常的生命活动 _
0.3% (2)该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_____。
C.若本生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物总量会减少
D.④同化作用所固定的能量中，未被利用的有一部分残留在其粪便中
9.F.B.Golley曾对一个荒
地中由植物、田鼠和鼬3个 环节组成的食物链进行了 定量的能量流动分析，得 到如下数据(单位：cal·hm
-2·a-1
)。
NP(净同化量)=GP(总同化
分类剖析。其中分析不正确的是(注：图中a、a1、a2表示上一
年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)
(2)粪便中能量的分析
消费者同化的能量=摄入量－粪便中有机物的能量，即摄
入的食物只有部分被同化。消费者粪便中含有的能量不能
计入排便生物所同化的能量，它实际与上一个营养级的遗
体残骸一样，属于未被下一个营养级利用的那一部分能量。
例如，蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得
2.第一营养级固定的总能量是a，第一营养级呼吸消耗的能 量是b，第二营养级固定的能量是c。则第一营养级可提供
给生态系统中的其他生物利用的能量是
A.a B.a-b C.c D.b+c
B
3.如图1是人工设计的生态系统图，图2是人们绘制的在蚯蚓
养殖池中加入一定量食用菌杂屑后蚯蚓种群数量随时间的变
化示意图。下列叙述不符合生态学观点的是
量)－R(呼吸量)。
鼬 田鼠 (1)Ⅰ代表的生物是_______，Ⅱ代表的生物是_______。
根据能量传递效率，预测田鼠的变化趋势先增加，最后数目稳定 。 (3)表中R(呼吸量)主要用于_ 维持生物正常的生命活动 _
0.3% (2)该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为_____。
C.若本生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物总量会减少
D.④同化作用所固定的能量中，未被利用的有一部分残留在其粪便中
9.F.B.Golley曾对一个荒
地中由植物、田鼠和鼬3个 环节组成的食物链进行了 定量的能量流动分析，得 到如下数据(单位：cal·hm
-2·a-1
)。
NP(净同化量)=GP(总同化
分类剖析。其中分析不正确的是(注：图中a、a1、a2表示上一
年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)
必修3 521生态系统的能量流动和物质循环
③①②能同物量时质是进是物行能质、量循相流环互动的依的动存载力、体，不，使可使物分能质割量能，沿够能着不量食断的物地固链在定（生、网物储）群存流落、 和转动无移。机和环释境放之，间都循离环不往开返物。质的合成和分解等过程。
物质循环和能量流动的区别和联系
项目
能量流动
物质循环
形式 含碳有机物
组成生物体的基本元素
土壤中是否含有微生物
A
A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀
B
B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀
【提醒生】态流入系各统级消的费能者的量总流能量动是指各级消费者在进行同化作用
过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能 量(不1)能定计量入不排定便时生分物析所：同流化入物某质一中营的养能级量的。一定量的能量在足够长
的时间内的去路可有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级 ；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终 都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能 ，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
研究能量流动的意义: 设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流
向对人类有益的部分。
饲 料
秸秆
种植食 用菌
粪
燃 研究可能以量帮流助动沼人的渣们意科义学: 规划，设计气人工生态系统， 使能量得到最沼有液效的利沼用气池（实现对能量的多级利 用，大大提高能量的利用率）。
14:42:01
生态系统的能量流动
(1)能量来源 ①生产者的能量来自于太阳能。 ②各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量＝摄入量－ 粪便中所含能量)。 (2)能量去路 ①每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另 一部分以热能散失。 ②每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。 ③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分 解而释放出来。 ④未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为③)。
物质循环和能量流动的区别和联系
项目
能量流动
物质循环
形式 含碳有机物
组成生物体的基本元素
土壤中是否含有微生物
A
A1 不变蓝 A2 产生砖红色沉淀
B
B1 变蓝 B2 不产生砖红色沉淀
【提醒生】态流入系各统级消的费能者的量总流能量动是指各级消费者在进行同化作用
过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能 量(不1)能定计量入不排定便时生分物析所：同流化入物某质一中营的养能级量的。一定量的能量在足够长
的时间内的去路可有三条：①自身呼吸消耗；②流入下一营养级 ；③被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终 都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能 ，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
研究能量流动的意义: 设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流
向对人类有益的部分。
饲 料
秸秆
种植食 用菌
粪
燃 研究可能以量帮流助动沼人的渣们意科义学: 规划，设计气人工生态系统， 使能量得到最沼有液效的利沼用气池（实现对能量的多级利 用，大大提高能量的利用率）。
14:42:01
生态系统的能量流动
(1)能量来源 ①生产者的能量来自于太阳能。 ②各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量＝摄入量－ 粪便中所含能量)。 (2)能量去路 ①每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另 一部分以热能散失。 ②每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。 ③每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分 解而释放出来。 ④未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为③)。
生态系统的能量流动和物质循环
能量沿食物
象征 含义 链流动过程 中具有逐级 递减的特性 食物链中每
升高而逐级
递减
物链流动逐
级递减
每一阶
含义
一营养级生
物所含能量 的多少
每一营养级
生物个体的 数目
每一营养级
生物的总生 物量
(1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右
量中，只有10%～20%的能量流入到下一个营养级。
计算方法为：能量传递率＝ ×100%。
4.生态金字塔类型
类型 项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形
一般为正金字塔 形，有时会出现 倒金字塔形
一般为正金字 塔形
类型 项目
能量金字塔
数量金字塔 生物个体数 目在食物链 中随营养级
生物量金字 塔 生物量(现存 生物有机物 的总量)沿食
得的能量也就越少。改变用途的1/3玉米中的能量流入人体内
所经过的食物链延长，故人获得的总能量将减少。
[答案] (1) (2)无 (3)玉米 它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、鸡吃 捕食与竞争 CO2 捕食 太阳能
玉米子粒)
(4)减少
改变用途的1/3玉米被鸡食用后，在鸡这一环
节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少
[课堂笔记]
(1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案。
(2)因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸秆，且人还食 用鸡和牛，故人与鸡的种间关系为竞争和捕食，人与牛的种 间关系为捕食，而牛与鸡之间无竞争关系。 (3)该农场生态系统中的生产者为玉米，生产者(玉米)固定的 太阳能为流经生态系统的总能量。 (4)食物链越长，能量沿食物链流动时损耗越多，高营养级获
生态系统的能量流动与物质循环
生态系统的能量流动与物质循环
生态系统的能量流动和物质循环是两个相互关联的过程。
1. 能量流动：
在生态系统中，能量流动是单向的，从太阳辐射开始，通过食物链和食物网逐级传递，并逐渐减少。
能量流动是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。
2. 物质循环：
物质的合成和分解过程伴随着能量的储存、转移和释放。
在生态系统中，物质循环包括水、二氧化碳、氮、磷等元素的循环。
这些元素通过植物、动物和微生物的吸收、利用和排放，在生物群落和无机环境之间循环。
3. 能量流动与物质循环的关系：
能量流动和物质循环是同时进行的，它们之间相互依存、相互影响。
能量的流动驱动了物质的循环，而物质的循环又为能量的流动提供了基础。
总之，生态系统的能量流动和物质循环是两个相互关联的过程，它们共同维持着生态系统的稳定和平衡。
生态系统的能量流动和物质循环
2．逐级递减 (1)每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级 利用。 (2)各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部 分能量，供自身利用和以热能形式散失。 (3)各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。 特别提醒 由于重金属、DDT等农药在营养级中不被分解，故沿能 量流动逐级递增，此现象被称为生物的富集。
类型
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
一般呈 正金字塔形
能量沿食物链 流动过程中具 有逐级递减的 特性
一般为 正金字塔形
生物个体数目 在食物链中随 营养级升高而 逐级递减
一般呈 正金字塔形
生物量(现存生 物有机物的总质 量)沿食物链流生物所 含义 含能量的多少
若美洲狮的食物 2/3 来自鹿，其余来自浣熊，则一只美洲狮体 重每增加 3kg，至少需要消耗青草____________kg。 【解析】 至少需消耗青草量应为： 1/3×3÷ 20%÷ 20%÷ 20%＋ 2/3×3÷ 20%÷ 20%＝125＋50＝175(kg)。 【答案】 175 正确解答本题的关键是弄清食物链中的食物比
1．定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够 长的时间内的去路可有三条： (1)自身呼吸消耗；(2)流入下一营养级；(3)被分解者分解 利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形 式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才 能保证生态系统能量流动的正常进行。
2．定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时 间内的去路可有四条：(1)自身呼吸消耗；(2)流入下一营养 级；(3)被分解者分解利用；(4)未被自身呼吸消耗，也未被 下一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为 单位研究，第(4)部分的能量将保留给下一年。
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1、太阳能驱动了全球水循环。在上升环(up loop)和下降 环(down loop)的共同作用下，水川流不息形成了水的 全球循环。大气水分凝结的云和以雨、雪为主要形式 的大气降水是全球水循环的主要输入部分。
2、植物在水循环中的作用是极其巨大的。水分的蒸发对 于植物的生长、发育也至关重要。生产1g初级生产量 差不多要蒸腾500g的水。陆地植被每年蒸腾大约 55×1012m3的水，几乎相当于陆地蒸发蒸腾的总量。
CO2
浮游植物
各类动物
浮游动物
+ 垂直移动
②
尸体
尸体、粪团、蜕皮、CaCO3
①
④ 碳酸盐泵
下沉
3、海洋生物泵对海洋吸收大气CO2的作用
（1）海洋生物泵是调节动力
海洋生物泵的作用则可能使表层CO2转变成颗粒有 机碳并有相当部分下沉，通过这样的垂直转移过程，就 可使海洋表层CO2分压低于大气CO2分压，从而使大气 中的CO2得以进入海洋，实现海洋对大气CO2含量的调 节作用。
1、海水中DMS的产生过程及分布 海水中的二甲基硫主要来源于海洋藻类。
硫
环境
半胱氨酸 高半胱氨酸 胱氨酸
蛋氨酸
藻类
二甲基硫丙酸 DMSP
H3C H3C
S+―CH2 ―CH2 ―COOH
－
OH－酶 uv
（DMSP）
H3C―S―CH3＋CH2＝CH―COOH （DMS）
DMS 广泛分布于海洋水体中，其含量与初级 生产力和浮游植物的分布有关。据报道，大洋海水 DMS的平均浓度为 1.4-2.9nmoI/L ，沿岸、河口和 极地海的含量高于开阔海洋，而南极海域DMS的产 量估计是全球的10%。
1、氮的来源 固氮作用：蓝藻、固氮菌 外界输入：
水面氮的降落：雨雪溶解的氮和烟尘、落叶等0.1g/m2； 径流：与流域面积、地质、水文情况有关。 2、氮的支出 离开水体：流出、渗透、羽化、捕捞、随气体逸出； 沉积水底：有机悬浮物下沉水底，泥沙吸附氨。 反硝化作用逸出
（三）水体中氮的内循环
原因：利用化石燃料；森林砍伐；农业精耕细作， 加速腐殖质分解等。
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。
生态后果：全球变暖，海平面上升。
大气反射 地表反射
热 逸 散
大气层
温室气 体辐射 热量返
地 球
辐射 反射 热
回地球 表面
辐
温 射
➢ 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 • 循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等
➢ 沉积型循环 • 贮存库是岩石、土壤和沉积物,无气体形式的分子参与 循环过程 • 循环速度比较慢，时间要以千年计算，例如P、Ca、Na、 Mg等
二、全球水循环
（一）水循环的生态学意义
（四）氮的全球平衡
据估计，全球每年的固氮量为92*106吨。 借助于反硝化作用，全球的产氮量每年为83* 106吨（海洋约40，陆地约43，沉积层0.2）。 两个过程差额约9*106吨，这种不平衡主要是由 于工业固氮量日益增长引起的，所固定的氮是 造成水生生态系统污染的主要因素。
五、磷循环
磷的作用：生物体生命活动的必需物质。 磷库：磷以不活跃的地壳作为主要贮存库（磷酸
3、水的全球循环：
陆地：蒸发(蒸腾)62,000km3，降水108,000km3 ，径流 46,000km3
海洋：蒸发456,000km3，降水410,000km3
三、碳循环
碳的作用：生命元素；能量源泉 碳库：总量大约为2.7*1016t。岩石圈和化石燃料
（99.9%）、海洋和大气、生物体。 存在形式：有机碳，无机盐、 CO2 类型：气体型循环
（一）碳循环过程
基本途径： ①碳以二氧化碳形式通过光合作用，转变为碳水
化合物，释放氧气，供消费者需要，生物通过 呼吸作用释放二氧化碳，被植物吸收； ②有机碳沿食物链传递，最后由集体死亡分解， 释放到环境
（二）海洋生物泵及其对大气CO2的调节作用
1、大气 CO2含量变化
近100多年来，大气中二氧化碳的含量在不断地增 加。据调查，19世纪中期大气中的二氧化碳约为290 mg/kg，20世纪中期上升至320 mg/kg，现在已达到 330 mg/kg。
反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气、NO、N2O，回 到大气库中。这个过程多借助于杆状细菌完成。 影响因素：
氧气：好气性条件下，利用水中溶解氧; 嫌气性条件下，以硝酸盐作为氧源加以利用。
pH：最适范围7.0~8.2，高于9.6低于6.1停止。 温度：最适温度高于天然水水温，低于2℃降低。
（二）水体中氮的收支
大洋水体DMS主要分布在真光层，真光层下方 的含量极微，深海DMS的含量为0.03-0.015nmoI/L。
②不同水层的动物通过垂直洄游。 ③光合产物中的可溶性有机物以及各类生物代谢活动产生的
溶解有机物释放到海水中，通过微生物环进入主食物网， 并可能成为较大的沉降颗粒。 ④碳酸盐泵（carbonate pump）：浮游动物的碳酸盐外壳和 骨针在动物死亡之后也沉降到海底。
微生物
DOC
POC
微 食③ 物 网
逸
被 大
散室
气 吸 收
效
地球 应
2、海洋生物泵
（1）概念：由有机物生产、消费、传递、沉降和 分解等一系列生物学过程构成的碳从表层向深 层的转移，就称为生物泵（biological pump）。
（2）基本过程
①真光层浮游植物通过光合作用形成生命颗粒有机碳，沿食 物链转移过程中未被利用的各级产品死亡分解，加上排泄 物等形成非生命颗粒有机碳，向下沉降。
六、硫循环
硫是生物体内蛋白质和氨基酸的基本组分 若干形态：元素硫、-2亚硫酸盐、+2氧化硫、+4
亚硫酸盐、+6硫酸盐 储存库：岩石（硫化亚铁FeS形式）、大气 硫循环既有沉积型循环又有气体型循环
（一）硫循环是在全球规模上进行的，有一个 长期的沉积阶段和一个短期的气体型阶段。
（二）海洋二甲基硫的产生过程及其与气候关系
1、氨化作用-有机氮转化为氨氮 2、硝化作用-氨氮转化为硝酸盐氮 3、无机氮同化为有机氮
包括藻类的同化作用、腐生性细菌利用无机氮作为氮 源、动物的渗透作用。 4、一种形式的有机氮转化为另一种形式的有机氮
生物体中的有机氮、颗粒有机氮、溶解有机氮不断地相 互转化。溶解有机氮是有机氮的主要形式，占总溶解氮的 50%以上。
生物固氮：固氮菌、根瘤菌和藻类（念珠藻属、鱼 腥藻属、管链藻属等）等自养和异养生物
据估计，整个生物圈的固氮率为140-700mg N·m2·a-1，其中高能固氮所占的比率很小，在温带地区也 不超过35mg N·m-2·a-1。仅就地球陆地表面的生物固氮 而言，其平均固氮率至少为1g N·m-2·a-1，肥沃地区可 达20g N·m-2·a-1，而小型湖泊光亮带的固氯率大约为 1—50μg N·L-1·d-1。海洋的固氮率低于陆地，但其总 固氮量必定对全球的氮循环产生重大影响。
1、全球水循环是最基本的生物地化循环，强烈的影响其他 所有物质的循环过程。 2、水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起能量传递和利 用的作用。水的运动将陆地生态系统和水域生态系统联系起 来，使局部生态系统和生物圈发生联系。 3、营养物质循环与水循环密不可分，水循环是地质变化动 因之一。
（二）水循环的驱动力
①反硝化作用；②矿物燃料、木材燃烧，有机氮化物 转化为游离氮；③死亡有机氮被腐生生物分解。
固氮作用
将植物不能直接利用的氮气转化为能利用NH4+或硝酸 化物(NO2-，NO3-)的过程。 高能固氮：通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发 活动等高能固氮，形成氨或硝酸盐，随着降雨到达 地球表面。
工业固氮：400摄氏度，200大气压下，到20世纪末， 达1×108吨/年
（2）海洋生物泵的效率
当前人类活动释放到大气中的碳约为50~60×108 t ／a。 全球海洋初级生产的固碳能力（即初级生产力） 超过300×108 tC／a 。但浮游植物光合作用所利用的 碳大部分是在真光层周而复始循环的，只有一小部分 通过生物泵下沉而由大气补充。
据估计，全球海洋净吸收CO2约为30×108 t／a， 约占由于人为原因释放到大气CO2的1/2。
酸性条件和低温都不利于氨化作用的进行。
硝化作用
氨氮在各种硝化细菌的作用下被转化为亚硝酸盐和硝 酸盐的过程。
步骤： NH4++1.5O2＝2H++NO2-+H2O+276.3KJ NO2- +0.5O2 ＝ NO3-+753.6KJ 亚硝酸盐是是硝化作用的中间产物，极不稳定，
在好气性条件下很快转化为硝酸盐，天然水中含量甚 微，通常低于0.01mg/L。硝酸盐含量为0～10mg/L。
磷在水体中的循环过程不是均衡的，任一时间湖泊中 大部分的磷，或者存在于生物体内，或者被结合在沉 积物中，而水中的溶解磷至多只有10％。因此，沉积 物磷的释放率，在很大程度上反映了磷循环的速率。 由于不同水体的形态结构和理化状况不同，其沉积物 磷的释放率往往有很大的差别。一般地说，同大型深 水湖泊相比，中小型浅水湖泊中沉积物磷的释放率较 高而周转时间较短， 因此通常具有较高的生产力。
盐岩、天然磷矿、鸟粪沉积物、骨化石沉积 物）。 类型：沉积型循环
磷的全球循环：起于岩石风化—终于海底沉积
磷的不完全循环
人类通过海洋渔业捕捞每年可以回收6*104t磷， 但每年开采的磷酸盐岩达1*106-2*106t其中大部分 都被流失。大量的的磷进入海洋沉积于深处，而 重新返回的磷不足以补偿陆地和淡水中磷的损失。
影响硝化作用的பைடு நூலகம்素:
某些有机质含量。如丹宁及其分解产物对硝化和亚消 化细菌具有抑制作用，较高的腐殖质也抑制硝化过程。
2、植物在水循环中的作用是极其巨大的。水分的蒸发对 于植物的生长、发育也至关重要。生产1g初级生产量 差不多要蒸腾500g的水。陆地植被每年蒸腾大约 55×1012m3的水，几乎相当于陆地蒸发蒸腾的总量。
CO2
浮游植物
各类动物
浮游动物
+ 垂直移动
②
尸体
尸体、粪团、蜕皮、CaCO3
①
④ 碳酸盐泵
下沉
3、海洋生物泵对海洋吸收大气CO2的作用
（1）海洋生物泵是调节动力
海洋生物泵的作用则可能使表层CO2转变成颗粒有 机碳并有相当部分下沉，通过这样的垂直转移过程，就 可使海洋表层CO2分压低于大气CO2分压，从而使大气 中的CO2得以进入海洋，实现海洋对大气CO2含量的调 节作用。
1、海水中DMS的产生过程及分布 海水中的二甲基硫主要来源于海洋藻类。
硫
环境
半胱氨酸 高半胱氨酸 胱氨酸
蛋氨酸
藻类
二甲基硫丙酸 DMSP
H3C H3C
S+―CH2 ―CH2 ―COOH
－
OH－酶 uv
（DMSP）
H3C―S―CH3＋CH2＝CH―COOH （DMS）
DMS 广泛分布于海洋水体中，其含量与初级 生产力和浮游植物的分布有关。据报道，大洋海水 DMS的平均浓度为 1.4-2.9nmoI/L ，沿岸、河口和 极地海的含量高于开阔海洋，而南极海域DMS的产 量估计是全球的10%。
1、氮的来源 固氮作用：蓝藻、固氮菌 外界输入：
水面氮的降落：雨雪溶解的氮和烟尘、落叶等0.1g/m2； 径流：与流域面积、地质、水文情况有关。 2、氮的支出 离开水体：流出、渗透、羽化、捕捞、随气体逸出； 沉积水底：有机悬浮物下沉水底，泥沙吸附氨。 反硝化作用逸出
（三）水体中氮的内循环
原因：利用化石燃料；森林砍伐；农业精耕细作， 加速腐殖质分解等。
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。
生态后果：全球变暖，海平面上升。
大气反射 地表反射
热 逸 散
大气层
温室气 体辐射 热量返
地 球
辐射 反射 热
回地球 表面
辐
温 射
➢ 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 • 循环速度比较快，例如CO2、N2、O2等
➢ 沉积型循环 • 贮存库是岩石、土壤和沉积物,无气体形式的分子参与 循环过程 • 循环速度比较慢，时间要以千年计算，例如P、Ca、Na、 Mg等
二、全球水循环
（一）水循环的生态学意义
（四）氮的全球平衡
据估计，全球每年的固氮量为92*106吨。 借助于反硝化作用，全球的产氮量每年为83* 106吨（海洋约40，陆地约43，沉积层0.2）。 两个过程差额约9*106吨，这种不平衡主要是由 于工业固氮量日益增长引起的，所固定的氮是 造成水生生态系统污染的主要因素。
五、磷循环
磷的作用：生物体生命活动的必需物质。 磷库：磷以不活跃的地壳作为主要贮存库（磷酸
3、水的全球循环：
陆地：蒸发(蒸腾)62,000km3，降水108,000km3 ，径流 46,000km3
海洋：蒸发456,000km3，降水410,000km3
三、碳循环
碳的作用：生命元素；能量源泉 碳库：总量大约为2.7*1016t。岩石圈和化石燃料
（99.9%）、海洋和大气、生物体。 存在形式：有机碳，无机盐、 CO2 类型：气体型循环
（一）碳循环过程
基本途径： ①碳以二氧化碳形式通过光合作用，转变为碳水
化合物，释放氧气，供消费者需要，生物通过 呼吸作用释放二氧化碳，被植物吸收； ②有机碳沿食物链传递，最后由集体死亡分解， 释放到环境
（二）海洋生物泵及其对大气CO2的调节作用
1、大气 CO2含量变化
近100多年来，大气中二氧化碳的含量在不断地增 加。据调查，19世纪中期大气中的二氧化碳约为290 mg/kg，20世纪中期上升至320 mg/kg，现在已达到 330 mg/kg。
反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气、NO、N2O，回 到大气库中。这个过程多借助于杆状细菌完成。 影响因素：
氧气：好气性条件下，利用水中溶解氧; 嫌气性条件下，以硝酸盐作为氧源加以利用。
pH：最适范围7.0~8.2，高于9.6低于6.1停止。 温度：最适温度高于天然水水温，低于2℃降低。
（二）水体中氮的收支
大洋水体DMS主要分布在真光层，真光层下方 的含量极微，深海DMS的含量为0.03-0.015nmoI/L。
②不同水层的动物通过垂直洄游。 ③光合产物中的可溶性有机物以及各类生物代谢活动产生的
溶解有机物释放到海水中，通过微生物环进入主食物网， 并可能成为较大的沉降颗粒。 ④碳酸盐泵（carbonate pump）：浮游动物的碳酸盐外壳和 骨针在动物死亡之后也沉降到海底。
微生物
DOC
POC
微 食③ 物 网
逸
被 大
散室
气 吸 收
效
地球 应
2、海洋生物泵
（1）概念：由有机物生产、消费、传递、沉降和 分解等一系列生物学过程构成的碳从表层向深 层的转移，就称为生物泵（biological pump）。
（2）基本过程
①真光层浮游植物通过光合作用形成生命颗粒有机碳，沿食 物链转移过程中未被利用的各级产品死亡分解，加上排泄 物等形成非生命颗粒有机碳，向下沉降。
六、硫循环
硫是生物体内蛋白质和氨基酸的基本组分 若干形态：元素硫、-2亚硫酸盐、+2氧化硫、+4
亚硫酸盐、+6硫酸盐 储存库：岩石（硫化亚铁FeS形式）、大气 硫循环既有沉积型循环又有气体型循环
（一）硫循环是在全球规模上进行的，有一个 长期的沉积阶段和一个短期的气体型阶段。
（二）海洋二甲基硫的产生过程及其与气候关系
1、氨化作用-有机氮转化为氨氮 2、硝化作用-氨氮转化为硝酸盐氮 3、无机氮同化为有机氮
包括藻类的同化作用、腐生性细菌利用无机氮作为氮 源、动物的渗透作用。 4、一种形式的有机氮转化为另一种形式的有机氮
生物体中的有机氮、颗粒有机氮、溶解有机氮不断地相 互转化。溶解有机氮是有机氮的主要形式，占总溶解氮的 50%以上。
生物固氮：固氮菌、根瘤菌和藻类（念珠藻属、鱼 腥藻属、管链藻属等）等自养和异养生物
据估计，整个生物圈的固氮率为140-700mg N·m2·a-1，其中高能固氮所占的比率很小，在温带地区也 不超过35mg N·m-2·a-1。仅就地球陆地表面的生物固氮 而言，其平均固氮率至少为1g N·m-2·a-1，肥沃地区可 达20g N·m-2·a-1，而小型湖泊光亮带的固氯率大约为 1—50μg N·L-1·d-1。海洋的固氮率低于陆地，但其总 固氮量必定对全球的氮循环产生重大影响。
1、全球水循环是最基本的生物地化循环，强烈的影响其他 所有物质的循环过程。 2、水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起能量传递和利 用的作用。水的运动将陆地生态系统和水域生态系统联系起 来，使局部生态系统和生物圈发生联系。 3、营养物质循环与水循环密不可分，水循环是地质变化动 因之一。
（二）水循环的驱动力
①反硝化作用；②矿物燃料、木材燃烧，有机氮化物 转化为游离氮；③死亡有机氮被腐生生物分解。
固氮作用
将植物不能直接利用的氮气转化为能利用NH4+或硝酸 化物(NO2-，NO3-)的过程。 高能固氮：通过闪电、宇宙射线、陨石、火山爆发 活动等高能固氮，形成氨或硝酸盐，随着降雨到达 地球表面。
工业固氮：400摄氏度，200大气压下，到20世纪末， 达1×108吨/年
（2）海洋生物泵的效率
当前人类活动释放到大气中的碳约为50~60×108 t ／a。 全球海洋初级生产的固碳能力（即初级生产力） 超过300×108 tC／a 。但浮游植物光合作用所利用的 碳大部分是在真光层周而复始循环的，只有一小部分 通过生物泵下沉而由大气补充。
据估计，全球海洋净吸收CO2约为30×108 t／a， 约占由于人为原因释放到大气CO2的1/2。
酸性条件和低温都不利于氨化作用的进行。
硝化作用
氨氮在各种硝化细菌的作用下被转化为亚硝酸盐和硝 酸盐的过程。
步骤： NH4++1.5O2＝2H++NO2-+H2O+276.3KJ NO2- +0.5O2 ＝ NO3-+753.6KJ 亚硝酸盐是是硝化作用的中间产物，极不稳定，
在好气性条件下很快转化为硝酸盐，天然水中含量甚 微，通常低于0.01mg/L。硝酸盐含量为0～10mg/L。
磷在水体中的循环过程不是均衡的，任一时间湖泊中 大部分的磷，或者存在于生物体内，或者被结合在沉 积物中，而水中的溶解磷至多只有10％。因此，沉积 物磷的释放率，在很大程度上反映了磷循环的速率。 由于不同水体的形态结构和理化状况不同，其沉积物 磷的释放率往往有很大的差别。一般地说，同大型深 水湖泊相比，中小型浅水湖泊中沉积物磷的释放率较 高而周转时间较短， 因此通常具有较高的生产力。
盐岩、天然磷矿、鸟粪沉积物、骨化石沉积 物）。 类型：沉积型循环
磷的全球循环：起于岩石风化—终于海底沉积
磷的不完全循环
人类通过海洋渔业捕捞每年可以回收6*104t磷， 但每年开采的磷酸盐岩达1*106-2*106t其中大部分 都被流失。大量的的磷进入海洋沉积于深处，而 重新返回的磷不足以补偿陆地和淡水中磷的损失。
影响硝化作用的பைடு நூலகம்素:
某些有机质含量。如丹宁及其分解产物对硝化和亚消 化细菌具有抑制作用，较高的腐殖质也抑制硝化过程。