生态系统的物质循环和能量流动
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➢ 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
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、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
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。
4、提高气—海界面碳净通量的可能途径
实验性阶段：提高某些海区新生产力的途径、加速生物 泵运转来实现，注意力集中在南大洋。
南大洋研究：南大洋的氮、磷、硅等营养盐充足，但初 级生产力低下，只有热带近海区的1/10，Martin等分 析认为是缺铁所致（南极大陆95%被冰雪覆盖，加之 西风带阻碍，Fe无法通过陆源飘尘补充）。科学家曾 把2吨铁粉撒入澳大利亚霍巴特市西南1930Km的海域， 随后监测发现浮游植物数量和碳含量明显增加。
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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 网
四、氮循环
氮的作用：构成生物蛋白质和核酸的主要元素。 氮库：大气、土壤、植被、海洋。 氮的存在形式：无机氮（NO32-、NO22-、NH4+）、
有机氮（氨基酸、酰氨氮、核酸等），大气中 N2只有被固定为无机氮形式才能被生物体利用。 类型：气体型循环
（一）氮循环过程
1、固氮并被生物利用 2、有机氮转化为无机氮 3、脱氮（释放N2）
（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。
影响硝化作用的因素:
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。
PH值。亚硝化细菌适合中性环境，硝化细菌在碱性条 件最好。
氨含量。高促进亚硝化细菌活动，抑制硝化细菌活动。 钙含量。低于20-40mg/L时硝化作用受抑制。 温度。
反硝化作用
第五章 生态系统的物质循环和能量流动
本章内容
第一节 生态系统的物质循环 第二节 能流分析 第三节 粒径谱理论和微生物环
第一节 生态系统的物质循环
一、物质循环的类型 二、全球水循环 三、碳循环 四、氮循环 五、磷循环 六、硫循环 七、有毒物质循环
一、物质循环的类型
➢ 水循环 • 水的全球循环过程
（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
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
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。
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
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。
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。
氨化作用
由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化 合物的过程。
各种有机物质
氨基酸
氨
影响水体氨氮含量的因素：
有机物m(C)：m(N)。 m(C)：m(N) >20，氨化作用形成 的氮全部形成菌体，水中氨氮量不增加； m(C)：m(N) <20，被菌类利用后剩下的氮进入水体。
氧气条件。好气性条件下，有机质分解快而 充分，形成较多氨；嫌气性条件分解不彻底， 产生氨氮少。
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。
生态系统中的水循环
降雨 截取
穿透雨
渗透
蒸腾
蒸发 地下径流
地表 径流
（三）全球水量分布
1、地球上的水：岩石圈含水25000；沉积岩2000；冰盖冰 川 255；地下水76.5；海水13800；地表水2.04。单位： 1017Kg
2、可被利用的淡水
海洋水量占地球总水量（不包括结合水）的97%。 人类所能利用的淡水只占地球水量的3%。在地球的有 限淡水中，又有75%的被束缚在南北极的冰川和大陆冰 块当中，因此只有不足1%的淡水可供利用。水在循环 中不断更新，估计生物水的周转期为几小时，大气中的 水每8 d可更新一次。土壤中的水更新一次约需280d， 地下水要300年，海洋水全部更新一次需要2500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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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
➢ 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
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、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
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。
4、提高气—海界面碳净通量的可能途径
实验性阶段：提高某些海区新生产力的途径、加速生物 泵运转来实现，注意力集中在南大洋。
南大洋研究：南大洋的氮、磷、硅等营养盐充足，但初 级生产力低下，只有热带近海区的1/10，Martin等分 析认为是缺铁所致（南极大陆95%被冰雪覆盖，加之 西风带阻碍，Fe无法通过陆源飘尘补充）。科学家曾 把2吨铁粉撒入澳大利亚霍巴特市西南1930Km的海域， 随后监测发现浮游植物数量和碳含量明显增加。
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 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 网
四、氮循环
氮的作用：构成生物蛋白质和核酸的主要元素。 氮库：大气、土壤、植被、海洋。 氮的存在形式：无机氮（NO32-、NO22-、NH4+）、
有机氮（氨基酸、酰氨氮、核酸等），大气中 N2只有被固定为无机氮形式才能被生物体利用。 类型：气体型循环
（一）氮循环过程
1、固氮并被生物利用 2、有机氮转化为无机氮 3、脱氮（释放N2）
（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。
影响硝化作用的因素:
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。
PH值。亚硝化细菌适合中性环境，硝化细菌在碱性条 件最好。
氨含量。高促进亚硝化细菌活动，抑制硝化细菌活动。 钙含量。低于20-40mg/L时硝化作用受抑制。 温度。
反硝化作用
第五章 生态系统的物质循环和能量流动
本章内容
第一节 生态系统的物质循环 第二节 能流分析 第三节 粒径谱理论和微生物环
第一节 生态系统的物质循环
一、物质循环的类型 二、全球水循环 三、碳循环 四、氮循环 五、磷循环 六、硫循环 七、有毒物质循环
一、物质循环的类型
➢ 水循环 • 水的全球循环过程
（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
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
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。
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
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。
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。
氨化作用
由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化 合物的过程。
各种有机物质
氨基酸
氨
影响水体氨氮含量的因素：
有机物m(C)：m(N)。 m(C)：m(N) >20，氨化作用形成 的氮全部形成菌体，水中氨氮量不增加； m(C)：m(N) <20，被菌类利用后剩下的氮进入水体。
氧气条件。好气性条件下，有机质分解快而 充分，形成较多氨；嫌气性条件分解不彻底， 产生氨氮少。
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。
生态系统中的水循环
降雨 截取
穿透雨
渗透
蒸腾
蒸发 地下径流
地表 径流
（三）全球水量分布
1、地球上的水：岩石圈含水25000；沉积岩2000；冰盖冰 川 255；地下水76.5；海水13800；地表水2.04。单位： 1017Kg
2、可被利用的淡水
海洋水量占地球总水量（不包括结合水）的97%。 人类所能利用的淡水只占地球水量的3%。在地球的有 限淡水中，又有75%的被束缚在南北极的冰川和大陆冰 块当中，因此只有不足1%的淡水可供利用。水在循环 中不断更新，估计生物水的周转期为几小时，大气中的 水每8 d可更新一次。土壤中的水更新一次约需280d， 地下水要300年，海洋水全部更新一次需要2500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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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