第十三章 生态系统的物质循环
《生态系统的物质循环》 知识清单
《生态系统的物质循环》知识清单一、什么是生态系统的物质循环生态系统的物质循环，简单来说，就是组成生物体的各种化学元素在生态系统中的往返流动。
就好像一个巨大的“物流网络”，将各种物质在生物与环境之间不断运输和交换。
这些物质包括碳、氮、磷、硫等重要元素。
它们不是静止不动的，而是处于不断的动态变化之中。
例如，植物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物；动物吃了植物，又通过呼吸作用和分解作用，将这些有机物中的碳以二氧化碳的形式释放回大气中。
二、物质循环的类型1、水循环水是生命之源，在生态系统中，水循环是最为重要的物质循环之一。
水从海洋、湖泊、河流等地蒸发，形成水蒸气进入大气。
随着大气环流，水蒸气遇冷凝结，形成降水回到地面。
一部分降水渗入地下，成为地下水；另一部分则在地表流动，形成河流、湖泊等，最终汇入海洋，如此循环往复。
2、碳循环碳在自然界中主要以二氧化碳的形式存在。
植物通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机物，这是碳从无机环境进入生物群落的主要途径。
而生物的呼吸作用、分解者的分解作用以及燃烧化石燃料等过程，则会将有机物中的碳重新转化为二氧化碳，释放回大气中。
3、氮循环氮是构成蛋白质和核酸等重要生物分子的元素。
大气中的氮主要以氮气的形式存在，大多数生物不能直接利用氮气。
一些固氮微生物，如根瘤菌，可以将氮气转化为氨，这一过程称为生物固氮。
氨经过一系列的转化，形成硝酸盐和亚硝酸盐等，被植物吸收利用。
动物摄取植物中的含氮有机物，通过代谢排出含氮废物，这些废物经过分解者的作用，又转化为氮气回到大气中。
4、磷循环磷在生态系统中的循环相对比较简单。
磷主要存在于岩石和土壤中，通过风化和侵蚀等作用，磷被释放到土壤溶液中，被植物吸收。
植物中的磷通过食物链传递给动物，动植物死亡后，遗体中的磷被分解者分解，重新回到土壤和岩石中。
三、物质循环的特点1、全球性物质循环不是局限在某个局部生态系统，而是在整个地球的生物圈中进行。
生态系统的物质循环例题和知识点总结
生态系统的物质循环例题和知识点总结生态系统是由生物群落和它们所生活的环境共同组成的一个相互关联的整体。
在生态系统中，物质不断地在生物与环境之间循环流动，这一过程对于维持生态系统的平衡和稳定至关重要。
下面我们将通过一些例题来加深对生态系统物质循环的理解，并对相关知识点进行总结。
一、生态系统物质循环的概念生态系统的物质循环是指组成生物体的 C、H、O、N、P、S 等元素，都不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。
这里的物质循环具有全球性，也被称为生物地球化学循环。
二、生态系统物质循环的类型1、水循环水是生命之源，在生态系统中，水通过蒸发、降水、地表径流等过程不断循环。
例如，海洋中的水蒸发形成水蒸气，上升到大气中，通过大气环流输送到陆地上空，遇冷凝结形成降水，一部分降水渗入地下形成地下水，一部分形成地表径流，最终汇入海洋。
2、碳循环碳在生物群落与无机环境之间主要以二氧化碳的形式循环。
植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，消费者通过摄取植物获取含碳有机物，动植物的呼吸作用、微生物的分解作用以及燃烧等过程又将有机物中的碳以二氧化碳的形式释放回大气中。
3、氮循环氮是蛋白质和核酸等重要生物大分子的组成元素。
氮循环包括固氮、氨化、硝化和反硝化等过程。
固氮作用将大气中的氮气转化为氨或硝酸盐，被植物吸收利用；动植物遗体中的含氮有机物经微生物的氨化作用转化为氨；氨经过硝化细菌的硝化作用转化为硝酸盐，可被植物吸收；硝酸盐在反硝化细菌的作用下又转化为氮气返回大气。
三、物质循环的特点1、全球性物质循环不受地域和空间的限制，在整个地球范围内进行。
2、反复循环利用物质在生态系统中被反复利用，不会因参与循环而减少。
四、例题分析例题 1：在一个草原生态系统中，植物通过光合作用固定了 1000 克碳。
在这个生态系统中，这些碳最终通过呼吸作用和分解作用以二氧化碳的形式释放回大气中的量是（）A 1000 克B 大于 1000 克C 小于 1000 克D 无法确定解析：植物通过光合作用固定的碳，一部分用于自身的生长、发育和繁殖，一部分通过呼吸作用以二氧化碳的形式释放回大气中；植物死亡后，其遗体中的含碳有机物经微生物分解作用也会以二氧化碳的形式释放回大气中。
生态系统中的物质循环课件
部分无机氮通过淋溶、径流和挥发等途径损失出生态系统 ，对环境造成潜在影响。
人类活动对氮循环影响
工业革命后氮肥的大量使用
人类自工业革命以来大量使用氮肥， 导致土壤和水体中氮含量增加，对生 态系统造成负面影响。
城市化进程加速氮循环
城市化进程中人类活动密集，加速了 氮的转化和循环过程，对城市生态系 统产生影响。
水循环过程及机制
降水
水蒸气在空中遇冷凝结成云， 进而形成降水（雨、雪等）返 回地面。
地下渗透
部分降水渗入地下，形成地下 水。
蒸发
地表水在太阳辐射下蒸发成水 蒸气升入空中。
地表径流
降水在地表形成径流，汇入河 流、湖泊等水域。
植物蒸腾
植物通过叶片气孔将水分以水 蒸气形式释放到大气中。
人类活动对水循环影响
物质循环意义
物质循环是生态系统稳定和持续发展 的基础，它保证了生态系统中各种元 素的平衡和再利用，维持了生态系统 的结构和功能。
生态系统中物质循环途径
水循环
碳循环
水在生态系统中通过蒸发、降水、地表径 流和地下渗透等途径进行循环，实现了水 资源的再利用。
碳在生态系统中通过光合作用、呼吸作用 、分解作用和燃烧等途径进行循环，实现 了碳元素的转化和再利用。
化会减少碳汇的容量。
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氮循环
氮在生态系统中作用
氮是生命体基本组成元素
氮参与生态系统能Βιβλιοθήκη 流动氮是氨基酸、蛋白质和核酸等生命物 质的基本组成元素，对生命体的结构 和功能至关重要。
氮在食物链和食物网中传递，影响生 态系统的能量流动和物质循环。
氮影响生态系统生产力
氮的可利用性直接影响生态系统的生 产力，是限制植物生长的主要因素之 一。
生态系统生态学物质循环PPT课件
elements in nutrient pools, or compartments, 地方病：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不均。
生物积累、生物浓缩和生物放大
and the flux, or transfer, of nutrients between Slowly released in terrestrial and aquatic ecosystems via weathering of rocks.
全球水循环
生态系统中的水循环
降雨 截留
土壤吸收
穿透雨
渗透
地面蒸发 地下径流
蒸腾
消费者
地表 径流
人类活动对水循环的影响
人类对水循环的影响农业活动、湿地开 发等
❖ 水利工程：如修筑水库、塘堰可扩大自然蓄 水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小； 河流改道、建坝
❖ 水的运动包括水平移动和垂直移动。水平移动，在地面 是以液态水自高向低的流动，在空中以气态水随气流移 动。垂直移动主要是，①由于阳光照射，江、河、湖、 海和土壤中的一部分水变成水蒸汽，进入大气。②植物 从根部吸水，经蒸腾作用以及动物体表蒸发出来的水分 进入大气中。③大气中的水蒸汽遇冷，以雨、雪等形式 回到地面。
物质循环的基本概念
物质在循环过程中被暂时固定、
❖ 库(pool)： 储存的场所
▪ 生态系统中各组分都是物质循环的库：植物库、动物库、 土壤库、水体库等
贮存库：容积大、活动慢，一般为非生物成 分，如岩石、沉积物等 交换库：容积小、活跃，一般为生物成分， 如植物库、动物库等。
流(flow): 物质在库与库之间的转移运动状态
生物《生态系统的物质循环》(共78张PPT)
由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。它会
使地球上的病虫害增加，土地干旱，沙漠化面积增大，海平 面上升，气候异常，海洋风暴增多。
科学家预测：如果地球表面温 度的升高按现在的速度继续发展,到 2050年全球温度将上升2-4摄氏度， 南北极地冰川将大幅度融化，导 致海平面大大上升，一些岛屿国 家和沿海城市将淹于水中，其中 包括纽约、上海、东京和悉尼几 个国际大城市。
实验用具及药品：烧杯、纱布、玻璃棒、试管、酒精 灯、水、蒸馏水、碘液、斐林试剂、淀粉糊等。
）A
练习
4、下列有关生态系统描述的是（ ）A
①生产者的遗体．残枝．败叶中的能量被分解者利用，经其呼吸作 用消耗
②在植物→鼠→蛇这条食物链中，鼠是初级消费者，第二营养级
③硝化细菌属于生产者，能够利用无机物中的化学能将二氧化碳和 水合成糖类
④根瘤菌将大气的氮气转化成为无机氮的化合物被植物利用，并将 无机氮的化合物通过反硝化作用返回到大气中
，是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有
生命。
碳的循环过程
大气中的CO2进入生物群落，主要依赖于绿色植物的 光合作用，使CO2中的“C”变成为有机物中的“C”，再通过
食物链进入动物和其他生物体中，因此从“C”的循环可见
绿色植物是生态系统的基石。除此之外， 还有化能合成作
用的微生物也能把CO2合成为有机物。不难看出，碳在生
(画出该生态系的结构模型）
用箭头表示它们之间的物质和能量关系：
蚕
粪
茎叶加工物叶Biblioteka 水稻粪粪尿
桑
塘
泥
鱼
鱼粉 猪
粪尿
粪尿
提示：将废料变原料，能量多级利用，物质循环利用。
第13章 生态系统中的物质循环
气相型
• 其贮存库是大气和海洋。气相循环把大气和海洋 相联系，具有明显的全球性。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，循环比较迅速，例如CO2、N2、O2等， 水实际上也属于这种类型。由于有巨大的大气贮 存库，故可对干扰能相当快地进行自我调节（但 大气的这种自我调节也不是无限度的）。因此， 从地球意义上看，这类循环是比较完全的循环。 值得提出的是，气相循环与全球性三个环境问题 （温室效应，酸雨酸雾，臭氧层破坏）密切相关。
酸雨在毁灭森林！ 酸雨在毁灭森林！
Basics of nutrient cycling
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§2 水循环
• 水的全球循环过程 • 生态系统中所有的物质循环都离不开水循环的推 动 • 水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循 环 • 地表总水量：1.4×109km3，海洋约占97% • 陆地：蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3 ， 径流40,000km3 • 海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3
贵州部分县市遭受洪涝灾害
• 洪涝灾害 致18人死亡12人 失踪 • 5月27日，安顺市部分地 区地上满是积水
• 5月27日，贵州省黔西南 布依族苗族自治州望谟县， 被洪水冲毁的新屯桥
温室效应
温室效应惹的祸
根源何在？
CO2排放
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课堂讨论与练习
思考题 • 1、比较气体型和沉积型循环的各自特点。 • 2全球碳循环包括哪些重要的生物和非生物 过程？人类活动是如何引起温室效应的？ • 3、论述物质循环和能量流动的关系 • 4、生态学中碳的失汇问题指的是什么？
• 温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷 温室气体：二氧化碳 、甲烷(CH4)、氧化亚 、 氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、 、六氟化碳 、 、 氢氟碳化物(HFCs)等 氢氟碳化物 等
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环生态系统的物质循环是指在生物圈中，各种物质的循环利用过程。
这些物质包括水、氧气、二氧化碳、氮、磷等，它们在生态系统中相互流动和转化，起到维持生命平衡和促进各种生物活动的重要作用。
下面将从水循环、碳循环和氮循环三个方面来探讨生态系统的物质循环。
一、水循环水循环是生态系统中最基本的物质循环之一，也是维持生命活动和生态平衡的重要环节。
水循环包括蒸发、降水、地下水、地表水和湿地等环节。
首先，水蒸发是水从地表转化为水蒸气的过程。
蒸发主要通过植物的蒸腾作用和水体的蒸发来实现。
水蒸气在大气中上升，形成云层。
其次，降水是水从大气中以形式变为液态的过程。
大气中的水蒸气凝结成雨、雪、露、霜等降落到地表。
同时，地下水也是生态系统中的重要水源之一。
降水通过渗透和下渗进入地下成为地下水，地下水通过泉眼、河流等方式重新回到地表。
湿地作为自然的水过滤器，是生态系统中的重要部分，具有调节降水和净化水质的功能。
二、碳循环碳循环是地球上重要的生物地球化学循环之一，对维持生物圈的稳定具有重要作用。
首先，碳循环的起点是植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，同时释放出氧气。
其次，动物通过呼吸作用将氧气与有机物反应，生成二氧化碳和水，并释放出能量。
此外，植物和动物的生死过程中也参与了碳循环。
植物的死亡会将有机物释放到土壤中，进而以土壤有机质的形式长期储存。
而动物的尸体也会通过分解作用将有机物转化为二氧化碳和水。
最后，碳循环的结果是将二氧化碳在大气和生物圈之间持续地转化和交换，维持着生态系统中生物的生长和活动。
三、氮循环氮循环是生态系统中重要的元素循环过程，它对维持生态平衡和生物多样性具有重要的作用。
首先，氮的固氮是氮循环的起点。
固氮指的是将大气中的氮气转化为植物可以利用的氨或硝酸盐等无机形式的氮。
其次，植物通过吸收土壤中的氮养分来合成蛋白质等有机物。
动物则通过食物链摄取植物的有机物来获取氮养分。
同时，氮的歧化是氮循环的重要环节。
高中生物：生态系统的物质循环知识点
高中生物：生态系统的物质循环知识点知识点1 物质循环1、概念物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素两个支点：无机环境和生物群落范围：生物圈2．特点：全球性、反复利用、循环流动。
3．与能量流动的关系：二者同时进行，相互依存，不可分割。
4．意义：通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。
知识点2 碳循环1.碳循环过程图解2．析图（1）碳的循环途径：（2）循环形式：碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。
（3）方向：碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。
（4）实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键是生产者和分解者。
知识点3 温室效应1．成因①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。
②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。
2．危害加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。
3．缓解措施①开发清洁能源，减少化学燃料燃烧。
②植树造林，增加绿地面积。
知识点4 能量流动和物质循环的关系生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，这两大功能之间既有明显的差别，又有必然的联系。
二者关系比较如下：知识点5 物质循环过程中的生物富集作用1.概念：是指环境中的一些污染物（如重金属、化学农药）通过食物链在生物体内大量积累的过程。
2.富集物特点：化学性质稳定不易被分解；在生物体内积累而不易排出。
3.富集过程：随着食物链的延长而不断加强，即营养级越高，富集物的浓度越高。
4.危害：有害物质的浓度通过生物富集作用增高，会对人体或动物造成危害。
项目案例一案例二实验假设微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉实验设计实验组对土壤高温处理A烧杯中加入30ml土壤浸出液对照组对土壤不做任何处理B烧杯中加入30ml蒸馏水自变量土壤中是否含微生物是否含有分解淀粉的微生物实验现象在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组AA1 不变蓝A2 产生砖红色沉淀BB1 变蓝B2 不产生砖红色沉淀结论微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物能分解淀粉。
第十三章 生态系统的物质循环
氮循环是一个复杂的过程，包括有许多种类的微生物参加：
1，固氮作用（nitrogen fixation）
2，氨化作用 （ammonification） 氨化作用是蛋白质通过水解降解为氨基酸，然后氨基酸中
的碳（不是氮）被氧化而释放出氨（NH3）的过程。 3，硝化作用 （nitrification）：
二、气体型循环
1，碳循环
整个地球碳的储存数量约为26×1015吨。其中有90%以上以 碳酸盐形式禁锢在岩石圈中，而只有7500×109吨是以有机态埋 藏在地下(如煤、石油)。这些成为碳循环中的储存库。只有极少 量碳参与经常性流动和圈层间的交换。其中大气圈中(二氧化碳 状态)约700×109吨，水圈中(多为碳酸盐态或二氧化碳状态)约 为35250×109吨。而构成现有生物量的有机碳仅为1120×109吨。 水圈、大气圈和生物圈扮演着碳循环中活动库的作用。
是氨的氧化过程，最终氨转化为硝酸盐。
4，反硝化作用 （denitrification）
四、磷循环
磷循环是不完全的循环，有很多磷在海洋沉积起来。
全球磷循环的最主要途径是磷从陆地土壤库通过河流运输 到海洋，达到21× 1012 gP/a。磷从海洋再返回陆地是十分困 难的，海洋中的磷大部分以钙盐的形式而沉淀，因此长期地 离开循环而沉积起来。
碳循环从大气中二氧化碳储库开始，通过绿色植物的光合 作用，将大气中的碳，转移到植物体中形成碳水化合物，然后 被各级消费者利用，其生物残体经过微生物分解还原以及生物 的呼吸作据统计，物理化学(电化学和光化学)的固氮量平均×106吨/年， 生物固氮量为54×106吨／年。2000年时，化肥的产量达到 80×106吨。
其中大气圈中(二氧化碳
生物固氮量为54×106吨／年。
高中生物教案：生态系统的物质循环3篇
高中生物教案：生态系统的物质循环高中生物教案：生态系统的物质循环精选3篇（一）教案标题：生态系统的物质循环教学目标：1. 了解生态系统中的物质循环过程；2. 掌握生态系统中的物质循环途径和关键要素；3. 理解生态系统中物质循环的重要性和意义；4. 培养学生的环境意识和保护环境的责任感。
教学内容：1. 生态系统的物质循环过程；2. 生态系统中的物质循环途径和关键要素；3. 生态系统中物质循环的重要性和意义。
教学准备：1. 物质循环的示意图和实例图片；2. PPT和投影仪。
教学步骤：引入：1. 通过引入问题，激发学生的学习兴趣。
例如：“你知道生态系统中的物质是如何循环利用的吗？为什么生态系统中的物质循环对生态平衡至关重要呢？”探究：2. 使用PPT介绍生态系统中的物质循环过程。
解释生物体的营养需要如何满足，以及通过食物链和食物网的方式，能量和有机物如何从一个生物体传递给另一个生物体。
3. 通过示意图和实例图片，详细解释生态系统中的物质循环途径和关键要素，如水循环、碳循环、氮循环等。
4. 进一步讲解物质循环的重要性和意义。
探讨物质循环保持生态系统稳定的原因，以及对环境污染和气候变化的影响。
拓展：5. 提出问题并分组讨论。
例如：“在我们日常生活中，我们如何能够参与到物质循环的保护中去？”鼓励学生提出切实可行的建议，如节约用水、垃圾分类、减少化学品的使用等。
小结：6. 通过简短的小结，强调物质循环对维持生态平衡和保护环境的重要性，激发学生的环保意识和责任感。
课后作业：1. 要求学生自主查询并了解某一种物质循环的过程及其在生态系统中的意义；2. 布置作文题目：“我如何从日常生活中开始，保护生态系统的物质循环？”鼓励学生结合自身实际情况，表达自己的思考和方案。
教学提示：1. 引导学生将生物体之间的物质循环和能量流动进行区分。
2. 强调物质循环是生态系统持续运转的重要基础，与保护生态环境的重要性息息相关。
高中生物教案：生态系统的物质循环精选3篇（二）一、教学目标1.了解生态系统的稳定性概念及其重要性；2.理解生态系统中的相互关系对稳定性的影响；3.掌握什么是生态平衡及其维持机制。
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。
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输入
（固氮）
虾池的氮收支
水层 water 雨水 rain 对虾 shrimp 青蛤 bivalve 水层 drainage 底泥积累 sediment 氨挥发 volatilization 吸附 absorption 渗漏 seepage
输出
（解氮）
五、磷循环
磷是构成核酸、细胞膜、能量传递系统和骨骼的 重要成分。 磷在水体中通常下沉，所以它也是限制水体生态 系统生产力的重要因素。 磷在土壤内也只有在pH 6--7时才可以被生物所 利用。
海洋库外水的含量
两极冰盖29 000 km3 地下水8 000 km3 湖泊河流100 km3 土壤水分100 km3 大气中水13 km3 生物体中水1 km3
蒸腾
降雨 截留
穿透雨
地表蒸发 渗透 地下径流
地表 径流
（二）全球水循环
km3和km3/a
（三）人类活动对水循环的影响
空气污染和降水 改变地面，增加径流 过度利用地下水 水的再分布（水库、南水北调等） 水库建成后，侵占陆地面积； 减少了进入河口湾和下游的水量，改变了 湾的生物群落； 河口湾营养物减少，影响渔业收入
河口
三、碳循环
贮存库（reservoir pool）：岩层中的碳， 容量很大，但活动很慢，一般为非生物成分 交换库（exchange or cycling pool）：容 量小而且很活跃，如生物体库。
2 模型研究
分室模型法
生态系统中元素的各种状态，看做为不同的分室 生态系统分室模型还可以有层次结构，即分室中 有亚分室 元素在分室之间的移动速率有差异
• 库和流通率 • 分室可以随研究者的目的设置
3 生物元素循环的两个尺度
全球循环：全球生物地球化学循环(global biogeochemical cycles)，代表各种生态系统局 域事件的总和 局域循环：在物质循环上也不是完全封闭的，营 养物可以通过气候的、地质的和生物的种种过程 而彼此联系
（释放二氧化碳的库称为源(source)，吸收二氧化碳的库称 为汇(sink) ）
3 温室效应
在夏威夷冒纳罗亚观象台收集大气层中CO2浓度变化
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。
温室气体主要包括：
四、氮循环
氮是蛋白质的基本组成成分，一切生物结构的原 料。 一般生物不能直接利用大气中的氮，必须通过固 氮作用将氮与氧结合成为硝酸盐和亚硝酸盐，或 者与氢结合形成氨以后，植物才能利用。
1 氮循环(nitrogen cycle)
大气库 HN3,NO,NO2, N2 O ， 降 脱氮 水 动植物 活体 土壤 中无 机氮 库 陆地 闪电 化学反应 工业固氮 （汽车,化肥,电厂） 共生或 自由生活 的固氮 微生物 蓝藻 大气库 N2 大气 生物固氮 其它 动植物
长期的沉积相：束缚在有机和无机沉积中的硫，通过风 化和分解而释放，以盐溶液的形式进入陆地和水体生态系 统 以气态参加循环
酸雨的形成
世界酸雨分布图
小
结
分室模型法 气体型和沉积型两类循环的特点 全球碳循环包括的重要生物的和非生物 的过程 全球碳循环与全球气候变化的重要联系 氮循环的复杂性及对人工固氮的正反两 方面
整个地球碳的储存数量约为26×1015吨。 90%以上以碳酸盐形式禁锢在岩石圈中，而只有 7500×109吨是以有机态埋藏在地下(如煤、石油) －碳循环中的储存库。 极少量碳参与经常性流动和圈层间的交换。其中 大气圈中(CO2)约700×109吨，水圈中(多为碳酸 盐态或CO2)约为35250×109吨。而构成现有生 物量的有机碳仅为1120×109吨。 水圈、大气圈和生物圈扮演着碳循环中活动库的 作用。
第十三章 生态系统的物质循环
物质循环的一般特征 水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环
一、物质循环的一般特征
1 物质循环特点
物质循环和能量流动总是相伴发生 生物固定的日光能量流过生态系统通常只有一 次，并且逐渐地以热的形式耗散，而物质在生态 系统的生物成员中能被反复地利用
汉沽池塘 P支出
渗漏 悬浮颗粒 1.72% 8.83% 水体 4.62% 对虾生产 14.40%
池塘沉积 70.43%
五、硫循环
硫是蛋白质和氨基酸的基本成分，对于大多数生 物的生命至关重要。 人类使用化石燃料大大改变了硫循环，其影响远 大于对碳和氮，最明显的就是酸雨。 硫循环是一个复杂的元素循环，既属沉积型，也 属气体型。
火 山 作 用
浅层死有机物 陆地陆地 丢失于深 层沉积中 溶解死 有机物 海洋
死有机体 河流带走
单位：1012gN/a
固氮作用分类： （1）闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮，形 成硝酸盐； （2）工业固氮：400摄氏度，200大气压下； （3）生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤 菌和蓝藻等自养和异养微生物
二氧化碳(CO2) 甲烷(CH4) 氟氯碳化物 (CFCs) 氧化亚氮(N2O) 六氟化碳(SF6) 全氟碳化物(PFCs) 氢氟碳化物(HFCs)
温室效应（greenhouse effect ）
温室效应的影响
海平面上升，淹沒陆地。 全球气候经常发生暴雨或干旱。 土地沙漠化，生态环境改变。
硝酸盐高溶解性，易从土壤淋洗出来，污染地下 水和地表水－使用化肥过多的农田区
光化学烟雾（Photochemical smog） 排入大气的氮氧化物和碳氢化物受太阳紫外线作用产生的 一种具有刺激性的浅蓝色的烟雾。 成分：臭氧(O3)、醛类、硝酸酯类（PAN）等多种复杂化合 物 。 危害：当遇逆温或不利于扩散的气象条件时，烟雾会积聚 不散，造成大气污染事件，使人眼和呼吸道受刺激或诱发 各种呼吸道炎症，危及人体健康。
1 碳循环研究的重要意义
碳是构成生物有机体的最重要元素，生态系统碳 循环研究为系统能量流动的核心问题 人类活动通过化石燃料的大规模使用，从而造成 对于碳循环的重大影响，可能是当代气候变化的 重要原因。
2 碳循环包括的主要过程
生物的同化过程和异化过程，主要是光合作用和 呼吸作用 大气和海洋之间的二氧化碳交换 碳酸盐的沉淀作用
氨化作用(ammonification) 蛋白质通过水解降解为氨基 酸，然后氨基酸中的碳被氧化而释放出氨(NH3)的过程。 植物通过同化无机氮进入蛋白质，只有蛋白质才能通过各 个营养级。 硝化作用(nitrification) 氨的氧化过程。其第一步是通 过土壤中的亚硝化毛杆菌或海洋中的亚硝化球菌，把氨转 化为亚硝酸盐(N02)；然后进一步由土壤中的硝化杆菌或 海洋中的硝化球菌进一步氧化为硝酸盐(NO3-)。 反硝化作用(denitrification) 第一步是把硝酸盐还原 为亚硝酸盐，释放NO。这出现在陆地上有渍水和缺氧的土 壤中，或水体生态系统底部的沉积物中，它由异养类细 菌，例如假单孢杆菌所完成；然后亚硝酸盐进一步还原产 生N20和分子氮(N2)，两者都是气体。
海洋生物泵过程
真光层的浮游植物通过光合作用吸收CO2，将其转化为有生 命的颗粒有机碳,再通过食物链(网)逐级转移到大型动物。 未被利用的各级产品死亡、沉降和分解，各级动物产生的粪 团、蜕皮构成大量非生命颗粒有机碳向下沉降。 不同水层中的浮游动物: 通过垂直移动也构成了有机物由表 层向深层的接力传递。 溶解有机物:-部分光合作用产物以可溶性有机物释放到海水 中/生物代谢活动产生-一部分无机化进入再循环，其余被异 养微生物利用后通过微型食物网再进入主食物网，并可能成 为较大的沉降颗粒。
碳循环(carbon cycle)
大气中CO2 光合 作用 呼吸 作用 燃料
扩散 腐烂 水生植物 光合作用 CO2 碳化作用 泥碳 煤 化 石油
腐烂
全球碳收支（Schlesinger，1997）
单位：1015gC/a
人类活动释放的二氧化碳有大约25％的全球碳流的 汇是科学尚未研究清楚－失汇(missing sink)现象
2 微生物参与的氮循环过程
生物固氮作用(nitrogen fixation)
营自由生活的自生固氮菌－氧化有机碎屑获得能量 共生在豆科植物根瘤和其他一些植物的根瘤菌－共生植物 提供能量 蓝细菌－光合作用固定的能量 固氮作用的重要意义 在全球尺度上平衡反硝化作用 在像熔岩流过和冰河退出后的缺氮环境里，最初的入侵者 就属于固氮生物，所以固氮作用在局域尺度上也很重要 大气中的氮只有通过固氮作用才能进入生物循环。
富营养化（eutrophication）
水体的过度肥沃，赤潮、水花
一氧化二氮：由于细菌作用于土壤中硝酸盐而生 成的, 在同温层中与氧反应，破坏臭氧，从而增 加大气中的紫外辐射； 在对流层作为温室气体，促进气候变暖。 含氮化合物还与二氧化硫在一起形成酸雨
虾苗 shrimp 青蛤 bivalve 饵料 feeds
生物泵对调节大气CO2含量的作用和规模迄今尚无一 致的估计。 海洋可以在相当程度上起调节大气CO2浓度的作用。 粗略估计，目前由于人为原因释放到大气的CO2，有 一半可能被海洋吸收(王荣，1992)
提高气一海界面碳净通量的可能途径
通过提高某些海区新生产力的途径、加速生物泵运转 南大洋:营养盐(N、P、SI)补充充足，但初级生产力只有亚 热带近海区的1/10或更少 原因：可能是缺Fe所致－大洋水中的Fe依靠大陆漂尘来补 充，但由于南极大陆95％的面积为冰雪覆盖，再加上西风带 的阻碍，使南大洋的Fe无法依靠陆源漂尘补充。 假设：如果南大洋上外流(南极辐散带)由深层向夏光层输送 的NO3-能全部被利用的话，可能使气一海界面的碳通量再增 加20—30×l08t／a。即使按C：Fe＝100000:1计算，每年也 仅需要补充200 000t的Fe。 澳洲霍巴特东南1930km（1999） 赤道太平洋的东部和西部