环境生态学教学PPT第七章

• 生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生态系统中 被多层次利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收 利用。生物小循环时间短，范围小，是开放式的循环。
生物小循环：环境中元素经生物吸收，系统中被相继 利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利 用。
生命与元素
• 大量元素：生物体内含量超过0.2%以上 的元素。如碳、氧、氢、氮和磷。 • 微量元素：生物体内含量不超过0.2%， 如铝、硼。
二、物质循环的几个基本概念
1.库：库(pool)是指某一物质在生物或非生物环 境暂时滞留(被固定或贮存)的数量。生态系统 中各组分都是物质循环的库，如植物库、动物 库、土壤库等。 （贮存库和交换库） 2.流通率：在单位时间、单位体积（或单位面积） 的转移量。 3.周转率：=流通率/ 库中营养物质总量 4.周转时间：=库中营养物质总量/流通率，即移 动库中全部营养物质所需要的时间。
2.沉积型循环
这类循环速度比较慢，参与沉积循环的物质， 其分子或化合物主要通过岩石的风化和沉积物的溶 解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物 转化为岩石圈成分则是相当长的、缓慢的、单向的 物质转移过程，时间要以千年计算。主要储库在土
壤、沉积物和岩石，而无气体状态。因此沉积循环
的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善。
二、氮循环
1. 固氮作用： （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。
大气中的氮
氨或铵盐
细 菌 分 解 硝酸盐
NOX
• 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，氨溶水 成为NH4+，为植物利用。 • 硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化 合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化 为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用。 • 反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转 变成大气氮，回到大气库中。
（1）物质循环（生物地球化学循环）：
生态系统从大气、水体和土壤等环境中 获得营养物质，通过绿色植物吸收，进 入生态系统，被其他生物重复利用，最 后，再归还于环境中。
• 这些循环的路径包括生物与非生物二者, 同时也包含一些地质与地理作用在內, 因此称为生物地球化学循环。
• 生物地球化学循环包括了地质大循环和生物小循环 • 地质大循环是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。地质大循环的时间长，范 围广，是闭合式的循环。
三、生物地球化学循环的类型
根据物质在循环时所经历的路径不同， 从整个生物圈的观点出发，并根据物质循环 过程中是否有气相的存在，生物地球化学循 环可分为： 1.气体型循环：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，循环性能最为完善。元素或化合物 可以转化为气体形式参与循环过程。气体循 环速度比较快，例如CO2、N2、O2等。物质来 源充沛，不会枯竭。
• 三、磷循环
磷循环属典型的沉积循环。磷以不活跃的地壳作 为主要贮存库。岩石经土壤风化释放的磷酸盐和 农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内， 含磷有机物沿两条循环支路循环：一是沿食物链 传递，并以粪便、残体归还土壤；另一是以枯枝 落叶、秸秆归还土壤。各种含磷有机化合物经土 壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再 次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。在 这一循环过程中，一部分磷脱离生物小循环进入 地质大循环，其支路也有两条：一是动植物遗体 在陆地表面的磷矿化；另一是磷受水的冲蚀进入 江河，流入海洋。
3.水循环
• 生态系统中所有的物质Baidu Nhomakorabea环都是在水循 环的推动下完成的，因此，没有水的循 环，也就没有生态系统的功能，生命也 将难以维持。
第二节 水循环
全球水循环 水循环受太阳能推动，在陆地、大气 和海洋形成全球水循环系统。
生态系统中的水循环
降雨
蒸腾
截留
穿透雨
地表蒸发
地表 径流
渗透
地下径流
第七章 生态系统中的物质循环
物质循环的一般特点 水循环 碳、氮、磷、硫循环
有毒有害物质循环

思考题
• 第一节 物质循环的一般特点
一、生物地球化学循环的概念 各种化学元素包括生命有机体所必需的营养物质， 在不同层次、不同大小的生态系统内，乃至生物圈里， 沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境， 不断地进行着流动和循环，就构成了生物地球化学循 环(biogeochemical cycle)，即生态系统的物质循环 (cycle of material)。
• 流通率=16单位/ 天，对于生产者 的输出库的周转 率=16/100=0.16；
• 对于生产者的周 转时间为6.25天。
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。
• 如CO2周转时间为1年左右，而大气圈中 氮周转时间为100万年。
第三节 碳、氮、磷和硫的循环
一、碳循环 碳是一切生物体中最基本的成分。 库在大气和海洋。
海洋和大气CO2调节
CO2 CO2溶 于海水 H++CO3 2-
H2CO3
CaCO3
水体中生物
海底沉积物
Greenhouse effects
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：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)等。
（2）生物的生长速率 决定生物对该物质吸收的速率以及该物 质在食物网中运动的速度。 （3）有机物质腐烂的速率 适宜的环境有利于分解者的生存，并使 有机体很快分解，供生物重新利用。 （4）人类活动的影响 如开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质 的流失，从而影响物质循环的速率。另，化 石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中。
溫室效应的影响
• 1996年联合国气候变化政府间专家委员会 (IPCC)评估报告，二氧化碳浓度已从工业革命前 的280PPMV增加至1994年的358PPMV。预估2100年 时全球平均地面气溫，将比1990年上升1.0～ 3.5℃，海平面將上升15～95公分；全球气候与 生态环境将产生下列变化： • 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。