第十一章 生态系统的物质循环

第三节 气体型循环
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。

The Carbon Cycle
CO2 in atmosphere (reservoir) Burning of CO2 dissolved Fire fossil fuels Respitation in ocean (reservoir)


生物地化循环过程的研究主要是在生态系统水平和 生物圈水平上进行的。
气相型循环和沉积型循环的区别
主要特征 元素类型 气相型循环 有气态分子或化合 物 沉积型循环 有气态分子或化合物
主要贮存库
循环速度 运动方式 抗干扰能力 循环性质
大气圈
快 扩散 强 完全循环
岩石圈、土壤圈
慢 沉降、抬升、风化 弱 不完全循环
含磷有机物沿两条循环支路循环：
沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤；
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：
动植物遗体在陆地表面的磷矿化；
二、微量元素碘
1、缺碘症 2、碘的分布 3、碘的循环 4、碘的生物效应
三、微量元素硒(Se)与癌症
80%-90%的癌症是环境引起的。致癌物是指接触后可能 最终导致癌变的物质。如微量元素砷、铅、铬、镍等。 硒是生命的必须元素，对实验肿瘤具有抑制作用。在我 国已用来预防克山病、大骨节病，还认为硒可防癌、抗衰 老等。 硒的防癌、抗癌可能有如下作用：1、改变致癌物的代 谢途径，使之失活；2、改变膜的通透性和运输功能；3、 清除致癌物的代谢活性物质；4、刺激免疫系统的保护能 力，维持细胞正常代谢。
磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋。
农业生产上大量施用磷肥不仅有使磷资源面临枯竭的威胁，且磷 矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，长期大量施用，会使 土壤污染；
磷素随水土流失进入水域或水体的富营养化，殃及鱼类等水生生 物。
硫循环
第四节 有毒物质的迁移和转化

某种物质进入生态系统后,使环境正常组成和性质发生变化,在 一定时间内直接或间接地有害于人或生物时,就称为有毒物质 或者称为污染物.有毒物质包括有机的和无机的两类。无机有 毒物质主要指重金属、氟化物和氰化物等；有机有毒物质主 要有酚类、有机氯农药等； 迁移是重要的物理过程，包括分散、混合、稀释和沉降等； 转化主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物 理的、化学的和生物化学的变化。有的物质毒性可能降低， 而另一些则可能变这剧毒物质。
第十一章 生态系统的物质循环
第一节 物质循环的主要特点
生态系统之间矿物元素的输入和输出，以及它们在大气圈、 水圈、岩石圈之间，生物与生物之间的流动和交换称为生 物地（球）化（学）循环，即物质循环。物质循环的动力 来自能量；物质是能量的载体，保证能量从一种形式转变 为另一种形式。 一、物质处于不断循环之中 生物圈是由物质构成。人类共发现了109种化学元素。
第二节 水循环是物质循环的核心
一、水循环的生态学意义 主要作用表现在三个方面： 1、水是所有营养物质的介质。 2、水对物质是很好的溶剂。 3、水是地质变化的动因之一。 二、水循环的驱动力 水为什么能循环？ 1、是太阳能驱动了全球水循环。 2、植物在水循环中的作用是及其巨大的。 3、海洋和陆地在太阳光的照射下，不断蒸发水分。
Hg
吸收 人类 排泄 吸收
水
Hg
Hg
CH3
CH3
Hg+
细菌
Hg+
(CH3)2Hg
细菌
排泄 植物 – 动物 吸收
土
细菌
Hg22+
Hg2+ + Hg
细菌
DDT在生物体内的放大
第六节 生物地化循环与人群健康
一、地方病
由于地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不 均。这种生物地化循环是常导致某些生态系统中生命元素 含量的异常，或不足，或过剩，会造成植物、动物及至人 类的疾病。
Electrical storms produce nitrate
Reservoirs Processes/ Locations Trophic Levels/ Organisms
人类对氮循环的影响

化肥的使用 矿物燃料的燃烧: 城市化的发展
三、磷循环
BIOGEOCHEMICAL CYCLE - PHOSPHORUS
Reservoirs
Processes/ Locations
Water in ocean Surface(reservoir) runoff Groundwater seepage
二、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
人类对水循环的影响
A. 修筑水库、塘堰；
B. 而围湖造田又使自然蓄水容积减小。 C. 地下水的过度开采利用，使某些人口集中的地区 出现了地下水位和水质量的下降。 D .水体污染

二、物质循环是个复杂过程 1、介质多样。 2、涉及的元素众多，形态变化大。 3、有多种化学作用。 三、库与流通率
四、生物地球化学循环的类型
1.气相型（gaseous type) 元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩 散，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较 迅速 如：CO2、N2、O2等，水实际上也属于这种类型。
其贮存库是大气和海洋。气相循环具有明显的全球性。
因此，从地球意义上看，这类循环是比较完全的循环。
2.沉积型(sedimentary type)

许多矿物元素其贮存库在地壳里。
过程：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。
第七节 生态系统的营养物质收支
一、营养物质的输入
生态系统营养物质的输入主要包括三个方面： 1、降水过程。 2、生物固氮的作用。 3、植物的直接吸收。
二、营养物质的输出
排水和人为活动两个途径。

进入生态系统的途径：
被人们直接抛弃到环境；
通过冶炼、加工制造、化学品的贮存与运输进入生态 系统；
通过日常生活、农事操作等过程进入生态系统。 有毒物质进入生态系统后，就会沿着食物链在生 物体内富集浓缩，愈是上面的营养级，生物体内有毒 物质的残留浓度愈高。
Hg在环境中的迁移转化
气
CH4
C2H4 (CH3)2Hg

Phosphate leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incorporated into biological molecules. These are passed through the trophic levels.
一部分保留在土壤中供植物吸收利用； 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。
特点：

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这类循环是缓慢的，并且容易受到干扰，成为“不完 全”的循环。 沉积循环一般情况下没有气相出现，因而通常没有全 球性的影响。 气体型循环和沉积型循环虽然各有特点，但都受到能 流的驱动，并都依赖于水的循环。
down loop
up loop
Water vapor in atmosphere
Precipitation over land
The Evaporation Evaporation from land & Hydrologic from ocean transpiration from plants Precipitation Cycle over ocean
The Nitrogen Cycle
Nitrogen in Nitrogenin Nitrogen in Atmosphere Atmosphere Atmosphere Reservoir Reservoir Reservoir
Producers Dentitrifying Uptake bacteria by plants Consumers Wastes, Dead bodies Nitrogen-fixing Soil bacteria and bacteria in detritus feeders legume roots and soil Ammonia Ammonia & nitrate
Reservoirs Processes/ Locations Trophic Levels/ Organisms
Consumers
Producers
Wastes, SoilDead bodies bacteria & detritus feeders
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。