生态系统中物质循环
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–开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失， 影响物质循环速率
–化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中
生物地球化学循环的类型
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 –循环速度快，例如CO2、N2、O2等
沉积型循环
–贮存库是岩石、土壤和沉积物 –没有气体形式的分子参与循环过程 –循环速度慢，时间以千年计算，例如P、Ca、Mg等
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
气相型循环和沉积型循环的区别
主要特征
气相型循环
沉积型循环
元素类型 有气态分子或化合物 有气态分子或化合物
主要贮存库
大气圈
岩石圈、土壤圈
循环速度
快
慢
运动方式
扩散
Fra Baidu bibliotek
沉降、抬升、风化
抗干扰能力
强
弱
循环性质
完全循环 生态系统中物质循环
不完全循环
当人们开采利用这些化石燃料时， CO2被再次释放
进入大气
生态系统中物质循环
海洋和大气CO2调节
CO2
CO2溶 于海水
H2CO3
H++CO32-
CaCO3
水体中生物
海底沉积物
全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器
大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水。相反，大 气CO2减少，海水中CO2又返回大气。
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 ➢ 水的再分布；修筑水库、塘堰 ➢ 围湖造田又使自然蓄水容积减小 ➢ 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生下态系降统中物质循环
碳循环
碳的重要性：生命元素、能量流动 碳库：海洋和大气、生物体 碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳 主要循环过程
➢ 生产者库 – 流通率：20单位/天 – 周转率：20/100=20% – 周转时间：100/20=5天
➢ 消费者库 – 流通率：4单位/天 – 周转率：4/50=8% – 周转时间：50/4=12.5天
在一个面积为4英亩的池塘生态 系统中，库与流通率的模式图
影响物质循环速率的因素
元素的性质：有的元素循环的速率快，而
储存库: 容积大，物质交换活动缓慢(一般为环境成分) 交换库: 容积小，交换快(一般为生物成分) 流: 物质在库与库之间的转移运动状态
流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量 周转率：流通率/库中营养物质总量 周转时间：库中营养物质总量/流通率
物质在库间的流通
➢ 流通量、周转率与周转时 间是相对于库而言的
chapter12 生态系统中的物质循环
物质循环的一般特征 全球水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环
物质循环与能量流动
环境
生产者
分解者
植食者
肉食者
能量流动
物质流动
生态系统中的能量流与物质流特征的比较
物质循环(cycling of material)的一般特征
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 境中的过程。这一过程包括生物与非生物二者的参 与, 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。属于闭合式循环
The Carbon Cycle
The Carbon Cycle
1 6
×1015gC
750 92 90
碳循环(carbon cycle)图解
大气中CO2
光合 作用
呼吸 作用
燃料
扩散
水生植物 光合作用
CO2 腐烂
腐烂
生态系统中物质循环
碳化作用 泥碳 化煤 石油
温室效应
温室效应(Greenhouse effects)：大气中对长波辐射具
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 1 年；N 100万年
生物的生长速率：决定生物对物质吸收的
速率以及物质在食物网中运动的速度
影响物质循环速率的因素
➢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
➢人类活动的影响：
河流100 km3、土壤水分100 km3、大气中水13 km3、生 物体中水1 km3
The Hydrologic Cycle
生态系统中的水循环
截留
降雨
蒸腾
消费者
土壤吸收
穿透雨
渗透 地面蒸发
地下径流
地表 径流
水循环(aquatic cycle)
水循环的意义
➢ 水是所有营养物质的介质 ➢ 水对物质是很好的溶剂 ➢ 水是地质变化的动因之一
➢ 长循环(long cycle)：指绿色植物逐级经过各级消费者
如食草动物、食肉动物和其他杂食动物以及寄生生物
的采食、消化和排泄以及动植物的遗体进入土壤，经
过食腐动物的啃食(如豺、秃鹫等)，而最后被微生物
分解，物质再回到环境中去，又一次参与生态系统的
物质循环
生态系统中物质循环
物质循环的基本概念
库：贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素的库 – 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；库可以分为：
生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统 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。属于开放式循环
Basics of nutrient cycling
生物小循环
物质循环一般可分为两类
➢ 短循环(short cycle)：即生态系统中的生产者，除一 少部分被消费者吃掉外，绝大部分掉落在土壤表面， 而被分解者分解还原为二氧化碳、水和矿盐分等
全球水循环
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%
水的循环：
– 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 – 淡水中：两极冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖泊
–生物的同化和异化过程 –大气和海洋间的CO2交换 –碳酸盐的沉淀作用
人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化 的主要原因
碳循环途径
➢ 在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环
➢ 大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环； ➢ 大气CO2─植物─动物─微生物之间的食物链水平
上的循环
碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形 成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环
–化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中
生物地球化学循环的类型
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 –循环速度快，例如CO2、N2、O2等
沉积型循环
–贮存库是岩石、土壤和沉积物 –没有气体形式的分子参与循环过程 –循环速度慢，时间以千年计算，例如P、Ca、Mg等
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
气相型循环和沉积型循环的区别
主要特征
气相型循环
沉积型循环
元素类型 有气态分子或化合物 有气态分子或化合物
主要贮存库
大气圈
岩石圈、土壤圈
循环速度
快
慢
运动方式
扩散
Fra Baidu bibliotek
沉降、抬升、风化
抗干扰能力
强
弱
循环性质
完全循环 生态系统中物质循环
不完全循环
当人们开采利用这些化石燃料时， CO2被再次释放
进入大气
生态系统中物质循环
海洋和大气CO2调节
CO2
CO2溶 于海水
H2CO3
H++CO32-
CaCO3
水体中生物
海底沉积物
全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器
大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水。相反，大 气CO2减少，海水中CO2又返回大气。
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 ➢ 水的再分布；修筑水库、塘堰 ➢ 围湖造田又使自然蓄水容积减小 ➢ 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生下态系降统中物质循环
碳循环
碳的重要性：生命元素、能量流动 碳库：海洋和大气、生物体 碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳 主要循环过程
➢ 生产者库 – 流通率：20单位/天 – 周转率：20/100=20% – 周转时间：100/20=5天
➢ 消费者库 – 流通率：4单位/天 – 周转率：4/50=8% – 周转时间：50/4=12.5天
在一个面积为4英亩的池塘生态 系统中，库与流通率的模式图
影响物质循环速率的因素
元素的性质：有的元素循环的速率快，而
储存库: 容积大，物质交换活动缓慢(一般为环境成分) 交换库: 容积小，交换快(一般为生物成分) 流: 物质在库与库之间的转移运动状态
流通率：单位时间、单位面积/体积的物质转移量 周转率：流通率/库中营养物质总量 周转时间：库中营养物质总量/流通率
物质在库间的流通
➢ 流通量、周转率与周转时 间是相对于库而言的
chapter12 生态系统中的物质循环
物质循环的一般特征 全球水循环 碳循环 氮循环 磷循环 硫循环
物质循环与能量流动
环境
生产者
分解者
植食者
肉食者
能量流动
物质流动
生态系统中的能量流与物质流特征的比较
物质循环(cycling of material)的一般特征
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 境中的过程。这一过程包括生物与非生物二者的参 与, 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。属于闭合式循环
The Carbon Cycle
The Carbon Cycle
1 6
×1015gC
750 92 90
碳循环(carbon cycle)图解
大气中CO2
光合 作用
呼吸 作用
燃料
扩散
水生植物 光合作用
CO2 腐烂
腐烂
生态系统中物质循环
碳化作用 泥碳 化煤 石油
温室效应
温室效应(Greenhouse effects)：大气中对长波辐射具
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 1 年；N 100万年
生物的生长速率：决定生物对物质吸收的
速率以及物质在食物网中运动的速度
影响物质循环速率的因素
➢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
➢人类活动的影响：
河流100 km3、土壤水分100 km3、大气中水13 km3、生 物体中水1 km3
The Hydrologic Cycle
生态系统中的水循环
截留
降雨
蒸腾
消费者
土壤吸收
穿透雨
渗透 地面蒸发
地下径流
地表 径流
水循环(aquatic cycle)
水循环的意义
➢ 水是所有营养物质的介质 ➢ 水对物质是很好的溶剂 ➢ 水是地质变化的动因之一
➢ 长循环(long cycle)：指绿色植物逐级经过各级消费者
如食草动物、食肉动物和其他杂食动物以及寄生生物
的采食、消化和排泄以及动植物的遗体进入土壤，经
过食腐动物的啃食(如豺、秃鹫等)，而最后被微生物
分解，物质再回到环境中去，又一次参与生态系统的
物质循环
生态系统中物质循环
物质循环的基本概念
库：贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素的库 – 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；库可以分为：
生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系统 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。属于开放式循环
Basics of nutrient cycling
生物小循环
物质循环一般可分为两类
➢ 短循环(short cycle)：即生态系统中的生产者，除一 少部分被消费者吃掉外，绝大部分掉落在土壤表面， 而被分解者分解还原为二氧化碳、水和矿盐分等
全球水循环
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%
水的循环：
– 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 – 淡水中：两极冰盖29 000 km3、地下水8 000 km3、湖泊
–生物的同化和异化过程 –大气和海洋间的CO2交换 –碳酸盐的沉淀作用
人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化 的主要原因
碳循环途径
➢ 在光合作用和呼吸作用之间的细胞水平上的循环
➢ 大气CO2和植物体之间的个体水平上的循环； ➢ 大气CO2─植物─动物─微生物之间的食物链水平
上的循环
碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形 成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环