生态学：生态系统的物质循环

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
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腐烂
腐烂
碳化作用 泥碳 煤化 石油
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)、氧化
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
没有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
水循环
水的全球循环过程
生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完
成的
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§2 水循环(aquatic cycle)
第十一章 生态系统的物质循环
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第三节 生态系统的物质循环
§1 生物地化循环的概念 §2 水循环 §3 气体型循环 §4 沉积型循环 §5 有毒物质的迁移和转化 §6 放射性核素循环 §7 生物地化循环与人体健康
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§1 生物地化循环的概念
生物地化循环 生物地化循环的特点 生物地化循环的类型
的主要原因
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海洋和大气CO2调节
CO2
CO2溶 于海水
H2CO3
H++CO32-
CaCO3
水体中生物
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海底沉积物
The Carbon Cycle
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The Carbon Cycle
1 6
×1015gC
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750 92 90
碳循环(carbon cycle)
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生态系统中的水循环
降雨 截留
地表蒸发
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穿透雨
渗透
地下径流
蒸腾
地表 径流
§3 气体型循环(gaseous cycle)
氧循环 碳循环 氮循环
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氧循环(oxygen cycle)
O O2
O2
O3
臭氧层
O2
H2O O
H H2O OH
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O2
CO2 ↑
H2O+CO2 → H2CO3 → HCO3- +H+
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物质循环(cycling of material)的概念
生物地球化学循环(biogeochemical cycle) ：
矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们 在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动 和交换称生物地(球)化(学)循环，
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
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
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水循环示意图
西德地区的水循环示意图
（Clodius and Keller,1951）
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生物地化循环的特点
1. 物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中 的运动是循环的；
2. 生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描 述。
3. 生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一 种稳定的平衡状态。
4. 元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物 浓缩和生物放大现象。
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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。
水循环的途径 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。
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全球水循环
水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循
质在食物网中运动的速度
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： 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
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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
HCO3- →CO32 -
水体
Ca2+
→CaCO3 沉积物
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高能紫外辐射
↑ O2+2CO CO2
CO2
CO CO2 火 山
作
用
4FeO+O2→2FeO3
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
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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 可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大，
元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生 物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流 速较大。
Basics of nutrient cycling
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生物小循环
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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CO21年,N100万年
生物的生长速率：决定生物对物质吸收的速率以及物
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
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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
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
亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、氢氟 碳化物(HFCs)等
溫室效应的影响 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
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GREENHOUSE EFFECT
Incoming sunlight warms the surface of the Earth and is radiated back to atmosphere. Greenhouse gases absorb some of this heat, trap20p20i/n7/2g9 it in the atmosphere.