生态系统的物质循环

课程论文

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题目：生态系统的物质循环

课程：环境生态学

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时间：2014年6月1日

生态系统的物质循环

一、引言

生命的维持不但需要能量，而且也依赖于各种化学元素的供应。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，在归入环境中，这个过程称之为物质循环或生物地球化学循环。在生态系统中，能量不断流动而物质不断循环，这两者是生态系统中两个基本过程。正是这两个过程，使生态系统的非生物和生物成分组成了一个完整的功能单位。

二、摘要

生态系统中表征物质循环的两个概念是库和流通率，他们分别体现了生态系统中物质循环物质的量和物质循环的快慢。生物化学循环是指化学物质在生物圈中的生物部分与非生命环境之间的转移、转化等往返过程。可分为三大类型，即水循环、气体型循环和沉积型循环。其中水循环、碳循环、氮循环和有毒物质的循环是生态系统中典型的物质循环。

三、关键词

库，流通率，水循环，碳循环，氮循环，有毒物质循环

四、正文

（一）物质循环在生态系统中的重要性

在生态系统中不仅随时随地的进行着能量的转换和流动，而且无时无刻不在进行着物质的循环。生态系统中的一切生物，无论植物、

动物、还是微生物，都是有运动中的物质构成。这所有的生物都是地球长期演化的产物。根据元素在生物体中的含量将元素分为大量元素和微量元素。大量元素包括（含量超过生物体干重1%以上的）：碳、氧、氢、氮和磷等。（含量占生物体干重0.2～1%之间的）硫、氯、钾、钠、钙、镁、铁和铜等。微量元素包括（含量一般不超过生物体干重的0.2%）：铝、硼、溴、铬、钴、氟、镓、碘、锰、钼、硒、硅、锶、锡、锑、钒和锌等。这些元素在生态系统中的循环使生态系统的物质循环具有以下作用：①完成了生物体及非生命环境的物质更新。②完成生态系统中物质的再聚集与再分布。③为物种的不断进化提供条件。④维持大自然相对的稳态。

（二）物质循环的模式

生物地球化学循环可以用“库”(pools)和“流通”(flux rates)两个概念加以描述。库：由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，如在一个湖泊生态系统中，水体中磷的含量可以看成是一个库，浮游植物中的磷含量是第二个库。这些库借助有关物质在库与库之间的转移而彼此相互联系。流通率：物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量就称为流通率。周转率(turnover rates)：就是出入一个库的流通率(单位／天)除以该库中的营养物质总量。周转时间(turnover times) ：就是库中的营养物质总量除以流通率。周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。

生物地球化学循环在受人类干扰以前，一般是处于一种稳定的平

衡状态，这就意味着对主要库的物质输入必须与输出达到平衡。这种平衡是通过全球的物质循环，也就是生物地化循环来实现的。影响物质循环速率的最重要因素：①循环元素的性质：循环速率不同由循环元素的化学特性和被生物有机体利用的方式不同所致。②生物的生长速率：这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度。③有机物分解的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环（三）物质循环的类型

生物地化循环可分为三大类型，即水循环，气体型循环(gaseous.cycles)和沉积型循环(sedimentary cycles)。水循环：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，因此，没有水的循环，也就么有生态系统的功能，生命也就难以维持。气体型循环：物质的主要储存库是大气和海洋，其循环与大气和海洋密切相联，具有明显的全球性，循环性能最为完善。凡属于气体型循环的物质，其分子或某些化合物常以气体形式参与循环过程，属于这类的物质有氧，二氧化碳、氮、氯、溴和氟等。沉积型循环：参与沉积型循环的物质主要是通过岩石的风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是一个缓慢的、单向的物质移动过程，时间要以数千年计。这些沉积型循环物质的主要储存库是土壤、沉积物和岩石，而无气体形态，因此这类物质循环的全球性不如气体型循环表现得那么明显，循环性能一般也很不完善。属于沉积型循环的物质有磷、钙、钾、钠、镁、铁、锰、碘、铜、硅

等，其中磷是较典型的，沉积型循环物质，它从岩石中释放出来，最终又沉积在海底并转化为新的岩石。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。

（四）四种典型的物质循环

地球表面的总水量大约为14亿km3, 其中大约有97%包含在海洋库中。淡水中：两极冰盖29000 km3、地下水8000 km3、湖泊河流100 km3、土壤水分100 km3、大气中水13 km3、生物体中水1km3。水循环是水分子从水体和陆地表面通过蒸发进入到大气，然后遇冷凝结，以雨、雪等形式又回到地球表面的运动。水循环的生态学意义在于通

过它的循环为陆地生物、淡水生物和人类提供淡水来源。水还是很好的溶剂，绝大多数物质都是先溶于水，才能迁移并被生物利用。因此其他物质的循环都是与水循环结合在一起进行的。可以说，水循环是地球上太阳能所推动的各种循环中的一个中心循环。没有水循环，生命就不能维持，生态系统也无法开动起来。

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。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用，再把碳回归到大气中。碳的另一个储存库是海洋：在水体中，同样由水生植物将大气中扩散到水上层的二氧化碳固定转化为糖类，通过食物链经消化合成，各种水生动植物呼吸释放出二氧化碳。岩石圈和化石燃料：岩石圈中的碳借助于岩石的风化和溶解、火山爆发等重返大气圈；化石燃料在燃烧过程中是大气中的二氧化碳含量增加。

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、