1、7.生态系统中的物质循环生态系统中的物质循环 C G Cao 7.1 物质循环的根本原理物质循环的根本原理 7.2 几种重要循环的概述几种重要循环的概述 7.3 物质循环与环境问题物质循环与环境问题 7.1 物质循环的根本原理物质循环的根本原理 7.1.1 物质循环的有关概念物质循环的有关概念 7.1.2 物质循环的根本形式物质循环的根本形式 7.1.3 物质循环的类型物质循环的类型 7.1.4 物质循环的特点物质循环的特点 1.生物地球化学循环生物地球化学循环 C G Cao 7.1.1 物质循环的有关概念物质循环的有关概念 能量流动和物质循环的因果关系能量流动和物质循环的因果关系 生态系统
2、的存在是靠物质循环和能量生态系统的存在是靠物质循环和能量 流动来维持的。生态系统的能量流动和物流动来维持的。生态系统的能量流动和物 质循环都是通过食物链和食物网的渠道实质循环都是通过食物链和食物网的渠道实 现的，二者相互伴随进行，又相辅相承，现的，二者相互伴随进行，又相辅相承，密不可分的统一整体。密不可分的统一整体。但是，能量流动和物质循环又有本质但是，能量流动和物质循环又有本质 上的区别：能量流经生态系统各个营养级上的区别：能量流经生态系统各个营养级 时是时是逐级递减逐级递减，而且运动是，而且运动是单向的、不是单向的、不是 循环的循环的，最终在环境中消失。物质循环是，最终在环境中消失。物质循
3、环是 带有带有全球性的全球性的，在生物群落与无机环境间，在生物群落与无机环境间 物质物质可以反复出现，反复利用可以反复出现，反复利用，循环运动，循环运动，不会消失。，不会消失。2.库和流库和流 库：库：流：流：物质在循环过程中被暂时固定、贮存的场所。C G Cao 库：库：流：流：储存库储存库 交换库交换库 即环境库，容积较大，物质交换活动缓慢。如大气库、土壤库、水体库等。2.库和流库和流 C G Cao 库：库：流：流：储存库储存库 交换库交换库 即生物库，容积较小，与外界物质交换活泼。如植物库、动物库、微生物库。C G Cao 2.库和流库和流 库：库：流：流：储存库储存库 交换库交换库
4、物质在库与库之间的转移运动状态。C G Cao 2.库和流库和流 3.周转率、周转期周转率、周转期 C G Cao 7.1.2 物质循环的根本形式物质循环的根本形式 根据物质循环的范围不同分为地球化学循环地质根据物质循环的范围不同分为地球化学循环地质大循环和生物循环生物小循环两种根本形式大循环和生物循环生物小循环两种根本形式 主主 要要 特特 征征 气相型循环气相型循环 沉积型循环沉积型循环 元元 素素 类类 型型 有气态化合物或分子（有气态化合物或分子（C C、H H、O O、N N、CLCL等）等）无气态化合物或分子（无气态化合物或分子（P P、CACA、K K、NANA、MGMG等）等）
5、主要贮主要贮 存库存库 大气圈、水圈大气圈、水圈 岩石圈、土壤圈岩石圈、土壤圈 循循 环环 速速 度度 快快 慢慢 运运 动动 方方 式式 扩散扩散 沉降、抬升、风化、溶解沉降、抬升、风化、溶解 抗干扰抗干扰 能力能力 强强 弱弱 循循 环环 性性 质质 完全循环完全循环 不完全循环不完全循环 7.1.3 物质循环的类型物质循环的类型 C G Cao 7.1.4 物质循环的特点物质循环的特点 C G Cao 7.2.1 水循环水循环 7.2.2 碳循环碳循环 7.2.3 氮循环氮循环 7.2.4 磷循环磷循环 7.2.5 硫循环硫循环 7.2.6 养分循环养分循环 C G Cao 7.2 几种
6、重要循环的概述几种重要循环的概述 总体积约为总体积约为14亿亿km3水，分布于海洋、水，分布于海洋、冰川、地下水、内陆湖泊、大气五大水冰川、地下水、内陆湖泊、大气五大水“库库中，咸水占水量中，咸水占水量97%，3%是淡水，其中是淡水，其中34以固体状态固着在两极冰盖和冰川中，以固体状态固着在两极冰盖和冰川中，只有余下不到只有余下不到1%的水，才是供人类用的液的水，才是供人类用的液态淡水。态淡水。7.2.1 水循环水循环 C G Cao(1)(1)植被破坏植被破坏 (2)(2)水利工程水利工程 (3)(3)开采地下水开采地下水 (4)(4)水体污染水体污染 人类对水循环的影响及水问题人类对水循环
7、的影响及水问题 C G Cao(2)水利工程 如修筑水库，塘堰可扩大自然蓄水量；如修筑水库，塘堰可扩大自然蓄水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小，尤其是而围湖造田又使自然蓄水容积减小，尤其是大量季节性降水因保蓄力削弱而流走，造成大量季节性降水因保蓄力削弱而流走，造成短期洪涝灾害，并同时降低了地下水库的补短期洪涝灾害，并同时降低了地下水库的补给，也引起严重的土壤和养分流失。给，也引起严重的土壤和养分流失。C G Cao(3)开采地下水 由于过度开发局部地区的地表水和地下由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用于工、农业及城市开展，不但使地表、水，用于工、农业及城市开展，不但使地表、地下水贮量下降
8、，出现地下漏斗及地上的断地下水贮量下降，出现地下漏斗及地上的断流，造成次生盐渍化；也使下游水源减少，流，造成次生盐渍化；也使下游水源减少，水位下降，水质恶化，沿海出现海水入侵，水位下降，水质恶化，沿海出现海水入侵，加重了干旱化和盐渍化威胁。加重了干旱化和盐渍化威胁。C G Cao 我国水资源开发利用方面存在的问题 现有水利设施不能适应农业和现代化建设的需要。现有水利设施不能适应农业和现代化建设的需要。现有水利工程及田间渠系配套等遗留问题比较多。现有水利工程及田间渠系配套等遗留问题比较多。水体污染日趋严重。水体污染日趋严重。地下水的超采严重如在北方旱区、一些大中城地下水的超采严重如在北方旱区、一
9、些大中城市中，形成地下水位下降和地下水漏斗以及地市中，形成地下水位下降和地下水漏斗以及地面下沉现象。面下沉现象。农业生态系统的水分管理农业生态系统的水分管理 植树造林，发挥植树造林，发挥“绿色水库作用，扩大土壤绿色水库作用，扩大土壤的水分库容。的水分库容。加强农田水利根本建设，提高水分利用率加强农田水利根本建设，提高水分利用率 改变耕作制度与管理方式，开展节水农业改变耕作制度与管理方式，开展节水农业 防治水体污染防治水体污染 加强全流域的水资源保护与统一调度加强全流域的水资源保护与统一调度 农业生态系统中的碳素流动过程 碳素通过作物的光合作用从大气流向作物。碳素自作物流向土壤。碳素沿食物链向家
10、禽家畜和人体流动，然后由人畜粪便及其遗体等重新进入环境。土壤向大气排放CO2。土壤向大气排放CH4。人为施入土壤中的碳量，主要包括有机肥和化肥尿素中的碳量。温室气体 温室气体除了二氧化碳温室气体除了二氧化碳(CO(CO2 2)外，还包外，还包括甲烷括甲烷(CH(CH4 4)、氧化亚氮、氧化亚氮(N(N2 2O)O)和碳氟氯烷和碳氟氯烷(CFC)(CFC)、臭氧、臭氧(O(O3 3)等。其中等。其中COCO2 2的作用约占的作用约占全部温室气体作用的全部温室气体作用的50%50%以上以上,大气中的水大气中的水蒸气也对温室效应起着重要作用蒸气也对温室效应起着重要作用 C G Cao(1 1)在能量
11、供求方面；在能量供求方面；(2 2)北冰洋飘浮海冰和南极西部冰山的融化北冰洋飘浮海冰和南极西部冰山的融化。(3 3)世界生物群落的分布主要取决于气候世界生物群落的分布主要取决于气候，尤其是温尤其是温度和降雨度和降雨。(4 4)由于沿岸和表层水温升高由于沿岸和表层水温升高，造成海洋上升流减少造成海洋上升流减少，(5 5)全球变暖可能造成某些疾病发病率的升高全球变暖可能造成某些疾病发病率的升高。(6)(6)气候变暖将大大影响食物生产的分布和稳定性。气候变暖将大大影响食物生产的分布和稳定性。全球变暖对生态系统的影响 C G Cao 减少温室气体排放的途径 改进能源结构改进能源结构 提高能源效率提高能
12、源效率 增加植被覆盖面积增加植被覆盖面积 生物固氮：每年约生物固氮：每年约54005400万吨万吨 工业固氮：每年约工业固氮：每年约66806680万吨万吨 高能固氮：每年约高能固氮：每年约760760万吨万吨 氮的固定 C G Cao 反硝化反硝化 有机物的燃烧有机物的燃烧 淋溶淋溶 流失流失 挥发挥发 氮的损失 人类活动对氮循环的影响人类活动对氮循环的影响 人为的固氮作用使大气库中的人为的固氮作用使大气库中的N减少，陆减少，陆地和海洋中地和海洋中N增加，其中主要流向海洋。增加，其中主要流向海洋。氮氧化物的流量和大气圈中的存量在不断氮氧化物的流量和大气圈中的存量在不断增加增加 (1)(1)水
13、体富营养化水体富营养化 (2)(2)地下水中的地下水中的N2ON2O-、NO3NO3-具有致癌作用具有致癌作用 (3)(3)臭氧层的破坏臭氧层的破坏 (4)(4)光化学烟雾光化学烟雾 氮循环失调造成的环境问题 C G Cao 水体富营养化的过程 营养物质进入水体营养物质进入水体水中微生物滋生水中微生物滋生 爆发性增长爆发性增长 死亡分解死亡分解 消耗氧气消耗氧气 氧氧气缺乏气缺乏 厌气分解厌气分解 产生有毒物质产生有毒物质 水水体变坏体变坏 水体富营养化的危害 水中溶解氧气减少，水中溶解氧气减少，水生生物无法生存水生生物无法生存 C G Cao The ozone hole This sate
14、llite picture of the Antarctic ozone hole was taken on October,1993.There was 15%less ozone over Antarctic in 1993 than a year earlier,leaving the protective shield at less than one-third its normal thickness.臭氧层破坏 臭氧层破坏危害 1对人体健康的影响。2对生态系统的影响。3对空气质量及全球变暖的影响 4对材料的影响。C G Cao 农田氮素控制的途径农田氮素控制的途径 改进氮肥施用技
15、术分次施肥、氮肥深施、缓效肥等 平衡施肥和测土施肥 采用硝化抑制剂 合理灌溉 做好水土保持工作 7.2.5 硫循环气相型兼沉积型硫循环气相型兼沉积型 硫循环的环境问题硫循环的环境问题(1)酸雨酸雨:酸雨指酸雨指PH值小于值小于5.6的雨、雾、雪、的雨、雾、雪、霜的统称。主要由霜的统称。主要由SO2引起的。引起的。(2)酸雨的危害酸雨的危害:土壤酸化、贫瘠化，毒害植物土壤酸化、贫瘠化，毒害植物根系，危害生物生长。根系，危害生物生长。(3)水体富营养化水体富营养化 养分循环特点 有较高的养分输入率和输出率 系统内部养分的库存量较低，但流量大，周转快 养分保持能力弱，流失率较高 养分供求同步机制较弱
16、 农田养分循环的调节 调节的原那么调节的原那么 多样化的养分输入多样化的养分输入 建立养分循环再生机制建立养分循环再生机制 提高土壤肥力和保持养分，减少养分流失提高土壤肥力和保持养分，减少养分流失 系统的整体优化系统的整体优化 调节的途径调节的途径 建立合理的轮作制度，用养结合建立合理的轮作制度，用养结合 农林牧相结合，开展沼气，促使秸秆回田农林牧相结合，开展沼气，促使秸秆回田 措施优化：有机无机结合、措施优化：有机无机结合、N、P、K 比例协调、比例协调、少免耕、覆盖等少免耕、覆盖等 废弃物回收利用废弃物回收利用 7.3 物质循环与环境问题物质循环与环境问题 7.3.1 环境污染与污染生态学环境污染与污染生态学 7.3.2 生物放大作用与有毒有害物质的循环生物放大作用与有毒有害物质的循环 7.3.3 化学农药与物质循环化学农药与物质循环 7.3.4 化学肥料与物质循环化学肥料与物质循环 7.3.5 环境污染的生物监测环境污染的生物监测 7.3.6环境污染的生物防治环境污染的生物防治 C G Cao 环境污染环境污染是指人类直接、间接制造或所用是指人类直接、间接制造或所用物品的废弃物等
