1、第十一章 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán),（1）物質(zhì)循環(huán)（生物地球化學(xué)循環(huán)）,生態(tài)系統(tǒng)從大氣、水體和土壤等環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)，通過綠色植物吸收，進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，被其他生物重復(fù)利用，最后，再歸還于環(huán)境中。 這些循環(huán)的路徑包括生物與非生物二者, 同時(shí)也包含一些地質(zhì)與地理作用在內(nèi), 因此稱為生物地球化學(xué)循環(huán)。,（2）生物小循環(huán) 環(huán)境中元素經(jīng)生物吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被相繼利 用，然后經(jīng)過分解者作用為生產(chǎn)者吸收、利用。,第一節(jié) 物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn),一、生命與元素 大量元素：生物體內(nèi)含量超過0.2%以上的元素。如碳、氧、氫、氮和磷。 微量元素：生物體內(nèi)含量不超過0.2%，如鋁、硼。,二、物質(zhì)循環(huán)的模式,1.庫：存在于生

2、態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中 一定數(shù)量的某種化合物所構(gòu)成的。如植物庫、動(dòng) 物庫、土壤庫等。 2.流通量：在單位時(shí)間或單位體積的轉(zhuǎn)移量。 3.周轉(zhuǎn)率（ turn over rate）：=流通率/ 庫中營 養(yǎng)物質(zhì)總量 4.周轉(zhuǎn)時(shí)間（ turn over time）：=庫中營養(yǎng)物質(zhì) 總量/流通率，即移動(dòng)庫中全部營養(yǎng)物質(zhì)所需要的 時(shí)間。,5. 影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素,（1）元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學(xué)特性和被生物有機(jī)體利用的方式不同所決定的。 如CO2周轉(zhuǎn)時(shí)間為1年左右，而大氣圈中氮周轉(zhuǎn)時(shí)間為100萬年。,（2）生物的生長速率,它決定生物對(duì)該物質(zhì)吸收的速率以及該物質(zhì)在

3、食物網(wǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度。,（3）有機(jī)物質(zhì)腐爛的速率,適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機(jī)體很快分解，供生物重新利用。,（4）人類活動(dòng)的影響,如開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，從而影響物質(zhì)循環(huán)的速率。另，化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中。,三、生物地球化學(xué)循環(huán)的類型,1.氣體型循環(huán)（gaseous type)： 其貯存庫是大氣和海洋。氣相循環(huán)把大氣和海洋相聯(lián)系，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式參與循環(huán)過程。 氣體循環(huán)速度比較快，例如CO2、N2、O2等。物質(zhì)來源充沛，不會(huì)枯竭。,2.沉積型(sedimentary type)：,這類循環(huán)速度比較慢，參與沉積

4、循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物主要通過巖石的風(fēng)化和沉積物的溶解轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀簧锢玫臓I養(yǎng)物質(zhì)，而海底沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是相當(dāng)長的、緩慢的、單向的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程，時(shí)間要以千年計(jì)算。主要儲(chǔ)庫在土壤、沉積物和巖石，而無氣體狀態(tài)。因此沉積循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)，循環(huán)性能也很不完善。,3.水循環(huán)：,生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是在水循環(huán)的推動(dòng)下完成的，因此，沒有水的循環(huán)，也就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。,第二節(jié) 水循環(huán),一、全球水循環(huán) 二、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán),一、全球水循環(huán),水循環(huán)是太陽能推動(dòng),The Hydrologic Cycle,Evaporationfrom land &transpi

5、rationfrom plants,Precipitationover land,Water vaporin atmosphere,Water inocean(reservoir),Evaporationfrom ocean,Water vaporin atmosphere,Water inocean(reservoir),Groundwaterseepage,Surfacerunoff,Water inocean(reservoir),Precipitationover ocean,Reservoirs,Processes/Locations,二、生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán),降雨,截留,穿透雨,蒸騰

6、,滲透,地表蒸發(fā),地表徑流,地下徑流,第三節(jié) 氣體型循環(huán),一、碳循環(huán) 碳是一切生物體中最基本的成分。 庫在大氣和海洋。,The Carbon Cycle,Reservoirs,Processes/Locations,TrophicLevels/Organisms,CO2 inatmosphere(reservoir),Producers,Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteria &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteri

7、a &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Wastes,Dead bodies,Soil bacteria &detritus feeders,CO2 inatmosphere(reservoir),Respitation,CO2 inatmosphere(reservoir),Burning offossil fuels,CO2 inatmosphere(reservoir),Fire,CO2 inatmosphere(reservoir),海洋和大氣CO2調(diào)節(jié),CO2,CO2溶 于海水,H2CO3,水體中生物,H+CO3 2-,CACO

8、3,海底沉積物,Carbon accumulation,CO2 has increased from its pre-industrial level data: recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,The carbon dioxide concentration of the atmosphere has shown a steady increase since the Industrial Revolution.,Average global temperatures ha

9、ve also shown a gradual increase during the past century, paralleling the increasing atmospheric carbon dioxide.,CO2 CONCENTRATION AND GLOBAL WARMING,在夏威夷冒納羅亞觀象臺(tái)收集的空氣樣本顯示大氣層中CH4的平均混合比。藍(lán)點(diǎn)表示量度數(shù)據(jù)，紅線和綠線分別表示CH4混合比短期和長期的變化。,大氣層中N2O的每月平均混合比,聯(lián)合國氣候變化框架公約的發(fā)展,1988年聯(lián)合國成立氣候變化政府間專家委員會(huì) 1992年5月聯(lián)合國通過氣候變化框架公約 1992年6月

10、巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會(huì)（地球首腦會(huì)議）上通過該公約， 共155國簽署。 1994年3月21日公約正式生效。 1992年3月柏林舉行第一屆締約國大會(huì)。 1996年7月瑞士日內(nèi)瓦舉行第二屆締約國大會(huì)。 1997年12月日本京都舉行第三屆締約國大會(huì)。 2009年12月7日到19日締約方第15次會(huì)議在丹麥?zhǔn)锥几绫竟e行。,緩解全球溫室效應(yīng)我國森林貢獻(xiàn)重大“去向不明”的二氧化碳有了著落,針對(duì)我國二氧化碳?xì)怏w排放的問題，北京大學(xué)城市與環(huán)境系方精云教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過近 10 年研究，利用大量的野外實(shí)測(cè)資料及我國建國 50 年來的森林資源清查資料，研究了中國 50 年來森林植被對(duì)二氧化碳“處

11、理”功能的動(dòng)態(tài)變化. 發(fā)現(xiàn)從 20 世紀(jì) 80 年代初到 90 年代末的近 20 年中，我國森林植被凈吸收二氧化碳的功能明顯增強(qiáng)，凈吸收量可達(dá)工業(yè)排放量的 5% 至 8%，從而為減緩地球大氣中二氧化碳濃度的上升速度起到了積極的作用。,方精云等人的研究成果也為“二氧化碳去向不明”現(xiàn)象的解釋提供了新思路。據(jù)測(cè)算，人類活動(dòng)每年釋放出的二氧化碳為 70 億噸，有 30 億噸至 34 億噸排放到大氣中，20 億噸被海洋吸收。由于陸地生物圈與大氣圈之間碳循環(huán)處于平衡狀態(tài)，因而剩下的 16 億噸至 20 億噸二氧化碳則“去向不明”。 方精云指出，北半球高緯度陸地生態(tài)系統(tǒng)（主要是森林生態(tài)系統(tǒng)），是世界環(huán)境的“

12、凈化器”，對(duì)大氣中的二氧化碳起到了巨大的吸收、存儲(chǔ)作用。,二、氮循環(huán),固氮作用： 1）閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固 氮，形成硝酸鹽； 2）工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下； 3）生物固氮：固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍(lán)藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物。,Nitrogen inAtmosphereReservoir,Nitrogen inAtmosphereReservoir,The Nitrogen Cycle,Electrical stormsproduce nitrate,Ammonia& nitrate,Nitrogen-fixingbacteria inlegume rootsand

13、 soil,Ammonia& nitrate,Uptakebyplants,Producers,Consumers,Wastes,Dead bodies,Soil bacteria anddetritus feeders,Ammonia& nitrate,Dentitrifyingbacteria,Nitrogen inAtmosphereReservoir,Reservoirs,Processes/Locations,TrophicLevels/Organisms,氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用。 硝化作用：在通氣良好的土壤中，氨

14、化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。 反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫中。,第四節(jié) 沉積型循環(huán),一、磷循環(huán) 磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)。磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫。巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)入植物體內(nèi)，含磷有機(jī)物沿兩條循環(huán)支路循環(huán)：一是沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘?bào)w歸還土壤；另一是以枯枝落葉、秸稈歸還土壤。各種含磷有機(jī)化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)。在這一循環(huán)過程中，一部分磷脫離生物小循環(huán)進(jìn)入地質(zhì)大循環(huán)，其支路也有兩條：一是動(dòng)植物遺體在陸地表面的

15、磷礦化；另一是磷受水的沖蝕進(jìn)入江河，流入海洋。,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.,BIOGEOCHEMICAL CYCLE - PHOSPHORUS,二、硫循環(huán),The most acidic rain is concentrated

16、in the northeast, but thousands of lakes in the west are also vulnerable.,ACID RAIN IN THE UNITES STATES,ACID RAIN IN THE WORLD,倫敦?zé)熿F事件,倫敦1952年2月5日到8日，霧大無風(fēng)，家庭和工廠排出的煙塵經(jīng)久不散，大氣中SO2含量3.8毫克/立方米，煙塵4.5毫克，居民普遍呼吸困難、咳嗽、喉痛、嘔吐和發(fā)燒，4天內(nèi)死亡約4000人。,第五節(jié) 有毒有害物質(zhì)循環(huán),一、有毒有害物質(zhì)循環(huán)的一般特點(diǎn) 有毒有害物質(zhì)循環(huán)是指對(duì)有機(jī)體有毒有害物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，沿著食物鏈在生物體內(nèi)富集或

17、被分解的過程。,生物放大作用,生物放大作用Bioaccumulation （食物鏈濃集效應(yīng)）：某些物質(zhì)當(dāng)他們沿食物鏈移動(dòng)時(shí)，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是濃集在有機(jī)體的組織中，這一現(xiàn)象稱為生物放大作用。,二、有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例,（一）DDT人工合成的有機(jī)氯殺蟲劑。 1.危害： 1）消滅害蟲的同時(shí)，無選擇地將益蟲、益鳥和害蟲的天敵殺死。 如美國加利福尼亞州，由于濫用DDT，1967年有19%的蜜蜂被殺死，導(dǎo)致水果和蜜糖急劇減產(chǎn)。 2） DDT不溶于水，而溶于脂肪，極易通過食物鏈而濃集。,BIOMAGINIFICATION OF DDT,水體中的DTT濃度約為0.00005ppm, 浮游生物 0.04 ppm 剛毛藻 0.08 ppm 網(wǎng)茅 0.33 ppm 螺 0.26 ppm 蛤 0.42 ppm 魚 1.24 ppm 燕鷗 3.42 ppm 河鷗幼體 55.3 ppm 成體18.5 ppm 秋沙鴨 22.8 ppm 鷺鳥 26.