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1、内容内容第七章第七章 农业生态系统的物质循环农业生态系统的物质循环 Matter cycles of Ecosystemn n第一节第一节 物质循环的基本规律物质循环的基本规律n n第二节第二节 几种主要物质的几种主要物质的 生物地球化学循环生物地球化学循环n n第三节第三节 农业生态系统中的农业生态系统中的 养分循环与平衡养分循环与平衡n n第四节第四节 物质循环中的农业环境污染物质循环中的农业环境污染3 3能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质
2、流动则是循环的。是循环的。生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和水分，由叶片吸收水分，由叶片吸收COCO2 2，以太阳能为动力合成有机物质，以太阳能为动力合成有机物质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收.利用。因利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。1 1物流也和能流一样，是农业生态系统的基本功能之一。物流也和能流一样，是农业生态系统的基本
3、功能之一。2 2有机体和农业生态系统为了生存与发展，除了不断输入有机体和农业生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。1.1.农业农业生态系统养分循环效率生态系统养分循环效率及其平衡途径及其平衡途径2.2.农业生态系统物质循环造成农业生态系统物质循环造成的环境问题与防治对策的环境问题与防治对策重重 要要 问问 题题 第一节第一节 物质循环的基本规律物质循环的基本规律物质循环的基本概念和类型物质循环的基本概念和类型物
4、质循环的库与流物质循环的库与流物质循环的特征物质循环的特征生态系统内能量流与物质流的关系生态系统内能量流与物质流的关系物质循环的调节物质循环的调节Principle of matter cycles 一、物质循环的基本概念和类型一、物质循环的基本概念和类型（一）生态系统的生命与元素一）生态系统的生命与元素生态系统中的生命维持不仅依赖于能量的生态系统中的生命维持不仅依赖于能量的供应，也依赖于各种营养物质的供应。供应，也依赖于各种营养物质的供应。生物需要的养分很多。生物需要的养分很多。大量元素大量元素微量元素微量元素（二）生物地球化学循环（二）生物地球化学循环生物地球化学循环生物地球化学循环指各种
5、化学元素和化合物指各种化学元素和化合物,在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行反复循环变化的过程。简环境，不断地进行反复循环变化的过程。简称称生物地化循环生物地化循环。那些对生活必不可少的各。那些对生活必不可少的各种元素和无机化合物的运动通常称为种元素和无机化合物的运动通常称为营养物营养物质循环质循环。Biogeochemical Cycles（三）物质循环的基本形式（三）物质循环的基本形式物质的不断循环是实现物质流平物质的不断循环是实现物质流平物质的不断循环是实现
6、物质流平物质的不断循环是实现物质流平衡的基础，生物化学地球循环根衡的基础，生物化学地球循环根衡的基础，生物化学地球循环根衡的基础，生物化学地球循环根据循环的范围不同分为：据循环的范围不同分为：据循环的范围不同分为：据循环的范围不同分为：地质大循环、生物小循环地质大循环、生物小循环1、地质大循环、地质大循环(geochemistry cycles)指物质或元素经生物体的吸指物质或元素经生物体的吸指物质或元素经生物体的吸指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有收作用，从环境进入生物有收作用，从环境进入生物有收作用，从环境进入生物有机体内，生物有机体再以死机体内，生物有机体再以死机体内，生物
7、有机体再以死机体内，生物有机体再以死体、残体或排泄物形式将物体、残体或排泄物形式将物体、残体或排泄物形式将物体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入大质或元素返回环境，进入大质或元素返回环境，进入大质或元素返回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物气、水、岩石、土壤和生物气、水、岩石、土壤和生物气、水、岩石、土壤和生物五大自然圈层的循环。五大自然圈层的循环。五大自然圈层的循环。五大自然圈层的循环。地质大循环时间长、范围广，地质大循环时间长、范围广，地质大循环时间长、范围广，地质大循环时间长、范围广，是闭合式循环。是闭合式循环。是闭合式循环。是闭合式循环。2、生物小循环、生物小循环（biol
8、ogical cycles)是指环境中的元素经生物体吸收是指环境中的元素经生物体吸收是指环境中的元素经生物体吸收是指环境中的元素经生物体吸收,在生态在生态在生态在生态系统中被多层次利用系统中被多层次利用系统中被多层次利用系统中被多层次利用.然后经过分解者的然后经过分解者的然后经过分解者的然后经过分解者的作用作用作用作用.再为生产者吸收、利用。再为生产者吸收、利用。再为生产者吸收、利用。再为生产者吸收、利用。生物小循环的生物小循环的生物小循环的生物小循环的时间短、范围时间短、范围时间短、范围时间短、范围小，是开放式小，是开放式小，是开放式小，是开放式的循环。的循环。的循环。的循环。大大大大气气气
9、气圈圈圈圈水水水水圈圈圈圈土土土土壤壤壤壤圈圈圈圈岩岩岩岩石石石石圈圈圈圈养养分分库库养养分分库库进入生态进入生态进入生态进入生态系统的养分系统的养分系统的养分系统的养分植物光合细菌化植物光合细菌化植物光合细菌化植物光合细菌化能合成菌能合成菌能合成菌能合成菌草食动物草食动物草食动物草食动物肉食动物肉食动物肉食动物肉食动物寄生动物寄生动物寄生动物寄生动物微生物微生物微生物微生物低等动物低等动物低等动物低等动物初级生产者初级生产者初级生产者初级生产者消费者消费者消费者消费者分解者分解者分解者分解者地质大循环地质大循环地质大循环地质大循环生物生物生物生物小循环小循环小循环小循环一个陆地生态系统养分循
10、环模型一个陆地生态系统养分循环模型一个陆地生态系统养分循环模型一个陆地生态系统养分循环模型地质大循环、生物小循环地质大循环、生物小循环地质大循环、生物小循环地质大循环、生物小循环(四四)物质循环的类型物质循环的类型 生物地球化学循环根据物质循生物地球化学循环根据物质循环的路径不同环的路径不同,分为分为:气相型循环气相型循环、沉积型循环沉积型循环1、气相型循环、气相型循环(Gaseous Cycles)储存库储存库储存库储存库在大气圈或水圈在大气圈或水圈在大气圈或水圈在大气圈或水圈(海洋海洋海洋海洋)，即元素或化合物可以，即元素或化合物可以，即元素或化合物可以，即元素或化合物可以转化为气体形式，
11、通过大气进行扩散，弥漫了陆地或转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速，由于有巨大的大气储存库，对于干扰可环比较迅速，由于有巨大的大气储存库，对于干扰可环比较迅速，由于有巨大的大气储存库，对于干扰可环比较迅速，由于有巨大的大气储存库，对于干扰可相当快地进行自我调节相当快地进行自我调节相当快地进行自我调节相当
12、快地进行自我调节(但大气的自我调节也不是无限但大气的自我调节也不是无限但大气的自我调节也不是无限但大气的自我调节也不是无限的的的的)。从全球意义上看从全球意义上看从全球意义上看从全球意义上看,这类循环是比较完全的循环。这类循环是比较完全的循环。这类循环是比较完全的循环。这类循环是比较完全的循环。储储储储存存存存库库库库是是是是岩岩岩岩石石石石圈圈圈圈和和和和土土土土壤壤壤壤圈圈圈圈。沉沉沉沉积积积积型型型型循循循循环环环环主主主主要要要要是是是是经经经经过过过过岩岩岩岩石石石石的的的的风风风风化化化化作作作作用用用用和和和和沉沉沉沉积积积积物物物物的的的的分分分分解解解解作作作作用用用用，将将
13、将将贮贮贮贮存存存存库库库库中中中中的的的的物物物物质质质质转转转转变变变变成成成成生生生生态态态态系系系系统统统统的的的的生生生生物物物物可可可可以以以以利利利利用用用用的的的的营营营营养养养养物物物物质质质质，这这这这种种种种转转转转变变变变过过过过程程程程是是是是相相相相当当当当缓缓缓缓慢慢慢慢的的的的，可可可可能能能能在在在在较较较较长长长长时时时时间间间间内内内内不不不不参与各库之间的循环。参与各库之间的循环。参与各库之间的循环。参与各库之间的循环。2、沉积型循环、沉积型循环(Sedimentary Cycles)它具有非全球的循环特点，它具有非全球的循环特点，它具有非全球的循环特点
14、，它具有非全球的循环特点，是一个不完全的循环类型，是一个不完全的循环类型，是一个不完全的循环类型，是一个不完全的循环类型，局部短缺现象时有发生，局部短缺现象时有发生，局部短缺现象时有发生，局部短缺现象时有发生，一旦发生短缺也难以在短一旦发生短缺也难以在短一旦发生短缺也难以在短一旦发生短缺也难以在短期内得到补充。期内得到补充。期内得到补充。期内得到补充。主要特征主要特征主要特征主要特征气相型循环气相型循环气相型循环气相型循环沉积型循环沉积型循环沉积型循环沉积型循环元素类型元素类型元素类型元素类型有气态化合物或分子有气态化合物或分子有气态化合物或分子有气态化合物或分子（C C、H H、OO、N N
15、、CICI等）等）等）等）无气态化合物或分子（无气态化合物或分子（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）等）等）主要贮存库主要贮存库主要贮存库主要贮存库大气圈、水圈大气圈、水圈大气圈、水圈大气圈、水圈岩石圈、土壤圈岩石圈、土壤圈岩石圈、土壤圈岩石圈、土壤圈循环速度循环速度循环速度循环速度快快快快慢慢慢慢运动方式运动方式运动方式运动方式扩散扩散扩散扩散沉降、抬升、风化、溶解沉降、抬升、风化、溶解沉降、抬升、风化、溶解沉降、抬升、风化、溶解抗干扰能力抗干扰能力抗干扰能力抗干扰能力强强强强弱弱弱弱循环性质循环性质循环性质循环性质完全循环完全循环完
16、全循环完全循环不完全循环不完全循环不完全循环不完全循环两种物质循环类型的特点两种物质循环类型的特点两种物质循环类型的特点两种物质循环类型的特点二、物质循环的库与流二、物质循环的库与流 (pool and flow)物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为库库库库(Pool(Pool(Pool(Pool)。生态系统的各个组分都是物质循环的库分为生态系统的各个组分都是物质循环的库分为:作物、林木、牧草作物、林木、牧草植物库植物库动物库动物库大气库大气库土壤库土壤库水体库水
17、体库亚库亚库亚库亚库储存库储存库储存库储存库，其容积较大，物质交换活，其容积较大，物质交换活，其容积较大，物质交换活，其容积较大，物质交换活动缓慢，一般为非生物成分的环境动缓慢，一般为非生物成分的环境动缓慢，一般为非生物成分的环境动缓慢，一般为非生物成分的环境库；库；库；库；在生物地球在生物地球在生物地球在生物地球化学循环中，化学循环中，化学循环中，化学循环中，物质循环的物质循环的物质循环的物质循环的库可归为两库可归为两库可归为两库可归为两大类：大类：大类：大类：交换库交换库交换库交换库，其容积较小，与外界物质，其容积较小，与外界物质，其容积较小，与外界物质，其容积较小，与外界物质交换活跃，一
18、般为生物成分。交换活跃，一般为生物成分。交换活跃，一般为生物成分。交换活跃，一般为生物成分。例如例如例如例如:在一个水生生态系统中，水体中含有磷在一个水生生态系统中，水体中含有磷在一个水生生态系统中，水体中含有磷在一个水生生态系统中，水体中含有磷.水体是磷的水体是磷的水体是磷的水体是磷的储存库储存库储存库储存库；浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的 交换库交换库交换库交换库。物质在库与库之间的转移运动状态称为物质在库与库之间的转移运动状态称为物质在库与库之间的转移运动状态称为物质在库与库之间的转
19、移运动状态称为流（流（流（流（Flow)Flow)Flow)Flow)生态系统中的能流、物流和信息流，使生态系统各组生态系统中的能流、物流和信息流，使生态系统各组生态系统中的能流、物流和信息流，使生态系统各组生态系统中的能流、物流和信息流，使生态系统各组分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产没有库，环境资源不能被吸收、固定
20、、转化为各种产物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。能量流能量流物质流物质流物种流物种流信息流信息流价值流价值流三、物质循环的特征三、物质循环的特征物质不灭，循环往复物质不灭，循环往复物质不灭，循环往复物质不灭，循环往复物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物
21、质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环的生物富集物质循环的生物富集物质循环的生物富集物质循环的生物富集生态系统对物质循环有一定调节能力生态系统对物质循环有一定调节能力生态系统对物质循环有一定调节能力生态系统对物质循环有一定调节能力物质循环中的生物作用物质循环中的生物作用物质循环中的生物作用物质循环中的生物作用各物质循环过程相互联系，不可分割各物质循环过程相互联系，不可分割各物质循环过程相互联系，不可分割各物质循环过程相互联系，不可分割Character of matter cycles(一一)生物量与现存量生物量与现存量n n在某一特定观察时刻，单位面积
22、或体积内积存的有机物质总在某一特定观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总在某一特定观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总在某一特定观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量称为量称为量称为量称为生物量生物量生物量生物量。它可以是特指的某种生物量，也可以治全部植。它可以是特指的某种生物量，也可以治全部植。它可以是特指的某种生物量，也可以治全部植。它可以是特指的某种生物量，也可以治全部植物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为现存量现存量现存量现
23、存量。n n生产量是现存量与减少量之和。生产量是现存量与减少量之和。生产量是现存量与减少量之和。生产量是现存量与减少量之和。n n减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，部包括呼吸损失量。部包括呼吸损失量。部包括呼吸损失量。部包括呼吸损失量。n n生产量高的生态系统，生物现存量不一定很大。生产量高的生态系统，生物现存量不一定很大。生产量高的生态系统，生物现存量不一定很大。生产量高的生态系统，生物现存量不一定很大。
24、n n在生态系统研究中通常测定现存量，用现存量推算净生产量。在生态系统研究中通常测定现存量，用现存量推算净生产量。在生态系统研究中通常测定现存量，用现存量推算净生产量。在生态系统研究中通常测定现存量，用现存量推算净生产量。(二二)周转率与周转期周转率与周转期周周周周转转转转率率率率 和和和和周周周周转转转转期期期期 是是是是衡衡衡衡量量量量物物物物质质质质流流流流动动动动(或或或或交交交交换换换换)效效效效率率率率高高高高低低低低的两个重要指标。的两个重要指标。的两个重要指标。的两个重要指标。周周周周转转转转率率率率(Turnover(Turnover(Turnover(Turnover Ra
25、te)Rate)Rate)Rate)是是是是指指指指系系系系统统统统达达达达到到到到稳稳稳稳定定定定状状状状态态态态后后后后，某某某某一一一一个个个个组组组组分分分分(库库库库)中中中中的的的的物物物物质质质质在在在在单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内所所所所流流流流出出出出的的的的量量量量(F(F(F(Fo o o o)或流入的量或流入的量或流入的量或流入的量(F(F(F(Fi i i i)占库存总量占库存总量占库存总量占库存总量(S)(S)(S)(S)的份额。的份额。的份额。的份额。周转率周转率周转率周转率(R)(R)(R)(R)F F F Fi i i i/S/S/S/SF F F
26、 Fo o o o/S/S/S/S周周转转期期(Turnover Turnover TimeTime)是是是是周周周周转转转转率率率率的的的的倒倒倒倒数数数数，表表表表示示示示该该该该组组组组分分分分的的的的物物物物质质质质全全全全部部部部更更更更换换换换平平平平均均均均需需需需要要要要的的的的时时时时间间间间。物物物物质质质质在在在在运运运运动动动动过过过过程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。物物物物质质质质的的的的周周周周转转转转率率率率用用用用于于于
27、于生生生生物物物物的的的的生生生生长长长长称称称称为为为为更更更更新新新新率率率率。某某某某段段段段时时时时间间间间末末末末期期期期，生生生生物物物物的的的的现现现现存存存存量量量量相相相相当当当当于于于于库库库库存存存存量量量量(S S S S)；在在在在该该该该段段段段时时时时间内，生物的生长量间内，生物的生长量间内，生物的生长量间内，生物的生长量(P P P P)相当于物质的输出量相当于物质的输出量相当于物质的输出量相当于物质的输出量(F F F Fo o o o)。周转期周转期周转期周转期(T)(T)(T)(T)1 1 1 1周转率周转率周转率周转率1 1 1 1R R R R不同生物
28、的更新率差异很大不同生物的更新率差异很大一年生植物一年生植物一年生植物一年生植物当生育期结束时的当生育期结束时的当生育期结束时的当生育期结束时的生物最大现存量与年生长量大生物最大现存量与年生长量大生物最大现存量与年生长量大生物最大现存量与年生长量大体相当，体相当，体相当，体相当，更新率更新率更新率更新率接近接近接近接近1 1 1 1，更新更新更新更新期期期期为为为为1 1 1 1年。年。年。年。森林的现存量是经过几森林的现存量是经过几森林的现存量是经过几森林的现存量是经过几十年甚至几百年积累起十年甚至几百年积累起十年甚至几百年积累起十年甚至几百年积累起来的，所以比年净生产来的，所以比年净生产来
29、的，所以比年净生产来的，所以比年净生产量大得多。量大得多。量大得多。量大得多。如某一森林的现存量为如某一森林的现存量为如某一森林的现存量为如某一森林的现存量为324t/hm324t/hm324t/hm324t/hm2 2 2 2，年净生产量，年净生产量，年净生产量，年净生产量为为为为28.6t/hm28.6t/hm28.6t/hm28.6t/hm2 2 2 2，更新率，更新率，更新率，更新率=28.6/324=0.088=28.6/324=0.088=28.6/324=0.088=28.6/324=0.088，更，更，更，更新期约新期约新期约新期约11.311.311.311.3年。年。年。年
30、。浮游生物浮游生物浮游生物浮游生物代谢率高，生物现存量常常较低，但却代谢率高，生物现存量常常较低，但却代谢率高，生物现存量常常较低，但却代谢率高，生物现存量常常较低，但却有着较高的年生产量，如某一水体中浮游生物的有着较高的年生产量，如某一水体中浮游生物的有着较高的年生产量，如某一水体中浮游生物的有着较高的年生产量，如某一水体中浮游生物的现存量为现存量为现存量为现存量为0.07 t/hm0.07 t/hm0.07 t/hm0.07 t/hm2 2 2 2，年净生产量为，年净生产量为，年净生产量为，年净生产量为4.1 t/hm4.1 t/hm4.1 t/hm4.1 t/hm2 2 2 2，其其其其
31、更新率更新率更新率更新率=4.1/0.074.1/0.074.1/0.074.1/0.07，更新期更新期更新期更新期只有只有只有只有6.236.236.236.23天天天天。(三三)循环效率循环效率n n当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出该组分，但未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发该组分，但未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发该组分，但未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发该组分，但未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发生了
32、物质循环。循环物质占总输入物质的比例，称为物质生了物质循环。循环物质占总输入物质的比例，称为物质生了物质循环。循环物质占总输入物质的比例，称为物质生了物质循环。循环物质占总输入物质的比例，称为物质的的的的循环效率循环效率循环效率循环效率。n n物质循环效率是衡量生态系统功能强弱的重要指标。物质循环效率是衡量生态系统功能强弱的重要指标。物质循环效率是衡量生态系统功能强弱的重要指标。物质循环效率是衡量生态系统功能强弱的重要指标。n n一般物质循环效率越高，表示该系统的功能越强。一般物质循环效率越高，表示该系统的功能越强。一般物质循环效率越高，表示该系统的功能越强。一般物质循环效率越高，表示该系统的
33、功能越强。四、生态系统内能量流与物质流的关系四、生态系统内能量流与物质流的关系n n(1)(1)生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得到生命活动所需的营养物质。增循到生命活动所需的营养物质。增循到生命活动所需的营养物质。增循到生命活动所需的营养物质。增循“物质不灭，能量守恒物质不灭，能量守恒物质不灭，能量守恒物质不灭，能量守恒”原则原则原则原则n n(2)(2)物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，
34、能量就物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就会自由散失，会自由散失，会自由散失，会自由散失，不可能沿着食物链传递。不可能沿着食物链传递。不可能沿着食物链传递。不可能沿着食物链传递。n n(3)(3)能流是单向流动，只能利用一次；而物流是往复循环，可重复利能流是单向流动，只能利用一次；而物流是往复循环，可重复利能流是单向流动，只能利用一次；而物流是往复循环，可重复利能流是单向流动，只能利用一次；而物流是往复循环，可重复利用用用用.n n(4)(4)物质在流动过程中只会
35、改变形态而不会消失，可在系统内永恒循物质在流动过程中只会改变形态而不会消失，可在系统内永恒循物质在流动过程中只会改变形态而不会消失，可在系统内永恒循物质在流动过程中只会改变形态而不会消失，可在系统内永恒循环；而能流会在转化过程中逐渐衰变，最终转变为低效热能，离开生环；而能流会在转化过程中逐渐衰变，最终转变为低效热能，离开生环；而能流会在转化过程中逐渐衰变，最终转变为低效热能，离开生环；而能流会在转化过程中逐渐衰变，最终转变为低效热能，离开生态系统。态系统。态系统。态系统。n n生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系生态系
36、统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。五、物质循环的调节五、物质循环的调节n n(1)生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得到生命活动所需的营养物量，也须从环境中得到生命活动所需的营养物质。质。n n(2)物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。物质是能量的载
37、体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就会自由散失，没有物质，能量就会自由散失，不可能沿着食不可能沿着食物链传递。物链传递。n n生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系统的生长发育和进化演替，运行，维持着生态系统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。对生态系统而言，两者缺一不可。物质：物质：物质：物质：组成生物体的组成生物体的组成生物体的组成生物体的C C C C、H H H H、O O O O、N N N N、P P P P、S S S S等化学元素等化学元素等化学元素等化学元素循环过程：无机环境循环过程：无机环境循环过
38、程：无机环境循环过程：无机环境 生物群落生物群落生物群落生物群落循环特点：全球性、循环性循环特点：全球性、循环性循环特点：全球性、循环性循环特点：全球性、循环性第二节第二节 几种主要物质的几种主要物质的 生物地球化学循环生物地球化学循环一、碳循环一、碳循环(The Carbon Cycle)碳的重要性：生命元素、能量流动碳的重要性：生命元素、能量流动碳的重要性：生命元素、能量流动碳的重要性：生命元素、能量流动碳库：海洋和大气、生物体碳库：海洋和大气、生物体碳库：海洋和大气、生物体碳库：海洋和大气、生物体碳的存在形式：碳的存在形式：碳的存在形式：碳的存在形式：COCOCOCO2 2 2 2，无机
39、盐，有机碳，无机盐，有机碳，无机盐，有机碳，无机盐，有机碳主要循环过程主要循环过程主要循环过程主要循环过程生物的同化和异化过程生物的同化和异化过程生物的同化和异化过程生物的同化和异化过程大气和海洋间的大气和海洋间的大气和海洋间的大气和海洋间的COCOCOCO2 2 2 2交换交换交换交换碳酸盐的沉淀作用碳酸盐的沉淀作用碳酸盐的沉淀作用碳酸盐的沉淀作用人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候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变化的主要原因变化的主要原因变化的主要原因海洋和大气CO2调节COCO2 2COC
40、O2 2溶溶溶溶于海水于海水于海水于海水HH2 2COCO3 3水体水体水体水体中生物中生物中生物中生物HH+COCO3 32-2-CaCOCaCO3 3海底海底海底海底沉积物沉积物沉积物沉积物(一一)碳循环及循环周期碳循环及循环周期The Carbon CycleThe Carbon Cycle9290750611015gC温室效应温室效应温室效应温室效应：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气：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体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导
41、体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导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致温度上升致温度上升致温度上升温室气体主要包括温室气体主要包括温室气体主要包括温室气体主要包括：二氧化碳：二氧化碳：二氧化碳：二氧化碳(CO(CO2 2)、甲烷、甲烷、甲烷、甲烷(CH(CH4 4)、氧、氧、氧、氧化亚氮化亚氮化亚氮化亚氮(N(N2 2O)O)、六氟化碳、六氟化碳、六氟化碳、六氟化碳(SF(SF6 6)、氟氯碳化物、氟氯碳化物、氟氯碳化物、氟氯碳化物 (CFCs)(CFCs)、氢氟碳化物、氢氟碳化物、氢氟碳化物、氢氟碳化物(HFCs)(HFCs)等等等等溫室效应的影响溫室效应的影响
42、溫室效应的影响溫室效应的影响 海平面上升，淹沒陆地海平面上升，淹沒陆地海平面上升，淹沒陆地海平面上升，淹沒陆地 全球气候经常发生暴雨或干旱全球气候经常发生暴雨或干旱全球气候经常发生暴雨或干旱全球气候经常发生暴雨或干旱 土地沙漠化，生态环境改变土地沙漠化，生态环境改变土地沙漠化，生态环境改变土地沙漠化，生态环境改变（二）碳循环与温室效应（二）碳循环与温室效应GREENHOUSE EFFECTIncoming sunlight warms the surface of the Earth and is Incoming sunlight warms the surface of the Earth
43、 and is radiated back to atmosphere.Greenhouse gases absorb some of radiated back to atmosphere.Greenhouse gases absorb some of this heat,trapping it in the atmospherethis heat,trapping it in the atmosphere.Carbon accumulationCOCO2 2 has increased from its pre-industrial level has increased from its
44、 pre-industrial level data:recent records plus older data such as ice cores data:recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning mostly fossil fuel burning农业生态系统的碳流的问题农业生态系统的碳流的问题F1 1养分循环的两种控制：养分循环的两种控制：（1 1）生物控制：通过食物链控制）生物控制：通过食物链控制（2 2）人为控制：通过食物输入、产品输出等控制）人为控制：通过食物输入、产品
45、输出等控制F2 2农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制F这就面临两个选择：动植物残体的去向这就面临两个选择：动植物残体的去向F（1 1）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）F（2 2）燃料：以）燃料：以COCO2 2形式返回大气形式返回大气土壤有机质数量不足土壤有机质数量不足F土壤微生物土壤微生物C C源不足源不足土壤有机质含量土壤有机质含量 地力衰退。地力衰退。F 燃料燃料F发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林 耕地耕地F毁林的结果毁林的结果 沙漠化（沙漠化
46、（NegroNegro）地力下降、广种薄收地力下降、广种薄收F因因此此必必须须提提供供辅辅助助能能源源为为生生活活能能源源，同同时时大大力力控控制制人人口口数量解决粮食，耕地问题。数量解决粮食，耕地问题。二、水循环二、水循环(The Hydrologic Cycle)水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间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：地表总水量：地表总水量：地表总水量：1.4101.4101.4101.4109 9 9 9kmkmkmkm3 3 3 3，海洋约占，海洋约占，海
47、洋约占，海洋约占97%97%97%97%水的循环：水的循环：水的循环：水的循环：陆地陆地陆地陆地：蒸发：蒸发：蒸发：蒸发(蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾)71,000km)71,000km)71,000km)71,000km3 3 3 3，降水，降水，降水，降水111,000km111,000km111,000km111,000km3 3 3 3 ，径流，径流，径流，径流40,000km40,000km40,000km40,000km3 3 3 3海洋海洋海洋海洋：蒸发：蒸发：蒸发：蒸发425,000km425,000km425,000km425,000km3 3 3 3，降水，降水，降水，降水385,00
48、0km385,000km385,000km385,000km3 3 3 3生态系统中的水循环降雨降雨截留截留穿透雨穿透雨穿透雨穿透雨蒸腾蒸腾蒸腾蒸腾渗透渗透渗透渗透地表蒸发地表蒸发地表蒸发地表蒸发地表地表地表地表径流径流径流径流地下径流地下径流地下径流地下径流人类对水循环的影响及水问题人类对水循环的影响及水问题人类对水的影响是多方面的，主要表现在人类对水的影响是多方面的，主要表现在人类对水的影响是多方面的，主要表现在人类对水的影响是多方面的，主要表现在4 4 4 4个方面：个方面：个方面：个方面：1.1.1.1.改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地改
49、变地面及植被状况，而影响大气降水到达地改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地面后的分配。面后的分配。面后的分配。面后的分配。修筑水库、塘坝可扩大自然蓄水量修筑水库、塘坝可扩大自然蓄水量修筑水库、塘坝可扩大自然蓄水量修筑水库、塘坝可扩大自然蓄水量 围湖造田又使自然蓄水容积减少，尤围湖造田又使自然蓄水容积减少，尤围湖造田又使自然蓄水容积减少，尤围湖造田又使自然蓄水容积减少，尤 其是大量季节性降水因保蓄力削弱而其是大量季节性降水因保蓄力削弱而其是大量季节性降水因保蓄力削弱而其是大量季节性降水因保蓄力削弱而 流走，造成短期洪涝灾害流走，造成短期洪涝灾害流走，造成短期洪涝灾害流走，造成短期洪涝灾害 降
50、低了地下水库的补给，也引起严重降低了地下水库的补给，也引起严重降低了地下水库的补给，也引起严重降低了地下水库的补给，也引起严重 的土壤和养分流失。的土壤和养分流失。的土壤和养分流失。的土壤和养分流失。2.2.2.2.由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用于工、农业及城市发展于工、农业及城市发展于工、农业及城市发展于工、农业及城市发展 使地表、地下水贮量下降，出现地下漏使地表、地下水贮量下降，出现地下漏使地表、地下水贮量下降，出现地下漏使地表、地下水贮量下降，出现地下漏 斗及