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1、第十一章第十一章 生态系统的物质循环生态系统的物质循环物质循环的基本原理：物质循环的基本原理：1 1 物质不灭定律物质不灭定律认为：化学方法可以改认为：化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量。变物质的成分，但不能改变物质的量。2 质能守恒定律质能守恒定律认为：世界不存在没有认为：世界不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质量能量的物质质量，也不存在没有质量的物质能量。质量和能量作为一个统的物质能量。质量和能量作为一个统一体，其总量在任何过程中都保持不一体，其总量在任何过程中都保持不变的守恒。变的守恒。第一节第一节 物质循环的一般特点物质循环的一般特点1.生物地球化学循环生物地球化学循环
2、 各种化学元素在不同层次、不同大各种化学元素在不同层次、不同大小的生态系统内，乃至生物圈里，小的生态系统内，乃至生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，沿着特定的途径从环境到生物体，又从生物体再回归到环境，不断地又从生物体再回归到环境，不断地进行着流动和循环的过程。进行着流动和循环的过程。一、概念一、概念2.2.地质大循环地质大循环物质或元素经生物体的吸收作用，从环物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，境进入生物有机体内，然后生物体以然后生物体以死体、残体或排泄物形式将物质或元死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈（大气素返回环境，进入五大自然圈（大气圈，水
3、圈，岩石圈，土壤圈，生物圈）圈，水圈，岩石圈，土壤圈，生物圈）的循环的过程。这是一种的循环的过程。这是一种闭合式循环闭合式循环。3.3.生物小循环生物小循环环境中元素经生物吸收，在生环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用。这是一种产者吸收、利用。这是一种开放式循环开放式循环。4.物质循环的库物质循环的库物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。称为库。生态系统中各组分都是物质循环的库。如生态系统中各组分都是物质循环的库。如植植物库物库、动物库动物库、土壤库土壤
4、库等。等。储存库储存库（Reservoir poolReservoir pool）：）：容积大，物容积大，物质交换活动缓慢。质交换活动缓慢。一般为环境成分。一般为环境成分。交换库交换库（Exchange pool Exchange pool）：）：容积小，容积小，交换快。交换快。一般为生物成分一般为生物成分5.物质循环的流物质循环的流物质在库与库之间的转移运动状态物质在库与库之间的转移运动状态称为称为流流。6.生物积累（生物积累（bioaccumulation)生态系生态系统中生物不断进行新陈代谢的过统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难程中，体内来自环境的元素或难分解化合物
5、的浓缩系数不断增加分解化合物的浓缩系数不断增加的现象。的现象。生态系统中同一营养级上的许多生物生态系统中同一营养级上的许多生物种群或者生物个体，从周围环境中种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。又称为中的浓度的现象。又称为生物富集生物富集（biological enrichment)biological enrichment)。7.生物浓缩（生物浓缩（bioconcentration)8.生物放大生物放大(biomagnification)在生态系统的食物链上，高营养
6、级在生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物体中元素或难分解化合物在生物体中的浓度，随着营养级的提高而逐的浓度，随着营养级的提高而逐渐增大的现象。渐增大的现象。二、生物地球化学循环的类型二、生物地球化学循环的类型1.气相型（气相型（gaseous type)2.沉积型沉积型(sedimentary type)3 水循环水循环第二节第二节 水循环水循环1 特点特点生物发挥巨大作用；生物发挥巨大作用；水循环可移山填海，造成地理变化；水循环可移山填海，造成地理变化；水循环可调节环境温度变化；水循环可调节环境温度变化；水循环是由太阳能
7、驱动的；水循环是由太阳能驱动的；水时空分布不均；水时空分布不均；不同水体周转期不一样。不同水体周转期不一样。1713852 过程过程3 意义（1）热量的传送（2）物质的运输与再分布第三节 气体型循环 1 1 特点特点（1 1）绿色植物固定）绿色植物固定COCO2 2构成全球生产基构成全球生产基础；有机体干重的础；有机体干重的45%45%是碳是碳（2 2）COCO2 2是循环核心；是循环核心；（3 3）各类生态系统固定）各类生态系统固定COCO2 2速率不同；速率不同；（4 4）绝大部分碳以碳酸盐形式储存在）绝大部分碳以碳酸盐形式储存在岩石中；生物可直接利用的是大气和水岩石中；生物可直接利用的是
8、大气和水中的中的COCO2 2 ；（5 5）大气、海洋、森林是碳储存库。）大气、海洋、森林是碳储存库。一、碳 循 环 2 过程过程燃烧燃烧大气大气COCO2 2库库光合作用光合作用植物植物死体死体化石燃料化石燃料海洋生海洋生态系统态系统碳酸盐碳酸盐岩石岩石动物动物呼吸作用呼吸作用细菌细菌地壳地壳变动变动火山火山活动活动3 意义意义（1）满足光合作用的需要；）满足光合作用的需要；（2）调节气候）调节气候二二、氧、氧 循循 环环1 氮循环的特点氮循环的特点（1）大气是最大的）大气是最大的N库库（2）三途径：高能固氮；生物固氮；工业）三途径：高能固氮；生物固氮；工业固氮固氮（3）四作用：氨化；反硝化
9、；硝化；固氮）四作用：氨化；反硝化；硝化；固氮（4）造成水体富营养化造成水体富营养化三、氮三、氮 循循 环环反硝化细菌反硝化细菌固氮细菌固氮细菌硝酸盐硝酸盐植物体内植物体内死体及排泄物死体及排泄物氨化作用氨化作用氨气氨气亚硝酸盐细菌亚硝酸盐细菌亚硝酸盐亚硝酸盐硝化细菌硝化细菌火山活动火山活动大气中的大气中的氮气氮气2 过程过程3 意义意义 维持全球维持全球N平衡平衡第四节第四节 沉积型循环沉积型循环1 特点：特点：（1）磷的主要贮存库是沉积岩；）磷的主要贮存库是沉积岩；（2）循环中没有气体的参与；）循环中没有气体的参与；（3）该循环受到重视。）该循环受到重视。一、磷循环一、磷循环食物食物链链磷
10、酸盐磷酸盐化细菌化细菌原生质合原生质合成成溶解磷酸溶解磷酸盐盐侵蚀与开侵蚀与开采采浅海沉积浅海沉积物物沉积岩沉积岩石石水循水循环环海鸟和海鸟和鱼鱼河湖沉河湖沉积积蓄库蓄库2 过程过程3意义促进生物圈功能过程的基础二、硫循环二、硫循环1 1 特点：特点：硫是原生质体的重要组分；硫是原生质体的重要组分；硫的主要储存库是岩石圈；在大气中能硫的主要储存库是岩石圈；在大气中能短暂停留和自由移动；短暂停留和自由移动；硫酸盐通过生物分解和自然风化作用进硫酸盐通过生物分解和自然风化作用进入生态系统；入生态系统；火山爆发、化石燃料燃烧将硫释放到大火山爆发、化石燃料燃烧将硫释放到大气中；大气中气中；大气中SOSO
11、2 2是严重的环境污染物；是严重的环境污染物；大气中的硫大气中的硫植物直接吸收植物直接吸收 原生质原生质植物动物植物动物水循环水循环硫酸盐（土壤）硫酸盐（土壤）硫化物（土壤）硫化物（土壤）无机硫和燃料硫无机硫和燃料硫SOSO2 2H H2 2S S雨水雨水矿化矿化作用作用过滤去除过滤去除细菌细菌Pr合成合成火山喷发火山喷发2 2 过程过程三、矿质循环第五节 有毒有害物质循环重金属汞在生态系统中的循环；重金属汞在生态系统中的循环；l大气大气土壤土壤植物植物人、畜人、畜;l废水废水水生植物水生植物水生动物水生动物人、畜；人、畜；l水水土壤土壤植物植物人、畜。人、畜。水体中的水体中的DDTDDT浓度
12、约为浓度约为0.00005ppm0.00005ppm浮游生物浮游生物 0.04 ppm 0.04 ppm刚毛藻刚毛藻 0.08 ppm 0.08 ppm网茅网茅 0.33 ppm 0.33 ppm螺螺 0.26 ppm 0.26 ppm 蛤蛤 0.42 ppm 0.42 ppm 鱼鱼 1.24 ppm 1.24 ppm燕鸥燕鸥 3.42 ppm 3.42 ppm河鸥幼体河鸥幼体 55.3 ppm 55.3 ppm 成体成体18.5 ppm18.5 ppm秋沙鸭秋沙鸭 22.8 ppm 22.8 ppm鹭鸟鹭鸟 26.4 ppm 26.4 ppm银鸥银鸥 75.5 ppm 75.5 ppm图图
13、：DDTDDT在食物链中的生物放大在食物链中的生物放大第六节 能量流动和物质循环因果关系 生态系统的存在是靠物质循环和能量流动来维持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质循环都是通过食物键的。生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物键和食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅和食物网的渠道实现的，二者相互伴随进行，又相辅相承，密不可分的统一整体。相承，密不可分的统一整体。但是，能量流动和物质循环又有本质上的区别：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时是逐级递减，而且运能量流经生态系统各个营养级时是逐级递减，而且运动是单向的、不是循环的，最终在环境中消失。物质动是单向的、不是循环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。