1、7.生態系統中的物質循環C G Cao7.1 物質循環的根本原理7.2 幾種重要循環的概述7.3 物質循環與環境問題.7.1 物質循環的根本原理7.1.1 物質循環的有關概念7.1.2 物質循環的根本方式7.1.3 物質循環的類型7.1.4 物質循環的特點 .定義：生態系統中各元素和化合物沿著特定的途徑從生物到環境，在從環境到生物，不斷往復循環的過程。1.生物地球化學循環C G Cao7.1.1 物質循環的有關概念.2.庫和流庫：流：物質在循環過程中被暫時固定、儲存的場所。C G Cao.庫：流：儲存庫交換庫即環境庫，容積較大，物質交換活動緩慢。如大氣庫、土壤庫、水體庫等。2.庫和流C G C

2、ao.庫：流：儲存庫交換庫即生物庫，容積較小，與外界物質交換活潑。如植物庫、動物庫、微生物庫。C G Cao2.庫和流.庫：流：儲存庫交換庫物質在庫與庫之間的轉移運動形狀。C G Cao2.庫和流.周轉率：指系統到達穩定形狀后，某一組分庫中的物質在單位時間內所流出的量或流入的量占庫存總量的分數值。 單位時間交換量周轉率= 庫存量周轉期：是庫中物質全部改換平均需求的時間，也是周轉率的倒數。3.周轉率、周轉期C G Cao.在生物量的周轉中，往往用更新率、更新期的概念，其含義同周轉率、周轉期如某一森林的現存量為324 t/hm2，年凈消費量為28.6 t/hm2，其更新率=28.6324= 0.0

3、88,更新期約11.3年。如某一水體中浮游生物的現存量為0.07 t/hm2，年凈消費量為4.1 t/hm2，其更新率=4.10.07=59，更新期只需6.23天。 3.周轉率、周轉期C G Cao.7.1.2 物質循環的根本方式根據物質循環的范圍不同分為地球化學循環地質大循環和生物循環生物小循環兩種根本方式 . 指化合物或元素經生物體的吸收作用，從環境進入生物有機體內，然后生物有機體以死體、殘體或排隊泄物方式將物質或元素前往環境，經過五大自然圈循環后，再被生物利用的過程。特點：時間長，范圍廣，是閉合式的循環。福島核電站排放輻射性污水進入海里 5年后可到達北美10年后到達亞洲東部30年后分散至

4、整個太平洋 1.地質大循環C G Cao.水的地質大循環C G Cao.生態系統環境中的元素或化合物被生物利用后前往環境，不經五大自然圈層的循環，又相繼被生物利用的過程。特點：時間短、范圍小，是開放式的循環。2.生物小循環C G Cao.Ca的生物小循環 C G Cao.主 要 特 征氣相型循環堆積型循環元 素 類 型有氣態化合物或分子C、H、O、N、CL等無氣態化合物或分子P、CA、K、NA、MG等主要貯存庫大氣圈、水圈巖石圈、土壤圈循 環 速 度快慢運 動 方 式分散沉降、抬升、風化、溶解抗干擾才干強弱循 環 性 質完全循環不完全循環7.1.3 物質循環的類型C G Cao.物質不滅，循環

5、往復物質循環與能量流動不可分割，相輔相成物質循環的生物富集沒有生物那么難于循環生態系統對物質循環有一定調理才干各物質循環過程相互聯絡，不可分割。 7.1.4 物質循環的特點C G Cao.7.2.1 水循環7.2.2 碳循環7.2.3 氮循環7.2.4 磷循環7.2.5 硫循環7.2.6 營養循環C G Cao7.2 幾種重要循環的概述.總體積約為14億km3水，分布于海洋、冰川、地下水、內陸湖泊、大氣五大水“庫中，咸水占水量97%，3%是淡水，其中34以固體形狀固著在兩極冰蓋和冰川中，只需余下不到1%的水，才是供人類用的液態淡水。 7.2.1 水循環C G Cao. 水的大循環 C G Ca

6、o.水的小循環 水分循環平衡:降雨=植被水+土壤水+地下水+地表水+蒸發騰水. 1960年以來對地表徑流人工控制才干增長3倍；水庫蓄水量到達湖泊和河流的36倍，占將近一半的可利用水資源水資源利用每10年添加20，1535地域出現過度利用，在21世紀將成為制約全球社會經濟開展的主要生態要素人類活動深化地改動了水的生物地球化學循環Vrsmarty and Sahagian 2000當前水資源過度利用地域未來50年水資源短缺地域.(1)植被破壞(2)水利工程(3)開采地下水(4)水體污染 人類對水循環的影響及水問題C G Cao.(1)植被破壞C G Cao.(2) 水利工程 如修筑水庫，塘堰可擴展

7、自然蓄水量；而圍湖造田又使自然蓄水容積減小，尤其是大量季節性降水因保蓄力減弱而流走，呵斥短期洪澇災禍，并同時降低了地下水庫的補給，也引起嚴重的土壤和營養流失。 C G Cao.C G Cao.(3)開采地下水 由于過度開發部分地域的地表水和地下水，用于工、農業及城市開展，不但使地表、地下水貯量下降，出現地下漏斗及地上的斷流，呵斥次生鹽漬化；也使下游水源減少，水位下降，水質惡化，沿海出現海水入侵，加重了干旱化和鹽漬化要挾。 C G Cao.C G Cao.(4)水體污染 C G Cao.碳的大循環C G Cao7.2.2 碳循環.碳的小循環C G Cao.C G Cao植被破壞： 20億噸土壤破

8、壞： 20億噸礦物熄滅： 60億噸人類影響追加給大氣的CO2.碳循環失調呵斥的環境問題溫室效應Greenhouse effect Global warming.碳循環失調呵斥的環境問題溫室效應Greenhouse effect Global warming.溫室氣體溫室氣體除了二氧化碳(CO2)外，還包括甲烷(CH4)、氧化氮(N2O)和碳氟氯烷(CFC)、臭氧(O3)等。其中CO2的作用約占全部溫室氣體作用的50%以上,大氣中的水蒸氣也對溫室效應起著重要作用 C G Cao.Greenhouse gas：CO2、CFC、CH4、N2O(近年的濃度變化 CO21750: 280ppmNow:

9、360ppmN2O1750: 280ppbNow: 314ppbCH41750: 0.7ppmNow: 1.7ppmCFC.(1)在能量供求方面； (2)北冰洋飄浮海冰和南極西部冰山的融化。(3)世界生物群落的分布主要取決于氣候，尤其是溫度和降雨。(4)由于沿岸和表層水溫升高，呵斥海洋上升流減少， (5)全球變暖能夠呵斥某些疾病發病率的升高。(6)氣候變暖將大大影響食物消費的分布和穩定性。 全球變暖對生態系統的影響C G Cao.N的大循環N的小循環C G Cao7.2.3 氮循環.生物固氮：每年約5400萬噸工業固氮：每年約6680萬噸高能固氮：每年約760萬噸氮的固定C G Cao反硝化有

10、機物的熄滅淋溶流失揮發氮的損失.C G Cao.人類活動對氮循環的影響人為的固氮作用使大氣庫中的N減少，陸地和海洋中N添加，其中主要流向海洋。氮氧化物的流量和大氣圈中的存量在不斷添加.人工氮固定成為土壤和水環境主要污染源，導致N2O溫室效應比CO2高2個數量級排放量指數增長氮循環：人工固氮才干超越自然過程的總和，生態系統有效氮輸入量添加1倍；人類活動深化地改動了生態系統物質循環人工固氮才干和氮肥施用量的增長Galloway et al. 2002Mosier and Kroeze, 2001全球農業系統N2O排放量.(1)水體富營養化(2)地下水中的N2O-、NO3-具有致癌作用(3)臭氧層的

11、破壞(4)光化學煙霧氮循環失調呵斥的環境問題C G Cao.水體富營養化的過程營養物質進入水體水中微生物繁殖 迸發性增長 死亡分解 耗費氧氣 氧氣缺乏 厭氣分解 產生有毒物質 水體變壞水體富營養化的危害水中溶解氧氣減少，水生生物無法生存C G Cao. The ozone holeThis satellite 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 p

12、rotective shield at less than one-third its normal thickness. 臭氧層破壞.臭氧層破壞危害1對人體安康的影響。2對生態系統的影響。3對空氣質量及全球變暖的影響4對資料的影響。 C G Cao.C G Cao光化學煙霧.7.2.4 磷循環(堆積型C G Cao.7.2.5 硫循環氣相型兼堆積型巖石圈干濕沉降水土、化肥流失海水侵蝕地下水滲出堆積生物吸收歸還火山迸發揚塵大氣圈水體土壤堆積層風化地殼運動海水飛沫工業施肥采礦廢氣工業排放.C G Cao.硫循環的環境問題(1)酸雨:酸雨指PH值小于5.6的雨、霧、雪、霜的統稱。主要由SO2引起的

13、。(2)酸雨的危害:土壤酸化、貧瘠化，毒害植物根系，危害生物生長。(3)水體富營養化.7.2.6 農田營養循環N、P、K等營養元素在人為影響下的運動叫農田營養循環普通方式是：土壤植物動物土壤C G Cao.7.2 幾種重要循環的概述 水循環C G Cao.堅持農田營養循環平衡的途徑合理施肥合理種植農產品就地加工農林牧副漁結合處理鄉村能源有目的積肥C G Cao.7.3 物質循環與環境問題 7.3.1 環境污染與污染生態學7.3.2 生物放大作用與有毒有害物質的循環7.3.3 化學農藥與物質循環7.3.4 化學肥料與物質循環7.3.5 環境污染的生物監測7.3.6環境污染的生物防治 C G Ca

14、o.環境污染是指人類直接、間接制造或所用物品的廢棄物等排放到環境中，其數量超越了環境的自凈才干，使環境的理化和生物學性狀發生了有害的改動。 7.3.1 環境污染與污染生態學1 .環境污染.環境污染的根本問題元素或物質在部分積累C G Cao物質循環的平衡輸入輸出平衡元素在各個環節運動速度平衡系統內各元素的比例平衡.按環境要素分大氣污染水體污染土壤污染按污染物分非降解性污染(Nonbiodegradable pollution) 降解性污染(Biodegradale pollution) 按污染來源分面源污染(Non-pointed pollution) 點源污染(Pointed polluti

15、on) 環境污染的分類2 .環境污染的類型.污染源：工業污染型 農業污染型 生活污染型 交通污染型污染物： 煙霧 粉塵 微粒 有害氣體1大氣污染C G Cao.2水體污染水體富營養化重金屬污染熱污染水體污染的三個主要方面：C G Cao.大氣污染型水體污染型農業污染型固體污染型生物污染型土壤污染3土壤污染C G Cao.7.3.2 有毒有害物質的循環與生物放大作用1.有毒有害物質有毒化合物有毒重金屬的循環放射性元素的循環食物鏈富集作用：又叫生物放大作用，指一些難降解的有毒物質沿食物鏈傳送時，其濃度隨營養級的升高不斷添加的景象。2.食物鏈濃集作用.DDT在生態系統中的富集作用 C G Cao.7

16、.3.3 化學農藥與物質循環C G Cao農藥在自然界中的轉移 .C G Cao有機氯農藥BHC沿食物鏈及在牛肉、牛奶和人體內的富集 .C G Cao.化肥與土壤性質化肥與重金屬污染化肥與水體富營養化化肥與硝酸鹽污染7.3.4 化學肥料與物質循環C G Cao.7.3.5 環境污染的生物監測1生物監測與指示植物(1)生物監測Biological monitoring：利用生命系統各層次對自然或人為要素引起環境變化的反響來斷定環境質量。 (2)生物監測方法從生物學層次來分，主要包括生態監測(群落生態和個體生態)、生物測試(急性毒性測定、亞急性毒性測定和慢性毒性測定)以及分子、生理、生化目的和污染

17、物在體內的行為等幾個方面 .2.指示生物(indicator organism) 是一些對環境中的某些物質，包括污染物的作用或環境條件的改動能較敏感和快速地產生明顯反響的生物。經過其所作的反響可了解環境的現狀和變化，起“預警功能。SO2監測植物矮牽牛.指示植物.3.大氣污染的生物監測敏感植物用于大氣污染的監測.大氣污染的動物監測金絲雀、老鼠、雞等來探測礦井中瓦斯毒氣蜜蜂理想的大氣監測生物 砷、氟化物、鉛、汞、臭氧等引起的污染可縮短蜜蜂的壽命，甚至死亡?？闪私馕廴疚锏姆N類、程度.4.水體污染的生物監測 滇池不同污染程度下，水生植被的變化無污染：輪藻生長繁茂，其它各類植物可正常生長輕度污染：敏感植

18、物海菜花、輪藻逐漸消逝中度污染：抗性強的紅線草、狐尾藻等繁茂生長嚴重污染：各種高等沉水植物全部死亡.水污染的植物監測長江中下游湖泊富營養化過程中沉水植被演替方式.水污染的動物監測顫蚓類生物如霍莆水死蚓、顫蚓等在污染水體，尤其是有機污染水體中數量多、種類單純，可用單位面積的顫蚓數作為水污染程度的目的。未污染：低于100條/m2輕度污染： 100999條/m2中度污染： 10005000條/m2嚴重污染：大于5000條/m2.4.土壤污染的生物監測種科重金屬地點Poluearaea spirostylisAcrocephalvs robertirTephvosia sp. Nov.Fimbristylis sp. Nov.Loudetia simplexErianthus giganteusTephrosia sp. Nov.Polycarpeae synandraGomphrena canescensErigomu, ovalifoliumViola calaminariaPhiladelp hus sp.馬齒覓科唇形科豆科莎草科禾本科禾本科豆科馬齒覓科覓科廖科堇菜科虎耳草科CuCuCuCuCupbPb、ZnPb、ZnPb、ZnAgZnZn澳大利亞加拿大澳大利亞澳大利亞羅德西亞田納西州澳大