生态学:生态系统的物质循环.ppt
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1、2019/6/21,第十一章 生态系统的物质循环,2019/6/21,第三节 生态系统的物质循环,1 生物地化循环的概念 2 水循环 3 气体型循环 4 沉积型循环 5 有毒物质的迁移和转化 6 放射性核素循环 7 生物地化循环与人体健康,2019/6/21,1 生物地化循环的概念,生物地化循环 生物地化循环的特点 生物地化循环的类型,2019/6/21,物质循环(cycling of material)的概念,生物地球化学循环(biogeochemical cycle) :矿物元素在生态系统之间的输入和输出,它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环, 生物
2、小循环:环境中元素经生物吸收,在生态系统中被相继利用,然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用,2019/6/21,物质循环的基本概念,库: 贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素的库 生态系统中各组分都是物质循环的库 植物库、动物库、土壤库、水体库等 可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大,元素在库中滞留的时间长,流动速率小,多属于非生物成分;交换库则容量较小,元素滞留的时间短,流速较大。 流通率:单位时间、单位面积/体积的物质转移量 周转率:流通率/库中营养物质总量 周转时间:库中营养物质总量/流通率,2019/6/21,物质在库间的流通,流通量、周转率与周转时间是相对于库而言的
3、 生产者库 流通率:20单位/天 周转率:20/100=20% 周转时间:100/20=5天 消费者库 流通率:4单位/天 周转率:4/50=8% 周转时间:50/4=12.5天,2019/6/21,生物地化循环的特点,物质循环不同于能量流动,后者在生态系统中的运动是循环的; 生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。 生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。 元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。,2019/6/21,Basics of nutrient cycling,2019/6/21,生物小循环,2019/6/21,影响物质循环速率的因素,元素
4、的性质:有的元素循环的速率快,而有的则比较慢,这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如CO21年,N100万年 生物的生长速率:决定生物对物质吸收的速率以及物质在食物网中运动的速度 有机物质腐烂的速率:适宜的环境有利于分解者的生存,并使有机体很快分解,供生物重新利用 人类活动的影响: 开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失,影响物质循环速率 化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中,2019/6/21,生物地球化学循环的类型,气体型循环 贮存库是大气和海洋 有气体形式的分子参与循环过程 循环速度比较快,例如CO2、N2、O2等 沉积型循环 贮存库是岩石、土壤和沉积物 没有气体形式的分子
5、参与循环过程 循环速度比较慢,时间要以千年计算,例如P、Ca、Na、Mg等 水循环 水的全球循环过程 生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的,2019/6/21,2 水循环(aquatic cycle),水循环的意义: 水是所有营养物质的介质; 水对物质是很好的溶剂; 水是地质变化的动因之一。 水循环的途径 人类活动对水循环的影响: 空气污染和降水; 改变地面,增加径流; 过度利用地下水; 水的再分布。,2019/6/21,全球水循环,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:1.4109km3,海洋约占97% 水的循环: 陆地:蒸发(蒸腾)71,000km3,降水
6、111,000km3 ,径流40,000km3 海洋:蒸发425,000km3,降水385,000km3,2019/6/21,2019/6/21,水循环示意图,西德地区的水循环示意图 (Clodius and Keller,1951),2019/6/21,生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾,渗透,地表蒸发,地表径流,地下径流,2019/6/21,3 气体型循环(gaseous cycle),氧循环 碳循环 氮循环,2019/6/21,氧循环(oxygen cycle),H2O+CO2 H2CO3 HCO3- +H+,CO2,HCO3- CO32 -,Ca2+,CaCO3,O2,水体,
7、臭氧层,沉积物,火 山 作 用,4FeO+O2,2FeO3,CO2,CO,O2+2CO CO2,O2,O3,O2,O,O2,H,OH,H2O,H2O,O,CO2,高能紫外辐射,2019/6/21,碳循环,碳的重要性:生命元素、能量流动 碳库:海洋和大气、生物体 碳的存在形式:CO2,无机盐,有机碳 主要循环过程 生物的同化和异化过程 大气和海洋间的CO2交换 碳酸盐的沉淀作用 人类活动对碳循环造成严重影响,引起气候变化的主要原因,2019/6/21,海洋和大气CO2调节,CO2,CO2溶 于海水,H2CO3,水体中生物,H+CO32-,CaCO3,海底沉积物,2019/6/21,The Car
8、bon Cycle,2019/6/21,92,90,750,6,1,1015gC,The Carbon Cycle,2019/6/21,碳循环(carbon cycle),化,泥碳,煤,大气中CO2,CO2,碳化作用,石油,水生植物 光合作用,腐烂,燃料,呼吸作用,光合作用,腐烂,扩散,2019/6/21,Greenhouse effects,温室效应: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致温度上升 温室气体主要包括:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等 溫室效
9、应的影响 海平面上升,淹沒陆地 全球气候经常发生暴雨或干旱 土地沙漠化,生态环境改变,2019/6/21,Incoming sunlight warms the surface of the Earth and is radiated back to atmosphere. Greenhouse gases absorb some of this heat, trapping it in the atmosphere.,GREENHOUSE EFFECT,2019/6/21,Carbon accumulation,CO2 has increased from its pre-industria
10、l level data: recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,2019/6/21,CO2排放,2019/6/21,氮循环,氮的重要性 氮库:大气、土壤、陆地植被 生物可利用的氮的形式:NO32-、NO22-、NH4+ 氮循环的主要过程 固氮作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用,2019/6/21,氮循环(nitrogen cycle),陆地陆地,其它 动植物,蓝藻,浅层死有机物,溶解死有机物,土壤中无机氮库,丢失于深 层沉积中,动植物 活体,共生或 自由生活 的固氮 微生物,死
11、有机体,陆地,河流带走,生物固氮,大气库 N2,大气库 HN3,NO,NO2, N2O ,,工业固氮 (汽车,化肥,电厂),脱氮,闪电,化学反应,海洋,火 山 作 用,降 水,大气,2019/6/21,The Nitrogen Cycle,2019/6/21,氮的循环,1012gN,2019/6/21,固氮作用,类型 闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮 工业固氮:400摄氏度,200大气压下 生物固氮:固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物 意义 平衡反硝化作用 对局域缺氮环境有重要意义 使氮进入生物循环,2019/6/21,2019/6/21,氨化作用、硝化作用和反硝化作用,
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- 关 键 词:
- 生态学 生态系统 物质 循环
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