农业生态系统的物流-PPT.ppt

1第四章第四章 农业生态系统的物流农业生态系统的物流1物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。物流也和能流一样，是生态系统的基本功能之一。2有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入有机体和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。的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。3能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能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；而物质量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则是循环的。流动则是循环的。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CO2，以太阳能为动力合成有机物，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，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，被植物重新吸质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收收.利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。被利用。2第四章第四章 农业生态系统的物流农业生态系统的物流 4 41 1 基本概念和原理基本概念和原理 4 42 2 几种重要物质的循环几种重要物质的循环 4 44 4 物质循环的环境问题物质循环的环境问题 4 44 4 农业生态系统养分循环与平衡农业生态系统养分循环与平衡34 41 1 基本概念和原理基本概念和原理一、生物地球化学循环（一、生物地球化学循环（Biogechemical cycles）二、物质循环的库（二、物质循环的库（pool)、流（、流（Flow）三、周年率与周转期三、周年率与周转期四、循环效率四、循环效率44-1-1 4-1-1 生物地球化学循环生物地球化学循环一、生物地球化学循环（生物地球化学循环（Biogeochemical cycles）（一）概念：（一）概念：各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物各种化学元素，包括原生质中必不可少的营养物质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周质，在生态系统乃至生物圈里，沿着特定的途径从周围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流围环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。学循环。（二）类型：（二）类型：1根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为根据物质循环的范围、路线和周期不同，可分为：54-1-1 4-1-1 生物地球化学循环生物地球化学循环（1）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，）地质大循环：物质和元素经生物体的吸收作用，从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄从环境进入有机体内，然后生物以死体、残体、排泄物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。物等形式返回环境，进入五大自然圈的循环。大气圈大气圈 水水 圈圈 五大自然圈五大自然圈 土壤圈土壤圈 岩石圈岩石圈 生物圈生物圈64-1-1 4-1-1 生物地球化学循环生物地球化学循环特特点点：时时间间长长、范范围围广广，影影响响面面广广，具具有有全全球球性性质，是闭合性循环。质，是闭合性循环。(几几百百年年、几几千千年年、几几百百万万年年，甚甚至至上上亿亿年年)，如如：大大气气中中的的CO2通通过过生生物物圈圈的的光光合合和和呼呼吸吸作作用用约约好好400年循环一次。年循环一次。O2通过生物代谢，约通过生物代谢，约2000年循环一次。年循环一次。水水圈圈（包包括括占占地地球球表表面面71%71%的的海海洋洋）中中的的水水，通通过过生生物物圈圈的的吸吸收收、排排泄泄、蒸蒸腾腾，每每当当200200万万年年才循环一次。才循环一次。至至于于由由岩岩石石土土壤壤圈圈风风化化出出的的矿矿物物元元素素循循环环一一次次则需要更长的时间，甚至要经过几亿年。则需要更长的时间，甚至要经过几亿年。74-1-1 4-1-1 生物地球化学循环生物地球化学循环（2 2）生物小循环：）生物小循环：是是指指环环境境中中元元素素经经生生物物体体吸吸收收，在在生生命命系系统统中中被被相相继继利利用用，然然后后经经分分解解者者分分解解成成无无机机态态进进入入环环境境，再再次次为生产者吸收利用。为生产者吸收利用。特特点点：在在一一个个系系统统内内进进行行，范范围围小小、时时间间短短、速速度度快，是开放式的循环。快，是开放式的循环。2 2根根据据循循环环主主要要是是与与大大气气圈圈，还还是是与与岩岩石石土土壤壤或或水水圈圈联联系系划划分分（根根据据物物质质在在五五大大自自然然库库的的库库存存量量的的主主次次、大小和固定的时间长短）大小和固定的时间长短）8大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点94-1-1 4-1-1 生物地球化学循环生物地球化学循环（1 1）气体型（）气体型（Gaseous typesGaseous types）:其其贮贮存存库库在在大大气气中中。元元素素或或化化合合物物可可以以转转化化为为气气体体形形式式，通通过过大大气气进进行行扩扩散散，弥弥漫漫于于陆陆地地或或海海洋洋上上，在在很很短短时时间间内内又又可可被被植植物物重重新新利利用用。如如C C、N N、O O等等由由于于有有巨巨大大的的大大气气储储存存库库。对对于于干干扰扰可可相相当当快快地地进进行行自自我我调调节节。因因此此，从从全全球球意意义义上上看看，这这类类循循环是比较完全的循环。环是比较完全的循环。（2 2）沉积型（）沉积型（Sedimentary typesSedimentary types）其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些其贮存库在地壳里。经风化作用从陆岩石缓慢释放的某些化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运化合物或元素被植物吸收，参与生命物质的形成并沿食物链运转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，转，然后动植物有机体经微生物的分解作用又将元素返回环境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入海洋，经沉降，淀积和成岩作用变成岩石，积物状态随流水进入海洋，经沉降，淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。这类循环当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。这类循环是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破是是缓慢的，倾向于不完全的循环，并且容易被局部干扰所破坏。如坏。如P P、S S、CaCa、I I、K K、NaNa等循环。等循环。104-1-2 4-1-2 物质循环的库与流物质循环的库与流二、物质循环的库二、物质循环的库(Pool)(Pool)、流（、流（FlowFlow）1 1流流(flow)(flow)生生态态系系统统中中的的能能量量和和物物质质不不是是静静止止不不动动的的，而而是是不不断地流动着。断地流动着。能能量量和和物物质质通通过过食食物物链链形形成成的的转转移移运运动动状状态态，称称为为流。流。生态系统中主要的流有物质流、能量流和信息流。生态系统中主要的流有物质流、能量流和信息流。农农业业生生态态系系统统要要获获得得高高的的生生产产力力，就就要要使使系系统统内内的的能量和物质的流量大，流速快且畅通无阻。能量和物质的流量大，流速快且畅通无阻。114-1-2 4-1-2 物质循环的库与流物质循环的库与流 2库（库（poolpool）生生态态系系统统中中能能量量和和物物质质在在运运动动过过程程中中被被暂暂时时固固定定、贮贮存的场所，称为库。存的场所，称为库。生态系统的各组分都是物质循环的库。生态系统的各组分都是物质循环的库。农农业业生生态态系系统统中中主主要要有有植植物物库库（农农作作物物、蔬蔬菜菜、果果树树、林林木木、牧牧草草等等），动动物物库库（畜畜、禽禽，虫虫等等）土土壤壤库库、大大气气库和水体库。库和水体库。库存（库存（S S）-库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。库在某一时刻所贮存的某一化学元素的数量。物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：物质循环的库在生物地球化学循环可分为两大类：贮存库：（贮存库：（Reservoir poolReservoir pool）容积大，活动缓慢）容积大，活动缓慢 一般为环境库。一般为环境库。交换库：（交换库：（Exchange poolExchange pool）容积小，与外界进行）容积小，与外界进行 物质交换比较活跃，一般为生物成分。物质交换比较活跃，一般为生物成分。124-1-2 4-1-2 物质循环的库与流物质循环的库与流 4库与流的作用及相互关系库与流的作用及相互关系（1 1）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，转化为各种产物。物。（2 2）没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻没有流，库与库之间不能联系与沟通，则物质循环阻塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。塞，生物无以维持，生态系统也将瓦解。（3）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群）库的吸收，固定和贮存的能力，不仅决定于生物种群的特性，也决定于循环。的特性，也决定于循环。（4）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转）农业生态系统中，生物种群所具有的捕获、吸收和转化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也化能量与物质的性能和效率，决定了流的数量和速度，也决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。决定了能量和物质在生物种群之间的分配的定量关系。（5）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。）一个高效的生态系统，必须是库容量大，流动畅通。134-1-3 4-1-3 周转期与周转率周转期与周转率三、周转率与周转期衡量物质流动效率的三、周转率与周转期衡量物质流动效率的指标指标 输入（输入（FI）1流通率（流通率（flow rate）：单位时间）：单位时间 内出入库的物质流量内出入库的物质流量 输出（输出（FO）2周转率：系统达到稳定状态后，流通率（周转率：系统达到稳定状态后，流通率（FI或或FO）与库存（与库存（S）的比例。）的比例。RFS 3周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全周转期：周转率的倒数，表示该库的全部物质全部更换一次平均需要的时间。部更换一次平均需要的时间。TSF四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例四、循环效率：循环物质占总输入物质的比例 ECFCFI1442 几种重要物质的循环一、碳循环二、氮循环三、磷循环四、水循环五、硫循环154-2-1 4-2-1 碳循环碳循环一、碳循环一、碳循环（一）概况（一）概况1C Cycle是是所所有有养养分分循循环环中中最最简简单单的的一一种种，但但对对生生命命的的意意义义却却是是十十分分重重要要的的。C是是有有机机物物的的基基本本成成分分，占占干干重重的的49。2C的来源是的来源是CO2 0.14为为CO2 无机态占大部分无机态占大部分 地壳沉积物中地壳沉积物中地球上总碳量为地球上总碳量为 26 1015吨吨 化石化石64：煤、石油、碳：煤、石油、碳 有机态有机态 有机残体占有机残体占42：土壤和：土壤和 占占0.15 水中水中 生物体成分占生物体成分占4164-2-1 4-2-1 碳循环碳循环（二）（二）C Cycle基本过程基本过程 C Cycle是从光合作用固定空气中的是从光合作用固定空气中的CO2开始的。开始的。1大气库与生物组分之间的循环大气库与生物组分之间的循环（1）特点：）特点：这是一生物过程这是一生物过程 属于气相循环属于气相循环174-2-1 4-2-1 碳循环碳循环(2)过程过程CO2通过绿色植物的光通过绿色植物的光合作用进入生态系统，合作用进入生态系统，CO2和水形成和水形成CH2O，然，然后在系统中流动，其流后在系统中流动，其流动途径：动途径：沿食物链传沿食物链传递：这种过程是最理想递：这种过程是最理想的，的，C一直在生态系统的一直在生态系统的生物组分中。生物组分中。生物的生物的呼吸作用，使呼吸作用，使CO2返回返回到大气到大气。184-2-1 4-2-1 碳循环碳循环2大气与海洋间的交换大气与海洋间的交换（1）特特点点：这这是是一一自自然然过过程程，生生物物不不能能控控制制。海海洋洋溶溶解解的的COCO2 2是是大大气气库库中中COCO2 2的的5050倍倍，因因而而海海洋洋对对大大气气中中的的COCO2 2 具有缓冲机制。具有缓冲机制。（2）过程：）过程：3沉积循环：沉积循环：（1）特特点点：这这是是一一自自然然过过程程这这种种途途径径C C素素经经化化石石、石石灰灰岩岩或或油油页页岩岩等等固固态态过过程程，有有相相当当长长一一段段时时间间离离开开了了气气相相循循环环，离离开开了了生生物物圈圈，进进入入了了地地质质大大循循环环。这是自然界最大一个库。这是自然界最大一个库。（2）过程）过程194-2-1 4-2-1 碳循环碳循环4人类活动的干预人类活动的干预 在在空空气气中中，CO20.04，但但自自第第二二次次工工业业革革命命（1850年年）后后，人人类类大大量量砍砍伐伐森森林林、开开采采化化石石燃燃料料，从从而而将将几几百百万万年年前前被被光光合合作作用用固固定定的的C通通过过燃燃烧烧又又释释放放到到大大气气中中。据据统统计计每每年年燃燃烧烧矿矿石石释释放放到到大大气气中中的的CO2约约5060亿亿吨吨，虽虽然然大大部部分分被被海海洋洋吸吸收收而而缓缓冲冲，但但仍仍有有14保保留留在在大大气气中中，使使大大气气CO2逐逐年年上上升升。过过去去一一百百年年，280 mol.molmol.mol-1-1 355 mol.molmol.mol-1-1。由由于于CO2对对红红外外线线有有强强烈烈的的吸吸收收作作用用，因因此此CO2的的增增加加将将产产生生“温温室室效效应应”。虽虽然然CO2有有利利于于光光合合作作用用增增强强，但但也也导导致致全全球球近近地地表表温温度度升升高高，这这对对全全球球的的气气候候，大气环境。降雨大气环境。降雨等将产生一系列不利于人类的影响。等将产生一系列不利于人类的影响。204-2-1 4-2-1 碳循环碳循环（三）农业生态系统的碳流的问题（三）农业生态系统的碳流的问题1养分循环的两种控制：养分循环的两种控制：（1）生物控制：通过食物链控制）生物控制：通过食物链控制（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、产品输出等控制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（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）214-2-1 4-2-1 碳循环碳循环（2）燃料：以）燃料：以CO2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。燃料燃料发展中国家，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 沙漠化（沙漠化（Negro）毁林的结果毁林的结果 地力下降、广种薄收地力下降、广种薄收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。224-2-2 4-2-2 氮循环氮循环二、氮循环二、氮循环（一）概况（一）概况1N是生物体中是生物体中Aa、protein、Chl-、DNA、RNA中不中不可缺少的元素。可缺少的元素。2N的的主主要要库库存存是是大大气气主主要要是是气气态态循循环环。以以N2的的单单质质形形式式存存在在。在在大大气气中中占占79，总总贮贮量量约约48 106亿亿吨吨，但不可被植物直接利用，必须通过固但不可被植物直接利用，必须通过固N作用。作用。（二）（二）N循环基本过程循环基本过程1固氮作用是气态循环的重要机制固氮作用是气态循环的重要机制234-2-2 4-2-2 氮循环氮循环（1）生物固）生物固N：每年：每年175 106吨吨 固固N生物：根瘤菌生物：根瘤菌 蓝绿藻蓝绿藻 农农业业上上利利用用根根瘤瘤菌菌较较多多，占占全全部部生生物物固固N的的40左左右右，因因此此农农田田中中靠靠包包括括豆豆科科作作物物在在内内的的作作物物轮轮作作来来维维持持土土壤壤的的持持续续肥肥力力是是非非常常重重要要的的，稻稻田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用。田的蓝绿藻对增产亦有明显的作用。固固N N作用作用NN2 2 NHNH4 4 食物链食物链（2）工工 业业 固固 N N：45.945.9 10106 6吨吨（19771977年年）100100 10106 6吨（吨（19971997年）年）（3 3）大大 气气 固固 N N：通通 过过 闪闪 电电 和和 宇宇 宙宙 射射 线线 固固 N N，7.67.6 10106 6吨。吨。244-2-2 4-2-2 氮循环氮循环2生态系统中的氮生态系统中的氮流途径流途径254-2-2 4-2-2 氮循环氮循环3人为干预人为干预（1）干预途径（方式）：农业生产生物固干预途径（方式）：农业生产生物固N N 工业固工业固N N：占有：占有20204040（2）问题问题地下水污染地下水污染由由于于施施肥肥不不当当，会会使使蔬蔬菜菜、饲饲料料中中N N累累积积过过多多或或随随水水流流动进入饮用水、地下水中。动进入饮用水、地下水中。食食物物和和饮饮用用水水中中NONO3 3含含量量过过高高，在在一一定定程程度度下下生生成成的的亚亚硝硝胺胺是是致致癌癌物物质质。美美国国明明尼尼苏苏达达州州19471947年年19501950年年149149例例儿儿童童获获亚亚铁铁血血红红蛋蛋白白症症，有有1414例例死死亡亡，查查明明原原因因是是由由于于饮饮用用的的地地下下水水中中被被硝硝酸酸盐盐污污染染。而而NONO4 4在在烹烹调调过过程程中中和和消消化化道道中中形形成成NONO2 2，NONO2 2，与与血血红红蛋蛋白白给给合合，使使其其载载氧氧能能力受到损害力受到损害264-2-2 4-2-2 氮循环氮循环水体富养化：水体富养化：A.A.定定义义：当水体中的总磷20mg/m3，无机N400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophic water)。B.B.来源：来源：土壤中的N、P营养元素及生产、生活中的污水C.C.后后果果：水体中营养过分丰富，水生藻类繁茂，它们死亡后，在水体中腐烂分解，产生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升时，会造成鱼类和其它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中N和P是光合自养生物的主要限制因子，一旦增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化274-2-2 4-2-2 氮循环氮循环破坏臭破坏臭O O3 3层层反硝化作用产生的反硝化作用产生的N N2 2O O进入大气后会破坏臭进入大气后会破坏臭O O3 3层层N N2 2O OO O3 32NO2NOO O2 2NONOO O3 3NONO2 2O O2 2若若臭臭O O3 3层层玻玻坏坏5 5，进进入入地地球球的的紫紫外外线线会会增增加加1010，结结果果会会使使皮皮肤肤癌癌的的发发病病率率大大为为提提高高。据据推推测测，在在今今后后几几年年内内农农业业使使用用的的氮氮肥肥约有约有1 16 6成为成为N N2 2O O进入大气。进入大气。20002000年，臭年，臭O O3 3层密度减少层密度减少2 2，在南极、北极均发现臭，在南极、北极均发现臭O O3 3层空洞。层空洞。作物偏作物偏N N 谷类作物，块根块茎作物谷类作物，块根块茎作物 偏偏NN营养生长过度营养生长过度 经济系数低经济系数低 对病虫害抗性下降对病虫害抗性下降284-2-3 4-2-3 磷循环磷循环三、三、磷循环磷循环（一）（一）特点：特点：典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，典型的沉积循环，以不活跃的地壳作为主要贮存库，是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类是一种不完的循环，其时间尺度地质时间，因而从人类的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因的观点看，进入了沉积循环的磷就作为是损失掉了，因此这部分磷在短期内对生物无效。此这部分磷在短期内对生物无效。（二）过程（二）过程 从循环的过程看，在循环过程中从循环的过程看，在循环过程中P总是有损失的，总是有损失的，为增加为增加P循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的循环的封闭性，必须尽量减少陆生生态系统的损失。如让损失。如让P经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在经常贮存在有机体中则不易流失，贮存在土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。如图所示土壤中却极易因土壤侵蚀流失掉。如图所示 NEXT29return304-2-3 4-2-3 磷循环磷循环（三）人类干预（三）人类干预1大量开采磷矿，加剧了大量开采磷矿，加剧了P的损失，以后会造成资源的损失，以后会造成资源枯竭。现地壳中磷约含纯磷约枯竭。现地壳中磷约含纯磷约198亿吨，按现在的消费亿吨，按现在的消费率计算可持续用率计算可持续用1750年，若考虑到年，若考虑到P的消费率增长是人的消费率增长是人口增长的口增长的2.76倍，则倍，则90年内将耗尽。年内将耗尽。2农田生态系统中农田生态系统中P的亏损途径：的亏损途径：水土流失水土流失 农农产品输出产品输出3污染污染（1）营养富集）营养富集 西、北欧美大量施用西、北欧美大量施用P肥和含肥和含P的合成洗涤的合成洗涤水体水体富养化富养化水质恶化水质恶化渔业资源减少渔业资源减少（2）放射性物质污染）放射性物质污染 磷磷矿矿石石中中含含放放射射性性的的铀铀、钍钍等等物物质质，经经常常施施P使使土土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。314-2-4 4-2-4 水循环水循环四、水循环四、水循环（一）概况（一）概况水是生物圈中最丰富的化合物，以固、液、气三相存在。水是生物圈中最丰富的化合物，以固、液、气三相存在。地地球球的的海海洋洋、冰冰帽帽、冰冰川川、湖湖泊泊、河河流流、土土壤壤和和大大气气中中共含有共含有15亿亿Km3的水。的水。324-2-4 4-2-4 水循环水循环其中：其中：海洋液态咸水：海洋液态咸水：97 34：固态水。在两极的冰帽和冰川中：固态水。在两极的冰帽和冰川中 淡水（淡水（4）90：地下水：地下水 14：陆地中水：陆地中水 10：土壤水分，：土壤水分，淡水湖泊、河流淡水湖泊、河流 及大气含水量及大气含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。因而可供植物根系利用的水比例很小。334-2-4 4-2-4 水循环水循环（二）水循环（二）水循环1三三个个基基本本环环节节：降降水水（P）、蒸蒸发发（E）、径径流流（R），这这三三个个基基本本环环节节相相连连构构成成了了水水循循环环。水水在在生生物物圈圈的的循循环环可可以以看作是从水域开始，再回到水域而终止。看作是从水域开始，再回到水域而终止。（1）水域中的水受太阳辐射而蒸发（）水域中的水受太阳辐射而蒸发（E）进入大气）进入大气（2）大气中的水汽随气压变化而流动，并聚集为云）大气中的水汽随气压变化而流动，并聚集为云（4）云以雨、雪、雾、等形式降落到地球表面）云以雨、雪、雾、等形式降落到地球表面（4）到到达达地地表表面面的的水水，一一部部分分直直接接形形成成地地表表面面径径流流进进入入江江河河，汇汇入入海海洋洋。一一部部分分渗渗入入土土壤壤内内部部：大大部部分分通通过过地地下下径径流流而而进进入入海海洋洋，接接近近土土壤部分为植物吸收壤部分为植物吸收344-2-4 4-2-4 水循环水循环（5）植植物物吸吸收收的的水水分分，大大部部分分用用于于蒸蒸腾腾散散失失到到大大气气中中，只只有有小小部部分分为为光光合合作作用用同同化化形形成成有有机机质质进进入入生生态态系系统统，再再经经过过生生命的呼吸与排泄进入环境。命的呼吸与排泄进入环境。内因：其相变内因：其相变P和和E水循环水循环 外因：水的重力梯度（外因：水的重力梯度（R）和太阳辐射）和太阳辐射354-2-4 4-2-4 水循环水循环全球上水分循环有两种途径：全球上水分循环有两种途径：通过相变和大气环流形成蒸发和降雨通过相变和大气环流形成蒸发和降雨 通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流通过热力学梯度与势能梯度的作用以洋流和径流的方式运动的方式运动364-2-4 4-2-4 水循环水循环2水循环是生物地球化学循环的基础水循环是生物地球化学循环的基础 水水的的溶溶解解性性使使它它在在物物质质循循环环中中起起到到载载体体的的作作用用，任任何何生生物物地地球球化化学学循循环环都都有有水水的的参参与与。元元素素的的迁迁移移、流流动动和和积积累累都都离离不不开水。开水。从从宏宏观观看看：从从陆陆地地到到海海洋洋的的径径流流每每年年携携带带4.6 109T物物质质，造造成成 严重的水土流失。严重的水土流失。从微观看：根系吸收矿物质也需水的携带从微观看：根系吸收矿物质也需水的携带 因因此此，水水循循环环是是生生态态系系统统中中最最基基本本的的物物质质循循环环，水水分分是是养养分循环的重要动力。分循环的重要动力。374-2-4 4-2-4 水循环水循环（三）影响区域水分平衡的因素（三）影响区域水分平衡的因素降雨量降雨量P径流量径流量R蒸发量蒸发量E植被截留量植被截留量水分平衡公式：水分平衡公式：PERW0 输入：降水输入：降水P，人工灌溉，人工灌溉 输出：蒸发输出：蒸发E，径流，径流R384-2-4 4-2-4 水循环水循环1降降雨雨量量P：受受地地形形、太太阳阳辐辐射射，大大气气环环流流等等因因素素影影响，可在当地气象站（台）获得有关降雨的资料。响，可在当地气象站（台）获得有关降雨的资料。不同地区降雨不同：不同地区降雨不同：我我国国台台湾湾地地省省的的火火烧烧寮寮1964年年9月月1011日日降降雨雨1245mm，为世界最大一次降雨量，为世界最大一次降雨量苏丹的沃地哈发苏丹的沃地哈发49年来总降雨才年来总降雨才0.5mm智利的依奇立智利的依奇立14年来完全没有降雨年来完全没有降雨394-2-4 4-2-4 水循环水循环2径径流流量量R（陆陆地地水水体体）：与与当当地地植植被被覆覆盖盖率率有有关关，可实测或据经验公式推算可实测或据经验公式推算3蒸蒸发发量量E：为为植植物物蒸蒸腾腾耗耗水水与与裸裸露露地地面面和和水水体体蒸蒸发发散失水分的总和散失水分的总和4植被截留量植被截留量404-2-4 4-2-4 水循环水循环（四）森林调节水分循环的重要作用（四）森林调节水分循环的重要作用1丰丰茂茂的的森森林林可可截截留留夏夏季季降降水水量量的的2040（草草地地为为514）2树树冠冠有有强强大大的的蒸蒸腾腾作作用用：比比同同纬纬度度的的海海洋洋蒸蒸发发的的水分多水分多503林区比无林、少林区降水量多林区比无林、少林区降水量多404在在坡坡地地，森森林林可可减减轻轻对对土土壤壤的的侵侵蚀蚀作作用用：林林地地内内地表径流比无林地少地表径流比无林地少10。414-2-5 4-2-5 硫循环硫循环五、硫循环五、硫循环硫硫是是半半胱胱氨氨酸酸，蛋蛋氨氨酸酸的的组组分分，在在protein分分子子中中二二硫硫键键有有助助于于形形成成立立体体结结构构。S还还是是辅辅酶酶如如硫硫铵铵素素，辅辅酶酶COA的组分。的组分。S在自然界含量并不多。在自然界含量并不多。1特点：既属于气体型又属于沉积型特点：既属于气体型又属于沉积型（1）长长时时间间的的沉沉积积相相：束束缚缚在在有有机机、无无机机沉沉积积物物中中的的硫硫通通过过风风化化、分分解解而而释释放放，以以盐盐溶溶液液形形式式进进入入生生态态系统。系统。42Return434-2-5 4-2-5 硫循环硫循环（2）气态循环的重要机制是降雨：）气态循环的重要机制是降雨：缺缺O2条件为条件为 大气中大气中有机物中的硫有机物中的硫 H2S SO2 硫细菌还原硫细菌还原 氧气氧气 为水气吸收为水气吸收SO2 稀酸稀酸 降水降水 大地生态系统大地生态系统444-2-5 4-2-5 硫循环硫循环2人类干预人类干预（1）燃燃烧烧煤煤和和石石油油每每年年向向大大气气输输送送147 106吨吨SO2。大大气气SO20.5 mol.molmol.mol-1-1就会危害农作物。就会危害农作物。如如：1952年年12月月伦伦敦敦的的毒毒雾雾事事件件，几几天天内内死死亡亡4000人人，以以后后几几天天陆陆续续死死亡亡上上万万人人，就就是是由由于于煤煤烟烟中中的的CO、CO2、SO2和大量粉尘经久不散造成的。和大量粉尘经久不散造成的。454-2-5 4-2-5 硫循环硫循环（2）SO2的增加造成了酸雨的增加造成了酸雨 通通常常大大气气CO2溶溶解解于于雨雨水水使使正正常常降降雨雨的的PH值值为为5.7左左右右；然然而而由由于于空空气气中中SO2和和氮氮化化物物的的溶溶解解，改改变变了了降降水水的的性性质质。当降雨的当降雨的PH5.5时称为时称为“酸雨酸雨”。酸酸雨雨会会直直接接灼灼烧烧植植物物，改改变变水水土土的的PH值值，对对初初级级生生产产及及其其次次级级产产生生影影响响。酸酸雨雨被被称称为为空空中中“死死神神”，它它使使土土壤壤、河河湖湖酸酸化化，动动植植物物受受害害，鱼鱼类类死死亡亡。挪挪威威和和瑞瑞典典2400个个湖湖泊泊，因因酸酸雨雨鱼鱼类类死死亡亡了了110。加加拿拿大大约约5万万湖湖泊泊全全部部没没鱼鱼，称称为为“水水沙沙漠漠”，我我国国西西北北、四四川川、广广东东、上上海海都都记记录录了了酸酸雨雨现现象。象。464-2-5 4-2-5 硫循环硫循环酸雨确是空中酸雨确是空中“死神死神”，它有三大罪状：，它有三大罪状：1污染水域，杀死水生动物污染水域，杀死水生动物2加加速速土土壤壤营营养养物物质质的的淋淋溶溶流流失失（Ca、Mg、K），土土壤壤肥肥力力下下降降并并延延缓缓植植物物的的生生长长。使使本本来来固固定定在在土土壤壤中中的的有有毒毒金金属属如如Al、Cu、镉镉等等溶溶解解出出来来为为植植物物吸吸收收。瑞瑞典典、美美国国、巴巴西西的的森森林林枯萎。枯萎。3腐蚀建筑物腐蚀建筑物雅典古神庙已被腐蚀得面目全非雅典古神庙已被腐蚀得面目全非北北京京故故宫宫的的汉汉白白玉玉石石雕雕已已有有几几百百年年历历史史。1952年年拍拍摄摄的的照照片片来来看看，浮浮雕雕的的花花纹纹还还十十分分清清晰晰，但但今今天已模糊不清了。天已模糊不清了。474-2 4-2 几种重要物质的循环几种重要物质的循环 以以C、N、P、S、H2O为例的物质循环清为例的物质循环清楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生楚地表明，各种物质在全球范围内以及在生态系统中的循环、流动，越来越多地受到人态系统中的循环、流动，越来越多地受到人类活动的干预。干预的结果是加速了物质参类活动的干预。干预的结果是加速了物质参与生物圈的过程。这对人类生产、生活是有与生物圈的过程。这对人类生产、生活是有利的；但另一方面，由此而产生的各种环境利的；但另一方面，由此而产生的各种环境问题也必须予以重视。问题也必须予以重视。484 43 3 物质循环的环境问题物质循环的环境问题一、有毒物质在食物链上的浓集一、有毒物质在食物链上的浓集二、环境污染的危害二、环境污染的危害494-3-1 4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集有毒物质在食物链上的浓集一、有毒物质在食物链上的浓集一、有毒物质在食物链上的浓集各各种种有有毒毒有有害害物物质质一一旦旦进进入入到到生生态态系系统统，便便立立即即参参与与物物质质循循环环。在在循循环环过过程程中中性性质质稳稳定定、易易被被生生物物体体吸吸收收的的毒毒物物质质沿沿着着食食物物链链在在有有机机体体内内不不断断富富积积、浓浓缩缩。这这就是在污染情况下，造成有机体的大量死亡的原因。就是在污染情况下，造成有机体的大量死亡的原因。食食物物链链的的浓浓集集作作用用（生生物物学学放放大大作作用用）：有有毒毒物物质质在在沿沿食食物物链链传传递递时时，愈愈是是上上面面的的营营养养级级，生生物物体体内内有有毒毒物质的残留浓度愈高。物质的残留浓度愈高。504-3-1 4-3-1 有毒物质在食物链上的浓集有毒物质在食物链上的浓集如如DDT在生态系统中的富集在生态系统中的富集作用（海中为作用（海中为0.00005ppm）。）。浮游植物浮游植物鱼鱼河鸥河鸥银鸥银鸥 0.04ppm 1.24 18.5 75.5514-3-2 4-3-2 环境污染的危害环境污染的危害二、环境污染的危害二、环境污染的危害随随着着工工农农业业的的发发展展，人人类类将将大大量量对对工工农农业业生生产产有有利利，但但具具有有毒毒性性的的化化学学物物质质挖挖掘掘出出来来，进进入入了了生生物圈。物圈。（1）各种杀虫剂、除草剂、农药、化肥等）各种杀虫剂、除草剂、农药、化肥等（2）矿矿山山开开发发、原原子子反反应应堆堆试试验验、核核电电站站的的建建立立（3）工业）工业“三废三废”等等污污染染大大气气、水水体体和和土土壤壤，破破坏坏生生态态平平衡衡，严严重重者者甚至造成公害甚至造成公害524-3-2 4-3-2 环境污染的危害环境污染的危害（一）大气污染（一）大气污染污染源：铅烟、粉尘、污染源：铅烟、粉尘、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各种、氮氧化合物、氟化物和各种有机物。其中：有机物。其中：（1）SO2五毒之首，形成酸雨；致癌作用。五毒之首，形成酸雨；致癌作用。（2）漂漂浮浮在在大大气气中中的的粉粉尘尘，会会使使太太阳阳光光照照强强度度削削弱弱，并并和和CO、CO2等毒气体形成毒雾，影响人畜健康。等毒气体形成毒雾，影响人畜健康。（3）氮氮氧氧化化合合物物来来自自含含N有有机机物物燃燃烧烧，硝硝酸酸和和氮氮肥肥的的生生产产及及交交通通车车辆辆排排放放的的废废气气。主主要要是是NO，其其毒毒性性并并不不大大，但但进进入入大大气气后后 NONO2，毒毒性性提提高高五五倍倍。NO、NO2还还与与CO等等受受太太阳辐射发生还原作用形成光化学烟雾，对动植物造成伤害。阳辐射发生还原作用形成光化学烟雾，对动植物造成伤害。（4）HF、CO：包包头头钢钢铁铁厂厂排排放放大大量量F2和和NO2气气体体曾曾使使88,000头牲畜死亡。头牲畜死亡。534-3-2 4-3-2 环境污染的危害环境污染的危害（二）水污染（二）水污染1汞、镉、铅、铬、砷重金属的污染汞、镉、铅、铬、砷重金属的污染人称人称“五毒五毒”，毒性：汞镉，毒性：汞镉特点：在水体中不能被微生物分解，危害较大特点：在水体中不能被微生物分解，危害较大2水体富养化：见前水体富养化：见前544-3-2 4-3-2 环境污染的危害环境污染的危害3热污染和油污染热污染和油污染（1）工工业业冷冷却却用用水水回回流流，使使水水温温提提高高，直直接接危危及及水水生生物的存活，同时打乱生态系统中的食物链关系。生生物的存活，同时打乱生态系统中的食物链关系。（2）海海上上石石油油开开采采、运运输输及及油油船船事事故故发发生生，使使海海水水受受到到污污染染。不不仅仅影影响响海海中中生生物物生生长长，且且阻阻碍碍海海水水蒸蒸发发，削弱海水调温和吸收削弱海水调温和吸收CO2的作用。的作用。我我国国三三十十条条主主要要河河流流和和湖湖泊泊，从从松松花花江江到到珠珠江江都都受受到到不不同同程程度度的的污污染染。还还有有氰氰化化物物污污染染，0.1g的的氰氰化化物物可可使使人人致致