生态系统的物质循环生态学.pptx

南京信息工程大学 生态学11-12024/8/26 周一物质循环的一般特点物质循环的一般特点环环 境境生产者生产者分解者分解者植食者植食者肉食者肉食者能量流动能量流动物质循环物质循环南京信息工程大学 生态学11-22024/8/26 周一库库pool：由存在于生态系统某些生物或非生物成由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物所构成的。分中一定数量的某种化合物所构成的。流通量流通量用单位时间、单位面积内通过的营养物质用单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值来表示。的绝对值来表示。周转率：周转率：出入一个库的流通率出入一个库的流通率/库中营养物质总量库中营养物质总量周转时间：周转时间：库中的营养物质总量库中的营养物质总量/流通率。流通率。南京信息工程大学 生态学11-32024/8/26 周一1 生物地化循环的概念生物地化循环的概念l生物地化循环生物地化循环l生物地化循环的特点生物地化循环的特点l生物地化循环的类型生物地化循环的类型南京信息工程大学 生态学11-42024/8/26 周一生物地化循环生物地化循环(biogeochemical cycle)l矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们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和交换称生物地(球球)化化(学学)循环，即物质循环循环，即物质循环(cycling of material)。南京信息工程大学 生态学11-52024/8/26 周一生物地化循环的特点生物地化循环的特点l物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动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；是循环的；l生物地化循环可以用生物地化循环可以用库库和和流通率流通率两个概念来描述。两个概念来描述。库库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为的某种化学物质所构成的，可分为贮存库贮存库和和交换库交换库。前。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动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。物质在生态系统单位面积滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积或单位体积)和单位时间的移动量称和单位时间的移动量称流通率流通率。l生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定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。的平衡状态。l元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和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。生物放大现象。南京信息工程大学 生态学11-62024/8/26 周一生物积累、生物浓缩和生物放大生物积累、生物浓缩和生物放大l生物积累生物积累(bioaccumlation):指生态系统中生物不断指生态系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分进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。l生物浓缩生物浓缩(bioconcentration):指生态系统中同一营养指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓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中的浓度的现象，又称生物富集。度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。l生物放大生物放大(biomagnification):指生态系统的食物链上，指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分高营养级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机体中浓度随营养级的提高而逐步增解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。南京信息工程大学 生态学11-72024/8/26 周一生物地化循环的类型生物地化循环的类型l水循环水循环l气体型循环气体型循环l沉积型循环沉积型循环南京信息工程大学 生态学11-82024/8/26 周一2 水循环水循环(aquatic cycle)l水循环的意义：水循环的意义：水是所有营养物质的介质；水是所有营养物质的介质；水对物质是很好的溶剂；水对物质是很好的溶剂；水是地质变化的动因之一。水是地质变化的动因之一。l水循环的途径水循环的途径 l人类活动对水循环的影响：人类活动对水循环的影响：空气污染和降水；空气污染和降水；改变地面，增加径流；改变地面，增加径流；过度利用地下水；过度利用地下水；水的再分布。水的再分布。南京信息工程大学 生态学11-92024/8/26 周一水循环示意图水循环示意图西德地区的水循环示意图西德地区的水循环示意图（Clodius and Keller,1951）南京信息工程大学 生态学11-102024/8/26 周一3 气体型循环(gaseous cycle)l氧循环氧循环l碳循环碳循环l氮循环氮循环南京信息工程大学 生态学11-112024/8/26 周一氧循环(oxygen cycle)H2O+CO2 H2CO3 HCO3-+H+CO2HCO3-CO32-Ca2+CaCO3O2水体水体臭氧层臭氧层沉积物沉积物火火山山作作用用4FeO+O22FeO3CO2COO2+2CO CO2O2O3O2OO2HOHH2OH2OOCO2高能紫外辐射高能紫外辐射南京信息工程大学 生态学11-122024/8/26 周一碳循环(carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大气中大气中CO2CO2碳化作用碳化作用石油石油水生植物水生植物光合作用光合作用腐烂腐烂燃料燃料呼吸呼吸作用作用光合光合作用作用腐烂腐烂扩散扩散南京信息工程大学 生态学11-132024/8/26 周一氮循环(nitrogen cycle)陆地陆地陆地陆地其它其它动植物动植物蓝藻蓝藻浅层死有机物浅层死有机物溶解死溶解死有机物有机物土壤土壤中无中无机氮机氮库库丢失于深丢失于深层沉积中层沉积中动植物动植物活体活体共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有机体死有机体陆地陆地河流带走河流带走生物固氮生物固氮大气库大气库N2大气库大气库HN3,NO,NO2,N2O，工业固氮工业固氮（汽车（汽车,化肥化肥,电厂）电厂）脱氮脱氮闪电闪电化学反应化学反应海洋海洋火火山山作作用用降降水水大气大气南京信息工程大学 生态学11-142024/8/26 周一4 沉积型循环沉积型循环(sedimentary cycle)l磷循环磷循环l硫循环硫循环南京信息工程大学 生态学11-152024/8/26 周一磷循环（磷循环（phosphorus cycle）沉积型循环沉积型循环沉积物中的磷沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）（约为土壤和海洋中千倍以上）陆地陆地海洋海洋死死有机物有机物土壤中的土壤中的无机磷无机磷活有机物活有机物死死有机物有机物深海的磷深海的磷活有机物活有机物捕鱼捕鱼鸟粪鸟粪悬浮在水中随河水带走悬浮在水中随河水带走摄取摄取排泄排泄死亡死亡下下,沉沉分解分解沉积沉积溶解于水溶解于水上升风化上升风化开采开采摄取摄取排泄死亡排泄死亡上涌上涌南京信息工程大学 生态学11-162024/8/26 周一硫循环（硫循环（sulfur cycle）陆地陆地海洋海洋沉积物（沉积物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-降水降水SO2,SO42-扩散扩散海浪海浪SO42-大气大气上升，分化上升，分化SO2FeS2死有机物死有机物活有机物活有机物SO42-H2SS分解分解化肥工业化肥工业SO42-摄取摄取扩散扩散火山活动火山活动H2S,SO2,SO42-植物摄取植物摄取SO2,SO42-降水降水SO2,SO42-化石化石燃烧燃烧 SO2H2S,SO2,SO42-南京信息工程大学 生态学11-172024/8/26 周一5 有毒物质的迁移和转化有毒物质的迁移和转化l有毒物质的类型有毒物质的类型l有毒物质的迁移和转化有毒物质的迁移和转化l有毒物质循环的典型代表有毒物质循环的典型代表-汞循环汞循环南京信息工程大学 生态学11-182024/8/26 周一有毒物质的类型有毒物质的类型l有毒物质有毒物质(toxic substance)又称污染物又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。毒物质主要有酚类、有机氯药等。l按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。污染物，又称继发性污染物。南京信息工程大学 生态学11-192024/8/26 周一有毒物质的迁移和转化有毒物质的迁移和转化l迁移迁移(transport)是重要的物理过程是重要的物理过程,包括分散、包括分散、混合、稀释和沉降等；混合、稀释和沉降等；l转化转化(transformation)主要是通过氧化、还原、主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。物化学的变化。南京信息工程大学 生态学11-202024/8/26 周一汞循环汞循环(mercury cycle)火山活动火山活动化石化石燃烧燃烧 降水降水挥发挥发挥发挥发沉积物沉积物农田风农田风化和淋化和淋溶作用溶作用农药喷洒农药喷洒径流径流(CH3)2HgHg2CH3Hg鱼鱼水生植物水生植物水鸟水鸟工厂工厂汞的废物汞的废物捕鱼捕鱼由河水带走由河水带走(中性中性pH)(酸性酸性pH)南京信息工程大学 生态学11-212024/8/26 周一6 放射性核素循环放射性核素循环l放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。l放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。l人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。链带来的放射性污染而间接受害。l放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，有的放射物质在体内可存留有的放射物质在体内可存留14年之久。年之久。南京信息工程大学 生态学11-222024/8/26 周一7 生物地化循环与人体健康生物地化循环与人体健康l地方病地方病：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，：自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，故称故称“地方病地方病”。l微量元素循环微量元素循环：地方病大多数与微量元素有关。：地方病大多数与微量元素有关。碘的循环与分布特点碘的循环与分布特点：碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出：碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。微量元素与人体健康微量元素与人体健康：v碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。v硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。要因素。