植物生态学生态系统4物质循环

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生态系统生态学,第13章: 生态系统的物质循环,1,主要内容：,生物地球化学循环概念,全球物质循环和生态系统内的物质循环,循环中可能出现的问题,全球生态系统的作用与保护,2,为什么研究物质循环？,3,4,生物地球化学循环的概念,生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中。,这些循环,的路径包括生物与非生物二者, 同时也包含一些地质与地理作用在內, 因此称为生物地球化学循环。,5,可以作为养分的有机物,活的有机体及生物残体,不能作为养分的有机物,煤炭、石油、草碳等,可以作为养分的无机物,大气、土壤、水等,不能作为养分的无机物,岩石中的矿物质,同化、光合作用,呼吸、分解、排泄,形成沉积岩,风化、侵蚀,侵蚀、化石燃料燃烧,形成化石,养分循环的基本概念,6,生物地球化学循环的类型,水循环,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，因此，没有水的循环，也就没有生态系统的功能，生命也将难以维持。,气体型循环,元素或化合物可以转化为气体形式参与循环过程，其贮存库是大气和海洋。气相循环把大气和海洋相联系，具有明显的全球性，循环性能最为完善，气体循环速度比较快 。例如,CO,2,、,N,2,、,O,2,等。,沉积型循环,参与沉积循环的物质，其分子或化合物主要通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是相当长的、缓慢的、单向的物质转移过程，时间要以千年计算，这类循环速度比较慢。主要储库在土壤、沉积物和岩石。因此沉积循环的全球性不如气体型循环，循环性能也很不完善。,7,沉积循环,地质的,生物的,气象的,地质的,气象的,生物的,大气,溶于水和土壤,土壤和岩石,矿物质,剩余有机物,（活的和死的）,8,全球水循环,9,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,10,11,全球碳循环,12,生态系统中的碳循环,13,什么是温室效应？,14,大气CO,2,浓度与温度变化(夏威夷),15,全球氮循环,16,生态系统中的氮循环,17,全球硫循环,18,生态系统的氮循环,19,酸雨的危害,20,世界范围酸雨危害,21,全球磷循环,22,生态系统中的磷循环,23,湖泊富氧化污水排放,24,全球的物质循环系统,25,生态系统服务,(ecosystem service),生态系统与生态系统过程所形成及所维持的人类赖以生存的生物资源和自然环境条件及其效用。,生态系统的服务功能与生态系统的功能所涵盖的意义不同，服务功能是针对人类而言的，但值得注意的是生态系统的服务功能只有一小部分被人类利用。,生态系统的服务功能，可以分为4个层次：,生态系统的生产：包括生态系统的产品及生物多样性的维持等；,生态系统的基本功能：包括传粉、传播种子、生物防治、土壤形成等；,生态系统的环境效益：包括减缓干旱和洪涝灾害、调节气候、净化空气、处理废物等；,生态系统的娱乐价值：包括休闲、娱乐，文化、艺术素养、生态美学等。,26,生态系统服务类型,27,自然生态系统与人类为主的生态系统之间的关系,28,生态系统服务功能的价值分类,根据生态服务功能和利用状况可以将服务功能价值分为,4,类：,直接利用价值,主要指生态系统产品所产生的价值，可以用产品的市场价格来估计；,间接利用价值,主要指无法商品化的生态系统服务功能，如维护和支撑地球生命支持系统功能。间接利用价值通常根据生态服务功能的类型来确定；,选择价值,它是人们为了将来能够直接利用与间接利用某种生态系统服务功能的支付意愿；,存在价值又称内在价值,它表示人们为确保这种生态服务功能继续存在的支付意愿，它是生态系统本身具有的价值。,29,生态系统服务的特征,一般的商品或服务可以通过市场流通，以市场价格表达其价值（使用价值），生态系统服务不同于一般的商品，许多服务项目不能体现为具体的实物形式，有的甚至未被受益的人们意识到，表现出了“市场失效”。两者的供给和需求有明显的不同，如下图所示。,30,生态系统服务功能价值的评价方法,生态系统的服务未完全进入市场，但对生态系统服务的“增量”价值或“边际”价值进行估计是有意义的。生态系统服务的经济价值评价方法有如下几种：,直接市场价格法,替代市场价格法,权变估值法：,生产成本法,实际影响的市场估值法,31,生态系统服务的评价方法,32,森林生态系统服务评价典型案例中的主要服务价值,33,入侵造成的生态系统服务损失评价柽柳为例,34,地球自我调节理论Gaia假说,Lovelock & Margulis(1972,1988): Gaia: a new look at the life on Earth,Gaia(盖娅)大地女神,地球是一个生物区系，海洋，大气和土壤组成的复合系统，这个复合系统不仅改变了地球上的环境，而且直接控制其系统，以维持地球的活动并使其更有活力。,要点：地球上所有生物对其环境是不断地主动起着调节作用。,争议：调解作用是完全的吗？,“一个新奇的望远镜”,35,地球、火星、金星大气成分对比,气体(%),金星,火星,古地球,地球,CO,2,96.5,95,98,0.03,N,2,3.5,2.7,1.9,78.1,O,2,0,0.1,0,20.9,Ar,0.7,1.6,0.1,0.934,CH,4,0,0,0,1.7,表面温度(),459,-53,290,13,气压(bar),90,0.0064,60,1,36,地质时期地球大气成分的演变,37,38,Gaia假说的依据：假如星球上没有生命,39,其他证据,地球生态系统保持稳定地球存在调节系统,尽管地球受到频繁的干扰和破坏，但却表现出一定的稳定性。太阳的辐射强度自出生以来已经增长25%，如果地球温度只取决于太阳辐射强度，则地球在生命出现的早期10-15亿年内应当为冰冻状态，而实际上地球表面温度一直保持15度左右，即使在白垩纪和第三纪之间地球出现过生物大灭绝事件，而地球大气和地表变化仍很小。,40,其他证据,地球是一种进化系统地球进化是渐进和间断的结合，与生物作用和影响密不可分,通常地球科学家把地球进化认为主要是地球化学和物理学的进化，完全忽视了生物对地球进化的作用和影响。Gaia假说认为，该系统由地球上所有生物和物质环境组成，两方面密不可分。这个进化系统理论把气候、化学组成的调节看作该系统的应变特性， Gaia作为一个系统，在长期的自动调控期间逐渐进化，并有时候出现间断，这是由于生物与环境间的偶然突变引起的。这种变化使系统进化发展到一个新的状态，在25亿年前厌氧生物出现的太古代到富氧生物的元古代，出现一个飞跃。,41,成为研究热点,42,一些肯定的研究结果,时间,预测内容,验证及其结果,1968,火星无生命，来自大气证据,1977年发射海盗飞行器,1971,通过生物合成可以从海洋向陆地转移必需元素,1973年发现二甲基硫和二甲基碘,1987,通过生物促进岩石风化从而控制CO,2,，调解气候,1989年发现微生物大大加强岩石风化作用,1987,藻类释放二甲基硫控制云量而调节气候,仍在验证，提出浮游植物-云层间反馈环模型,1973,过去两亿年间氧气浓度保持在21%左右,认为受火及磷循环影响,1988,太古代大气化学以甲烷为主,仍在验证,43,假如Gaia存在,请善待地球！,地球也有生命！,Gaia,这位女神，和早期宗教其它神相似，为女性象征，溫柔、尔雅、有教养，但是当人不与星球和谐共处时，她也会变得凶暴残忍,44,小结:,生物地球化学循环概念,水循环,碳循环,氮循环,硫循环,磷循环,生态系统服务评价,Gaia假说,45,