农业生态与环境保护（第二版）第1节物质循环电子课件

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,*,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,*,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,*,*,农业生态与环境保护（第二版）第1节物质循环电子课件,第五章 生态系统的物质循环,第一节 物质循环,第二节 水循环与节水农业,第三节 碳循环与温室效应,第四节 氮循环与氮肥利用,第五节 硫循环与酸雨,第六节 养分循环与测土施肥,教学要求：,了解物质循环的基本规律和几种主要物质的,生物地球化学循环，了解物质循环的基本概念和类型以,及物质流动的特征；了解物质循环与农业环境问题；掌,握物质循环的地质大循环和生物小循环、气相型循环和、,沉积型循环、物质循环的库与流；掌握物质流动的生物,量与现存量、周转率与周转期、循环效率、生态系统内,的物流与能流的关系；掌握农业生态系统养分循环的一,般模型及特征、农业生态系统中养分循环与环境问题；,掌握水循环、碳循环、硫循环、氮循环，了解节水农业、,温室效应、酸雨与氮肥利用及污染物的流动与积累。,第一节 物质循环,一、物质循环的基本概念和类型,二、物质流动的特征,一、物质循环的基本概念和类型,能量流动和物质循环是生态系统的重要特征。物质,循环和能量流动二者密切关联，构成统一的生态系统功,能单位。物质在有机体和生态系统的发生与演化过程中,起着双重作用，它既是用以,维持生命活动的物质基础，,又是能量的载体,。但能量流动和物质循环又是有区别,的，前者是单向流动，故称为能量转化，而物质循环则,是可以重复利用的过程。,生态系统的存在与发展，不仅需要不断的输入能,量，而且还要输入物质。,生态系统中的生产者通过根系吸收土壤中的营养元,素，通过叶片的气孔吸收来自大气中的,CO,2,，经过光合,作用合成有机物，再沿着食物链逐级转移，形成了农业,生态系统的物质循环。,在物资转移过程中，被,丟失的部分将返回环境，其,中部分又可以被植物重新吸收利用。所以，物质可以在,生态系统中反复利用而形成循环。,一、物质循环的基本概念和类型,（一）地质大循环和生物小循环,各种化学元素包括生命有机体所必需的营养,物质，在不同层次、不同大小的生态系统内，乃,至生物圈里，沿着特定的途径从,环境到生物体,，,从生物体再到环境,，不断地进行着流动和循环，,构成了,生物地球化学循环,。,无机环境,生物,群落,组成生物体的,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等基本元素，在,生,物群落,和,无机环境,之间,往返循环,利用的过程，称为,生物,地球化学循环,。,施用农药,DDT,的地区，虽然只占陆地面积的一小部分，可是在远离施药地区的南极动物企鹅体内也发了,DDT,，南极动物体内为何会出现,DDT,，此现象说明了什么？,生态系统的物质循环具有全球性,生态系统物质循环具有什么特点,物质循环的特点：,1,、全球性；,2,、往复循环；,3,、反复利用。物质循环的特点生态系统除了需要能量外，还需要水和各种矿物元素。这首先是由于生态系统所需要的能量必须固定和保存在由这些无机物构成的有机物中，才能够沿着食物链从一个营养级传递到另一个营养级，供各类生物需要。否则，能量就会自由地散失掉。其次，水和各种矿质营养元素也是构成生物有机体的基本物质。因此，对生态系统来说，物质同能量一样重要。,生物有机体在生活过程中，大约需要,3040,种元素。其中如,C,、,O,、,H,、,N,、,P,、,K,、,Na,、,Ca,、,Mg,、,S,等元素的需要量很大，称为大量元素；另一些元素虽然需要量极少，但对生命是不可缺少的，如,B,、,Cl,、,Co,、,Cu,、,I,、,Fe,、,Mn,、,Mo,、,Se,、,Si,、,Zn,等，叫做微量元素。这些基本元素首先被植物从空气、水、土壤中吸收利用，然后以有机物的形式从一个营养级传递到下一个营养级。当动植物有机体死亡后被分解者生物分解时，它们又以无机形式的矿质元素归还到环境中，再次被植物重新吸收利用。这样，矿质养分不同于能量的单向流动，而是在生态系统内一次又一次地利用、再利用，即发生循环，这就是生态系统的物质循环或生物地球化学循环。,物质循环的特点是循环式，与能量流动的单方向性不同。,能量流动和物质循环都是借助于生物之间的取食过程进行的，在生态系统中，能量流动和物质循环是紧密地结合在一起同时进行的，它们把各个组分有机地联结成为一个整体，从而维持了生态系统的持续存在。在整个地球上，极其复杂的能量流和物质流网络系统把各种自然成分和自然地理单元联系起来，形成更大更复杂的整体,地理壳或生物圈。,注意：,1.,物质：,组成生物体,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,等基本元素。而,不是单质，也不是化合物。,2.,范围：,是指地球上最大的生态系统,生物圈。其中,的物质循环带有,全球性,，所以又叫生物地球化学循环。,3.,循环：,4.,特点：,具有全球性，反复利用，循环流动,一、物质循环的基本概念和类型,（一）地质大循环和生物小循环,生物地球化学循环,依据其循环的范围和周,期,，可分为,地质大循环,和,生物小循环,，它们是密,切联系、相辅相成的。,生物地球化学循环是物质循环的基本形式，,物质的不断循环是实现物流平衡的基础。,生物小循环是维持生态系统平衡的基本机制,之一。,一、物质循环的基本概念和类型,（一）根据物质循环的范围不同,1.,地质大循环,（,1,）概念：,指物质或化学元素经生物体的吸收作用，,从环境进入生物体内，然后生物又以死体、残体或排泄,物等形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈的物,质循环。（,大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈）,（,2,）特点：,范围大，时间长，影响面广。,地质大循环几乎没有物质的输入与输出，是闭合式,的循环。,1.,整个大气圈的,CO,2,，通过生物圈中生物的光合作用和,呼吸作用，约,300,年循环,1,次；,2.O,2,通过生物代谢,，约,2000,年循环,1,次；,3.,水圈,(,包括占地球表面积,71,的海洋,),中的水，通过生,物圈的吸收、排泄、蒸发、蒸腾，约,200,万年循环,1,次；,4.,由岩石土壤风化出来的矿物元素,，循环,1,次则需要更,长的时间，有的长达几亿年。,一、物质循环的基本概念和类型,（一）根据物质循环的范围不同,1.,地质大循环,2.,生物小循环,(1),概念：,指环境中的化学元素经生物体吸收，在生态,系统中沿食物链相继被利用，然后经分解者的作用，再,为生产者吸收、利用的物质循环。,(2),特点：,时间短，范围小，是开放式的循环。,例如,C,、,N,、,P,等的物质小循环是通过植物吸收，经,过食物链传,递，最后被土壤微生物分解后又被植物利用,所形成的循环。,一、物质循环的基本概念和类型,（二）根据物质的主要贮藏库不同,1.,气相型循环,大气圈是气体循环必经的主要贮藏库。参加这类循,环的元素相对地具有扩散性强、流动性大和容易混合的,特点。该类循环主要以气体形式进行扩散和传播，循环,的周期相对较短，很少出现元素的过分聚集或短缺现,象，具有明显的全球循环性质和比较完善的循环系统，,属于气体循环的物质主要有,C,、,H,、,O,、,N,、水,等。,一、物质循环的基本概念和类型,（二）根据物质的主要贮藏库不同,1.,气相型循环,2.,沉积型循环,属于沉积型循环的营养元素主要有,P,、,S,、,I,、,K,、,Na,、,Ca,等矿物质元素。它们的主要贮藏库是,岩石圈和土壤圈,。,保存在沉积岩中的这些元素只有当地壳抬升,变为陆地后，才有可能因岩石风化、侵蚀和人工,采矿等方式释放出来被生产者,植物所利用，,参与生命物质的形成，并沿食物链转移，最终动,植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素,返回环境。,其中除一部分保留在土壤中供植物吸收利,用外，一部分以溶液或沉积物状态汇人江河湖,海，后经沉降、淀积和沉岩作用变成岩石，当岩,石因地壳运动或火山活动被抬升而露出地表并遭,受风化剥蚀时，该循环才算完成。因此，循环周,期很长，但是保留在土壤中的元素能较快地被吸,收利用。,农业生态系统,是一个能量和物质输入和输出,量大而且比较迅速的开放系统，能量流动与物质,循环不仅仅发生于“生物,-,环境”之间，而是,进行于“生物,-,环境,-,社会”系统之中，途,径多，变化大。,一、物质循环的基本概念和类型,（三）物质循环的库与流,1.,库,物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所称为库。,生态系统中的各个组分都是物质循环的库，可分为,植物,库、动物库、大气库、土壤库和水体库,。各库又可分为,许多亚库，如植物库可分为作物、林木、牧草等亚库。,在生物地球化学循环中，物质循环的库可归为两大,类：,库：,在物质循环过程中被暂时固定、贮存的场所,。,一是贮存库,，其容积较大，物质交换活动缓慢，一般为,非生物成分的环境库；,二是交换库,，其容积较小，与外界物质交换活跃，一般,为生物成分。例如，在一个水生生态系统中，水体中含,有磷，水体是磷的贮存库；浮游生物体内含有磷，浮游,生物是磷的交换库。,另外，还有两个与物质贮藏库有关的概念：,源和汇,。,源,是产生和释放物质的库，,汇,是吸收和固定物质的库。,如化石燃料燃烧是温室气体,CO,2,的一个重要的源，海洋,是,CO,2,汇。,（三）物质循环的库与流,1.,库,2.,物质流,物质在库与库之间的转移运行称为流。生态系统中,的,能流、物流和信息流,使生态系统密切联系起来并使生,态系统与外界环境联系起来。没有库，环境资源不能被,吸收、固定、转化为各种产物；没有流，库与库之间就,不能联系、沟通，则会使物质循环短路，生命无以维,系，生态系统必将瓦解。,第一节 物质循环,二、物质流动的特征,（一）生物量与现存量,在某一特定时刻，单位面积或体积内积存的有机物,总量构成生物量。它可以是指全部植物、动物和微生物,的生物量。生物量又可称为现存量。生产量是指现存量,与减少量之和。减少量是指由于被取食、寄生或死亡、,脱毛、产茧等损失的量，不包括呼吸损失量。生产量高,的生态系统，生物现存量不一定大。,例如，某生态系统的生产量为,5000kg,，但由,于减少量为,4500kg,，其现存量也只有,500kg,。由,其推算的净生产量。净生产量是总生产量扣除植,物或动物器官呼吸最后的剩余量，即在一定时间,内以植物或动物组织或贮藏物质的形式表现出来,的蓄积的有机质数量。,（二）周转率与周转期,周转率和周转期是衡量物质流动,(,或交换,),效率高低,的两个重要指标。,周转率（,R,）：,指系统达到稳定状态后，某一组分（库）,中的物质在单位时间内流出或流人的量,(FI),占库存总量,（,S,）,的分数值。,周转率,(R)=,单位时间内进入（或流出）某组分的物质,量,/,该组分的物质贮存量（库存量）,R=FI/S,周转期：,周转率的倒数，表示该组分的物质全部更换平,均需要的时间。,周转期,(T)=,1,周转率,=1,R,物质在运动过程中，周转速率越高，则周转,1,次所,需时间越短。物质的周转率用于生物的生长称为更新率。,某段时间末期，生物的现存量相当于库存量,(S),；在该,段时间内，生物的生长量,(P),相当于物质的输出量,(FO),。,不同生物的更新率相差悬殊，,1,年生植物当生育期结束,时生物的最大现存量与年生长量大体相等，更新率接近,1,，更新期为,1,年。森林的现存量是经过几十年甚至几百,年积累起来的，所以比净生产量大得多。,如某一森林的现存量为,324t/hm2,，年净生产,量为,28.6t/hm2,，其更新率为,28.6/324=0.088,，,更新期约需,11.3,年。至于浮游生物，由于代谢率,高，现存量常常是很低的，但有着较高的年生产,量。如某一水体中的浮游生物的现存量为,0.07,，,年净生产量为,4.1,，其更新率为,4.1/0.07=59,，更,新期只有,6.23,天,二、物质流动的特征,（一）生物量与现存量,（二