生态系统的物质循环

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,安徽大学精品课程课件 生态学,5-3-,*,第五章 生态系统生态学,第一节 生态系统的一般特征,第二节 生态系统的能量流动,第三节 生态系统的物质循环,第四节 自然生态系统,内容提要,单元测试,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,参考文献,思考题,预习内容,课堂讨论题,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,生物地化循环,(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，即物质循环(cycling of material) 。,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。,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的某种化学物质所构成的，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。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称,流通率,。,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。,生物积累、生物浓缩和生物放大,生物积累(bioaccumlation): 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解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。,生物浓缩(bioconcentration): 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。,生物放大(biomagnification): 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体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。,生物地化循环的类型,水循环,气体型循环,沉积型循环,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。,水循环示意图,西德地区的水循环示意图,（Clodius and Keller,1951）,3,气体型循环(gaseous cycle),氧循环,碳循环,氮循环,氧循环(oxygen cycle),H,2,O+CO,2, H,2,CO,3,HCO,3,-,+H,+,CO,2,HCO,3,-,CO,3,2,-,Ca,2+,CaCO,3,O,2,水体,臭氧层,沉积物,火,山,作,用,4FeO+O,2,2FeO,3,CO,2,CO,O,2,+2CO CO,2,O,2,O,3,O,2,O,O,2,H,OH,H,2,O,H,2,O,O,CO,2,高能紫外辐射,碳循环(carbon cycle),化,泥碳,煤,大气中CO,2,CO,2,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,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,死有机体,陆地,河流带走,生物固氮,大气库,N,2,大气库,HN,3,NO,NO,2,N,2,O,，,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,4,沉积型循环(sedimentary cycle),磷循环,硫循环,磷循环（phosphorus cycle）,沉积型循环,沉积物中的磷,（约为土壤和海洋中千倍以上）,陆地,海洋,死,有机物,土壤中的,无机磷,活有机物,死,有机物,深海的磷,活有机物,捕鱼,鸟粪,悬浮在水中随河水带走,摄取,排泄,死亡,下,沉,分解,沉积,溶解于水,上升风化,开采,摄取,排泄死亡,上涌,硫循环（sulfur cycle）,陆地,海洋,沉积物（CaSO,4,FeS,2,）,溶解的SO,4,2-,SO,2,H,2,S,S,CaSO,4,FeS,2,死有机物,活有机物,SO,4,2-,降水,SO,2,SO,4,2,-,扩散,海浪,SO,4,2-,大气,上升，分化,SO,2,FeS,2,死有机物,活有机物,SO,4,2-,H,2,S,S,分解,化肥工业,SO,4,2-,摄取,扩散,火山活动H,2,S ,SO,2,SO,4,2-,植物摄取,SO,2,SO,4,2-,降水,SO,2,SO,4,2-,化石,燃烧,SO,2,H,2,S ,SO,2,SO,4,2-,5 有毒物质的迁移和转化,有毒物质的类型,有毒物质的迁移和转化,有毒物质循环的典型代表-汞循环,有毒物质的类型,有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant)，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；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。,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污染物，又称继发性污染物。,有毒物质的迁移和转化,迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；,转化(transformation)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物化学的变化。,汞循环,(mercury cycle),火山活动,化石,燃烧,降水,挥发,挥发,沉积物,农田风化和淋溶作用,农药喷洒,径流,(CH,3,),2,Hg,Hg,2,CH,3,Hg,鱼,水生植物,水鸟,工厂,汞的废物,捕鱼,由河水带走,(中性pH),(酸性pH),6 放射性核素循环,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。,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。,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14年之久。,7 生物地化循环与人体健康,地方病,：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，故称“地方病”。,微量元素循环,：地方病大多数与微量元素有关。,碘的循环与分布特点,：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。,微量元素与人体健康,：,碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。,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。,课堂讨论题,根据物质循环的有关原理，如何看待发展核能和战争中使用核武器。,第三节 参考文献,孙儒泳.,动物生态学原理,(第三版). 北京师范大学出版社,2001.,蔡晓明编著.,生态系统生态学,.,科学出版社,2000.,尚玉昌,蔡晓明编.,普通生态学,. 北京大学出版社,1992.,第三节 思考题,何谓生物地化循环？有哪些主要特点？,概述生态系统中碳循环的主要过程和特点，并对“温室效应”,的形成机制作一说明。,用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环。,什么是一次污染物、二次污染物？,说明放射性核素在生态系统中的迁移特点。,什么是“地方病”，列举一种地方病，并说明与生物地化循环的关系。,以碳、氮为例，说明生物地球化学循环的基本过程及特点。,预习内容,第三节 自然生态系统,阅读：,普通生态学第四章 地球上的主要群落类型及其分布,环境生态学第六章 生物圈主要生态系统及自然资源保护,