生态系统生态学：物质循环如何维持自然平衡

第五章生态系统一、生态系统(ecosystem)的结构

二、生态系统的能量流动

三、生态系统的物质循环四、生态系统中的信息及其传递五、生态系统的变化六、维护生态系统的相对平衡第1页/共18页第一页，共19页。三．生态系统的物质循环生态系统的物质循环又称生物地球化学循环(biogeo-chemicalcycle)。它是指无机化合物和单质通过生态系统的循环运动。（一）物质循环的模式及类型（二）水循环（三）碳循环（四）氮循环（五）有毒有害物质循环（六）生态系统物质循环与能量流动的关系第2页/共18页第二页，共19页。三．生态系统的物质循环（一）物质循环的模式及类型生态系统中的物质循环可以用库（Pool）和流通（flow）两个概念加以概括。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合物所构成。物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼此流通的。流通量是指单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值。用周转率（turnoverrate）和周转时间（turnovertime）表示有关库的相对重要性。周转率=流通率/库中营养物质总量；周转时间=库中营养物质总量/流通率周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。生物地球化学循环分三大类型：水循环（watercycle）、气体型循环（gaseouscycle）和沉积型循环（sedimentarycycle）。第3页/共18页第三页，共19页。三．生态系统的物质循环（二）水循环水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心循环。通过降水和蒸发这两种形式，使地球水分达到平衡状态。（图：全球水循环）。此外，水循环通过地表径流将各种营养物质从一个生态系统搬到另一个生态系统，补充某些生态系统营养物质的不足。植被在水循环过程中起重要作用。第4页/共18页第四页，共19页。第5页/共18页第五页，共19页。三．生态系统的物质循环（三）碳循环全球碳贮存量约为26×1015吨，绝大部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石圈中。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中以CO2形式存在的碳。1、碳循环途径（图）①绿色植物通过光合作用，把大气中的CO2固定，转化为碳水化合物；②光合作用产物供各营养级利用、重组、呼吸、分解等，以CO2形式回到大气；③通过燃烧煤炭、天然气、石油等产生的CO2；④脱离循环，被永久禁锢。第6页/共18页第六页，共19页。第7页/共18页第七页，共19页。三．生态系统的物质循环（三）碳循环2、碳在生态系统中循环不平衡引起的生态效应：

CO2增加，引起的温室效应（greenhouseeffect），致使全球变暖，将产生对6个生物层次的潜在影响：生物圈：海平面上升，淹没大片海岸湿地，陆地生物区变化生态系统：农业生态系统——农作物减产。病虫害加重。影响牲畜食欲。森林生态系统——导致干旱、增加森林大火风险。森林害虫增加，影响森林对物质的吸收。水生生态系统——使海洋静水层和沉淀层的微生物活动加快，水中含氧量减少，影响许多海洋动物的生存；导致藻类繁殖速度加快，使鱼类产量减少。生物群落：影响生物群落结构，使植物群落中有些优势种竞争能力下降。物种：加速物种的灭绝；加速某些物种的迁移。种群：改变某些植食性动物的食性，导致某些种群的互相作用强度增强。个体：提高水分利用，提高光合作用，促进作物生长，改变植物形态结构。第8页/共18页第八页，共19页。三．生态系统的物质循环（三）碳循环3、保持碳循环相对平衡的生态对策(1)减少CO2的排放：提高能源的利用效率——发电采用高效先进技术；大力发展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭——水力发电、核能发电、充分利用各种再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）、天然气、生物能（如沼气利用）等。(2)大力开展对CO2的吸收，固定和利用——海洋交换吸收、陆地植树种草、保护森林植被。第9页/共18页第九页，共19页。三．生态系统的物质循环（四）氮循环

氮循环中的主要作用(图)固氮作用——三条途径：闪电、宇宙射线、火山爆发活动等的高能固氮，形成氨或硝酸盐，随降雨到达地面，为8.9kg/hm2·a。工业固氮（化肥的制造），目前全世界已达1×108吨。生物固氮（最重要途径），为100~200kg/km2·a。氨化作用——由氨化细菌而后真菌的作用将有机氮分解成为氨与氨化合物。硝化作用——氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。反硝化作用——也称脱氨作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。第10页/共18页第十页，共19页。第11页/共18页第十一页，共19页。第12页/共18页第十二页，共19页。三．生态系统的物质循环（五）有毒有害物质循环以DDT、汞为例。有毒有害物质的循环是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。1．DDT（二氯二苯三氯乙烷）DDT是一种人工合成有机氯杀虫剂，它的问世，对农业的发展起了很大作用，但它是是有机毒物。生态系统通过两个途径吸入人类喷洒的DDT并通过食物链加以富集：①通过植物茎叶、根系进入植物体草食动物吃肉食动物食逐级浓缩；②喷洒的DDT落入地面经土壤动物吃用富集陆上动物逐级浓缩。（图）营养级越高，富集能力越强，积累量越大。其危害主要是影响生殖，导致人类、动物产生怪胎。第13页/共18页第十三页，共19页。三．生态系统的物质循环（五）有毒有害物质循环2．汞（Hg）汞作为工业用催化剂和电极材料，不断输入生态系统。它以痕量出现在大气、土壤、岩石及动植物组织中，但通过生物浓缩从水中不到1ug/L到海藻中100ug/L，到鱼体中达1122ug/L。汞的危害：与神经系统某些酶类结合，产生神经错乱；与一种DNA一起发生作用的蛋白质形成专一性结合，引起汞中毒先天性缺陷。转化为有机化合物如甲基汞，毒性更强，进入人体可分布全身，尤其进入肝、肾，最后到达脑部，且不易排泄。第14页/共18页第十四页，共19页。三．生态系统的物质循环（五）有毒有害物质循环3．有毒有害物质循环的特点：在食物链营养级上进行循环流动并逐级浓缩富集；在生物体代谢过程中不能被排泄而被生物体同化，长期停留于生物体内；有些有毒有害物质不能分解而相反经生态系统循环后使毒性增加。因此，有毒物质的生态系统循环与人类的关系最为密切，但由最为复杂。有毒物质循环的途径，在环境中滞留时间，在有机体内浓缩的数量和速度，以及作用机制和对有机体影响的程度等等都是十分重要的研究课题。第15页/共18页第十五页，共19页。三．生态系统的物质循环（六）生态系统物质循环与能量流动的关系和特点比较生态系统中物质与能量流动是互相依存，互相制约，密不可分的。但能量在生态系统中是被消耗、单向循环（流动），不可逆的。而物质循环是可逆的，多向可返回原来的化学形态，并可逃循、脱离生态系统。第16页/共18页第十六页，共19页。谢谢！再见！第17页/共18页第十七页，共19页。感谢您的观看！第18页/共18页第十八页，共19页。内容总结第五章生态系统。流通量是指单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值。周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。生物可直接利用的碳是水圈和大气圈中以CO2形式存在的碳。森林害虫增加，影响森林对物质的吸收。物种：加速物种的灭绝。有毒有害物质的循环是指那些对有机体有害的物质进入生态系统，通过食物链富集或被分解的过程。在生物体代谢过程中不能被排泄而被生物体同化，长期停留于生物体内。感谢您的观看第十九页，共19页。