生态学-生态系统中的物质循环重点.ppt

第四部分 第3章 生态系统中的物质循环(自学为主) PART Ⅳ Chapter 3 Biogeochemical cycle of ecosystem 生态系统中的物质循环 (一)物质循环的概念及特点 (二)物质循环的类型 (三)全球水循环 (四)气体型循环—全球碳循环 (五)沉积型的循环——磷的全球循环 3.1 物质循环的概念及特点 生物的生存不仅离不开能量的供应,也离不开各种物质和化学元素的供应。对于大多数生物来说,有大约20多种元素是它们生命活动所不可缺少的。生物所需要的糖类,虽然可以在光合作用中利用水和二氧化碳来制造,但是对于制造一些更加复杂的有机物质来说,还需要一些其他的元素,如需要大量的氮和磷,还需要少量的锌和钼等。前者被称为大量元素,后者则被称为微量元素。 3.1 物质循环的概念及特点 大量元素：包括含量超过生物体干重1%以上的C、O、H、N和P等,也包括含量占生物体干重0.2%~1%的S、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe和Cu等。 微量元素：在生物体内的含量一般不超过生物体干重的0.2%,而且并不是所有生物体内都有。属于微量元素的有Al、B、Br、Cr、Co、F、Ca、I、Mn、Mo、Se、Si、Sr、Sn、 Sb、V和Zn等。 生物所需要的各种物质和元素是靠生态系统的物质循环功能而获得的。 3.1 物质循环的概念及特点 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(biogeochemical cycle) ,即物质循环(cycling of material) ●生物小循环：营养物质在生态系统中的输入输出以及在营养级间的交换过程。其特点是物质流速快、周期短。 ●生物地球化学大循环：指与生物生存密切相关的各种元素的全球性循环。其特点是范围大、周期长和影响面广。 以上两种循环相互联系,其中生物小循环是在生物地球化学大循环的基础上进行的。 ●贮存库(storage pool)：生态系统中通常存在的一到多个营养物质贮存量大大超过结合在生命系统中的数量,并以缓慢速度释放出来的蓄库。一般是大气圈、水圈和岩石圈。 ●交换库(循环库)(exchange pool)：生态系统中相对元素储量少、移动快的蓄库。 ●流通率(flux rate)：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。 ●周转率(turnover rate)：指某物质出入一个库的流通率与库量之比。 ●周转时间(turnover time)：指移动库中全部营养物质所需要的时间。为周转率的倒数。 生态系统的物质循环实际上就是物质在库与库之间的转移。 物质循环中库与流通率的关系 物质循环中库与流通率的关系 3.1 物质循环的概念及特点 ①物质循环不同于能量流动,前者在生态系统中的流动是循环式的,而后者是单方向的; ②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。 ③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。 ④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。 l生物积累(bioaccumulation): 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。 l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。 l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。 3.2 物质循环的类型 全球生物地球化学循环分为三大类型：水循环、气体型循环和沉积型循环。 1)在气体型循环中,物质的主要储存库是大气圈和海洋,其循环与大气圈和海洋密切相关,具有明显的全球性,循环性能最为完善 。 2)凡属于气体型循环的物质,其分子或化合物必以气体形式参与循环过程。属于气体型循环的物质主要有O2、CO2、N、Cl、Br和F。 3.2 物质循环的类型-续 3)属于沉积型循环的物质,其分子或化合物绝无气体形态,这些物质主要是通过岩石的风化和沉积物的分解转变为可利用的营养物质,而海底沉积物转化为岩石圈成分则是一个极其缓慢的、单