生态系统中的物质循环(lyd_2010).ppt

Life Science College, HUNNU 第13章 生态系统的物质循环 13.1 物质循环的一般特点 13.2 水循环 13.3 碳循环 13.4 氮循环 13.5 磷循环 13.6 硫循环 13.7 元素循环的相互作用 第13章 生态系统的物质循环13.1 物质循环的一般特点 13.1.1 生命与元素 生命系统的维持，不仅依赖于能量的供应，而且也依赖于各种化学元素的供应。 对多数生物来说，有约 20 多种元素是它们的生命活动所不可缺少的。另外约有 10 种元素只是对于某些生物是必须的。所以生命元素总共约有 30~40 种之多。 第13章 生态系统的物质循环13.1 物质循环的一般特点 这些元素按生命的需要及其在生物体中的含量，可分为以下 3 类： 能量元素：包括碳、氧、氢、氮等，是生命大量必须的元素，其含量超过生物体干重 1% ，主要是指构成能源物质糖类和蛋白质的基本元素。 大量元素：包括含量在 0.2~1% (干重)之间的钙、镁、磷、钾、硫、氯、钠等，属生命大量必须的元素。 微量元素：含量一般不超过 0.2%。微量元素有铜、锌、硼、锰、钼、钴、铁、铝、铬、氟、碘、溴、硒、硅、锶、钛、钒、锡、锑、和镓等。微量元素在生物体内含量极微，但大都是生命必不可少的。 第13章 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特点 13.1.2 物质循环的基本概念和特点 定义：生态系统中的物质循环，又称为全球生物地化循环（global biogeochemical cycle），是指生命元素在生态系统内的生物成分和非生物成分之间循环移动的过程。其规模可根据研究对象的大小而定，从池塘、湖泊、河流、海洋、森林直到全球生态系统。 性质：能量流动和物质循环是生态系统的两大基本功能。生命的存在依赖于生态系统的能量流动和物质循环。正是由于能量流动和物质循环的不断进行，使得生态系统内部各营养级之间、以及生物成分和非生物成分之间组织成为一个完整的功能单位。 第13章 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特点 13.1.2 物质循环的基本概念和特点 特点： 物质循环与能量流动在性质上具有一定的差别。能量流经生态系统，沿着食物链向着定位流动，与自由能的消耗和熵值的增加，能量以热的形式而耗损，因此能量流动是单方向的，所以生态系统必须不断地从外界获取能量。 与此相反，物质流动是循环式的，各种有机物质都可以被分解者分解成为可被生产者吸收利用的形式重返环境，进行再循环。 但能量流动和物质循环又是两个密切相关不可分割的过程，因为能量储存在有机分子键中，当能量通过呼吸作用释放出来时，该有机分子也被分解并以简单物质的形式重新释放到环境中（图5-34）。 第13章 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特点 13.1.3 物质循环的基本模式 生态系统物质循环常用库（pools）、源（source）、汇（sink）和流通率（flux rates）等概念加以描述。 库是指存在于生态系统内某些生物或非生物成分中某种化学物质的数量。例如在一个水生生态系统种，磷在水体中的数量即是一个库；磷在浮游植物中的含量又是一个库。这些元素在库与库之间移动，并彼此联系起来就是物质流动或物质循环。 物质在单位时间单位面积（或体积）的流通量称为流通率。（流通量/单位面积/单位时间）。这些关系可以用一个简单的池塘生态系统加以说明（图11-1）。 第13章 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特点 13.1.3 物质循环的基本模式 周转率就是指输入和输出某一个库的某种营养物质的流通率（单位/天）与该库中该种营养物质的总量之间比率，即： 周转率 = 流通率 / 库中营养物质总量 因此流通率越大，周转率也越快。在图11-1中，最大的流通率发生在水体库到生产者（0.20）和生产者到沉积层库（0.16），因此可以看出，周转率最快的应该是生产者的营养库，因此也是最容易遭到短期干扰的。 周转时间：如果反过来，用库中营养物质总量除以流通率，就得到该库的周转时间。周转时间表示移动库中全部营养物质所需要的时间。即： 周转时间 = 库中营养物质总量 / 流通率 第13章 生态系统中的物质循环13.1 物质循环的一般特点 上式说明，流通率越大，周转时间越短。从图3-35可知，水体库和生产者库的周转时间是最短的。 据计算，大气中CO2的周转时间大约是1年多一些（主要是光合作用从大气圈中移走CO2），但是大气圈中的分子氮在周转时间需要约100万年（主要是某些细菌和蓝绿藻的固氮作用）。大气圈中水的周转时间只有1