農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流

1、第四章 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流教學(xué)目的 掌握農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流過(guò)程及對(duì)系統(tǒng)整體功能的影響，掌握碳、氮、磷和水四種重要物質(zhì)的循環(huán)過(guò)程與生態(tài)后果，掌握提高農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)效率的途徑和方法。 教學(xué)重點(diǎn)生物地球化學(xué)循環(huán)的概念、地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)過(guò)程，碳、氮、磷和水四種物質(zhì)的循環(huán)路徑及特點(diǎn)，“溫室效應(yīng)”、水體富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生的原因，維持農(nóng)田N素、P素平衡的基本途徑，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)一般模式的內(nèi)容，我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的特征，保持農(nóng)田養(yǎng)分平衡的基本途徑，生態(tài)系統(tǒng)物流的分析方法。 教學(xué)難點(diǎn)物質(zhì)循環(huán)概念、生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的平衡、物流模型的設(shè)計(jì)。 教學(xué)方法課堂教學(xué)，以四種重要物質(zhì)的循環(huán)路徑分析，透析生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)

2、行過(guò)程中的可能出現(xiàn)的生態(tài)后果及解決途徑。教學(xué)內(nèi)容 1物流也和能流一樣，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能之一。2有機(jī)體和生態(tài)系統(tǒng)為了生存與發(fā)展，除了不斷輸入能量外，還須不斷輸入物質(zhì)，因此物質(zhì)既是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是能量和信息的載體，起著雙重作用。3能量和物質(zhì)是同時(shí)沿著食物鏈流動(dòng)和傳遞的。但能量流動(dòng)是單方向的，是一個(gè)不斷耗散的過(guò)程；而物質(zhì)流動(dòng)則是循環(huán)的。生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過(guò)根系從土壤中吸收礦物質(zhì)和水分，由葉片吸收CO2，以太陽(yáng)能為動(dòng)力合成有機(jī)物質(zhì)，然后沿著食物鏈移動(dòng)。在每次物質(zhì)轉(zhuǎn)移中都有物質(zhì)丟失，但丟失的部分都將回到環(huán)境，被植物重新吸收.利用。因此物質(zhì)是可以循環(huán)的，并且是周而復(fù)始地被利用。第四章 農(nóng)業(yè)生

3、態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流第四章 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流 1 基本概念和原理 2 幾種重要物質(zhì)的循環(huán) 3 物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境問(wèn)題 4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡1生物地球化學(xué)循環(huán)基本概念和原理一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogechemical cycles）二、物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)（pool)、流（Flow）三、周年率與周轉(zhuǎn)期四、循環(huán)效率一、生物地球化學(xué)循環(huán)（Biogeochemical cycles）（一）概念： 各種化學(xué)元素，包括原生質(zhì)中必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在生態(tài)系統(tǒng)乃至生物圈里，沿著特定的途徑從周?chē)h(huán)境到生物體，再?gòu)纳矬w到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動(dòng)和循環(huán)，這些不同的循環(huán)途徑就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)。（二）類型：1根據(jù)物質(zhì)

4、循環(huán)的范圍、路線和周期不同，可分為：（1）地質(zhì)大循環(huán)：物質(zhì)和元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入有機(jī)體內(nèi)，然后生物以死體、殘?bào)w、排泄物等形式返回環(huán)境，進(jìn)入五大自然圈的循環(huán)。 大氣圈 水 圈 五大自然圈 土壤圈 巖石圈 生物圈地質(zhì)大循環(huán)的主要特點(diǎn)：時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，影響面廣，具有全球性質(zhì)，是閉合性循環(huán)。 (幾百年、幾千年、幾百萬(wàn)年，甚至上億年)，如：大氣中的CO2通過(guò)生物圈的光合和呼吸作用約好400年循環(huán)一次。O2通過(guò)生物代謝，約2000年循環(huán)一次。水圈（包括占地球表面71%的海洋）中的水，通過(guò)生物圈的吸收、排泄、蒸騰，每當(dāng)200萬(wàn)年才循環(huán)一次。至于由巖石土壤圈風(fēng)化出的礦物元素循環(huán)一次則需要更長(zhǎng)的時(shí)

5、間，甚至要經(jīng)過(guò)幾億年。 （2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中元素經(jīng)生物體吸收，在生命系統(tǒng)中被相繼利用，然后經(jīng)分解者分解成無(wú)機(jī)態(tài)進(jìn)入環(huán)境，再次為生產(chǎn)者吸收利用。 特點(diǎn)：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，范圍小、時(shí)間短、速度快，是開(kāi)放式的循環(huán)。2根據(jù)循環(huán)主要是與大氣圈，還是與巖石土壤或水圈聯(lián)系劃分（根據(jù)物質(zhì)在五大自然庫(kù)的庫(kù)存量的主次、大小和固定的時(shí)間長(zhǎng)短）（1）氣體型（Gaseous types）: 其貯存庫(kù)在大氣中。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式，通過(guò)大氣進(jìn)行擴(kuò)散，彌漫于陸地或海洋上，在很短時(shí)間內(nèi)又可被植物重新利用。如C、N、O等由于有巨大的大氣儲(chǔ)存庫(kù)。對(duì)于干擾可相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。因此，從全球意義上看，這類循環(huán)是比較

6、完全的循環(huán)。（2）沉積型（Sedimentary types） 其貯存庫(kù)在地殼里。經(jīng)風(fēng)化作用從陸巖石緩慢釋放的某些化合物或元素被植物吸收，參與生命物質(zhì)的形成并沿食物鏈運(yùn)轉(zhuǎn)，然后動(dòng)植物有機(jī)體經(jīng)微生物的分解作用又將元素返回環(huán)境，除一部分保持在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉積物狀態(tài)隨流水進(jìn)入海洋，經(jīng)沉降，淀積和成巖作用變成巖石，當(dāng)巖石被抬升并遭受風(fēng)化作用時(shí)，該循環(huán)才算完成。這類循環(huán)是是緩慢的，傾向于不完全的循環(huán)，并且容易被局部干擾所破壞。如P、S、Ca、I、K、Na等循環(huán)。二、物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)(Pool)與流（Flow） 1流(flow) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)不是靜止不動(dòng)的，而是不斷地流動(dòng)著

7、。 能量和物質(zhì)通過(guò)食物鏈形成的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為流。 生態(tài)系統(tǒng)中主要的流有物質(zhì)流、能量流和信息流。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要獲得高的生產(chǎn)力，就要使系統(tǒng)內(nèi)的能量和物質(zhì)的流量大，流速快且暢通無(wú)阻。 2庫(kù)（pool） 生態(tài)系統(tǒng)中能量和物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被暫時(shí)固定、貯存的場(chǎng)所，稱為庫(kù)。 生態(tài)系統(tǒng)的各組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)。 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中主要有植物庫(kù)（農(nóng)作物、蔬菜、果樹(shù)、林木、牧草等），動(dòng)物庫(kù)（畜、禽，蟲(chóng)等）土壤庫(kù)、大氣庫(kù)和水體庫(kù)。庫(kù)存（S）-庫(kù)在某一時(shí)刻所貯存的某一化學(xué)元素的數(shù)量。物質(zhì)循環(huán)的庫(kù)在生物地球化學(xué)循環(huán)可分為兩大類： 貯存庫(kù)：（Reservoir pool）容積大，活動(dòng)緩慢 一般為環(huán)境庫(kù)。 交換庫(kù)：（Ex

8、change pool）容積小，與外界進(jìn)行 物質(zhì)交換比較活躍，一般為生物成分。3庫(kù)與流的作用及相互關(guān)系 （1）沒(méi)有庫(kù)，環(huán)境資源不能被吸收，固定，轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物。（2）沒(méi)有流，庫(kù)與庫(kù)之間不能聯(lián)系與溝通，則物質(zhì)循環(huán)阻塞，生物無(wú)以維持，生態(tài)系統(tǒng)也將瓦解。（3）庫(kù)的吸收，固定和貯存的能力，不僅決定于生物種群的特性，也決定于循環(huán)。（4）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，生物種群所具有的捕獲、吸收和轉(zhuǎn)化能量與物質(zhì)的性能和效率，決定了流的數(shù)量和速度，也決定了能量和物質(zhì)在生物種群之間的分配的定量關(guān)系。（5）一個(gè)高效的生態(tài)系統(tǒng)，必須是庫(kù)容量大，流動(dòng)暢通。三、 周轉(zhuǎn)期與周轉(zhuǎn)率三、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期衡量物質(zhì)流動(dòng)效率的指標(biāo) 輸入（FI）

9、1流通率（flow rate）：?jiǎn)挝粫r(shí)間 內(nèi)出入庫(kù)的物質(zhì)流量 輸出（FO） 2周轉(zhuǎn)率：系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，流通率（FI或FO） 與庫(kù)存（S）的比例。 RFS 3周轉(zhuǎn)期：周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該庫(kù)的全部物質(zhì)全部更換一次平均需要的時(shí)間。 TSF四、循環(huán)效率：循環(huán)物質(zhì)占總輸入物質(zhì)的比例 ECFCFI2 幾種重要物質(zhì)的循環(huán)一、碳循環(huán)二、氮循環(huán)三、磷循環(huán)四、水循環(huán)五、硫循環(huán)一、 碳循環(huán)（一）概況1C Cycle是所有養(yǎng)分循環(huán)中最簡(jiǎn)單的一種，但對(duì)生命的意義卻是十分重要的。C是有機(jī)物的基本成分，占干重的49。2C的來(lái)源是CO2 0.14為CO2 無(wú)機(jī)態(tài)占大部分 地殼沉積物中地球上總碳量為 261015噸 化石6

10、4：煤、石油、碳 有機(jī)態(tài) 有機(jī)殘?bào)w占42：土壤和水中占0.15 生物體成分占4（二）C Cycle基本過(guò)程 C Cycle是從光合作用固定空氣中的CO2開(kāi)始的。1大氣庫(kù)與生物組分之間的循環(huán)（1）特點(diǎn)：這是一生物過(guò)程 屬于氣相循環(huán)碳循環(huán)(2) 過(guò)程CO2通過(guò)綠色植物的光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，CO2和水形成CH2O，然后在系統(tǒng)中流動(dòng)，其流動(dòng)途徑：沿食物鏈傳遞：這種過(guò)程是最理想的，C一直在生態(tài)系統(tǒng)的生物組分中。生物的呼吸作用，使CO2返回到大氣。碳循環(huán)2大氣與海洋間的交換（1）特點(diǎn)：這是一自然過(guò)程，生物不能控制。海洋溶解的CO2是大氣庫(kù)中CO2的50倍，因而海洋對(duì)大氣中的CO2具有緩沖機(jī)制。（2）過(guò)程

11、：3沉積循環(huán)：（1）特點(diǎn)：這是一自然過(guò)程這種途徑C素經(jīng)化石、石灰?guī)r或油頁(yè)巖等固態(tài)過(guò)程，有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間離開(kāi)了氣相循環(huán)，離開(kāi)了生物圈，進(jìn)入了地質(zhì)大循環(huán)。這是自然界最大一個(gè)庫(kù)。（2）過(guò)程碳循環(huán)4人類活動(dòng)的干預(yù) 在空氣中，CO20.04，但自第二次工業(yè)革命（1850年）后，人類大量砍伐森林、開(kāi)采化石燃料，從而將幾百萬(wàn)年前被光合作用固定的C通過(guò)燃燒又釋放到大氣中。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年燃燒礦石釋放到大氣中的CO2約5060億噸，雖然大部分被海洋吸收而緩沖，但仍有14保留在大氣中，使大氣CO2逐年上升。過(guò)去一百年，280mol.mol-1 355 mol.mol-1 。 由于CO2對(duì)紅外線有強(qiáng)烈的吸收作用，因此CO

12、2的增加將產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。雖然CO2有利于光合作用增強(qiáng)，但也導(dǎo)致全球近地表溫度升高，這對(duì)全球的氣候，大氣環(huán)境。降雨等將產(chǎn)生一系列不利于人類的影響。碳循環(huán)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳流的問(wèn)題1養(yǎng)分循環(huán)的兩種控制：1）生物控制：通過(guò)食物鏈控制2）人為控制：通過(guò)食物輸入、產(chǎn)品輸出等控制2農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)要求促進(jìn)和保護(hù)生物控制這就面臨兩個(gè)選擇：動(dòng)植物殘?bào)w的去向（1）肥料：提高地力（以有機(jī)物形式返回土壤）碳循環(huán)（2）燃料：以CO2形式返回大氣土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量不足土壤微生物C源不足土壤有機(jī)質(zhì)含量 地力衰退。 燃料發(fā)展中國(guó)家，因人口多耕地少，大量砍伐森林 耕地 沙漠化（Negro）毀林的結(jié)果 地力下降、廣種

13、薄收因此必須提供輔助能源為生活能源，同時(shí)大力控制人口數(shù)量解決糧食，耕地問(wèn)題。二、 氮循環(huán)（一）概況1N是生物體中Aa、protein 、Chl-、 DNA、RNA中不可缺少的元素。2N的主要庫(kù)存是大氣主要是氣態(tài)循環(huán)。以N2的單質(zhì)形式存在。在大氣中占79，總貯量約48106億噸，但不可被植物直接利用，必須通過(guò)固N(yùn)作用。（二）N循環(huán)基本過(guò)程1固氮作用是氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制氮循環(huán)1）生物固N(yùn)：每年175 106噸 固N(yùn)生物：根瘤菌 藍(lán)綠藻 農(nóng)業(yè)上利用根瘤菌較多，占全部生物固N(yùn)的40左右，因此農(nóng)田中靠包括豆科作物在內(nèi)的作物輪作來(lái)維持土壤的持續(xù)肥力是非常重要的，稻田的藍(lán)綠藻對(duì)增產(chǎn)亦有明顯的作用。 固N(yùn)作用

14、N2 NH4 食物鏈2）工業(yè)固N(yùn)：45.9106噸（1977年）100106噸（1997年）3）大氣固N(yùn)：通過(guò)閃電和宇宙射線固N(yùn)，7.6106噸。2生態(tài)系統(tǒng)中的氮流途徑氮循環(huán)3人為干預(yù)1）干預(yù)途徑（方式）：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生物固N(yùn) 工業(yè)固N(yùn)：占有20402）問(wèn)題地下水污染由于施肥不當(dāng)，會(huì)使蔬菜、飼料中N累積過(guò)多或隨水流動(dòng)進(jìn)入飲用水、地下水中。食物和飲用水中NO3含量過(guò)高，在一定程度下生成的亞硝胺是致癌物質(zhì)。美國(guó)明尼蘇達(dá)州1947年1950年149例兒童獲亞鐵血紅蛋白癥，有14例死亡，查明原因是由于飲用的地下水中被硝酸鹽污染。而NO4在烹調(diào)過(guò)程中和消化道中形成NO2，NO2，與血紅蛋白給合，使其載氧能力

15、受到損害氮循環(huán)水體富養(yǎng)化：A.定義：當(dāng)水體中的總磷20mg/m3，無(wú)機(jī)N400mg/m3時(shí)，可以認(rèn)為該水處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)(eutrophic water)。B.來(lái)源：土壤中的N、P營(yíng)養(yǎng)元素及生產(chǎn)、生活中的污水C.后果：水體中營(yíng)養(yǎng)過(guò)分豐富，水生藻類繁茂，它們死亡后，在水體中腐爛分解，產(chǎn)生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水質(zhì)變壞。同時(shí)有機(jī)質(zhì)分解時(shí)大量消耗水中的溶解O2少于4mg/升時(shí)，會(huì)造成魚(yú)類和其它水生動(dòng)物的死亡。 大多數(shù)江河湖沼中N和P是光合自養(yǎng)生物的主要限制因子，一旦增加這些養(yǎng)分，初級(jí)生產(chǎn)大大提高。在某些情況下這是好的，為此有時(shí)還有意識(shí)地在魚(yú)塘中施肥。但必須避免水體富養(yǎng)化氮循環(huán)破壞臭

16、O3層反硝化作用產(chǎn)生的N2O進(jìn)入大氣后會(huì)破壞臭O3層N2OO32NOO2NOO3NO2O2若臭O3層玻壞5，進(jìn)入地球的紫外線會(huì)增加10，結(jié)果會(huì)使皮膚癌的發(fā)病率大為提高。據(jù)推測(cè)，在今后幾年內(nèi)農(nóng)業(yè)使用的氮肥約有16成為N2O進(jìn)入大氣。2000年，臭O3層密度減少2，在南極、北極均發(fā)現(xiàn)臭O3層空洞。作物偏N 谷類作物，塊根塊莖作物 偏N營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)度 經(jīng)濟(jì)系數(shù)低 對(duì)病蟲(chóng)害抗性下降碳-氮循環(huán)動(dòng)態(tài)三、 磷循環(huán)（一）特點(diǎn)： 典型的沉積循環(huán)，以不活躍的地殼作為主要貯存庫(kù)，是一種不完的循環(huán)，其時(shí)間尺度地質(zhì)時(shí)間，因而從人類的觀點(diǎn)看，進(jìn)入了沉積循環(huán)的磷就作為是損失掉了，因此這部分磷在短期內(nèi)對(duì)生物無(wú)效。（二）過(guò)程 從

17、循環(huán)的過(guò)程看，在循環(huán)過(guò)程中P總是有損失的，為增加P循環(huán)的封閉性，必須盡量減少陸生生態(tài)系統(tǒng)的損失。如讓P經(jīng)常貯存在有機(jī)體中則不易流失，貯存在土壤中卻極易因土壤侵蝕流失掉。如圖所示 NEXTreturn磷循環(huán)（三）人類干預(yù)1大量開(kāi)采磷礦，加劇了P的損失，以后會(huì)造成資源枯竭。現(xiàn)地殼中磷約含純磷約198億噸，按現(xiàn)在的消費(fèi)率計(jì)算可持續(xù)用1750年，若考慮到P的消費(fèi)率增長(zhǎng)是人口增長(zhǎng)的2.76倍，則90年內(nèi)將耗盡。2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中P的虧損途徑：水土流失 農(nóng)產(chǎn)品輸出3污染（1）營(yíng)養(yǎng)富集 西、北歐美大量施用P肥和含P的合成洗滌水體富養(yǎng)化水質(zhì)惡化漁業(yè)資源減少（2）放射性物質(zhì)污染 磷礦石中含放射性的鈾、釷等物質(zhì)，經(jīng)

18、常施P使土壤放射性物質(zhì)增加，影響作物生長(zhǎng)和產(chǎn)品質(zhì)量。水體富營(yíng)養(yǎng)化 四、 水循環(huán)（一）概況水是生物圈中最豐富的化合物，以固、液、氣三相存在。地球的海洋、冰帽、冰川、湖泊、河流、土壤和大氣中共含有15億Km3的水。水循環(huán)其中： 海洋液態(tài)咸水：97 34：固態(tài)水。在兩極的冰帽和冰川中 淡水（4） 90：地下水 14：陸地中水 10：土壤水分， 淡水湖泊、河流 及大氣含水量因而可供植物根系利用的水比例很小。 水循環(huán)（二）水循環(huán)過(guò)程1三個(gè)基本環(huán)節(jié)：降水（P）、蒸發(fā)（E）、徑流（R），這三個(gè)基本環(huán)節(jié)相連構(gòu)成了水循環(huán)。水在生物圈的循環(huán)可以看作是從水域開(kāi)始，再回到水域而終止。1）水域中的水受太陽(yáng)輻射而蒸發(fā)（E

19、）進(jìn)入大氣2）大氣中的水汽隨氣壓變化而流動(dòng)，并聚集為云4）云以雨、雪、霧、等形式降落到地球表面4）到達(dá)地表面的水，一部分直接形成地表面徑流進(jìn)入江河，匯入海洋。一部分滲入土壤內(nèi)部：大部分通過(guò)地下徑流而進(jìn)入海洋，接近土壤部分為植物吸收水循環(huán)（5）植物吸收的水分，大部分用于蒸騰散失到大氣中，只有小部分為光合作用同化形成有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)生命的呼吸與排泄進(jìn)入環(huán)境。 內(nèi)因：其相變P和E水循環(huán) 外因：水的重力梯度（R）和太陽(yáng)輻射水循環(huán)全球上水分循環(huán)有兩種途徑： 通過(guò)相變和大氣環(huán)流形成蒸發(fā)和降雨 通過(guò)熱力學(xué)梯度與勢(shì)能梯度的作用以洋流和徑流的方式運(yùn)動(dòng)水循環(huán)2水循環(huán)是生物地球化學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ) 水的溶解性使

20、它在物質(zhì)循環(huán)中起到載體的作用，任何生物地球化學(xué)循環(huán)都有水的參與。元素的遷移、流動(dòng)和積累都離不開(kāi)水。從宏觀看：從陸地到海洋的徑流每年攜帶4.6109T物質(zhì)，造成 嚴(yán)重的水土流失。從微觀看：根系吸收礦物質(zhì)也需水的攜帶 因此，水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)中最基本的物質(zhì)循環(huán)，水分是養(yǎng)分循環(huán)的重要?jiǎng)恿?。水循環(huán)（三）影響區(qū)域水分平衡的因素降雨量P徑流量R蒸發(fā)量E植被截留量水分平衡公式： PERW0 輸入：降水P，人工灌溉 輸出：蒸發(fā)E，徑流R水循環(huán)1降雨量P：受地形、太陽(yáng)輻射，大氣環(huán)流等因素影響，可在當(dāng)?shù)貧庀笳荆ㄅ_(tái)）獲得有關(guān)降雨的資料。不同地區(qū)降雨不同：我國(guó)臺(tái)灣地省的火燒寮1964年9月1011日降雨1245mm，為

21、世界最大一次降雨量蘇丹的沃地哈發(fā)49年來(lái)總降雨才0.5mm智利的依奇立14年來(lái)完全沒(méi)有降雨水循環(huán)2徑流量R（陸地水體）：與當(dāng)?shù)刂脖桓采w率有關(guān)，可實(shí)測(cè)或據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算3蒸發(fā)量E：為植物蒸騰耗水與裸露地面和水體蒸發(fā)散失水分的總和4植被截留量水循環(huán)（四）森林調(diào)節(jié)水分循環(huán)的重要作用1豐茂的森林可截留夏季降水量的2040（草地為514）2樹(shù)冠有強(qiáng)大的蒸騰作用：比同緯度的海洋蒸發(fā)的水分多503林區(qū)比無(wú)林、少林區(qū)降水量多404在坡地，森林可減輕對(duì)土壤的侵蝕作用：林地內(nèi)地表徑流比無(wú)林地少10。五、 硫循環(huán)硫循環(huán)硫是半胱氨酸，蛋氨酸的組分，在protein分子中二硫鍵有助于形成立體結(jié)構(gòu)。S還是輔酶如硫銨素，輔酶

22、COA的組分。S在自然界含量并不多。1特點(diǎn)：既屬于氣體型又屬于沉積型（1）長(zhǎng)時(shí)間的沉積相：束縛在有機(jī)、無(wú)機(jī)沉積物中的硫通過(guò)風(fēng)化、分解而釋放，以鹽溶液形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。Return退出主目錄主菜單返回硫循環(huán)2）氣態(tài)循環(huán)的重要機(jī)制是降雨： 缺O(jiān)2條件為 大氣中有機(jī)物中的硫 H2S SO2 硫細(xì)菌還原 氧氣 為水氣吸收SO2 稀酸 降水 大地生態(tài)系統(tǒng)硫循環(huán)2人類干預(yù)1）燃燒煤和石油每年向大氣輸送147106噸SO2。大氣SO20.5 mol.mol-1就會(huì)危害農(nóng)作物。 如：1952年12月倫敦的毒霧事件，幾天內(nèi)死亡4000人，以后幾天陸續(xù)死亡上萬(wàn)人，就是由于煤煙中的CO、CO2、SO2和大量粉塵經(jīng)久

23、不散造成的。硫循環(huán)2）SO2的增加造成了酸雨 通常大氣CO2溶解于雨水使正常降雨的PH值為5.7左右；然而由于空氣中SO2和氮化物的溶解，改變了降水的性質(zhì)。當(dāng)降雨的PH5.時(shí)稱為“酸雨”。 酸雨會(huì)直接灼燒植物，改變水土的PH值，對(duì)初級(jí)生產(chǎn)及其次級(jí)產(chǎn)生影響。酸雨被稱為空中“死神”，它使土壤、河湖酸化，動(dòng)植物受害，魚(yú)類死亡。挪威和瑞典2400個(gè)湖泊，因酸雨魚(yú)類死亡了110。加拿大約5萬(wàn)湖泊全部沒(méi)魚(yú)，稱為“水沙漠”，我國(guó)西北、四川、廣東、上海都記錄了酸雨現(xiàn)象。硫循環(huán)酸雨確是空中“死神”，它有三大罪狀：1污染水域，殺死水生動(dòng)物2加速土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的淋溶流失（Ca、Mg、K），土壤肥力下降并延緩植物的生長(zhǎng)

24、。使本來(lái)固定在土壤中的有毒金屬如Al、Cu、鎘等溶解出來(lái)為植物吸收。瑞典、美國(guó)、巴西的森林枯萎。3腐蝕建筑物雅典古神廟已被腐蝕得面目全非北京故宮的漢白玉石雕已有幾百年歷史。1952年拍攝的照片來(lái)看，浮雕的花紋還十分清晰，但今天已模糊不清了。在北美和歐洲，酸雨殺死了幾千萬(wàn)公頃的森林樹(shù)木?？瓷先ゾ拖窕馃^(guò)一樣，德國(guó)的森林有一半受酸雨影響。 以C、N、P、S、H2O為例的物質(zhì)循環(huán)清楚地表明，各種物質(zhì)在全球范圍內(nèi)以及在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)、流動(dòng)，越來(lái)越多地受到人類活動(dòng)的干預(yù)。干預(yù)的結(jié)果是加速了物質(zhì)參與生物圈的過(guò)程。這對(duì)人類生產(chǎn)、生活是有利的；但另一方面，由此而產(chǎn)生的各種環(huán)境問(wèn)題也必須予以重視。3 物質(zhì)循環(huán)

25、的環(huán)境問(wèn)題一、有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集二、環(huán)境污染的危害一、 有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集各種有毒有害物質(zhì)一旦進(jìn)入到生態(tài)系統(tǒng)，便立即參與物質(zhì)循環(huán)。在循環(huán)過(guò)程中性質(zhì)穩(wěn)定、易被生物體吸收的毒物質(zhì)沿著食物鏈在有機(jī)體內(nèi)不斷富積、濃縮。這就是在污染情況下，造成有機(jī)體的大量死亡的原因。食物鏈的濃集作用（生物學(xué)放大作用）：有毒物質(zhì)在沿食物鏈傳遞時(shí)，愈是上面的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，生物體內(nèi)有毒物質(zhì)的殘留濃度愈高。有毒物質(zhì)在食物鏈上的濃集實(shí)例如DDT在生態(tài)系統(tǒng)中的富集作用（海中為0.00005ppm）。浮游植物魚(yú)河鷗銀鷗0.04ppm 1.24 18.5 75.5二、 環(huán)境污染的危害隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人類

26、將大量對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利，但具有毒性的化學(xué)物質(zhì)挖掘出來(lái)，進(jìn)入了生物圈。（1）各種殺蟲(chóng)劑、除草劑、農(nóng)藥、化肥等（2）礦山開(kāi)發(fā)、原子反應(yīng)堆試驗(yàn)、核電站的建立（3）工業(yè)“三廢”等污染大氣、水體和土壤，破壞生態(tài)平衡，嚴(yán)重者甚至造成公害三、主要環(huán)境污染的危害（一）大氣污染污染源：鉛煙、粉塵、SO2、CO2、氮氧化合物、氟化物和各種有機(jī)物。其中：1）SO2五毒之首，形成酸雨；致癌作用。2）漂浮在大氣中的粉塵，會(huì)使太陽(yáng)光照強(qiáng)度削弱，并和CO、CO2等毒氣體形成毒霧，影響人畜健康。3）氮氧化合物來(lái)自含N有機(jī)物燃燒，硝酸和氮肥的生產(chǎn)及交通車(chē)輛排放的廢氣。主要是NO，其毒性并不大，但進(jìn)入大氣后 NONO2，毒性提高

27、五倍。NO、NO2還與CO等受太陽(yáng)輻射發(fā)生還原作用形成光化學(xué)煙霧，對(duì)動(dòng)植物造成傷害。4）HF、CO：包頭鋼鐵廠排放大量F2和NO2氣體曾使88,000頭牲畜死亡。（二）水污染1汞、鎘、鉛、鉻、砷重金屬的污染人稱“五毒”，毒性：汞鎘特點(diǎn)：在水體中不能被微生物分解，危害較大2水體富養(yǎng)化：見(jiàn)前3熱污染和油污染1）工業(yè)冷卻用水回流，使水溫提高，直接危及水生生物的存活，同時(shí)打亂生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈關(guān)系。2）海上石油開(kāi)采、運(yùn)輸及油船事故發(fā)生，使海水受到污染。不僅影響海中生物生長(zhǎng)，且阻礙海水蒸發(fā)，削弱海水調(diào)溫和吸收CO2的作用。我國(guó)三十條主要河流和湖泊，從松花江到珠江都受到不同程度的污染。還有氰化物污染，0.

28、1g的氰化物可使人致死；在水CN含量0.40.5mg/升時(shí)，可使魚(yú)類致死，但氰化物在水體中自凈作用較強(qiáng)。（三）土壤污染污染源：廠礦廢水廢渣的直接污染 大氣污染物的沉降和隨雨水進(jìn)入土壤 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用化肥、農(nóng)藥、除草劑污染污染后果：土壤變得板結(jié)，貧瘠、鹽堿化，農(nóng)產(chǎn)品含毒，危及人畜健康。1化肥1）一此有毒物質(zhì)如酚、氟、重金屬帶入農(nóng)田、植物因過(guò)量攝入而減產(chǎn)2）施N不當(dāng)會(huì)污染地下水和飲用水，NO2過(guò)高產(chǎn)生致癌物質(zhì)；反硝化作用的N2O破壞臭氧層2農(nóng)藥：有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易分含鉛、砷、汞的農(nóng)藥 解殘留時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)土壤一些特異性的除草劑 污染嚴(yán)重（1）污染環(huán)境：土壤、大氣、水體（2）農(nóng)產(chǎn)品殘毒性量

29、高，影響人畜健康：廣州蔬菜中毒（3）不合理的化學(xué)控制，使益蟲(chóng)減少，主要害蟲(chóng)再次猖獗，次要害蟲(chóng)上升為主要害蟲(chóng)；農(nóng)田中用藥量增大，濃度增高，但防治效果反而下降。形成惡性循環(huán)。環(huán)境污染的危害 原因：天敵以害蟲(chóng)為食，居食物鏈的上端，廣譜性殺蟲(chóng)劑在天敵體內(nèi)富集濃縮，產(chǎn)生毒害作用更大施用農(nóng)藥雖殺死害蟲(chóng)，但并不消滅食物源；而對(duì)天敵來(lái)說(shuō)，由于害蟲(chóng)被殺死，同時(shí)也消滅了天敵的食物源任何藥物都不能將害蟲(chóng)滅絕，一旦害蟲(chóng)開(kāi)始活動(dòng)，即可得到食物，迅速繁殖，但天敵因受食物限制而失去作用。所以不合理使用農(nóng)藥對(duì)天敵的傷害勝過(guò)對(duì)害蟲(chóng)的殺傷作用。由于害蟲(chóng)體內(nèi)有解毒酶系統(tǒng)，只要“微調(diào)”就可以產(chǎn)生對(duì)其它農(nóng)藥的抗性，使藥效降低，危害加甚

30、。1962年美國(guó)作家R長(zhǎng)遜就在寂靜的春天一書(shū)中告誡人們：“化學(xué)控制等于搬起石頭砸自己的腳”。主張防治害蟲(chóng)采取新的策略。 4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)與平衡一、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸入、輸出與平衡二、調(diào)節(jié)農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)的途徑一、 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的輸入、輸出與平衡（一）循環(huán)的特點(diǎn)非閉合的生態(tài)系統(tǒng)。1產(chǎn)品大部分作為商品輸出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的養(yǎng)分隨之離開(kāi)系統(tǒng)。輸出產(chǎn)品越多，被帶走的養(yǎng)分也越多。2向系統(tǒng)內(nèi)歸還各種有機(jī)質(zhì)和施入大量的化學(xué)肥料，方能維持系統(tǒng)的養(yǎng)分相對(duì)平衡。有大量養(yǎng)分隨產(chǎn)品離開(kāi)系統(tǒng)，又必須通過(guò)人類生產(chǎn)活動(dòng)輸入養(yǎng)分才能維持平衡，這正是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)別。1古代原始農(nóng)業(yè)： 人、畜的食物、飼料

31、人、畜排泄物、褥草：歸還農(nóng)田特點(diǎn)：生產(chǎn)力低，0.2人分頃 自給自足，養(yǎng)分循環(huán)封閉程度高，基本維持自我平衡2傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)初級(jí)產(chǎn)品：90在系統(tǒng)內(nèi)消費(fèi)人畜禽的勞力，糞便：反饋輸入農(nóng)田特點(diǎn)：生產(chǎn)力高，8.4人，大牲畜，4豬，2羊，14只禽兔公頃 封閉程度低于原始農(nóng)業(yè)，但基本屬于自給性的不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)其封閉程度不同3現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大量產(chǎn)品：流入市場(chǎng)肥料、種子、農(nóng)藥、食品等生產(chǎn)資料和生活物質(zhì)：返回系統(tǒng)，特點(diǎn)：開(kāi)放程度大，生產(chǎn)力和商品率高，供養(yǎng)人口多 缺乏自我維持平衡的能力，要靠大量投投入物質(zhì)才能彌補(bǔ)因輸出產(chǎn)品帶走的養(yǎng)分，維持系統(tǒng)的平衡。（二）農(nóng)田養(yǎng)分的輸入與輸出 施用化肥、有機(jī)肥輸入 降水和灌溉水 就氮素而言還有大氣的生物固氮 收獲物的養(yǎng)分輸出 淋失滲漏到活動(dòng)層下及側(cè)向滲透到系統(tǒng)輸出 水平邊界外（29.9） 流失：地表徑流和侵蝕作用 N還有反硝化及NH4的揮發(fā)（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡1農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡 2，說(shuō)明效率低 12，平衡實(shí)際上還有些難以輸入輸出量 估計(jì)的輸