生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)課件

1、 普通生態(tài)學(xué)General Ecology10/15/20221 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的一般特征第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)10/15/202225 生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡 反饋負(fù)反饋正反饋生態(tài)平衡10/15/202231 生態(tài)系統(tǒng)的生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)的基本概念生物生產(chǎn)生物量與生產(chǎn)量初級生產(chǎn)總初級生產(chǎn)與凈初級生產(chǎn)初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率光合效率（效能）：太陽能量進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的效能。影響初級生產(chǎn)的因素初級生產(chǎn)量的測定方法次級生產(chǎn)次級生產(chǎn)的基本特點(diǎn)次級生產(chǎn)量的測定方法第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)10/15/20224次級生產(chǎn)的基本特點(diǎn)次級生產(chǎn)過程模型食物資源未采食拒食

2、未食糞便(Fu)呼吸(R)分解被采食可利用食用(C)同化(A)動(dòng)物產(chǎn)品產(chǎn)生能量(P)潛在能量保持能量損失能量C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R10/15/20225次級生產(chǎn)的生態(tài)效率1、消費(fèi)效率消費(fèi)效率=n+1營養(yǎng)級的消費(fèi)能量/n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量 草原生態(tài)系統(tǒng)中的植食動(dòng)物與森林生態(tài)系統(tǒng)中的植食動(dòng)物2、同化效率同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能或 =被動(dòng)物消化吸收的能量/動(dòng)物攝食的能量肉食動(dòng)物與植食動(dòng)物 3、生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率=n營養(yǎng)級的凈生產(chǎn)量/n營養(yǎng)級的同化能量大型動(dòng)物的生長效率要低于小型動(dòng)物林德曼效率（Lindemans efficiency）是指n+1營養(yǎng)級所

3、獲得的能量占n營養(yǎng)級獲得能量之比。10/15/202262 生態(tài)系統(tǒng)中的分解分解的性質(zhì)死有機(jī)物逐步降解的過程。 包括三個(gè)過程交叉進(jìn)行，相互影響。 分解過程的特點(diǎn)和速率，取決于三方面因素。10/15/202273 生態(tài)系統(tǒng)的能流過程（自學(xué)）生態(tài)系統(tǒng)能流分析可以在哪幾個(gè)層次上進(jìn)行及能流研究的原理？銀泉和Cedar Bog湖的能流的特點(diǎn)？10/15/20228第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)1 生物地化循環(huán)的基本概念2 水循環(huán)3 氣體型循環(huán)4 沉積型循環(huán)10/15/20229生物地化循環(huán)(biogeochemical cycle)生物地(球)化(學(xué))循環(huán)的概念生物地化循環(huán)可以用庫和流通率兩個(gè)概念來描述。為

4、了衡量庫的特征，以入周轉(zhuǎn)率、周轉(zhuǎn)時(shí)間10/15/202210生物地化循環(huán)(biogeochemical cycle)生物地化循環(huán)的類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán)影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素有哪些？10/15/202211影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素有（1）元素的性質(zhì)（2）生物的生長速率（3）有機(jī)物質(zhì)腐爛的速率（4）人類活動(dòng)的影響10/15/2022122 水循環(huán)水循環(huán)的意義：水是所有營養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)，生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是在水循環(huán)的推動(dòng)下完成的；水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一；10/15/202213為什么高處往往比較貧瘠，低地比較肥沃？由于攜帶著各種營養(yǎng)物質(zhì)的水總是從高處往低處流動(dòng)，所以高處往往比較貧瘠，低

5、地比較肥沃。例如沼澤地和大陸架就是這種最肥沃的低地，也是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。（污染問題）10/15/202214水循環(huán)示意圖某地水循環(huán)示意圖（Clodius and Keller,1951）10/15/202215人類活動(dòng)對水循環(huán)的影響10/15/2022163 氣體型循環(huán)(gaseous cycle)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán)特點(diǎn)是貯存庫主要是大氣和海洋，循環(huán)功能完善，其循環(huán)具有明顯的全球性。元素或化合物可以轉(zhuǎn)化為氣體形式參與循環(huán)過程。氣體循環(huán)速度比較快，例如CO2、N2、O2等。物質(zhì)來源充沛，不會(huì)枯竭。10/15/202217碳循環(huán)(carbon cycle)碳庫碳循環(huán)的意義：碳是構(gòu)成

6、生物有機(jī)體的最重要元素，生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究是系統(tǒng)能量流動(dòng)的核心問題。人類活動(dòng)通過化石燃料的大規(guī)模使用，造成了對碳循環(huán)的嚴(yán)重影響，可能是當(dāng)代氣候變化的重要原因。10/15/202218The Carbon CycleReservoirsProcesses/LocationsTrophicLevels/OrganismsCO2 inatmosphere(reservoir)ProducersConsumersWastes,Dead bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)ConsumersWastes,Dead

7、 bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)Wastes,Dead bodiesSoil bacteria &detritus feedersCO2 inatmosphere(reservoir)RespitationCO2 inatmosphere(reservoir)Burning offossil fuelsCO2 inatmosphere(reservoir)FireCO2 inatmosphere(reservoir)CO2 dissolvedin ocean(reservoir)CO2 inatm

8、osphere(reservoir) 10/15/202219海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)CO2CO2溶于海水H2CO3水體中生物H+CO3 2- CACO3海底沉積物10/15/20222010/15/202221碳循環(huán)(carbon cycle)溫室效應(yīng)：大氣中對長波輻射具有屏蔽作用的溫室氣體濃度增加使較多的輻射能被截留在地球表層而導(dǎo)致溫度上升。溫室氣體主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氟氯碳化物、(CFCs)、氧化亞氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、全氟碳化物(PFCs)、氫氟碳化物(HFCs)等。 10/15/202222溫室效應(yīng)的影響1996年聯(lián)合國氣候變化政府間專家委員會(huì)(IP

9、CC)評估報(bào)告，二氧化碳濃度已從工業(yè)革命前的280PPMV增加至1994年的358PPMV。預(yù)估2100年時(shí)全球平均地面氣溫，將比1990年上升1.03.5，海平面將上升1595公分；全球氣候與生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生下列變化： 海平面上升，淹沒陸地。 全球氣候經(jīng)常發(fā)生暴雨或干旱。 土地沙漠化，生態(tài)環(huán)境改變。10/15/202223聯(lián)合國氣候變化框架公約第三屆締約國大會(huì)1997年12月1日至11日于日本京都舉行，共有一百五十九個(gè)締約國及二百五十個(gè)非政府組織參加，總?cè)藬?shù)超過一萬人。京都議定書10/15/20222410/15/202225“去向不明”的二氧化碳有了著落方精云等人的研究成果也為“二氧化碳去向

10、不明”現(xiàn)象的解釋提供了新思路。據(jù)測算，人類活動(dòng)每年釋放出的二氧化碳為 70 億噸，有 30 億噸至 34 億噸排放到大氣中，20 億噸被海洋吸收。由于陸地生物圈與大氣圈之間碳循環(huán)處于平衡狀態(tài)，因而剩下的 16 億噸至 20 億噸二氧化碳則“去向不明”。方精云指出，北半球高緯度陸地生態(tài)系統(tǒng)，是世界環(huán)境的“凈化器”，對大氣中的二氧化碳起到了巨大的吸收、存儲(chǔ)作用。10/15/202226氮循環(huán)(nitrogen cycle)1、固氮作用（1）閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮，形成硝酸鹽；（2）工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下；（3）生物固氮：固氮菌、與豆科植物共生的根瘤菌和藍(lán)藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微

11、生物。10/15/202227氨化作用：由氨化細(xì)菌和真菌的作用將有機(jī)氮分解成為氨和氨化合物，氨溶水成為NH4+，為植物利用。硝化作用：在通氣良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用。反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮，回到大氣庫中。10/15/202228氮循環(huán)(nitrogen cycle)陸地陸地其它動(dòng)植物藍(lán)藻淺層死有機(jī)物溶解死有機(jī)物土壤中無機(jī)氮庫丟失于深層沉積中動(dòng)植物活體共生或自由生活的固氮微生物死有機(jī)體陸地河流帶走生物固氮大氣庫N2大氣庫HN3,NO,NO2, N2O ，工業(yè)固氮（汽車,化肥,電廠）脫氮閃電化學(xué)反應(yīng)海洋火山作用降水

12、大氣10/15/2022294 沉積型循環(huán)(sedimentary cycle)磷循環(huán)硫循環(huán)特點(diǎn)是貯存庫主要是巖石、沉積物、土壤等，循環(huán)過程緩慢，循環(huán)是非全球性的，容易出現(xiàn)局部短缺。 10/15/202230磷循環(huán)（phosphorus cycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地海洋死有機(jī)物土壤中的無機(jī)磷活有機(jī)物死有機(jī)物深海的磷活有機(jī)物捕魚鳥糞懸浮在水中隨河水帶走攝取排泄死亡下,沉分解沉積溶解于水上升風(fēng)化開采攝取排泄死亡上涌河流運(yùn)輸河流運(yùn)輸10/15/202231硫循環(huán)（sulfur cycle）陸地海洋沉積物（CaSO4,FeS2）溶解的SO42-SO2H2SSCaS

13、O4FeS2死有機(jī)物活有機(jī)物SO42-降水SO2,SO42-擴(kuò)散海浪SO42-大氣上升，分化SO2FeS2死有機(jī)物活有機(jī)物SO42-H2SS分解化肥工業(yè)SO42-攝取擴(kuò)散火山活動(dòng)H2S ,SO2,SO42-植物攝取SO2,SO42-降水SO2,SO42-化石燃燒 SO2H2S ,SO2,SO42-10/15/20223210/15/202233倫敦?zé)熿F事件倫敦1952年2月5日到8日，霧大無風(fēng)，家庭和工廠排出的煙塵經(jīng)久不散，大氣中SO2含量3.8毫克/立方米，煙塵4.5毫克，居民普遍呼吸困難、咳嗽、喉痛、嘔吐和發(fā)燒，4天內(nèi)死亡約4000人。10/15/202234生物地化循環(huán)與人體健康地方病：

14、自然界由于環(huán)境條件的不同，地表元素發(fā)生遷移，常造成一些元素在地表分布的不均。這種生物地化循環(huán)時(shí)常導(dǎo)致某些生態(tài)系統(tǒng)中生命元素含量的異常，或不足，或過剩，從而造成植物、動(dòng)物乃至人類的疾病。這種疾病常呈區(qū)域性，故稱“地方病”。微量元素循環(huán)：地方病大多數(shù)與微量元素有關(guān)。碘的循環(huán)與分布特點(diǎn)：碘由陸地隨水進(jìn)入海洋，由海洋逸出進(jìn)入大氣，再通過降水進(jìn)入陸地，形成一個(gè)大循環(huán)。在生物中，通過海洋、陸地兩個(gè)食物鏈保持碘的生態(tài)平衡。山區(qū)少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。微量元素與人體健康：碘缺乏：缺碘癥：甲狀腺腫大，智力低下，影響胎兒發(fā)育等。硒缺乏：引起克山病、大骨節(jié)病，也被認(rèn)為是引起癌癥的主要因素。有毒有害物質(zhì)

15、循環(huán)10/15/202235第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的信息及其傳遞生態(tài)系統(tǒng)的功能除了體現(xiàn)在生物生產(chǎn)過程，能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)外，還表現(xiàn)在系統(tǒng)中各生命成分之間存在著信息傳遞。信息傳遞是雙向的。環(huán)境是生態(tài)系統(tǒng)的一種信息源。生態(tài)系統(tǒng)中包含多種多樣的信息，大致可分為物理信息、化學(xué)信息、行為信息和營養(yǎng)信息。 10/15/2022361物理信息及其傳遞光信息光強(qiáng)弱，光質(zhì)，光照時(shí)間長短是重要的光信息。太陽能是光信息的重要初級信源。聲信息鳥類婉轉(zhuǎn)多變的叫聲；蝙蝠、鯨類發(fā)達(dá)的聲納定位系統(tǒng)。電信息特別是魚類，大約有300多種能產(chǎn)生0.22伏微弱電壓，電鰻產(chǎn)生的電壓能高達(dá)600伏。磁信息魚類遨游遷徙于大海，候鳥成群結(jié)隊(duì)長途

16、飛行都靠動(dòng)物自己的電磁場與地球磁場互相作用確定方向，方位。10/15/2022372化學(xué)信息及其傳遞動(dòng)物和植物間的化學(xué)信息植物產(chǎn)生氣味，不同動(dòng)物對植物氣味有不同反應(yīng)。蜜蜂取食與傳粉靠植物的化學(xué)信息息素。動(dòng)物之間的化學(xué)信息動(dòng)物通過外分泌腺向體外分泌某些信息素。動(dòng)物可利用信息素標(biāo)記所表現(xiàn)的領(lǐng)域行為。動(dòng)物向體外分泌性信息素，以溝通種內(nèi)兩性個(gè)體的性信息素交流。植物之間的化學(xué)信息化學(xué)他感作用。有親和性的，也有相互拮抗性的。10/15/2022383行為信息和營養(yǎng)信息許多植物的異常表現(xiàn)和動(dòng)物異常行動(dòng)傳遞了某種信息，可通稱行為信息。生態(tài)系統(tǒng)中，生物的食物鏈?zhǔn)且粋€(gè)生物的營養(yǎng)信息系統(tǒng)。10/15/202239第

17、六章 應(yīng)用生態(tài)學(xué)一、全球變化二、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)10/15/202240全球變化：這些由于人類活動(dòng)直接或間接造成的全球生態(tài)環(huán)境的惡性變化倍受當(dāng)今科學(xué)界、各國政府及公眾關(guān)注，簡稱全球變化(Global change)。全球變暖：指地球表層大氣、土壤、水體及植被溫度年際間緩慢上升。第六章 應(yīng)用生態(tài)學(xué)10/15/202241厄爾利諾和拉尼娜現(xiàn)象經(jīng)向大氣循環(huán)通常在每年的圣誕節(jié)期間在秘魯西海岸出現(xiàn)暖流。因此稱El Nino（義為Christ child）在東熱帶太平洋出現(xiàn)的海面溫度低，平均氣壓較高的現(xiàn)象稱La Nina,在此期間，太平洋形成的風(fēng)暴向西移動(dòng)10/15/202242全球變化的主要現(xiàn)象溫室氣體濃度增加全球氣溫升高海平面上升臭氧層的破壞土地利用和覆蓋變化10/15/202243二、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生