農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)課件 第5章生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)-李秋祝

第五章生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)一、物質(zhì)循環(huán)的基本規(guī)律二、生態(tài)系統(tǒng)中的主要物質(zhì)循環(huán)三、生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境污染問題●概念與術(shù)語生物地球化學(xué)循環(huán)(Biogeochemical

Cycles)氣相型循環(huán)(GaseousTypeCycles)沉積型循環(huán)(SedimentaryTypeCycles)庫(Pool)流(Flow)生物量(Biomass)現(xiàn)存量(StandingCrop)周轉(zhuǎn)率(TurnoverRate)周轉(zhuǎn)期(TurnoverTime)循環(huán)效率(EC，EfficiencyofCycles)

一、物質(zhì)循環(huán)的基本規(guī)律

（一）物質(zhì)循環(huán)的基本概念和類型（二）物質(zhì)循環(huán)的庫與流（三）物質(zhì)流動(dòng)的特征（四）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流與物流的關(guān)系（一）物質(zhì)循環(huán)的基本概念和類型地球上的各種化學(xué)元素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在自然動(dòng)力和生命動(dòng)力的作用下，在不同層次的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，乃至整個(gè)生物圈里，沿著特定的途徑從環(huán)境到生物體，再從生物體到環(huán)境，不斷地進(jìn)行流動(dòng)和循環(huán)，就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)(BiogeochemicalCycles)，簡(jiǎn)稱生物地化循環(huán)。對(duì)生命活動(dòng)必不可少的各種元素和無機(jī)化合物的運(yùn)動(dòng)通常稱為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)(NutrientsCycles)。Basicsofnutrientcycling生物地化循環(huán)包括：根據(jù)循環(huán)范圍分為：1.地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)（1）地質(zhì)大循環(huán)是指物質(zhì)或元素經(jīng)生物體的吸收作用，從環(huán)境進(jìn)入生物有機(jī)體內(nèi)，生物有機(jī)體再以死體、殘?bào)w或排泄物形式將物質(zhì)或元素返回環(huán)境，進(jìn)入大氣、水、巖石、土壤和生物五大自然圈層的循環(huán)。地質(zhì)大循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，是閉合式循環(huán)。（2）生物小循環(huán)是指環(huán)境中的元素經(jīng)生物體吸收，在生態(tài)系統(tǒng)中被多層次利用，然后經(jīng)過分解者的作用，再為生產(chǎn)者吸收、利用。生物小循環(huán)的時(shí)間短、范圍小，是開放式的循環(huán)。生物小循環(huán)根據(jù)物質(zhì)在循環(huán)時(shí)所經(jīng)歷的路徑不同，從整個(gè)生物圈的觀點(diǎn)出發(fā)，生物地球化學(xué)循環(huán)分為：

2.氣相型循環(huán)和沉積循環(huán)型（1）氣相型循環(huán)(GaseousTypesCycles)

即元素或化合物→氣體→通過大氣擴(kuò)散彌漫了陸地或海洋上空→在很短的時(shí)間內(nèi)被植物重新利用。其儲(chǔ)存庫在大氣圈或水圈(海洋)中。特點(diǎn)：循環(huán)迅速，對(duì)于干擾可相當(dāng)快地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)(但大氣的自我調(diào)節(jié)也不是無限的)。從全球意義上看，這類循環(huán)是比較完全的循環(huán)。（2）沉積型循環(huán)(SedimentaryTypesCycles)

許多礦物質(zhì)元素（在地殼）→自然風(fēng)化和人類的開采冶煉→從陸地巖石中釋放出來→植物吸收參與生命物質(zhì)的形成→沿食物鏈轉(zhuǎn)移→動(dòng)植物殘?bào)w或排泄物→微生物分解→元素→環(huán)境。其中，一部分保留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)人江河，匯入海洋，經(jīng)過沉降、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。其儲(chǔ)存庫在地殼里。特點(diǎn)：循環(huán)是緩慢的、非全球性的，易受到干擾，成為“不完全”的循環(huán)，受到生物作用的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，變化較小。

（二）物質(zhì)循環(huán)的庫與流

1.庫生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)組分都是物質(zhì)循環(huán)的庫，可分：作物、林木、牧草……物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中被暫時(shí)固定、儲(chǔ)存的場(chǎng)所稱為庫(Pool)。植物庫動(dòng)物庫大氣庫土壤庫水體庫亞庫物質(zhì)在庫間的流通流通量、周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)時(shí)間是相對(duì)于庫而言的生產(chǎn)者庫流通率：20單位/天周轉(zhuǎn)率：20/100=20%周轉(zhuǎn)時(shí)間：100/20=5天消費(fèi)者庫流通率：4單位/天周轉(zhuǎn)率：4/50=8%周轉(zhuǎn)時(shí)間：50/4=12.5天一為儲(chǔ)存庫，其容積較大，物質(zhì)交換活動(dòng)緩慢，一般為非生物成分的環(huán)境庫；在生物地球化學(xué)循環(huán)中，物質(zhì)循環(huán)的庫可歸為兩大類：二為交換庫，其容積較小，與外界物質(zhì)交換活躍，一般為生物成分。例如：在一個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)中，水體中含有磷，

水體是磷的儲(chǔ)存庫；浮游生物體內(nèi)含有磷，浮游生物是磷的

交換庫。

2.流物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為流（Flow)生態(tài)系統(tǒng)中的能流、物流和信息流，使生態(tài)系統(tǒng)各組分密切聯(lián)系起來，并使系統(tǒng)與外界環(huán)境聯(lián)系起來。沒有庫，環(huán)境資源不能被吸收、固定、轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)物；沒有流，庫與庫之間不能聯(lián)系、溝通，則物質(zhì)循環(huán)短路，生命無以維持，生態(tài)系統(tǒng)必將瓦解。能量流物質(zhì)流物種流信息流價(jià)值流（三）物質(zhì)循環(huán)的特征

1.生物量與現(xiàn)存量在某一特定觀察時(shí)刻，單位面積或體積內(nèi)積存的有機(jī)物質(zhì)總量稱為生物量(Biomass)。它可以是特指的某種生物的生物量，也可以指全部植物、動(dòng)物和微生物的生物量。多數(shù)人又將生物量稱為現(xiàn)存量(StandingCrop)。生產(chǎn)量是現(xiàn)存量與減少量之和。減少量是指由于被取食、寄生或死亡、脫毛、產(chǎn)繭等損失的量，不包括呼吸損失量。生產(chǎn)量高的生態(tài)系統(tǒng)，生物現(xiàn)存量不一定大。在生態(tài)研究中通常測(cè)定的是現(xiàn)存量及由其推算的凈生產(chǎn)量。2.周轉(zhuǎn)率與周轉(zhuǎn)期周轉(zhuǎn)率和周轉(zhuǎn)期是衡量物質(zhì)流動(dòng)(或交換)效率高低的兩個(gè)重要指標(biāo)。周轉(zhuǎn)率(TurnoverRate)是指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，某一個(gè)組分(庫)中的物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)所流出的量(Fo)或流入的量(Fi)占庫存總量(S)的份額。周轉(zhuǎn)率(R)＝Fi/S＝Fo/S周轉(zhuǎn)期(TurnoverTime)是周轉(zhuǎn)率的倒數(shù)，表示該組分的物質(zhì)全部更換平均需要的時(shí)間。物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中，周轉(zhuǎn)速率越高，則周轉(zhuǎn)一次所需時(shí)間越短。物質(zhì)的周轉(zhuǎn)率用于生物的生長(zhǎng)稱為更新率。某段時(shí)間末期，生物的現(xiàn)存量相當(dāng)于庫存量(S)；在該段時(shí)間內(nèi)，生物的生長(zhǎng)量(P)相當(dāng)于物質(zhì)的輸出量(Fo)。

周轉(zhuǎn)期(T)＝1／周轉(zhuǎn)率＝1／R

3.循環(huán)效率當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)中某一組分的庫存物質(zhì)，一部分或全部流出該組分，但并未離開系統(tǒng)，并最終返回該組分時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了物質(zhì)循環(huán)。循環(huán)物質(zhì)(Fc)占總輸入物質(zhì)(Fi)的比例，稱為物質(zhì)的循環(huán)效率(Ec)。Ec＝Fc／Fi物質(zhì)循環(huán)效率是衡量生態(tài)系統(tǒng)功能強(qiáng)弱的重要標(biāo)志，一般地Ec值高，表示該系統(tǒng)的機(jī)能強(qiáng)。4.影響物質(zhì)循環(huán)速率的因素元素的性質(zhì)：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學(xué)特性和被生物有機(jī)體利用的方式不同所決定的。如CO21年,N100萬年生物的生長(zhǎng)速率：決定生物對(duì)物質(zhì)吸收的速率以及物質(zhì)在食物網(wǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度有機(jī)物質(zhì)腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機(jī)體很快分解，供生物重新利用人類活動(dòng)的影響：開墾農(nóng)田和砍伐森林引起土壤礦物質(zhì)的流失，影響物質(zhì)循環(huán)速率化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中

（四）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能流與物流的關(guān)系生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)存在著能流與物流，它們相伴而行，相輔相成，且不可分割。能流是物流的動(dòng)力，物流是能流的載體。都遵循著“物質(zhì)不滅，能量守恒”的原則。比較流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的能流和物流，它們之間還有很多的區(qū)別。能流是單向流動(dòng)并且在轉(zhuǎn)化過程中逐漸衰變，有效能的數(shù)量逐級(jí)減少，最終趨向于全部轉(zhuǎn)化為低效熱能，離開生態(tài)系統(tǒng)。能量只能被利用1次，所謂再利用是指未被利用過的部分。物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)物流不是單方向流動(dòng)，而是往復(fù)循環(huán)，物質(zhì)在流動(dòng)的過程中只是改變形態(tài)而不會(huì)消滅，可以在系統(tǒng)內(nèi)永恒地循環(huán)，不會(huì)成為廢物。任何生態(tài)系統(tǒng)的存在和發(fā)展，都是能流與物流同時(shí)作用的結(jié)果，二者有一方受阻都會(huì)危及生態(tài)系統(tǒng)的延續(xù)和存在。二、生態(tài)系統(tǒng)中的主要物質(zhì)循環(huán)（一）生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的一般模式（二）碳素循環(huán)（三）氮素循環(huán)（四）磷素循環(huán)（五）水循環(huán)（六）硫循環(huán)（七）有毒有害物質(zhì)循環(huán)（一）生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的一般模式

M.J.Frisse,1976年植物庫燃燒呼吸收獲吸收種子幼苗動(dòng)物庫飼料等土壤庫遺留、種子生物固氮吸收流失淋溶揮發(fā)呼吸飼料墊土殘?bào)w排泄物產(chǎn)品呼吸氨化肥料灌溉模式說明1.應(yīng)具體分析各種庫的內(nèi)容和作用2.物質(zhì)在庫之間的轉(zhuǎn)移沿一定的路徑進(jìn)行，不同生產(chǎn)條件下的路徑數(shù)量不同，

應(yīng)具體問題具體分析。3.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一物質(zhì)輸入量和輸出

量較大的開放系統(tǒng)。4.不同物質(zhì)或元素的循環(huán)各具特點(diǎn)，在

各種庫之間完成一次循環(huán)所需時(shí)間、

經(jīng)歷過程不同。5.各種物質(zhì)的循環(huán)、平衡狀況可以定量

研究。碳的重要性：生命元素、能量流動(dòng)碳庫：海洋和大氣、生物體碳的存在形式：CO2，無機(jī)鹽，有機(jī)碳主要循環(huán)過程生物的同化和異化過程大氣和海洋間的CO2交換碳酸鹽的沉淀作用人類活動(dòng)是對(duì)碳循環(huán)造成嚴(yán)重影響，引起氣候變化的主要原因（二）碳素循環(huán)TheCarbonCycle28

TheCarbonCycle29

929075061×1015gC大氣

700陸地植物

450浮游植物

5浮游動(dòng)物

<5陸地動(dòng)物死亡有機(jī)物3000死亡有機(jī)物700煤和石油

10000海洋

100100海洋表層500同化作用40

2020202525深海345004540水分交換355同化作用呼吸作用凈25沉積物20000000<1開采5土壤呼吸25生物圈的碳素循環(huán)

10億噸/年地質(zhì)大循環(huán)或生物圈循環(huán)1.陸地植物大氣海洋間的自然交換基本平衡。海洋與大氣之間每年約有1000億t的交換量；陸地與大氣之間每年約有200—300億t的交換量。2.化石燃料貯存的碳素入不敷出。死亡有機(jī)物轉(zhuǎn)化成化石燃料的碳素小于10億t，人們開采的化石燃料大于50億t。3.大氣中的二氧化碳濃度增加。1860—1960年的100年，大氣二氧化碳濃度由290ppm上升到314ppm

。1960年以來，以平均每年1ppm的速度增加。海洋和大氣CO2調(diào)節(jié)CO2CO2溶于海水H2CO3水體中生物H++CO32-

CaCO3海底沉積物溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)（Greenhouseeffects

）：大氣中對(duì)長(zhǎng)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：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、六氟化碳(CF6)、氟氯碳化物(ClFCs)、氫氟碳化物(HFCs)等溫室效應(yīng)的影響海平面上升，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GREENHOUSEEFFECTIncomingsunlightwarmsthesurfaceoftheEarthandisradiatedbacktoatmosphere.Greenhousegasesabsorbsomeofthisheat,trappingitintheatmosphere.

CarbonaccumulationCO2hasincreasedfromitspre-industrialleveldata:recentrecordsplusolderdatasuchasicecoresmostlyfossilfuelburningCO2排放農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳素循環(huán)植物土壤有機(jī)物殘?bào)w

微生物動(dòng)物燃燒光合作用其他輸入飼料、燃料、肥料呼吸、產(chǎn)品移出系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模式氮的重要性：氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸氮庫：大氣、土壤、陸地植被生物可利用的氮的形式：NO3-、NO2-、NH4+氮循環(huán)的主要過程固氮作用氨化作用硝化作用反硝化作用（三）氮素循環(huán)TheNitrogenCycle1.地質(zhì)大循環(huán)大氣氮素硝酸鹽大氣固氮亞硝酸鹽生物固氮?jiǎng)又参锏鞍踪|(zhì)動(dòng)植物廢物死有機(jī)體反硝化作用氧化亞氮硝酸鹽還原氮的地質(zhì)大循環(huán)氨工業(yè)固氮氮的循環(huán)×1012gN生物圈中的N循環(huán)

單位106公噸(Delwiche,1970）大氣3800000

陸地有機(jī)體772活有機(jī)體12死有機(jī)體760非有機(jī)體140地殼14000000

海洋水（溶解）20000海洋有機(jī)體901活有機(jī)體1死有機(jī)體900非有機(jī)體100沉積物4000000

陸地海洋總有機(jī)體=1673總非有機(jī)體=21820240生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)固氮作用類型閃電、宇宙射線、火山爆發(fā)等高能固氮工業(yè)固氮：400攝氏度，200大氣壓下生物固氮：固氮菌與豆科植物共生的根瘤菌和某些特殊的細(xì)菌和藻類。是地球上最重要的固氮形式，約占90%，100-200kg/ha·a意義平衡反硝化作用對(duì)局域缺氮環(huán)境有重要意義使氮進(jìn)入生物循環(huán)

農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)環(huán)境的生物固氮量估計(jì)環(huán)境類型農(nóng)業(yè)環(huán)境非農(nóng)業(yè)環(huán)境陸地海洋全球合計(jì)豆科作物稻其他草原山地林地未利用土地冰蓋面積（106公頃）25013510153000410049001500149003610051000單位面積固氮量（㎏/公頃）1403051510201總固氮（106T/年）35454.5419.80139.836175.8氨化作用、硝化作用和反硝化作用氨化作用：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（有機(jī)體中的蛋白質(zhì)被微生物分解成簡(jiǎn)單的氨基酸，然后又被分解成NH3,CO2,H2O,返還環(huán)境）。

硝化作用：在通氣良好的土壤中，含氮有機(jī)物（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，供植物吸收利用的過程。反硝化作用：反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成氮?dú)猓氐酱髿鈳熘械倪^程。植物殘?bào)w動(dòng)物生物固定生物固氮燃燒大氣固定工業(yè)固定施肥產(chǎn)品微生物土壤淋溶、流失水蝕、風(fēng)蝕反硝化飼料添加劑農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)N循環(huán)模式（自制）

2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)3.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中N循環(huán)的調(diào)控(1)輸入：三個(gè)來源即生物固氮、大氣固氮、工

業(yè)固氮(2)輸出：有機(jī)體燃燒、產(chǎn)品輸出、反硝化作用、

淋溶流失和揮發(fā)(3)調(diào)控：

a充分發(fā)揮生物固氮的作用

b發(fā)展工業(yè)固氮

c使動(dòng)、植物殘?bào)w及排泄物盡量還田

d控制土壤中N的非生產(chǎn)性消耗磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán)磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫磷的循環(huán)過程巖石經(jīng)土壤風(fēng)化釋放的磷酸鹽和農(nóng)田中施用的磷肥，被植物吸收進(jìn)入植物體內(nèi)沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘?bào)w或直接以枯枝落葉、秸稈歸還土壤含磷有機(jī)化合物經(jīng)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是磷的生物小循環(huán)。一部分磷脫離生物小循環(huán)進(jìn)入地質(zhì)大循環(huán)動(dòng)植物遺體在陸地表面的磷礦化磷受水的沖蝕進(jìn)入江河，流入海洋

（四）磷素循環(huán)1.地質(zhì)大循環(huán)海洋陸地生物4.0310沉積物27000000生物63074可開采P礦資源10000每年100-200萬噸0.61400萬噸磷酸鹽10萬噸磷酸鹽地殼8×109G.W.Cox全球磷循環(huán)模式（單位1011摩爾）海水40000磷的循環(huán)×1012gPBIOGEOCHEMICALCYCLE-PHOSPHORUSPhosphateleachesfromphosphate-richrocksorfromfertilizersandentersplantsandotherproducerswhereitisincorporatedintobiologicalmolecules.Thesearepassedthroughthetrophiclevels.一個(gè)池塘生態(tài)系統(tǒng)的磷循環(huán)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，P的調(diào)節(jié)主要是使用P肥，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，世界P肥用量大幅度增長(zhǎng)。大量使用P肥，P礦資源面臨著枯竭。按含P量8%以上的P礦石計(jì)算，全世界約有純P198億噸。磷礦石的貯量有限，因此，磷資源的合理利用一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中磷循環(huán)及其調(diào)節(jié)（1）開發(fā)新的P礦資源。（2）重視多條途徑，實(shí)現(xiàn)P的再循環(huán)，

尤其是有機(jī)途徑。（3）提高肥效，節(jié)約P肥，減少流失。（4）注意P肥使用中的環(huán)境污染問題。

P肥中含有重金屬和放射性物質(zhì)。降水99×103降水324×103蒸發(fā)62×

103蒸發(fā)361×103徑流37

×10337×103大氣0.013×106Km3陸地生物中水0.6

×103海洋1350×106（五）水循環(huán)1.生物圈中的水循環(huán)(71)(111)(385)(425)(40)TheHydrologicCycle地球上總水量分布數(shù)量%地表水淡水湖94×1030.009鹽湖內(nèi)海75×1030.008流水0.9×1030.0001地下水土壤水50×1030.005800米地下水3000×1030.31更深地下水3000×1030.31冰川29×1062.15大氣9（13）×1030.001海洋980（1350）×10697合計(jì)15億Km3項(xiàng)目占%項(xiàng)目占%極地、冰蓋、冰山、冰川77.23江河淡水0.003地表～800米深地下水9.86地球礦物0.001800～4000米地下水12.35動(dòng)植物和人體0.003土壤水0.17大氣0.04淡水湖泊0.35合計(jì)100（1）地球上咸水多、淡水少。全球水量15億Km3，海洋占97%，淡水占3%。（2）淡水中，固態(tài)水多，液態(tài)水少，能直接利用的少。

淡水中，3/4為固態(tài)水，分布在兩極的冰川。1/4為

液態(tài)水，其中多為地下水，地下水中只有1%能為

植物根系利用。

（3）陸地、大氣和海洋中的水形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)降雨截留穿透雨蒸騰滲透土壤吸收地表徑流地下徑流消費(fèi)者地面蒸發(fā)2.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

降水徑流水地下水種子、有機(jī)肥等蒸發(fā)蒸騰地表徑流產(chǎn)品輸出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)模式輸入量減少且水質(zhì)變差。降水和地下水貯量是系統(tǒng)中水分的主要來源，江河湖泊徑流水的供給量，不同地區(qū)差別較大。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)特點(diǎn)水分的輸入主要包括：降水地下水地表徑流水降水：基本穩(wěn)定。但年際間變率大，年內(nèi)分布不均。由于大氣溫度升高，CO2濃度增加，降水分布（地區(qū)、季節(jié)）正發(fā)生較大變化，陸地上降水有減少趨勢(shì)。由于大氣污染，酸雨加重。地下水：正過度使用，入不敷出。地下水位下降，開采量大于補(bǔ)給量。地表徑流補(bǔ)給地下水量明顯減少，滲入土壤的時(shí)間、面積均逐漸減少。補(bǔ)給的地下水的水質(zhì)變差。地表徑流水：可利用的地表徑流水的量減少，水質(zhì)變差。

水分需求量增加，供給量減少且水質(zhì)變差。因此，不管我們是否情愿，都將減少用水量，節(jié)約用水。輸出量增加（1）提高產(chǎn)量，用水量增加。作物每形成1㎏

干物質(zhì)需要蒸發(fā)300～800㎏的水。（2）地表徑流量增加。三個(gè)方面：改變了地

表性狀，使地表變硬，下滲面積小；增

大河溝某一時(shí)期的流量，下滲時(shí)間短；

森林過度砍伐，固水量減少，徑流量增加。（3）其他用水增多。如工業(yè)、商業(yè)、環(huán)境、生

活用水等。人均水資源m3大于100005000～100001000～5000小于1000等級(jí)上中低很低3.中國(guó)水資源及其利用水資源總量多，人均資源少：全年降水628㎜，2.8×1012立方米，世界第6位。每耕畝土地1700立方米，相當(dāng)于世界平均2/3，人均2600立方米，相當(dāng)于世界人均的1/4，列世界第88位，已被列為世界貧水國(guó)之一。地區(qū)耕地億人口億人均耕地畝人均水量m3耕畝水量m3人均灌溉面積畝糧食單產(chǎn)㎏糧食總產(chǎn)億㎏南方（中南、華南）6.176.0511500～26001400～23000.8230～2602423北方（華北、|東北）4.872.182.41500～1600270～5300.5～1.0100～200833時(shí)間分布不均：50～70%集中在夏季。地區(qū)分布不均：南多北少。項(xiàng)目總用水量農(nóng)業(yè)用水工業(yè)用水城鎮(zhèn)生活農(nóng)村人畜其它數(shù)量（全國(guó)）4433381129255140135%（全國(guó)）

85.96.61.23.23.1農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展迅速：全國(guó)灌溉面積由建國(guó)初的2.4億畝發(fā)展到7.2億畝。不到50%的灌溉面積生產(chǎn)了2/3的糧食。農(nóng)業(yè)是用水大戶：農(nóng)業(yè)用水占全國(guó)總用水量的85%，高于美國(guó)（48.6%），俄羅斯（59%），意大利（69%），日本（72%）(1)保護(hù)森林、草地植被，增加對(duì)降水的截

流量，減少徑流。森林可截留夏季雨量的20～30%，草地5～13%，林地徑流量比無林地少10%以上。(2)修筑水庫、塘壩，增加對(duì)降水的蓄積量。(3)防止過量開采地下水，尤其是深層地下水，避免區(qū)域性水資源的枯竭。(4)減少有毒物質(zhì)的排放，防止水域污染。(5)節(jié)約用水。農(nóng)業(yè)用水占全部用水量的80%，

是用水大戶，節(jié)水潛力巨大。4.農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)的調(diào)控◆四川的都江堰，造就了天府之國(guó)；◆新疆的坎兒井，使吐魯番盆地變成了沙漠中的綠洲；◆陜西的徑惠渠，富足秦川八百里；◆黃河河套灌區(qū)，造就了塞外江南。中國(guó)歷史上四大著名的水利工程（六）硫循環(huán)酸雨的形成ACIDRAININTHEUNITESSTATESThemostacidicrainisconcentratedinthenortheast,butthousandsoflakesinthewestarealsovulnerable.ACIDRAININTHEWORLD倫敦?zé)熿F事件倫敦1952年12月5日到9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（七）有毒有害物質(zhì)循環(huán)有毒有害物質(zhì)循環(huán)：對(duì)有機(jī)體有毒有害物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，沿著食物鏈在生物體內(nèi)富集或被分解的過程。生物放大作用：某些物質(zhì)當(dāng)他們沿食物鏈移動(dòng)時(shí)，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是濃集在有機(jī)體的組織中，其濃度達(dá)到環(huán)境濃度的百倍、千倍、萬倍，甚至百萬倍。這一現(xiàn)象稱為生物放大作用。有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例（1）DDTDDT是人工合成的有機(jī)氯殺蟲劑；DDT不溶于水，而溶于脂肪，極易通過食物鏈而濃集；DDT通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體后，使鈣代謝功能喪失，從而使鳥類蛋殼變薄，雌鳥孵卵時(shí)將蛋壓破，從而使禽類的數(shù)量減少。危害消滅害蟲的同時(shí)，無選擇地將益蟲、益鳥和害蟲的天敵殺死如美國(guó)加利福尼亞州，由于濫用DDT，1967年有19%的蜜蜂被殺死，導(dǎo)致水果和蜂蜜急劇減產(chǎn)。BIOMAGINIFICATIONOFDDTBIOMAGINIFICATIONOFDDT水體中的DTT濃度約為0.00005ppm↓浮游生物0.04ppm

↓剛毛藻0.08ppm

↓網(wǎng)茅0.33ppm

↓螺0.26ppm

蛤0.42ppm

魚1.24ppm

↓燕鷗3.42ppm

↓河鷗幼體55.3ppm

成體18.5ppm

↓秋沙鴨22.8ppm

↓鷺鳥26.4ppm

↓銀鷗75.5ppm有毒有害物質(zhì)循環(huán)的實(shí)例（2）汞日本一家工廠把含汞的未加處理的廢氣廢渣排入水俁灣，汞進(jìn)入魚蝦體內(nèi)，經(jīng)食物鏈傳遞到人體內(nèi)積存，引起甲基汞慢性中毒。

1953年開始出現(xiàn)發(fā)病，病人手腳麻木，聽覺失靈，運(yùn)動(dòng)失調(diào)，嚴(yán)重時(shí)呈瘋癲狀態(tài)，直至死亡，人稱水俁(yǔ)病水俁灣中螃蟹體內(nèi)含汞24ppm，受害人腎中含14ppm，而魚的允許水平為0.5ppm。三、生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境污染問題（一）環(huán)境污染的概念和種類（二）有毒物質(zhì)在食物鏈上的富集作用污染（pollution）：是指空氣、陸地、水的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性具有了人們不希望的改變，這種改變可能會(huì)有害于人類的生命、有益的物種、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、文化財(cái)產(chǎn)等，它可能或?qū)?huì)廢棄和惡化人們所需的資源。環(huán)境污染：隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，各種除草劑、殺蟲劑、殺菌劑的使用，礦山的開發(fā)，核電站的建立，以及各種工業(yè)“三廢”（廢水、廢物、廢氣）的排放等，使引入環(huán)境的化學(xué)、物理、生物因素超過了環(huán)境可能忍受的限度，從而使環(huán)境受到污染，引起公害。（一）環(huán)境污染的概念和種類1.概念根據(jù)污染物不同，常分為兩個(gè)類型：生物降解污染：指一些經(jīng)過自然過程能很快分解的物質(zhì)如食品加工的廢棄物、生活垃圾等引起的污染。非降解性污染：由非降解性污染物引起。指環(huán)境中增加了一些不降解或降解很慢的物質(zhì)如汞（Hg）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、砷（As）鉛（Pb）等重金屬和一些長(zhǎng)鍵的苯酚化合物、DDT等。其危害最大，具有持久性和長(zhǎng)期性。（1）大氣污染指大氣中SO2、煙鉛（汽車燃油時(shí)排放）、粉塵、氟化物等含量較多。其危害為，在城市中主要是有毒氣體聚集在一起形成毒霧，影響人們身體健康；對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來講，主要是工業(yè)排放的SO2在大氣中擴(kuò)散，遇水蒸氣形成硫酸霧，與粉塵一起改變降水的性質(zhì)，形成酸雨、酸霧（pH小于5.6）。酸雨被稱為空氣中的死神，它使土壤、河湖酸化，動(dòng)植物受害、魚類死亡。2.環(huán)境污染的種類根據(jù)污染的環(huán)境，可分為三種類型：（2）水域污染