生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)

生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)目前一頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)生命的維持和延續(xù)不僅需要能量，而且還必須有各種物質(zhì)，包括20余種必要元素。討論這些物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中移動(dòng)的規(guī)律，是研究生態(tài)系統(tǒng)功能的重要方面。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，沿著特定的途徑經(jīng)環(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)，就構(gòu)成了生物地球化學(xué)循環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)生物地化循環(huán)。一、水循環(huán)二、氣體型循環(huán)三、沉積型循環(huán)目前二頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)水是生態(tài)系統(tǒng)中生命必需元素得以無(wú)限運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)，沒(méi)有水循環(huán)也就沒(méi)有生物地化循環(huán)。水是地質(zhì)侵蝕的動(dòng)因，一個(gè)地方侵蝕，另一個(gè)地方沉積，都要通過(guò)水循環(huán)，因此，了解水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。一、水循環(huán)目前三頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)資源體積(W)103Km3年周轉(zhuǎn)(Q)103Km3過(guò)程周轉(zhuǎn)期T=W/Q地球上總水量1460000.0520.0蒸發(fā)2800年海洋總水量1370000.0449.037.0降水與蒸發(fā)之差降水與蒸發(fā)之差3100年37000年地殼中(到5千米)的自由重力水其中在水交換活躍帶60000.04000.013.013.0地下徑流地下徑流4600年300年湖泊冰河和永久積雪750.029000.0——1.8——徑流——16000年土壤和心土水分65.085.0蒸發(fā)和地下徑流280天大氣水分14.0520.0降水9天河水1.236.3*徑流12天(20)天地球水資源(引自Smith，1980)注：平均誤差約為10%~15%*未計(jì)入南北極冰塊的溶化量（一）水的分布目前四頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（二）全球水循環(huán)8477772316從全球水循環(huán)來(lái)看，水的問(wèn)題是一個(gè)全球性的問(wèn)題。局部地區(qū)水的問(wèn)題，或采取的水管理方案，可能影響到全球。問(wèn)題不在于地球上水量的不足，而是在于分布的不均勻、不適宜。尤其因?yàn)槿祟?lèi)本身活動(dòng)，使某些人口集中地區(qū)水資源的不足和水質(zhì)量的降低。這就是說(shuō)，自然的水循環(huán)不足以補(bǔ)償人類(lèi)對(duì)水資源的破壞。目前五頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（三）人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響1、空氣污染和降水空氣污染影響水的質(zhì)和量2、改變地面，增加徑流

城市發(fā)展、森林砍伐3、過(guò)度利用地下水地表下沉4、水的再分布水庫(kù)、水壩目前六頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)二、氣體型循環(huán)（一）碳循環(huán)目前七頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)碳循環(huán)過(guò)程中，按其活動(dòng)的情況分為兩類(lèi)庫(kù)：（1）貯存庫(kù)，如在巖層中的碳，其容積很大但活動(dòng)緩慢，貯存庫(kù)一般為非生物成分；（2）交換庫(kù)或循環(huán)庫(kù)，在生物體和它們的環(huán)境（水圈、大氣圈、生物圈）之間進(jìn)行迅速的交換，是容量較小而很活躍的部分。其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物地化循環(huán)過(guò)程，也都可以劃分為這兩類(lèi)庫(kù)。溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)是這樣一種理論，它假設(shè)二氧化碳和甲烷這樣的普通人為污染物造成的污染會(huì)導(dǎo)致全球氣溫的上升。在過(guò)去的20世紀(jì)中，二氧化碳濃度升高，而全球氣溫也上升了0.4~0.7℃。這個(gè)事實(shí)支持了上述理論。人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致全球氣候變化是生態(tài)學(xué)中最有爭(zhēng)議的話題之一。目前八頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（二）氮循環(huán)氮是蛋白質(zhì)的基本組成部分，因此是一切生物結(jié)構(gòu)的原料。一般生物不能直接利用大氣中的氮，必須通過(guò)固氮作用，將氮與氧相結(jié)合成為硝酸鹽和亞硝酸鹽，或者與氫結(jié)合形成氨。固氮作用有兩條途徑，一條是通過(guò)閃電、宇宙線、隕星、火山活動(dòng)等的高能固氮；另一條途徑是生物固氮，固氮量占地球固氮總量的90%。近代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)固氮也影響著生態(tài)系統(tǒng)中氮的循環(huán)。據(jù)估計(jì)，目前的人工固氮量，已經(jīng)超過(guò)了天然固氮總量目前九頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)在自然條件下，一部分氮從生態(tài)系統(tǒng)中消失，如脫氨作用、揮發(fā)、淋溶、流失等等。但這種損失得到生物固氮和其他形式固氮的補(bǔ)償，因此，氮循環(huán)是一個(gè)相當(dāng)完全的、自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中形成了動(dòng)態(tài)平衡。目前十頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于氮循環(huán)的影響有兩個(gè)方面，一方面是以各種氧化氮輸入大氣污染空氣（光化學(xué)煙霧），另一方面是以硝酸鹽輸入水系，污染江河湖泊（水體富營(yíng)養(yǎng)化）。在一個(gè)自然的未受人類(lèi)影響的生態(tài)系統(tǒng)，氮的輸入和輸出往往是平衡的。氮也往往易于成為限制因子。目前十一頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)三、沉積型循環(huán)（一）磷循環(huán)通常沒(méi)有氣態(tài)磷，磷是隨著水循環(huán)，由陸地到海洋。但是，磷從海洋返回陸地則是比較困難的，因此磷循環(huán)是不完全的循環(huán)。目前十二頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)磷的主要貯存庫(kù)是巖石和天然的磷酸鹽沉積。巖石和沉積通過(guò)風(fēng)化、侵蝕、淋洗而釋放出磷。人類(lèi)為農(nóng)業(yè)需要也要開(kāi)采磷酸鹽。植物從環(huán)境中吸收磷，合成原生質(zhì)，通過(guò)食草動(dòng)物、食肉動(dòng)物、寄生生物等在水體或陸地生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)，然后通過(guò)排泄物和尸體分解再回到環(huán)境中。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，有機(jī)磷被細(xì)菌還原為無(wú)機(jī)磷，其中某些被植物吸收而再循環(huán)，某些則變成植物所不能利用的化合物，還有的組成了微生物的身體。陸地生態(tài)系統(tǒng)中的一部分磷，進(jìn)入湖泊和海洋在海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)中，浮游植物吸收無(wú)機(jī)磷的速率很快。浮游植物又為浮游動(dòng)物或食碎屑生物所吞食。浮游動(dòng)物每天排出的磷，幾乎與貯存在生物體內(nèi)的一樣多，因此磷在水體生態(tài)系統(tǒng)的生物成員中，循環(huán)迅速。目前十三頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)磷循環(huán)是不完全的循環(huán)，很多磷進(jìn)入海洋沉積起來(lái)，而重新返回的磷，不足以補(bǔ)償其損失。沉積磷酸鹽的地層，并沒(méi)有此起彼伏地上升，使天然風(fēng)化和侵蝕得以補(bǔ)償每年進(jìn)入海洋沉積起來(lái)的磷。人類(lèi)捕撈海魚(yú)，使一部分磷重返大陸，但人類(lèi)開(kāi)采磷礦，大多最后被沖洗和流失掉。因此，人類(lèi)如果想避免因磷循環(huán)不完全而造成的“饑荒”，他們就必須使這個(gè)不完全循環(huán)變成完全。這個(gè)問(wèn)題到將來(lái)可能顯得更加重要。動(dòng)植物體內(nèi)的磷，有一部分沉積于淺層水底，另一部分沉積于深層。在深海沉積的磷，有的通過(guò)上涌流帶到有光的水層，再為浮游植物所利用。水體的上層往往缺乏磷，而深層為磷所飽和。因?yàn)榇蟛糠至滓遭}鹽形式沉淀，因此常長(zhǎng)期的沉積起來(lái)，離開(kāi)了循環(huán)而貯存起來(lái)。目前十四頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)（二）硫循環(huán)硫也是蛋白質(zhì)和氨基酸的基本成分。硫有若干狀態(tài)：元素硫（S）、-2價(jià)亞硫酸鹽、+2價(jià)氧化硫、+4價(jià)亞硫酸鹽、+6價(jià)硫酸鹽。其中有三種在自然界是重要的，即元素硫、亞硫酸鹽和硫酸鹽。硫循環(huán)既屬于沉積型，也屬于氣體型。它包括長(zhǎng)期的沉積相，即束縛在有機(jī)和無(wú)機(jī)沉積中的硫，通過(guò)風(fēng)化和分解而釋放，以鹽溶液形式進(jìn)入陸地和水體生態(tài)系統(tǒng)。還有相當(dāng)多的硫以氣態(tài)參加循環(huán)，因此循環(huán)在全球規(guī)模上進(jìn)行。目前十五頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)硫進(jìn)入大氣有幾條途徑，燃燒礦石燃料、火山爆發(fā)、海面散布和分解過(guò)程釋放氣體。目前十六頁(yè)\總數(shù)十八頁(yè)\編于十七點(diǎn)生物地化循環(huán)可分為三大類(lèi)型，即水循環(huán)、氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)。在氣體型循環(huán)中，物質(zhì)的主要儲(chǔ)存庫(kù)是大氣和海洋，其循環(huán)與大氣和海洋密切相聯(lián)，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。凡屬于氣體型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或某些化合物常以氣體形式參與循環(huán)過(guò)程。參與沉積型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物絕無(wú)氣體形態(tài)，這些物質(zhì)主要是通過(guò)巖石的風(fēng)化和沉積物的分解轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀簧鷳B(tài)系統(tǒng)利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而海底沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是一個(gè)緩慢的、單向的物質(zhì)移