第五章 农业生态系统的物质循环

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1、第五章农业生态系统的物质循环Chapter5NutrientCycleinAgroecosystem　物质循环指生态系统的一切物质，包括有机物、无机物、化学元素和水（作为介质）在生物与环境不同组分之间的频繁转移和循环流动。　§第一节农业生态系统物流的一般特点§第二节水循环§第三节碳流动§第四节氮流动§第五节磷流动§第六节钾流动§第七节硫流动§第八节农业生态系统的养分循环§第九节污染物对农业生态系统的影响及其利用第一节生态系统物流的一般特点·一、生命活动中的营养元素1.基本元素：>1%：C、O、H、N、K2.大量元素：0.1-1%:Ca、Mg

2、、P、S、Cl、Fe、Cu3.微量元素：<0.1%:Al、B、Br、F、I、Mn、Mo、Si、Zn等·二、物质循环的库与流1.库：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。（1）贮存库(storingsink)：容积较大，交换慢，一般为环境库。如土壤库、大气库、水体库等（2）交换库(exchangesink)：容积小，交换快，一般为生物库。如植物库、动物库等。2.流：物质在库与库之间的转移运动状态。生态系统中的能流、物流、信息流使生态系统中各组分联系起来。·三、物质循环的特征　　物质循环在生态系统中是时刻进行的，并与能量流动紧密结合在一起，它

3、们把各个组分有机地结合在一起，共同构成及其复杂的能量流动与物质循环网络系统，从而维持了生态系统的存在。　　物质循环是双向流动，而能量流动则是单向的，是不可逆的。1.生物量(biomass)与现存量生物量：某一时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量。生物量又可叫现存量=生产量+减少量。净生产量=总生产量-呼吸量。2.周转率(turnoverratio,R)与周转期(Turnovertime,T)R=FI/S=FO/SFI流入量FO流出量S库存量T=1/R物质更换所需要的时间。物质在运动过程中，周转率越高，周转期就越短。3.循环效率（Effi

4、ciencyofcycle,EC）：EC=FC/FIFC循环物质,FI总输入物质·四、物质循环的类型1.物质循环的概念生态系统从大气、水体和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其它生物重复利用，最后再归还于环境。2.生物地球化学循环化学元素在生物圈内从环境-生物-生物-环境的流动和循环。包括：（1）地质大循环：在五大自然圈进行循环。时间长，范围广，闭合式（2）生物小循环：在生态系统水平上。时间短、范围小、开放式。3.物质循环的类型根据物质的贮存库可分为：（1）水循环贮存库：水圈，属液相型循环（2）气相型循环贮存库：大

5、气圈或水圈，以气体的方式参与循环，循环迅速、完全代表物质：C、O、N、F（3）沉积型循环贮存库：岩石圈和土壤圈，循环缓慢、周期长，不完全代表物质：S、P、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Si过程：岩石、土壤---风化---植物利用、沉积----回到环境----风化、重新利用4.农业生态系统物质循环：　农业生态系统是在人类生产活动的干预下，农业生物群体与其周围的自然和社会经济因素彼此联系、相互作用而共同建立起的固定、转化太阳能和其它营养物质，获取一系列农副产品的经过人工驯化的生态系统。第二节水循环（watercycle)·一、水循环过程水是原生

6、质的主要组成成分，是生命活动和生物化学过程赖以进行的介质，水又是调节环境温度的冷却剂水循环是生物地球化学循环中最重要的循环。水循环主要由四大过程组成：蒸发、水汽运输、降水和径流。水循环过程水域、冰雪融化----大气层----降雨过程：蒸发----水汽输送----降水-----径流全球水循环是由陆地的、海洋的、区域的或局部的许多循环组成的。水循环的水平衡方程为：P=E+T+ΔS+ΔG+R。式中：P为降水，E为蒸发，T为蒸腾，ΔS为土壤水分变化，ΔG为地下水变化，R为地表径流。·二、农田生态系统的水分平衡输入项：降水(Rain,R)、灌溉(Ir

7、rigation,I)、地下水上升(undergroundwaterup)输出项：蒸发蒸腾(Evaporationandtranspiration,ET）、渗漏(Percolation,P)、侧漏(S)、排水(Drainage,D)以及农田持水(Occupyingwater)。·三、水分流、养分流与能流的关系（一）水循环由日光能驱动：太阳能使冰雪融化，液态水变为气态水进入大气。太阳辐射所引起的大气环流导致水汽的移动及水汽受冷凝结致雨，从而在海洋、大气、陆地、地表水和地下水之间形成循环流动。（二）生命必需的元素除碳、氧、氮外，多种营养元素是通

8、过水进入生态系统的。其中数量最大的离子形态养分是Ca2+，Na+，K+，NO3-，PO43-，SO42-和CO32-。（三）植物吸收养分必须在水分作为介质，在能量的驱动下才能完成