教学教案11：生态系统中的物质循环.ppt

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1、第十一章生态系统中的物质循环生命的维持不但需要能量，而且也依赖于各种化学元素的供应。如果说生态系统中的能量来源于大阳，那么物质则是由地球供应的。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，被其他生物重复利用，最后，再归还于环境中，此为物质循环(cycleofmaterial)，又称生物地球化学循环(biogeo-chemicalcycle)。在生态系统中能量不断流动，而物质不断循环。能量流动和物质循环是生态系统中的两个基本过程，正是这两个过程使生态系统各个营养级之间和各种成分(非生物和生物)之间组成一个完整的功能单位。第一节物质循环的一般

2、特点一、生命与元素对于大多数生物来说，大约有20多种元素是它们生命活动所不可缺少的，另外还有大约10种元素，虽然通常只需要很少就够了，但对某些少物来说，却是不可少的。前者有时被称为大量元素(macronutrient)，后者则被称为微量元素(micronutrient)。生物体所需要的大量元素包括在生物体内含量超过生物体重1％以上的碳、氧、氢、氮和磷等，也包括含量占生物体干重0.2％-1％之间的硫、氯、钾、钙、镁、铁和铜等元素，微量元素在生物体内一般不超过体重的0.2％，而且并不是在所有生物体内都有。属于微量元素的有铝、硼、溴、铬、钻氛、铝、碘、锰、铝、硒、硅、锡、锑、钒和锌

3、等，这些化学元素在生命过程中是必不可少的。例如，构成有机体主要骨架的糖类是由水和二氧化碳经光合作用而形成的，但是光合作用过程中还必须有氮、磷及微量锌参加反应。二、物质循环的模式生态系统中的物质循环可以用库(poo1)和流通(flow)两个概念来加以概括。库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化合物所构成的。物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间彼此流通的。流通量通常用单位时间、单位面积内通过的营养物质的绝对值来表达。为了表示一个特定的流通过程对有关库的相对重要性，用周转率(turnoverrate)和周转时间(turnovertime)来表示。在物质循环

4、中，周转率越大，周转时间就超短。如大气圈中二氧化碳的周转时间大约是一年左右(光合作用从大气圈中移走二氧化碳)；大气圈中分子氮的周转时间则需100万年(主要是生物的固氮作用将氮分子转化为氨氮为生物所利用)；而大气圈中水的周转时间为105d。在海洋中，硅的周转时间最短，约800a，钠最长，约2.06亿年。三、生物地球化学循环的类型生物地球化学循环可分为三大类型，即水循环(watercycle)、气体型循环(gaseouscycle)和沉积型循环(sedimentcycle)。生态系统中所有的物质循环都是在水循环的推动下完成的，因此,没有水的循环，也就没有生态系统的功能,生命也将难

5、以维持。属于气体型循环的物质，其分子或某些化合物常以气体的形式参与循环过程。属于这一类的物有氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等。气体循环速度比较快，物质来源充沛，不会枯竭。主要蓄库与岩石、土壤和水相联系的是沉积型循环、如磷、硫循环。沉积循环速度比较慢，参与沉积型循环的物质其分子或化合物主要是通过岩石的风化和沉积物的溶解转变为可被生物利用的营养物质，而海底沉积物转化为岩石圈成分则是一个相当长的、缓慢的、单向的物质转移过程，时间要以千年来计。属于沉积型6环的物质有：磷、钙、钾、钠、镁、锗、铁、铜、硅等。生态系统中的物质循环，一般情况下处于稳定的平衡状态。对于某一种物质，在各主要库中的

6、输入和输出量基本相等。大多数气体型循环物质如碳、氧和氯的循环，由于有很大的大气蓄库，它们对于短暂的变比能够进行迅速的自我调节。例如，由于燃烧化石燃料，使当地的二氧化碳浓度增加，则通过空气的运动和绿色植物光合作用对二氧化碳吸收量的增加，使其浓度迅速降低到原来水平，重新达到平衡。硫、磷等元素的沉积物循环则易受人为活动的影响，这是因为地壳中的硫、磷蓄库比较稳定和迟钝，因此不易被调节。所以如果在循环中这些物质流入蓄库中，则它们将成为生物在很长时间内不能利用的物质。第二节水循环水和水循环对于生态系统具有特别重要的意义，不仅生物体的大部分是由水构成的，而且所有生命活动都离不开水，水在一个

7、地方将岩石侵蚀．而在另一个地方将物质沉降下来，久而久之就会带来明显的地理变化，其中带有大量多种化合物的周而复始地循环，极大地影响着各类营养物质在地球上的分布；此外，水对于能量的传递和利用也有重要影响。地球上大量的热能用于将冰融化成水，使水温上升和将水化为水汽过程，因此，水有防止环境湿度发生剧烈波动的重要调节作用。水循环受太阳能、大气环流、洋流和热量变换所影响，通过蒸发冷凝等过程在地球上进行着不断地循环，降水和蒸发是水循环的两种方式，大气中的水汽以雨雪冰雹等形式落到地面或海洋，而地面上和海洋中的水又通过蒸