生态学-杨持-教学课件-第十一章.pptVIP

第一节 物质循环的一般特点 一、?物质循环的概念 生态系统的物质循环（nutrient cycle）又称生物地球化学循环（biogeochemical cycle），它是指生态系统内的各种化学元素及其化合物在生态系统内部各组成要素之间及其在地球表层生物圈、水圈、大气圈和岩石圈（包括土壤圈）等各圈层之间，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行着反复循环变化的过程。 生物地球化学循环根据物质循环的范围不同分为地球化学循环（地质大循环）和生物循环（生物小循环）两种基本形式。 地球化学循环(geochemical cycle)是指化合物或元素经生物体的吸收利用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以残体或排泄物的形式将物质或元素返回环境，经过五大自然圈（大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈）循环后再被生物利用的过程。地球化学循环的时间长、范围广，是闭合式的循环。 生物循环（biological cycle）是指环境中的元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，再为生产者吸收、利用，生物循环的时间短、范围小，是开放式的循环。 二、? 物质循环的模式 生态系统中的物质循环可以用库 (pool)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。对于某一种元素而言，存在一个或多个主要的蓄库。在库里，该元素的数量远远超过正常结合在生命系统中的数量，并且通常只能缓慢地将该元素从蓄库中放出。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。（图11-1) 物质循环的速率在空间和时间上是有很大变化的，影响物质循环速率最重要的因素有： （1）循环元素的性质：循环速率由循环元素的化学特性和被生物有机体利用方式的不同所致； （2）生物的生长速率：这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度； （3）有机物分解的速率：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。 三、物质循环的特点 1． 物质不灭，循环往复 物质和能量在转化过程中都只会改变形态而不会消失，但物质循环不同于能量流动，能量衰变为热能的过程是不可逆的，它会最终以热能的形式离开生态系统，而物质是循环往复的。物质在生态系统内外的数量都是有限的，而且是分布不均匀的，但是由于它能在生态系统中永恒地循环，因此，它就可以被反复多次地利用。 2．物质循环与能量流动不可分割，相辅相成 能量是生态系统中一切过程的原动力，也是物质循环运转的驱动力。物质是组成生物、构造有序世界的原材料，是生态系统能流的载体。能量的生物固定、转化和耗散过程是物质由简单的无机形态变为复杂的有机结合形态，再回到简单无机形态的循环再生过程。可见，任何生态系统的存在和发展，都是物质循环与能量流动同时作用的结果。 3． 物质循环的生物富集 按耗散结构理论和十分之一定律，能量在食物链流动中随营养级的上升而不断减少。但物质在食物链流动中则与能量流相反，一些物质化学性质比较稳定，被生物吸收固定后可沿食物链积累，如DDT、 六六六等；另一些物质或元素为结构物质，在流动中也可沿食物链积累，如氮、钙等，它们在食物链流动中随营养级上升浓度不断增加。 4．生态系统对物质循环有一定的调节能力 生态系统的物质循环受稳态机制的控制，有一定的自我调节能力。这表现在多方面：如物质循环与能量流动的相互调节与限制，非生物库对外来干扰的缓冲作用，各元素之间的相互制约，各种生物成分对物流变化的反馈调节等。循环中每一个库和流，因外来干扰引起的变化，都会引起有关生物的相应变化，产生负反馈调节使变化趋向减缓而恢复稳态。 5． 物质循环中生物的作用 生物在物质循环中也是物质存在的最生动形式。没有生物的光合固定和吸收同化，物质便不能从大气库、水体库及土壤岩石库中转移出来；没有生物的吸收、分解释放，物质也不能再回到原来的库中。由于生物的生命活动，物质便由静止变为运动，从而使地球有了生气和活力。 6． 各物质循环过程相互联系，不可分割 水循环对其他物质的循环运动非常重要。没有水循环，其他物质循环便不能全面有效地进行，更不能被生物利用而实现其在各物质库间的运动。反过来，其他物质的循环状况对水循环也会产生影响。如碳循环局部失调导致的大气中CO2浓度升 高引起的“温