生态系统中的物质循环精选PPT.ppt

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1、关于生态系统中的物质循环1第1页，讲稿共47张，创作于星期二2物质循环与能量流动物质循环与能量流动第2页，讲稿共47张，创作于星期二3物质循环的一般特征物质循环的一般特征(两个尺度两个尺度)生物地球化学循环生物地球化学循环(全球循环全球循环/大循环大循环)：生态系统从大气、水体和：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，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的过程。这一过程被其他生物重复利用，最后再归还于环境中的过程。这一过程包括包括生物与非生物二者的参与生物与非生物二者的参与,同时也包含一些地质

2、与地理作用在同时也包含一些地质与地理作用在內內,因此称为生物地球化学循环因此称为生物地球化学循环生物小循环生物小循环(局域循环局域循环)：环境中元素经生物吸收，在：环境中元素经生物吸收，在生态系统中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、利用被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用第3页，讲稿共47张，创作于星期二4Basics of nutrient cycling第4页，讲稿共47张，创作于星期二5生物小循环生物小循环第5页，讲稿共47张，创作于星期二6物质循环的基本概念物质循环的基本概念库：库：贮存一定数量元素的某种生态系统组分称为该元素贮存一定数量元素的某

3、种生态系统组分称为该元素的库的库生态系统中各组分都是物质循环的库生态系统中各组分都是物质循环的库植物库、动物库、土壤库、水体库等植物库、动物库、土壤库、水体库等流通率流通率：单位时间、单位面积：单位时间、单位面积/体积的物质转移量体积的物质转移量周转率周转率：流通率流通率/库中营养物质总量库中营养物质总量周转时间周转时间：库：库中营养物质总量中营养物质总量/流通率流通率第6页，讲稿共47张，创作于星期二7物质在库间的流通物质在库间的流通流通量、周转率与周转时间流通量、周转率与周转时间是相对于库而言的是相对于库而言的生产者库生产者库流通率：流通率：2020单位单位/天天周转率：周转率：20/10

4、0=20%20/100=20%周转时间：周转时间：100/20=5100/20=5天天消费者库消费者库流通率：流通率：4 4单位单位/天天周转率：周转率：4/50=8%4/50=8%周转时间：周转时间：50/4=12.550/4=12.5天天第7页，讲稿共47张，创作于星期二8 影响物质循环速率的因素影响物质循环速率的因素元素的性质元素的性质：有的元素循环的速率快，而有的则：有的元素循环的速率快，而有的则比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方比较慢，这是元素化学特性和被生物有机体利用的方式不同所决定的。如式不同所决定的。如COCO2 2 1 1年年,N 100,N 100万年万年生物的

5、生长速率生物的生长速率：决定生物对物质吸收的速率：决定生物对物质吸收的速率以及物质在食物网中运动的速度以及物质在食物网中运动的速度第8页，讲稿共47张，创作于星期二9影响物质循环速率的因素影响物质循环速率的因素有机物质腐烂的速率有机物质腐烂的速率：适宜的环境有利于：适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物分解者的生存，并使有机体很快分解，供生物重新利用重新利用人类活动的影响人类活动的影响：开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的开垦农田和砍伐森林引起土壤矿物质的流失，影响物质循环速率流失，影响物质循环速率化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中化石燃烧把硫和二氧化硫释放大气中第9页，讲稿共4

6、7张，创作于星期二10生物地球化学循环的类型生物地球化学循环的类型气体型循环气体型循环贮存库是大气和海洋贮存库是大气和海洋有气体形式的分子参与循环过程有气体形式的分子参与循环过程循环速度快，例如循环速度快，例如COCO2 2、N N2 2、OO2 2等等沉积型循环沉积型循环贮存库是岩石、土壤和沉积物贮存库是岩石、土壤和沉积物没有气体形式的分子参与循环过程没有气体形式的分子参与循环过程循环速度慢，时间以千年计算，例如循环速度慢，时间以千年计算，例如P P、CaCa、MgMg等等水循环水循环水的全球循环过程水的全球循环过程生态系统中所有的物质循环都离不开水循环的推动生态系统中所有的物质循环都离不开

7、水循环的推动第10页，讲稿共47张，创作于星期二1113.2 13.2 全球水循环全球水循环水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环地表总水量：地表总水量：1.4101.4109 9kmkm3 3，海洋约占，海洋约占97%97%水的循环：水的循环：陆地：蒸发陆地：蒸发(蒸腾蒸腾)71,000km)71,000km3 3，降水，降水111,000km111,000km3 3，径流，径流40,000km40,000km3 3海洋：蒸发海洋：蒸发425,000km425,000km3 3，降水，降水385,000km385,000km3 3人为活动对水

8、循环自然过程的干扰和影响人为活动对水循环自然过程的干扰和影响第11页，讲稿共47张，创作于星期二12The Hydrologic Cycle(40)(71)(111)(385)(425)(40)103km3第12页，讲稿共47张，创作于星期二13生态系统中的水循环生态系统中的水循环降雨降雨截留截留穿透雨穿透雨蒸腾蒸腾渗透渗透土壤吸收土壤吸收地表地表径流径流地下径流地下径流消费者消费者地面蒸发地面蒸发第13页，讲稿共47张，创作于星期二1413.3 13.3 碳循环碳循环碳的重要性碳的重要性：生命元素、能量流动、人类活动影响：生命元素、能量流动、人类活动影响碳库碳库：海洋和大气、生物体：海洋和大

9、气、生物体碳的存在形式碳的存在形式：COCO2 2，无机盐，有机碳，无机盐，有机碳主要循环过程主要循环过程生物的同化和异化过程生物的同化和异化过程大气和海洋间的大气和海洋间的COCO2 2交换交换碳酸盐的沉淀作用碳酸盐的沉淀作用人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化的主要原因的主要原因第14页，讲稿共47张，创作于星期二15海洋和大气CO2调节CO2CO2溶于海水H2CO3水体中生物H+CO32-CaCO3海底沉积物第15页，讲稿共47张，创作于星期二16The Carbon Cycle第16页，讲稿共47张，创作于星期二17The Carbon

10、Cycle9290750611015gC第17页，讲稿共47张，创作于星期二18温室效应温室效应温室效应（温室效应（Greenhouse effectsGreenhouse effects ）：大气中对长：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升留在地球表层而导致温度上升温室气体温室气体：二氧化碳：二氧化碳(CO(CO2 2)、甲烷、甲烷(CH(CH4 4)、氧化亚氮、氧化亚氮(N(N2 2O)O)、六氟化碳六氟化碳(SF(SF6 6)、氟氯碳化物、氟氯碳化物 (CFCs)(CFCs)、氢氟

11、碳化物、氢氟碳化物(HFCs)(HFCs)等等温室效应的影响温室效应的影响海平面上升，淹沒陆地海平面上升，淹沒陆地全球气候经常发生暴雨或干旱全球气候经常发生暴雨或干旱土地沙漠化，生态环境改变土地沙漠化，生态环境改变第18页，讲稿共47张，创作于星期二19IncomingsunlightwarmsthesurfaceoftheEarthandisradiatedbacktoIncomingsunlightwarmsthesurfaceoftheEarthandisradiatedbacktoatmosphere.Greenhousegasesabsorbsomeofthisheat,trappi

12、ngitintheatmosphere.Greenhousegasesabsorbsomeofthisheat,trappingitintheatmosphere.atmosphere.GREENHOUSE EFFECT第19页，讲稿共47张，创作于星期二20Carbon accumulationCO2 has increased from its pre-industrial level data:recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning第20页，讲稿共47张，创作于星期二21CO2

13、排放第21页，讲稿共47张，创作于星期二22碳源/汇与碳“失汇”难题 全球碳源（收入支出，NEP为负）：6.91015gC/a化石燃料：6.01015gC/a陆地植物破坏：0.91015gC/a全球碳汇（收入支出，NEP为 正）：5.21015gC/a-大气中含量上升：3.21015gC/a-海洋吸收：2.01015gC/a全球全球“碳失碳失汇汇”(missingsink):1.71015gC/a中国学者的回答：三北防中国学者的回答：三北防护护林等大林等大规规模林模林业业建建设设（方精（方精云云2001，Science),森林土壤的碳吸收作用（中科院森林土壤的碳吸收作用（中科院华华南南植物所）

14、植物所）中国中国陆陆地生地生态态系系统统碳源碳源/汇汇研究（方精云）：科学意研究（方精云）：科学意义义/环环境外境外交（京都交（京都议议定定书书）第22页，讲稿共47张，创作于星期二23碳交易清洁发展机制CDM(Clean Development Mechanism）CDM规定减排的温室气体有：CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、N2O（氧化亚氮）、HFCs（氢氟碳化物）、PFCs（全氟化碳）、SF6（六氟化硫碳交易 碳交易(即温室气体排放权交易)也就是购买合同或者碳减排购买协议(ERPAs)，其基本原理是，合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额。买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而

15、实现其减排的目标中国第一个碳中国第一个碳“交易交易”项目：项目：北京安定垃圾填埋场，甲烷排放由4004t/a减至1551t/a,差额出售至国外第23页，讲稿共47张，创作于星期二24中国CDM份额世界领先截至2008年2月13日，我国清洁发展机制项目（简称CDM）获得联合国核证减排量达3600多万吨二氧化碳当量，首次超过印度，跃居世界第一位。这标志着我国在国际碳交易市场开始占据最大份额。第24页，讲稿共47张，创作于星期二2513.4 13.4 氮循环氮循环氮的重要性氮的重要性氮库：大气、土壤、陆地植被氮库：大气、土壤、陆地植被生物可利用的氮的形式：生物可利用的氮的形式：NONO3 32-2-

16、、NONO2 22-2-、NHNH4 4+氮循环的主要过程氮循环的主要过程固氮作用固氮作用氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用反硝化作用反硝化作用第25页，讲稿共47张，创作于星期二26The Nitrogen Cycle第26页，讲稿共47张，创作于星期二27氮的循环氮的循环1012gN第27页，讲稿共47张，创作于星期二28固氮作用固氮作用类型类型闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮工业固氮：工业固氮：400400摄氏度，摄氏度，200200大气压下大气压下生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物菌和

17、蓝藻等自养和异养微生物意义意义平衡反硝化作用平衡反硝化作用对局域缺氮环境有重要意义对局域缺氮环境有重要意义使氮进入生物循环使氮进入生物循环第28页，讲稿共47张，创作于星期二29生态系统中的氮循环第29页，讲稿共47张，创作于星期二30氨化作用、硝化作用和反硝化作用氨化作用、硝化作用和反硝化作用氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NHNH4 4+，为植，为植物利用物利用硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝

18、酸盐和硝酸盐，供植盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用物吸收利用反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中回到大气库中第30页，讲稿共47张，创作于星期二3113.5 13.5 磷循环磷循环磷循环属典型的沉积循环磷循环属典型的沉积循环磷以不活跃的地壳作为主要贮存库磷以不活跃的地壳作为主要贮存库磷的循环过程磷的循环过程岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内物吸收进入植物体内沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆沿食物链传递，并以

19、粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还土壤归还土壤含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环动植物遗体在陆地表面的磷矿化动植物遗体在陆地表面的磷矿化磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋第31页，讲稿共47张，创作于星期二32Phosphateleachesfromphosphate-richrocksorfromfertilizersandent

20、ersplantsandotherPhosphateleachesfromphosphate-richrocksorfromfertilizersandentersplantsandotherproducerswhereitisincorporatedintobiologicalmolecules.Thesearepassedthroughtheproducerswhereitisincorporatedintobiologicalmolecules.Thesearepassedthroughthetrophiclevels.trophiclevels.BIOGEOCHEMICAL CYCLE

21、-PHOSPHORUS第32页，讲稿共47张，创作于星期二33磷的循环磷的循环1012gP第33页，讲稿共47张，创作于星期二34一个池塘生态系统的磷循环一个池塘生态系统的磷循环第34页，讲稿共47张，创作于星期二35生态系统的磷循环第35页，讲稿共47张，创作于星期二36硫循环硫循环第36页，讲稿共47张，创作于星期二37酸雨的形成第37页，讲稿共47张，创作于星期二38ACID RAIN IN THE UNITES STATESThemostacidicrainisconcentratedinthenortheast,butthousandsoflakesThemostacidicrain

22、isconcentratedinthenortheast,butthousandsoflakesinthewestarealsovulnerable.inthewestarealsovulnerable.第38页，讲稿共47张，创作于星期二39ACID RAIN IN THE WORLD第39页，讲稿共47张，创作于星期二40伦敦烟雾事件伦敦烟雾事件伦敦伦敦19521952年年2 2月月5 5日到日到8 8日，雾大无风，日，雾大无风，家庭和工厂排出的烟尘经久不散，大气家庭和工厂排出的烟尘经久不散，大气中中SOSO2 2含量含量3.83.8毫克毫克/立方米，烟尘立方米，烟尘4.54.5毫克，居民

23、普遍呼吸困难、咳嗽、喉痛、毫克，居民普遍呼吸困难、咳嗽、喉痛、呕吐和发烧，呕吐和发烧，4 4天内死亡约天内死亡约40004000人人第40页，讲稿共47张，创作于星期二41有毒有害物质循环有毒有害物质循环有毒有害物质循环：对有机体有毒有害有毒有害物质循环：对有机体有毒有害物质进入生态系统后，沿着食物链在生物质进入生态系统后，沿着食物链在生物体内富集或被分解的过程物体内富集或被分解的过程生物放大作用：某些物质当他们沿食物生物放大作用：某些物质当他们沿食物链移动时，既不被呼吸消耗，又不容易链移动时，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是浓集在有机体的组织中，被排泄，而是浓集在有机体的组织中，这一现象

24、称为生物放大作用这一现象称为生物放大作用第41页，讲稿共47张，创作于星期二42有毒有害物质循环的实例有毒有害物质循环的实例DDTDDTDDTDDT是人工合成的有机氯杀虫剂是人工合成的有机氯杀虫剂DDTDDT不溶于水，而溶于脂肪，极易通过食物链而浓集不溶于水，而溶于脂肪，极易通过食物链而浓集DDTDDT通过食物链进入动物体后，使钙代谢功能丧失，从而使通过食物链进入动物体后，使钙代谢功能丧失，从而使鸟类蛋壳变薄，雌鸟孵卵时将蛋压破，从而使禽类的数量减鸟类蛋壳变薄，雌鸟孵卵时将蛋压破，从而使禽类的数量减少少危害危害消灭害虫的同时，无选择地将益虫、益鸟和害虫的天敌杀消灭害虫的同时，无选择地将益虫、益

25、鸟和害虫的天敌杀死死如美国加利福尼亚州，由于滥用如美国加利福尼亚州，由于滥用DDTDDT，19671967年有年有19%19%的的蜜蜂被杀死，导致水果和蜂蜜急剧减产蜜蜂被杀死，导致水果和蜂蜜急剧减产第42页，讲稿共47张，创作于星期二43BIOMAGINIFICATION OF DDT第43页，讲稿共47张，创作于星期二44BIOMAGINIFICATION OF DDTBIOMAGINIFICATION OF DDT水体中的水体中的DTTDTT浓度约为浓度约为0.00005ppm 0.00005ppm 浮游生物浮游生物 0.04 ppm0.04 ppm刚毛藻刚毛藻 0.08 ppm0.08

26、ppm网茅网茅 0.33 ppm0.33 ppm螺螺 0.26 ppm 0.26 ppm 蛤蛤 0.42 ppm 0.42 ppm 鱼鱼 1.24 ppm1.24 ppm燕鸥燕鸥 3.42 ppm3.42 ppm河鸥幼体河鸥幼体 55.3 ppm 55.3 ppm 成体成体18.5 ppm18.5 ppm秋沙鸭秋沙鸭 22.8 ppm22.8 ppm鹭鸟鹭鸟 26.4 ppm26.4 ppm银鸥银鸥 75.5 ppm75.5 ppm第44页，讲稿共47张，创作于星期二45汞汞日本一家工厂把含汞的未加处理的废气废渣排入日本一家工厂把含汞的未加处理的废气废渣排入水俣湾，汞进入鱼虾体内，经食物链传递

27、到人体水俣湾，汞进入鱼虾体内，经食物链传递到人体内积存，引起甲基汞慢性中毒内积存，引起甲基汞慢性中毒19531953年开始出现发病，病人手脚麻木，听觉失年开始出现发病，病人手脚麻木，听觉失灵，运动失调，严重时呈疯癫状态，直至死亡，灵，运动失调，严重时呈疯癫状态，直至死亡，人称水俣病人称水俣病水俣湾中螃蟹体内含汞水俣湾中螃蟹体内含汞24ppm24ppm，受害人肾中含，受害人肾中含14ppm14ppm，而鱼的允许水平为，而鱼的允许水平为0.5ppm0.5ppm第45页，讲稿共47张，创作于星期二46关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约约（POPs公约，公约，2004.5）首批列入公约受控名单的POPs有12种，分别为滴滴涕、六氯苯、氯丹、灭蚁灵、毒杀酚、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、多氯联苯、多氯代二苯并二恶英(下称“二恶英”)和多氯代二苯并呋喃(下称“呋喃”)第46页，讲稿共47张，创作于星期二03.10.2022感感谢谢大大家家观观看看第47页，讲稿共47张，创作于星期二