第三章 生态系统的养分循环 Nutrient Cycle

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1 第三章 生态系统的养分循环 Nutrient Cycle
内容 植物体内的养分元素 地球化学循环生物地球化学循环 生物化学循环 三种主要元素的循环 森林生态系统生物地球化学循环的效能 森林经营对森林生物地球化学循环的影响 小结

2 能量流动与物质循环的关系 Sun 热 热 热 热 空气 水 无机盐 生产者 食草动物 食肉动物 分解者 热 物质流 能量流 第二级食肉动物
● Sun 能量流动与物质循环的关系 热 热 热 空气 水 无机盐 热 生产者 食草动物 食肉动物 第二级食肉动物 物质流 分解者 能量流 热

3 重要元素：植物正常生长和代谢所必需的元素。其中，其浓度仅有若干ppm的称作微量元素，而浓度可用百分数表示的可称为大量元素;
● 植物体内的养分元素 重要元素：植物正常生长和代谢所必需的元素。其中，其浓度仅有若干ppm的称作微量元素，而浓度可用百分数表示的可称为大量元素; 大量元素：氢、碳、氧、氮、钾、钙、镁、磷、硫; 微量元素：氯、硼、铁、锰、锌、铜、钼 生物体中主要的化学元素：氢、碳、氧、氮.

4 是指不同生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。
● 地球化学循环 是指不同生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。 库：化学元素交换过程中，暂时停留的某一空间或物质形态。如CO2的库有：大气、植被、海洋、煤矿、碳酸盐等。 流：化学元素在各个库之间交换过程。如碳以CO2形式从大气进入植物体内，以有机物形式储存。

5 是指不同生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。
● 地球化学循环 是指不同生态系统之间化学元素的交换，空间范围大。 1、气态循环 C、N、O等主要以气态形式输入输出，往返于各个生态系统。 为什么气态循环引起人们极大的重视？ 人类的活动每天都有大量CO、CO2、硫和氮的氧化物，以及各种有机物质和农药进入气态循环。从而改变了这些物质在各个库中的数量或浓度，造成严重后果。 典型后果： 酸雨 温室效应

6 地球化学循环中，大部分属于沉积循环类型。
● 地球化学循环 2、沉积循环 地球化学循环中，大部分属于沉积循环类型。 气象途径：如空气尘埃和降水的输入以及风侵蚀和搬运的输出 （生长在极贫瘠土壤上的森林，化学沉降物的输入有可能使其达到较高的生产量。） 生物途径：动物的活动及人们从事农林经营活动可使养分在生态系统之间发生再分配。 例如：不合理的经营活动导致水土流失。 地质水文途径：如来自于岩石、溪水中的养分输入。以及土壤水或地表水溶解的养分、土粒和有机物质从系统的输出。

7 生态系统内部化学元素的交换。空间范围不大。
● 生物地球 化学循环 生态系统内部化学元素的交换。空间范围不大。 植物在系统内就地吸收养分，又通过落叶归还到同一地方。绝大多数的养分可以有效地保留，积累在本系统之内。

8 生物地球化学循环包括： （一）植物对养分的吸收 （二）植物体内养分的分配 （三）植物养分的损失 大部分养分从土壤溶液中吸收； 菌根营养
2017/9/11 生物地球化学循环包括： （一）植物对养分的吸收 大部分养分从土壤溶液中吸收； 菌根营养 （二）植物体内养分的分配 （三）植物养分的损失 雨水的淋失 草食动物的取食 生殖器官的消耗 凋落物损失的养分

9 凋落物分解和养分的释放是森林生物地球化学循环中最重要的一环。分解过快或过慢对森林生长都不利。
2017/9/11 （四）凋落物的分解 凋落物分解和养分的释放是森林生物地球化学循环中最重要的一环。分解过快或过慢对森林生长都不利。 思考：热带雨林生产力高，生长快，但也最脆弱，为什么？

10 指养分在生物体内的再分配，也是植物保存养分的重要途径。
● 生物化学循环 指养分在生物体内的再分配，也是植物保存养分的重要途径。 一般在老叶枯落之前，叶内的大部分养分转移到新生叶中。

11 碳循环 ● 几种主要 元素的循环 从大气中的CO2储库开始，绿色植物（生产者）在光合作用时，把碳从大气中取出，结合到碳水化合物中的分子中，然后，经过消费者和分解者，在呼吸和残体腐烂分解时，再回到大气。 全球储存碳的数量约26×1018吨，但绝大部分以碳酸盐形式禁锢在岩石圈中。只有极少量碳参与经常性流动和圈层间的交换。 各类生态系统固定碳的速率差别很大。 全世界森林的储碳量为 亿吨。

12 碳循环 ● 几种主要 元素的循环 全球的植被和海洋是大气中CO2两个重要的调节器。大气中CO2浓度增加时，会有更多气体溶于海水，相反，大气CO2减少，海水中CO2又返回大气。 然而由于人类活动大量排放CO2 ，森林植被的严重破坏和减少，大气中CO2浓度正逐步提高，并产生“温室效应”。

13 碳循环 ● 几种主要 元素的循环

14 碳循环 ● 几种主要 元素的循环 北方林土壤储存了大量的有机碳，但在气候升高后，有机碳分解加快，可能导致森林碳汇碳源角色的转变。但据研究报道在广东这样的高温地区，成熟林的土壤却一直在积累有机碳（周国逸）。 思考一下：大气中CO2含量增加对植物生长有多大的促进作用？

15 氮循环 几种主要 元素的循环 大气是主要的氮库，大气体积的78%为分子态氮。 生态系统氮的来源：
● 几种主要 元素的循环 大气是主要的氮库，大气体积的78%为分子态氮。 生态系统氮的来源： 雷电：把大气中的氮，氧化成硝酸盐及其它含氮的氧化物，再由降水带入土壤，参与氮的循环。 生物固氮：固氮细菌从土壤和大气中吸收氮素。 工业固氮：如化肥厂。

16 氮循环 ● 几种主要 元素的循环

17 氮循环 几种主要 元素的循环 蛋白质等的形成离不开氮，人类通过生产施用氮肥，大大提高了农业产量。
● 几种主要 元素的循环 蛋白质等的形成离不开氮，人类通过生产施用氮肥，大大提高了农业产量。 即使大气中CO2浓度升高促进了植物生长，最终也会由于土壤中氮素的耗竭而失去其促进作用。 硝化细菌把铵盐氧化成亚硝酸盐，再进一步氧化成硝酸盐，可能是生物圈中最有生态意义的生物－氮循环作用。

18 氮循环 几种主要 元素的循环 小常识：用鱼缸养鱼为什么要定期换水？
● 几种主要 元素的循环 小常识：用鱼缸养鱼为什么要定期换水？ 食物的残渣、鱼的粪便等含有有机氮，分解过程中产生氨，使鱼儿中毒死亡，因此要定期换水。 能够实现内部水循环过滤的水族箱，由于过滤系统培养了大量的硝化细菌，能够将氨最终转变为无毒的硝酸盐，从而可以推迟换水期限。 因此，把鱼养好的关键就是在过滤系统中培养出足够量的硝化细菌。

19 磷循环 几种主要 磷的主要来源：磷酸盐岩石和沉积物、鸟粪、动物骨骼等。 元素的循环
● 几种主要 元素的循环 磷的主要来源：磷酸盐岩石和沉积物、鸟粪、动物骨骼等。 磷在生物中含量少，但绝不可缺少。由于磷的难溶性，往往是植物生产力的主要限制因素。如果适当增加土壤中可利用的磷肥，大多数陆地生态系统的生产力，便可能明显增加。 磷在江河及湖泊中的含量是有限的，我国南方红黄壤地区土壤中普遍缺磷。在生物圈中磷的数量正在减少，很多磷进入海洋沉积起来。

20 磷循环 ● 几种主要 元素的循环 然而，一旦江河、湖泊中磷含量提高，会引起藻类暴长。出现“富营养化”。

21 磷循环 ● 几种主要 元素的循环

22 硫循环 硫的主要储库：硫酸盐如石膏，也有少量存在于大气，主要是SO2和H2S。 几种主要 元素的循环
● 几种主要 元素的循环 硫的主要储库：硫酸盐如石膏，也有少量存在于大气，主要是SO2和H2S。 硫的来源：沉积岩石的风化、化石燃料（特别是煤）的燃烧、火山喷发和有机物的分解。

23 硫循环 几种主要 硫的沉积循环：硫酸盐的侵蚀和风化，土壤中的硫酸盐被淋溶掉或被微生物还原。 元素的循环
● 几种主要 元素的循环 硫的沉积循环：硫酸盐的侵蚀和风化，土壤中的硫酸盐被淋溶掉或被微生物还原。 硫的气态循环：大气中的硫主要是H2S和SO2。前者产生于火山喷发和细菌的还原，后者产生于化石燃料的燃烧。大气中硫的化合物通常很快氧化成亚硫酸盐和硫酸盐，被雨水带回土壤。 大气中亚硫酸盐和硫酸盐能与雨水结合形成硫酸，造成酸雨危害。

24 硫循环 ● 几种主要 元素的循环 酸雨危害

25 硫循环 ● 几种主要 元素的循环 酸雨危害

26 硫循环 ● 几种主要 元素的循环

27 有毒有害物质循环 其他 有毒有害物质循环是指对有机体有毒有害物质进入生态系统后，沿着食物链在生物体内富集或被分解的过程。
● 其他 有毒有害物质循环是指对有机体有毒有害物质进入生态系统后，沿着食物链在生物体内富集或被分解的过程。 生物放大作用（食物链浓集效应）：某些物质当他们沿食物链移动时，既不被呼吸消耗，又不容易被排泄，而是浓集在有机体的组织中，这一现象称为生物放大作用。

28 有毒有害物质循环 其他 实例：DDT 人工合成的有机氯杀虫剂。 危害：
● 其他 实例：DDT 人工合成的有机氯杀虫剂。 危害： （1）消灭害虫的同时，无选择地将益虫、益鸟和害虫的天敌杀死。如美国加利福尼亚州，由于滥用DDT，1967年有19%的蜜蜂被杀死，导致水果和蜜糖急剧减产。 DDT不溶于水，而溶于脂肪，极易通过食物链而浓集。 DDT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，雌鸟附卵时将蛋压破，从而使禽类的数量减少。

29 未经干扰的天然森林生态系统内，养分能够有效地积累和保存。 贫养土地上森林对养分的保持能力可以补充养分不足的问题
● 森林生态系统生物地球化学循环的效能 未经干扰的天然森林生态系统内，养分能够有效地积累和保存。 贫养土地上森林对养分的保持能力可以补充养分不足的问题

30 世界各地许多森林溪流水的共同特点是：养分含量极低。 森林生物地球化学循环的效能，为当前的环境问题提供了一种可能的解决办法。
● 森林生态系统生物地球化学循环的效能 世界各地许多森林溪流水的共同特点是：养分含量极低。 森林生物地球化学循环的效能，为当前的环境问题提供了一种可能的解决办法。

31 经营措施可以有利于养分循环和增加养分的有效性或者造成养分的损失；
● 森林经营对森林生物地球化学循环的影响 经营措施可以有利于养分循环和增加养分的有效性或者造成养分的损失； “全树利用”表面上是对林地生物量的充分利用，是一种节约的措施，然而却造成林地养分的巨大损失，完全破坏了森林的生物地球化学循环； 据研究温带森林，如按中等或较长的轮伐期（80-120年）并采用干材采伐方式，对林地养分的损失量不大。

32 重点 陆地生态系统中，养分元素的循环分为： 地球化学循环、生物地球化学循环、生物化学循环。 小结
2017/9/11 ● 重点 陆地生态系统中，养分元素的循环分为： 地球化学循环、生物地球化学循环、生物化学循环。 生态系统内部演化的过程，总是向着保持和贮存养分的方向发展。 森林中养分的管理主要是靠森林的自肥和永续。 为了保持森林的高产和永续经营，需要维护好森林生态系统内的生物地球化学循环，才能有效地保留现有养分不遭损失。 小结