07物流

7.生态系统中的物质循环CGCao7.1物质循环的基本原理7.2几种重要循环的概述7.3物质循环与环境问题7.1物质循环的基本原理7.1.1物质循环的有关概念7.1.2物质循环的基本形式7.1.3物质循环的类型7.1.4物质循环的特点定义：生态系统中各元素和化合物沿着特定的途径从生物到环境，在从环境到生物，不断往复循环的过程。1.生物地球化学循环CGCao7.1.1物质循环的有关概念2.库和流库：流：物质在循环过程中被暂时固定、贮存的场所。CGCao库：流：储存库交换库即环境库，容积较大，物质交换活动缓慢。如大气库、土壤库、水体库等。2.库和流CGCao库：流：储存库交换库即生物库，容积较小，与外界物质交换活跃。如植物库、动物库、微生物库。CGCao2.库和流库：流：储存库交换库物质在库与库之间的转移运动状态。CGCao2.库和流周转率：指系统达到稳定状态后，某一组分（库）中的物质在单位时间内所流出的量或流入的量占库存总量的分数值。单位时间交换量周转率=————————库存量周转期：是库中物质全部更换平均需要的时间，也是周转率的倒数。3.周转率、周转期CGCao•在生物量的周转中，往往用更新率、更新期的概念，其含义同周转率、周转期•如某一森林的现存量为324t/hm2，年净生产量为28.6t/hm2，其更新率=28.6／324=0.088,更新期约11.3年。•如某一水体中浮游生物的现存量为0.07t/hm2，年净生产量为4.1t/hm2，其更新率=4.1／0.07=59，更新期只有6.23天。3.周转率、周转期CGCao7.1.2物质循环的基本形式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）两种基本形式指化合物或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排队泄物形式将物质或元素返回环境，经过五大自然圈循环后，再被生物利用的过程。特点：时间长，范围广，是闭合式的循环。福岛核电站排放辐射性污水进入海里■5年后可到达北美■10年后到达亚洲东部■30年后扩散至整个太平洋1.地质大循环CGCao水的地质大循环CGCao生态系统环境中的元素或化合物被生物利用后返回环境，不经五大自然圈层的循环，又相继被生物利用的过程。特点：时间短、范围小，是开放式的循环。2.生物小循环CGCaoCa的生物小循环CGCao主要特征气相型循环沉积型循环元素类型有气态化合物或分子（C、H、O、N、CL等）无气态化合物或分子（P、CA、K、NA、MG等）主要贮存库大气圈、水圈岩石圈、土壤圈循环速度快慢运动方式扩散沉降、抬升、风化、溶解抗干扰能力强弱循环性质完全循环不完全循环7.1.3物质循环的类型CGCao•物质不灭，循环往复•物质循环与能量流动不可分割，相辅相成•物质循环的生物富集•没有生物则难于循环•生态系统对物质循环有一定调节能力•各物质循环过程相互联系，不可分割。7.1.4物质循环的特点CGCao7.2.1水循环7.2.2碳循环7.2.3氮循环7.2.4磷循环7.2.5硫循环7.2.6养分循环CGCao7.2几种重要循环的概述总体积约为14亿km3水，分布于海洋、冰川、地下水、内陆湖泊、大气五大水“库”中，咸水占水量97%，3%是淡水，其中3／4以固体状态固着在两极冰盖和冰川中，只有余下不到1%的水，才是供人类用的液态淡水。7.2.1水循环CGCao水的大循环CGCao水的小循环水分循环平衡:降雨=植被水+土壤水+地下水+地表水+蒸发腾水1960年以来对地表径流人工控制能力增长3倍；水库蓄水量达到湖泊和河流的3－6倍，占将近一半的可利用水资源水资源利用每10年增加20％，15－35％地区出现过度利用，在21世纪将成为制约全球社会经济发展的主要生态因素人类活动深刻地改变了水的生物地球化学循环VörösmartyandSahagian2000当前水资源过度利用地区未来50年水资源短缺地区(1)植被破坏(2)水利工程(3)开采地下水(4)水体污染人类对水循环的影响及水问题CGCao(1)植被破坏CGCao(2)水利工程如修筑水库，塘堰可扩大自然蓄水量；而围湖造田又使自然蓄水容积减小，尤其是大量季节性降水因保蓄力削弱而流走，造成短期洪涝灾害，并同时降低了地下水库的补给，也引起严重的土壤和养分流失。CGCaoCGCao(3)开采地下水由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用于工、农业及城市发展，不但使地表、地下水贮量下降，出现地下漏斗及地上的断流，造成次生盐渍化；也使下游水源减少，水位下降，水质恶化，沿海出现海水入侵，加重了干旱化和盐渍化威胁。CGCaoCGCao(4)水体污染CGCao碳的大循环CGCao7.2.2碳循环碳的小循环CGCaoCGCao植被破坏：20亿吨土壤破坏：20亿吨矿物燃烧：60亿吨人类影响追加给大气的CO2碳循环失调造成的环境问题——温室效应GreenhouseeffectGlobalwarming碳循环失调造成的环境问题——温室效应GreenhouseeffectGlobalwarming温室气体温室气体除了二氧化碳(CO2)外，还包括甲烷(CH4)、氧化氮(N2O)和碳氟氯烷(CFC)、臭氧(O3)等。其中CO2的作用约占全部温室气体作用的50%以上,大气中的水蒸气也对温室效应起着重要作用CGCaoGreenhousegas：CO2、CFC、CH4、N2O(近年的浓度变化）CO21750:280ppmNow:360ppmN2O1750:280ppbNow:314ppbCH41750:0.7ppmNow:1.7ppmCFC(1)在能量供求方面；(2)北冰洋飘浮海冰和南极西部冰山的融化。(3)世界生物群落的分布主要取决于气候，尤其是温度和降雨。(4)由于沿岸和表层水温升高，造成海洋上升流减少，(5)全球变暖可能造成某些疾病发病率的升高。(6)气候变暖将大大影响食物生产的分布和稳定性。全球变暖对生态系统的影响CGCaoN的大循环N的小循环CGCao7.2.3氮循环生物固氮：每年约5400万吨工业固氮：每年约6680万吨高能固氮：每年约760万吨氮的固定CGCao反硝化有机物的燃烧淋溶流失挥发氮的损失CGCao人类活动对氮循环的影响•人为的固氮作用使大气库中的N减少，陆地和海洋中N增加，其中主要流向海洋。•氮氧化物的流量和大气圈中的存量在不断增加人工氮固定成为土壤和水环境主要污染源，导致N2O（温室效应比CO2高2个数量级）排放量指数增长氮循环：人工固氮能力超过自然过程的总和，生态系统有效氮输入量增加1倍；人类活动深刻地改变了生态系统物质循环人工固氮能力和氮肥施用量的增长Gallowayetal.2002MosierandKroeze,2001全球农业系统N2O排放量(1)水体富营养化(2)地下水中的N2O-、NO3-具有致癌作用(3)臭氧层的破坏(4)光化学烟雾氮循环失调造成的环境问题CGCao水体富营养化的过程营养物质进入水体水中微生物滋生爆发性增长死亡分解消耗氧气氧气不足厌气分解产生有毒物质水体变坏水体富营养化的危害水中溶解氧气减少，水生生物无法生存CGCaoTheozoneholeThissatellitepictureoftheAntarcticozoneholewastakenonOctober,1993.Therewas15%lessozoneoverAntarcticin1993thanayearearlier,leavingtheprotectiveshieldatlessthanone-thirditsnormalthickness.臭氧层破坏臭氧层破坏危害（1）对人体健康的影响。（2）对生态系统的影响。（3）对空气质量及全球变暖的影响（4）对材料的影响。CGCaoCGCao光化学烟雾7.2.4磷循环(沉积型）CGCao7.2.5硫循环（气相型兼沉积型）CGCao硫循环的环境问题(1)酸雨:酸雨指PH值小于5.6的雨、雾、雪、霜的统称。主要由SO2引起的。(2)酸雨的危害:土壤酸化、贫瘠化，毒害植物根系，危害生物生长。(3)水体富营养化7.2.6农田养分循环N、P、K等营养元素在人为影响下的运动叫农田养分循环一般模式是：土壤——植物——动物——土壤CGCao7.2几种重要循环的概述水循环CGCao保持农田养分循环平衡的途径•合理施肥•合理种植•农产品就地加工•农林牧副渔结合•解决农村能源•有目的积肥CGCao7.3物质循环与环境问题7.3.1环境污染与污染生态学7.3.2生物放大作用与有毒有害物质的循环7.3.3化学农药与物质循环7.3.4化学肥料与物质循环7.3.5环境污染的生物监测7.3.6环境污染的生物防治CGCao环境污染是指人类直接、间接制造或所用物品的废弃物等排放到环境中，其数量超过了环境的自净能力，使环境的理化和生物学性状发生了有害的改变。7.3.1环境污染与污染生态学1.环境污染环境污染的根本问题•元素或物质在局部积累CGCao物质循环的平衡•输入输出平衡•元素在各个环节运动速度均衡•系统内各元素的比例均衡•按环境要素分大气污染水体污染土壤污染•按污染物分非降解性污染(Nonbiodegradablepollution)降解性污染(Biodegradalepollution)•按污染来源分面源污染(Non-pointedpollution)点源污染(Pointedpollution)环境污染的分类2.环境污染的类型污染源：工业污染型农业污染型生活污染型交通污染型污染物：烟雾粉尘微粒有害气体（1）大气污染CGCao（2）水体污染①水体富营养化②重金属污染③热污染水体污染的三个主要方面：CGCao大气污染型水体污染型农业污染型固体污染型生物污染型土壤污染（3）土壤污染CGCao7.3.2有毒有害物质的循环与生物放大作用1.有毒有害物质有毒化合物有毒重金属的循环放射性元素的循环食物链富集作用：又叫生物放大作用，指一些难降解的有毒物质沿食物链传递时，其浓度随营养级的升高不断增加的现象。2.食物链浓集作用DDT在生态系统中的富集作用CGCao7.3.3化学农药与物质循环CGCao农药在自然界中的转移CGCao有机氯农药（BHC）沿食物链及在牛肉、牛奶和人体内的富集CGCao化肥与土壤性质化肥与重金属污染化肥与水体富营养化化肥与硝酸盐污染7.3.4化学肥料与物质循环CGCao7.3.5环境污染的生物监测1生物监测与指示植物(1)生物监测（Biologicalmonitoring）：利用生命系统各层次对自然或人为因素引起环境变化的反应来判定环境质量。(2)生物监测方法从生物学层次来分，主要包括生态监测(群落生态和个体生态)、生物测试(急性毒性测定、亚急性毒性测定和慢性毒性测定)以及分子、生理、生化指标和污染物在体内的行为等几个方面2.指示生物(indicatororganism)是一些对环境中的某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物。通过其所作的反应可了解环境的现状和变化，起“预警”功能。SO2监测植物——矮牵牛指示植物3.大气污染的生物监测敏感植物用于大气污染的监测大气污染的动物监测金丝雀、老鼠、鸡等来探测矿井中瓦斯毒气蜜蜂——理想的大气监测生物砷、氟化物、铅、汞、臭氧等引起的污染可缩短蜜蜂的寿命，甚至死亡。（可了解污染物的种类、水平）4.水体污染的生物监测滇池不同污染水平下，水生植被的变化无污染：轮藻生长繁茂，其它各类植物可正常生长轻度污染：敏感植物海菜花、轮藻逐渐消失中度污染：抗性强的红线草、狐尾藻等繁茂生长严重污染：各种高等沉水植物全部死亡水污染的植物监测长江中下游湖泊富营养化过程中沉水植被演替模式水污染的动物监测颤蚓类生物如霍莆水死蚓、颤蚓等在污染水体，尤其是有机污染水体中数量多、种类单纯，可用单位面积的颤蚓数作为水污染程度的指标。未污染：低于100条/m2轻度污染：100~999条/m2中度污染：1000~5000条/m2严重污染：大于5000条/m24.