安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-12009-7-19
第五章 生态系统生态学
第一节 生态系统的一般特征
第二节 生态系统的能量流动
第三节 生态系统的物质循环
第四节 自然生态系统
内容提要
单元测试安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-22009-7-19
第三节 生态系统的物质循环
§ 1 生物地化循环的概念
§ 2 水循环
§ 3 气体型循环
§ 4 沉积型循环
§ 5 有毒物质的迁移和转化
§ 6 放射性核素循环
§ 7 生物地化循环与人体健康
参考文献
思考题
预习内容
课堂讨论题安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-32009-7-19
§ 1 生物地化循环的概念
生物地化循环
生物地化循环的特点
生物地化循环的类型安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-42009-7-19
生物地化循环 (biogeochemical cycle)
矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地 (球 )化 (学 )循环，即物质循环
(cycling of material) 。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-52009-7-19
生物地化循环的特点
① 物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的；
②生物地化循环可以用 库 和 流通率 两个概念来描述。 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学物质所构成的，可分为 贮存库 和 交换库 。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积
(或单位体积 )和单位时间的移动量称 流通率 。
③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。
④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-62009-7-19
生物积累、生物浓缩和生物放大
生物积累 (bioaccumlation),指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。
生物浓缩 (bioconcentration),指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。
生物放大 (biomagnification),指生态系统的食物链上，
高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-72009-7-19
生物地化循环的类型
水循环
气体型循环
沉积型循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-82009-7-19
§ 2 水循环 (aquatic cycle)
水循环的意义：
水是所有营养物质的介质；
水对物质是很好的溶剂；
水是地质变化的动因之一。
水循环的途径
人类活动对水循环的影响：
空气污染和降水；
改变地面，增加径流；
过度利用地下水；
水的再分布。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-92009-7-19
水循环示意图西德地区的水循环示意图
（ Clodius and Keller,1951）
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§ 3 气体型循环 (gaseous cycle)
氧循环
碳循环
氮循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-112009-7-19
氧循环 (oxygen cycle)
H2O+CO2 → H 2CO3 → HCO3- +H+
↑
CO2
HCO3- →CO 32 -
Ca2+ →CaCO 3
O2
水体臭氧层沉积物火山作用
4FeO+O2→ 2FeO3
CO2CO
↑O2+2CO CO2
O2
O3
O2
O O
2 H
OH
H2OH2O
O
CO2
高能紫外辐射安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-122009-7-19
碳循环 (carbon cycle)
化泥碳煤大气中 CO2
CO2 碳化作用石油水生植物光合作用腐烂燃料呼吸作用光合作用腐烂扩散安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-132009-7-19
氮循环 (nitrogen cycle)
陆地陆地其它动植物蓝藻浅层死有机物溶解死有机物土壤中无机氮库 丢失于深层沉积中动植物活体 共生或自由生活的固氮微生物死有机体陆地 河流带走生物固氮大气库
N2
大气库
HN3,NO,NO2,
N2O,
工业固氮
（汽车,化肥,电厂）
脱氮闪电化学反应海洋火山作用降水大气安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-142009-7-19
§ 4 沉积型循环 (sedimentary cycle)
磷循环
硫循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-152009-7-19
磷循环（ phosphorus cycle）
沉积型循环 沉积物中的磷
（约为土壤和海洋中千倍以上）
陆地 海洋死有机物土壤中的无机磷活有机物死有机物深海的磷活有机物捕鱼鸟粪悬浮在水中随河水带走摄取排泄死亡下,沉分解沉积溶解于水上升风化开采摄取排泄死亡上涌安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-162009-7-19
硫循环（ sulfur cycle）
陆地 海洋沉积物（ CaSO4,FeS2）
溶解的
SO42-
SO2
H2S
S
CaSO4 FeS2
死有机物活有机物
SO42-
降水
SO2,SO42-
扩散海浪
SO42-
大气上升，分化
SO2
FeS2
死有机物活有机物
SO42-
H2S
S
分解化肥工业
SO42-
摄取扩散火山活动 H2S,SO2,SO42-
植物摄取
SO2,SO42-降水
SO2,SO42-
化石燃烧
SO2
H2S,SO2,SO42-
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§ 5 有毒物质的迁移和转化
有毒物质的类型
有毒物质的迁移和转化
有毒物质循环的典型代表 ----汞循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-182009-7-19
有毒物质的类型
有毒物质 (toxic substance)又称污染物
(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。
按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。
前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；
后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-192009-7-19
有毒物质的迁移和转化
迁移 (transport)是重要的物理过程,包括分散、
混合、稀释和沉降等；
转化 (transformation)主要是通过氧化、还原、
分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-202009-7-19
汞循环 (mercury cycle)
火山活动 化石燃烧降水 挥发挥发沉积物农田风化和淋溶作用农药喷洒径流
(CH3)2HgHg2＋
CH3Hg
鱼水生植物水鸟工厂汞的废物捕鱼由河水带走
(中性 pH)
(酸性 pH)
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§ 6 放射性核素循环
放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。
放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，
通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。
人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。
放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，
有的放射物质在体内可存留 14年之久。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-222009-7-19
§ 7 生物地化循环与人体健康
地方病,自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，
常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，
从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，
故称,地方病,。
微量元素循环,地方病大多数与微量元素有关。
碘的循环与分布特点,碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。
微量元素与人体健康,
碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。
硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-232009-7-19
课堂讨论题 — 根据物质循环的有关原理，如何看待发展核能和战争中使用核武器。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-242009-7-19
第三节 参考文献
孙儒泳,,动物生态学原理,(第三版 ),北京师范大学出版社,2001.
蔡晓明编著,,生态系统生态学,,科学出版社,2000.
尚玉昌,蔡晓明编,,普通生态学,,北京大学出版社,1992.
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-252009-7-19
第三节 思考题
1,何谓生物地化循环？ 有哪些主要特点？
2,概述生态系统中碳循环的主要过程和特点,并对,温室效应,的形成机制作一说明 。
3,用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环 。
4,什么是一次污染物,二次污染物？
5,说明放射性核素在生态系统中的迁移特点 。
6,什么是,地方病,,列举一种地方病,并说明与生物地化循环的关系 。
7,以碳,氮为例,说明生物地球化学循环的基本过程及特点 。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-262009-7-19
预习内容
第三节 自然生态系统阅读：
,普通生态学,第四章 地球上的主要群落类型及其分布
,环境生态学,第六章 生物圈主要生态系统及自然资源保护
第五章 生态系统生态学
第一节 生态系统的一般特征
第二节 生态系统的能量流动
第三节 生态系统的物质循环
第四节 自然生态系统
内容提要
单元测试安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-22009-7-19
第三节 生态系统的物质循环
§ 1 生物地化循环的概念
§ 2 水循环
§ 3 气体型循环
§ 4 沉积型循环
§ 5 有毒物质的迁移和转化
§ 6 放射性核素循环
§ 7 生物地化循环与人体健康
参考文献
思考题
预习内容
课堂讨论题安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-32009-7-19
§ 1 生物地化循环的概念
生物地化循环
生物地化循环的特点
生物地化循环的类型安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-42009-7-19
生物地化循环 (biogeochemical cycle)
矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地 (球 )化 (学 )循环，即物质循环
(cycling of material) 。
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生物地化循环的特点
① 物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的；
②生物地化循环可以用 库 和 流通率 两个概念来描述。 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学物质所构成的，可分为 贮存库 和 交换库 。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积
(或单位体积 )和单位时间的移动量称 流通率 。
③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。
④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。
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生物积累、生物浓缩和生物放大
生物积累 (bioaccumlation),指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。
生物浓缩 (bioconcentration),指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。
生物放大 (biomagnification),指生态系统的食物链上，
高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。
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生物地化循环的类型
水循环
气体型循环
沉积型循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-82009-7-19
§ 2 水循环 (aquatic cycle)
水循环的意义：
水是所有营养物质的介质；
水对物质是很好的溶剂；
水是地质变化的动因之一。
水循环的途径
人类活动对水循环的影响：
空气污染和降水；
改变地面，增加径流；
过度利用地下水；
水的再分布。
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水循环示意图西德地区的水循环示意图
（ Clodius and Keller,1951）
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§ 3 气体型循环 (gaseous cycle)
氧循环
碳循环
氮循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-112009-7-19
氧循环 (oxygen cycle)
H2O+CO2 → H 2CO3 → HCO3- +H+
↑
CO2
HCO3- →CO 32 -
Ca2+ →CaCO 3
O2
水体臭氧层沉积物火山作用
4FeO+O2→ 2FeO3
CO2CO
↑O2+2CO CO2
O2
O3
O2
O O
2 H
OH
H2OH2O
O
CO2
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碳循环 (carbon cycle)
化泥碳煤大气中 CO2
CO2 碳化作用石油水生植物光合作用腐烂燃料呼吸作用光合作用腐烂扩散安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-132009-7-19
氮循环 (nitrogen cycle)
陆地陆地其它动植物蓝藻浅层死有机物溶解死有机物土壤中无机氮库 丢失于深层沉积中动植物活体 共生或自由生活的固氮微生物死有机体陆地 河流带走生物固氮大气库
N2
大气库
HN3,NO,NO2,
N2O,
工业固氮
（汽车,化肥,电厂）
脱氮闪电化学反应海洋火山作用降水大气安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-142009-7-19
§ 4 沉积型循环 (sedimentary cycle)
磷循环
硫循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-152009-7-19
磷循环（ phosphorus cycle）
沉积型循环 沉积物中的磷
（约为土壤和海洋中千倍以上）
陆地 海洋死有机物土壤中的无机磷活有机物死有机物深海的磷活有机物捕鱼鸟粪悬浮在水中随河水带走摄取排泄死亡下,沉分解沉积溶解于水上升风化开采摄取排泄死亡上涌安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-162009-7-19
硫循环（ sulfur cycle）
陆地 海洋沉积物（ CaSO4,FeS2）
溶解的
SO42-
SO2
H2S
S
CaSO4 FeS2
死有机物活有机物
SO42-
降水
SO2,SO42-
扩散海浪
SO42-
大气上升，分化
SO2
FeS2
死有机物活有机物
SO42-
H2S
S
分解化肥工业
SO42-
摄取扩散火山活动 H2S,SO2,SO42-
植物摄取
SO2,SO42-降水
SO2,SO42-
化石燃烧
SO2
H2S,SO2,SO42-
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§ 5 有毒物质的迁移和转化
有毒物质的类型
有毒物质的迁移和转化
有毒物质循环的典型代表 ----汞循环安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-182009-7-19
有毒物质的类型
有毒物质 (toxic substance)又称污染物
(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。
按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。
前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；
后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-192009-7-19
有毒物质的迁移和转化
迁移 (transport)是重要的物理过程,包括分散、
混合、稀释和沉降等；
转化 (transformation)主要是通过氧化、还原、
分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。
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汞循环 (mercury cycle)
火山活动 化石燃烧降水 挥发挥发沉积物农田风化和淋溶作用农药喷洒径流
(CH3)2HgHg2＋
CH3Hg
鱼水生植物水鸟工厂汞的废物捕鱼由河水带走
(中性 pH)
(酸性 pH)
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§ 6 放射性核素循环
放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。
放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，
通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。
人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。
放射性物质由食物进入人体，随血液循环遍布全身，
有的放射物质在体内可存留 14年之久。
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§ 7 生物地化循环与人体健康
地方病,自然界由于环境条件的不同，地表元素发生迁移，
常造成一些元素在地表分布的不均。这种生物地化循环时常导致某些生态系统中生命元素含量的异常，或不足，或过剩，
从而造成植物、动物乃至人类的疾病。这种疾病常呈区域性，
故称,地方病,。
微量元素循环,地方病大多数与微量元素有关。
碘的循环与分布特点,碘由陆地随水进入海洋，由海洋逸出进入大气，再通过降水进入陆地，形成一个大循环。在生物中，通过海洋、陆地两个食物链保持碘的生态平衡。山区少于平原，平原少于沿海，沿海少于海洋。
微量元素与人体健康,
碘缺乏：缺碘症：甲状腺肿大，智力低下，影响胎儿发育等。
硒缺乏：引起克山病、大骨节病，也被认为是引起癌症的主要因素。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-232009-7-19
课堂讨论题 — 根据物质循环的有关原理，如何看待发展核能和战争中使用核武器。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-242009-7-19
第三节 参考文献
孙儒泳,,动物生态学原理,(第三版 ),北京师范大学出版社,2001.
蔡晓明编著,,生态系统生态学,,科学出版社,2000.
尚玉昌,蔡晓明编,,普通生态学,,北京大学出版社,1992.
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第三节 思考题
1,何谓生物地化循环？ 有哪些主要特点？
2,概述生态系统中碳循环的主要过程和特点,并对,温室效应,的形成机制作一说明 。
3,用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环 。
4,什么是一次污染物,二次污染物？
5,说明放射性核素在生态系统中的迁移特点 。
6,什么是,地方病,,列举一种地方病,并说明与生物地化循环的关系 。
7,以碳,氮为例,说明生物地球化学循环的基本过程及特点 。
安徽大学精品课程课件 ·,生态学,5-3-262009-7-19
预习内容
第三节 自然生态系统阅读：
,普通生态学,第四章 地球上的主要群落类型及其分布
,环境生态学,第六章 生物圈主要生态系统及自然资源保护
