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 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 §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 生物地化循环 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 ( biogeochemical cycle),即物质循环( cycling of material。 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。 生物积累、生物浓缩和生物放大 ·生物积累( bioaccumulation)2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)2指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者
1 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 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 §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 生物地化循环 ⚫ 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 (biogeochemical cycle) ，即物质循环(cycling of material) 。 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。 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。 生物地化循环的类型 水循环 气体型循环 沉积型循环 §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 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。 水循环示意图 §3气体型循环( gaseous cycle) 氧循环 碳循环 氮循环 氧循环( oxygen cycle) 碳循环( carbon cycle 氮循环( nitrogen cycle) §4沉积型循环( (sedimentary cycle) 磷循环 硫循环 磷循环( phosphorus cycle)
2 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。 生物地化循环的类型 ⚫ 水循环 ⚫ 气体型循环 ⚫ 沉积型循环 §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。 水循环示意图 §3 气体型循环(gaseous cycle) ⚫ 氧循环 ⚫ 碳循环 ⚫ 氮循环 氧循环(oxygen cycle) 碳循环(carbon cycle) 氮循环(nitrogen cycle) §4 沉积型循环(sedimentary cycle) ⚫ 磷循环 ⚫ 硫循环 磷循环（phosphorus cycle）
沉积型循环 硫循环( sulfur cycle) §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一汞循环 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。 有毒物质的迁移和转化 迁移( trans port)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 汞循环( mercury cycle) §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。 §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
3 沉积型循环 硫循环（sulfur cycle） §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 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。 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。 汞循环(mercury cycle) §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。 §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: 冷碘缺乏:缺碘症:甲状腺肿大,智力低下,影响胎儿发育等。 冷硒缺乏:引起克山病、大骨节病,也被认为是引起癌症的主要因素。 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 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 第三节思考题 何谓生物地化循环?有哪些主要特点? 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 说明。 用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环 什么是一次污染物、二次污染物? 说明放射性核素在生态系统中的迁移特点。 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。 以碳、氮为例,说明生物地球化学循环的基本过程及特点 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
4 ⚫ 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。 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 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. 第三节 思考题 ⚫ 何谓生物地化循环？有哪些主要特点？ ⚫ 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。 ⚫ 用图解和叙述的方式介绍一种沉积型物质循环。 ⚫ 什么是一次污染物、二次污染物？ ⚫ 说明放射性核素在生态系统中的迁移特点。 ⚫ 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。 ⚫ 以碳、氮为例，说明生物地球化学循环的基本过程及特点。 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