第十四章生态系统的物质循环
生态系统中的物质循环课件
部分无机氮通过淋溶、径流和挥发等途径损失出生态系统 ，对环境造成潜在影响。
人类活动对氮循环影响
工业革命后氮肥的大量使用
人类自工业革命以来大量使用氮肥， 导致土壤和水体中氮含量增加，对生 态系统造成负面影响。
城市化进程加速氮循环
城市化进程中人类活动密集，加速了 氮的转化和循环过程，对城市生态系 统产生影响。
水循环过程及机制
降水
水蒸气在空中遇冷凝结成云， 进而形成降水（雨、雪等）返 回地面。
地下渗透
部分降水渗入地下，形成地下 水。
蒸发
地表水在太阳辐射下蒸发成水 蒸气升入空中。
地表径流
降水在地表形成径流，汇入河 流、湖泊等水域。
植物蒸腾
植物通过叶片气孔将水分以水 蒸气形式释放到大气中。
人类活动对水循环影响
物质循环意义
物质循环是生态系统稳定和持续发展 的基础，它保证了生态系统中各种元 素的平衡和再利用，维持了生态系统 的结构和功能。
生态系统中物质循环途径
水循环
碳循环
水在生态系统中通过蒸发、降水、地表径 流和地下渗透等途径进行循环，实现了水 资源的再利用。
碳在生态系统中通过光合作用、呼吸作用 、分解作用和燃烧等途径进行循环，实现 了碳元素的转化和再利用。
化会减少碳汇的容量。
04
氮循环
氮在生态系统中作用
氮是生命体基本组成元素
氮参与生态系统能Βιβλιοθήκη 流动氮是氨基酸、蛋白质和核酸等生命物 质的基本组成元素，对生命体的结构 和功能至关重要。
氮在食物链和食物网中传递，影响生 态系统的能量流动和物质循环。
氮影响生态系统生产力
氮的可利用性直接影响生态系统的生 产力，是限制植物生长的主要因素之 一。
《生态系统的物质循环》 知识清单
《生态系统的物质循环》知识清单一、生态系统物质循环的概念在生态系统中，组成生物体的 C、H、O、N、P、S 等化学元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。
这里所说的物质，指的是构成生物体的各种化学元素。
物质循环具有全球性，因为地球上的各种生态系统不是孤立的，而是相互联系的，所以物质可以在全球范围内流动。
二、生态系统物质循环的类型1、水循环水是生命之源，在生态系统中，水的循环是最为重要的物质循环之一。
水通过蒸发、降水、地表径流、地下径流等过程，在大气、陆地和海洋之间不断循环。
蒸发作用使水从海洋、湖泊、河流和土壤中变成水蒸气进入大气。
水蒸气在大气中遇冷凝结形成云，然后通过降水回到地面，一部分形成地表径流，流入江河湖海，另一部分渗入地下，形成地下径流。
2、碳循环碳在生物群落与无机环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。
大气中的二氧化碳通过植物的光合作用进入生物群落，合成有机物。
有机物在生物群落内部通过食物链和食物网进行传递。
动植物的呼吸作用、微生物的分解作用以及化石燃料的燃烧等过程，又将有机物中的碳以二氧化碳的形式释放到大气中。
3、氮循环氮是蛋白质和核酸等重要生物大分子的组成元素。
氮循环包括固氮、氨化、硝化和反硝化等过程。
大气中的氮气不能被大多数生物直接利用，需要通过固氮微生物（如根瘤菌）将氮气转化为含氮化合物。
动植物遗体和排泄物中的含氮有机物经过氨化作用转化为氨，氨经过硝化细菌的作用转化为硝酸盐，硝酸盐可以被植物吸收利用。
而在缺氧条件下，硝酸盐又可以通过反硝化细菌的作用转化为氮气回到大气中。
4、磷循环磷是核酸、磷脂等生物大分子的重要组成成分。
磷在自然界中主要以磷酸盐的形式存在。
磷通过岩石的风化、侵蚀和淋溶等作用释放到土壤和水体中，被植物吸收利用。
然后在生物群落中沿着食物链传递。
动植物的遗体和排泄物中的磷，经过分解者的分解作用，重新回到环境中。
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环生态系统是由生物群落和非生物因素共同组成的自然系统，其中重要的一部分是物质循环。
物质循环是指生物体内和生物体间的物质转化和传递过程。
生态系统中的物质循环对于维持生态平衡和生物多样性的稳定具有至关重要的作用。
本文将从水循环、碳循环和氮循环三个方面来探讨生态系统的物质循环。
水循环是生态系统中最基本的物质循环之一。
水通过循环过程不断地从地球的水体中蒸发、凝结、降水，并最终回到地球的水体中。
首先，太阳能使得地表水蒸发成水蒸气。
然后，水蒸气凝结成云，通过降水的形式返回地表，包括降雨、降雪和降露。
最后，地表的水再次蒸发，循环往复。
水循环不仅仅影响着水资源的可持续利用，还对其他生物循环过程起到重要调节作用。
碳循环是生态系统中另一个重要的物质循环过程。
碳是生物体的基本构成元素，也是能量的重要来源。
碳循环的核心过程是光合作用和呼吸作用。
光合作用使得植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质，同时释放出氧气。
呼吸作用则是植物和动物将有机物质氧化为二氧化碳和水，同时释放出能量。
这些过程紧密联系，在碳循环中相互转化。
此外，碳还通过死亡和腐烂的有机物质分解释放到土壤中，并最终形成化石燃料，如煤炭和石油。
碳循环对于调节大气中的二氧化碳含量，维持地球气候平衡至关重要。
氮循环是生态系统中重要的养分循环过程。
氮是构成蛋白质和核酸等生物大分子的重要元素。
氮循环包括氮气固定、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和蛋白质分解等过程。
氮气固定是将大气中的氮气转化为植物可以利用的无机氮的过程。
氨化作用则是将无机氮转化为氨，硝化作用是将氨氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，反硝化作用则是将硝酸盐还原为氨和氮氧化物。
这些过程相互转化，并通过生物体的摄食和排泄使得氮循环得以完成。
氮循环的平衡性对于维持生态系统中的生物多样性和稳定性尤为重要。
综上所述，生态系统中的物质循环对于生命的存在和繁衍具有重要意义。
水循环、碳循环和氮循环是生态系统中主要的物质循环过程，它们相互联系、相互作用，共同维持着生态系统的稳定。
生态系统中的物质循环
生态系统中的物质循环
生态系统中的物质循环是如何运行的？是如何保证生物个体及群落的健康成长，从而形成演变出具有一定的生态平衡的自然美景，我们就需要来了解物质循环的内容和过程了。
物质循环就是生物在生态系统中从同一种物质中不断获取所需要的食物，同时
也将其余消费不完的物质排放到环境中。
分步而言，它包括物质在植物体吸收、经过产物直接或间接地得存在，再经过动物和细菌的消化和代谢，然后排放出来，最终完成一个全面的将物质转化为各种易于植物摄取的状态，从而闭环生态系统的物质流的过程。
从理论上讲，生态系统中的物质循环能够保证环境质量，并保证生物在短期适
应性以及长期稳定性的成长和发展，从而形成一定的演绎环境。
人们也可以从物质循环中学习到更多的科学知识，比如物种的多样性如何促进生态的稳定，以及物质循环的变化如何受到人类活动的影响等。
综上所述，物质循环是生态系统中重要的自然规律，无论是营养物质，有机物
质还是无机物质，都在物质循环中进行不断的循环流转，从而有利于环境的稳定和生态的和谐，保证生物群落健康发展。
成考专升本生态学基础复习：生态系统的物质循环
2017成考专升本生态学基础复习：生
态系统的物质循环
第十四章生态系统的物质循环
本章重点
一、概念
1.物质循环
2.库和流
3.生物放大作用
二、问答题
1.谈谈能流和物质循环的联系区别。
2.如何用分室模型方法研究元素循环?
3.氮循环的主要途径。
思考题
一、概念
1.流通率和周转率
二、问答题
1.物质循环有哪几种基本类型?
2.简述物质循环的过程。
1、用飞机反复大面积喷洒DDT，其最可能的结果是(B)
A.消灭了该地区的害虫
B.抗DDT的变异类型害虫比例增大
C.消灭了该地区的杂草
D.使该地区的生物多样性提高
2、生物圈中水的循环平衡是靠世界范围的(蒸发)与(降水)来调节的。
3、生物地球化学循环的3个基本类型是(水循环)、(气体型循环)和(沉积型循环)循环。
4、全球碳循环是一种(气体型)型循环，由于人类影响碳循环而产生的问题是(CO2浓度升高)，进而产生(温室效应)。
5、进入食物链中的(有毒)物质沿营养级逐级向前移动，浓度越来越高，产生了(富集(生物放大))作用。
6、磷不存在任何气体形式的化合物，它的循环属于典型的沉积型循环。
(√)
7、某池塘中蓝藻、硅藻和水草大量繁殖，形成这一现象的主要原因可能是
(D)
A.有毒物质进入
B.水温升高
C.水土流失
D.过多的氮、磷进入。
生态系统的物质循环ppt
是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有 生命。碳在无机环境与生物群落之间是 以CO2的形式进行循环的。
物质循环的主要特点： 物质循环是带有全球性的，生物群落
和无机环境之间的物质可以反复出现反复 利用，周而复质、核酸都是构成生
物体的基本物质，在它们的分子中都含有 碳元素。碳元素大约占生物体干重的49％ ，是有机化合物的“骨架”，没有碳就没有 生命。
还有一部分生物遗体没有被分解者 分解，转变成为地下的石油和煤，这部 分“C”暂时脱离循环，一经开采运到地面 燃烧，仍可产生CO2再返回碳循环。
绿色植物的光合作用
碳进入生物群落
碳出入生物
把CO2合成有机物
群落的途径
动植物的呼吸作用
碳出生物群落 微生物的分解作用
燃烧
特点：
（1）碳循环的形式：CO2； （2）碳在自然界中的存在形式：CO2和碳酸盐； （3）碳在生物体内的存在形式：含碳有机物； （4）碳进入生物体的途径：绿色植物的光合作用； （5）碳在生物体之间传递途径：食物链； （6）碳进入大气的途径：①生物的呼吸作用
②分解者有分解作用 ③化石燃料的燃烧
能量流动和物质循环的因果关系
生态系统的存在是靠物质循环和能量 流动来维持的。生态系统的能量流动和物 质循环都是通过食物链和食物网的渠道实 现的，二者相互伴随进行，又相辅相承， 密不可分的统一整体。
但是，能量流动和物质循环又有本质 上的区别：能量流经生态系统各个营养级 时是逐级递减，而且运动是单向的、不是 循环的，最终在环境中消失。物质循环是 带有全球性的，在生物群落与无机环境间 物质可以反复出现，反复利用，循环运动 ，不会消失。
❖生态系统的物质循环
1、物质循环的概念 是指组成生物体的C、H、O、N、
生态系统的物质循环.ppt
生产者
燃 烧 作
呼 ①吸
②光合
用
作作
用用
呼 ③吸作
用
消费者
大气环境
呼
吸④
作
用
分解作用
分解者
24
25
7
8
9
10
11
4.土壤微生物对淀粉的分解作用 探究活动的一般步骤：
(1)提出问题： (2)作出假设： (3)制定、实施计划： (4)实验结果的分析： (5)实验结论：
12
合作探究
要求：重点讨论自纠过程中仍不能够 解决的问题。
讨论要求： 1.分层讨论，先一对一，再组内共同讨论，总结完善自
纠成果。 2.时刻联系课本，注重效率，及时整理总结。 3.组长宏观调控，做好讨论结果反馈及展示点评准备。
13
展示点评
1.合作探究 1（1）123
3组展示
2.合作探究 1 4（2）
4组展示
3.合作探究 2（1）
1组展示
4.合作探究 2（2） （3）
展示要求: ① 脱稿规范 ② 注重小结 点评要求: ① 注意仪态 ② 言简意赅 ③ 注重拓展 其他同学： ① 认真思考 ② 做好笔记 ③ 注意倾听 ④ 补充质疑
__落__到__无__机__环__境__的__循__环__过__程__，__这__就__是__生__态__系__统__的__物_。质循环 2．生态系统的物质循环特点： （1）____全__球__性________________________________ （2）____反__复__利__用__，__循__环__流__动____________________
实验 现象
结论 分析
实例1
在相同时间内实 验组落叶腐烂程 度小于对照组
生态系统的物质循环
生态系统的物质循环一、物质循环的概念及特征（一）物质循环的概念：生物地球化学循环，是指各种化学元素和营养物质在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生物体，从生物体再到环境，不断进行流动和循环的过程。
几乎所有的化学元素都能在生物体中发现，但在生命活动过程中，大约只需要30～40种化学元素。
这些元素根据生物的需要程度可分为两类：一是大量营养元素，这类元素是生物生命活动所必需的，同时在生物体内含量较多，包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、硫（S）、钙（Ca）、镁（Mg）、钠（Na）。
其中碳、氢、氧、氮、磷五种元素既是生物体的基本组成成分，同时又是构成三大有机物质（糖类、脂类、蛋白质）的主要元素，是食物链中各种营养级之间能量传递的最主要物质形式。
二是微量营养元素，这类元素在生物体内含量较少，如果数量太大可能会造成毒害，但它们又是生物生命活动所必需的，无论缺少哪一种，生命都可能停止发育或发育异常。
这类元素主要有铁、铜、锌、硼、锰、氯、钼、钴、铬、氟、硒、碘、硅、锶、钛、钒、锡、镓等。
（二）物质循环的特性指标：1.库与流的概念：物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所称为库。
库有大小层次之分，从整个地球生态系统看，地球的五大圈层（大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈）均可称为物质循环过程中的库。
而在组成全球生态系统的亚系统中，系统的各个组分也称为物质循环的库，一般包括植物库、动物库、大气库、土壤库和水体库。
每个库又可继续划分为亚库，如植物库可分为作物、林木、牧草等亚库。
根据物质的输入和输出率，物质循环的库可归为两大类：一为贮存库，其容量相对较大，物质交换活动缓慢，一般为非生物组分的环境库，如岩石库；二为交换库，其容量相对较小，与外界物质交换活跃。
例如，在海洋生态系统中，水体中含有大量的磷，但与外界交换的磷量仅占总库存的很小部分，这时海洋水体库是磷的贮存库；浮游生物与动植物体内含有磷量相对少得多，与水体库交换的磷量占生物库存量比例高，则称生物库是磷的交换库。
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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酸 盐和硝酸盐，供植物吸收利用 反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成 氮气，回到大气库中
第五节磷循环
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
磷的循环过程
•
•
•
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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 沿食物链传递，并以粪便、残体或直接以枯枝落叶、秸秆归还 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
•
陆地：蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3 ，径流 40,000km3
•
海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3
The Hydrologic Cycle
(40)
(425)
(111)
(71)
(385) (40)
×103km3
生态系统中的水循环
降雨 截留
蒸腾
消费者
流通量、周转率与周转时间 是相对于库而言的 生产者库
• • •
流通率：20单位/天 周转率：20/100=20% 周转时间：100/20=5天 流通率：4单位/天 周转率：4/50=8% 周转时间：50/4=12.5 天
消费者库
• • •
影响物质循环速率的因素
元素的性质：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 机体利用的方式不同所决定的。如CO2 1年, N 100万年 生物的生长速率：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
The Carbon Cycle
The Carbon Cycle
750
1
6
92
90
×1015gC
温室效应
温室效应（ Greenhouse effects ）：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 辐射能被截留在地球表层而导致温度上升 温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚 氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物 (CFCs)、氢 氟碳化物(HFCs)等 温室效应的影响
垂直带谱
• •
台湾玉山的 植被垂直带谱
垂直带特点
垂直带谱的基带与该山体所地区的水平地带性植 被相一致 越向高纬度，垂直带谱越简单，极地为冻原带， 水平带与垂直带重合 在同一纬度内，经度不同也影响山体植被的垂直 带谱。如长白山（东经128度）、西部的天山 （东经86度），两者均北纬42度。但长白山距海 较近，属温带针阔叶混交林，天山位于内陆，属 荒漠范围。
• •
沿海的湿润区的森林 半干旱的草原
•
干旱区的荒漠
我国植被分布经度地带性
我国东西横跨经度约62度 陆地上大气降水的主要来源是海洋蒸发的水汽， 我国东临太平洋，西连内陆，受海洋季风影响的 程度不同 我国从东到西水分条件从湿润到干旱的明显变化， 依次分布三大植被区域
• • •
湿润森林 半干旱草原 干旱荒漠
穿透雨
土壤吸收 地面蒸发 地下径流
地表 径流
渗透
第三节 碳循环
碳的重要性：生命元素、能量流动 碳库：海洋和大气、生物体 碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳 主要循环过程
•
•
•
生物的同化和异化过程 大气和海洋间的CO2交换 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 的主要原因
垂直带与水平带
四、 局部地形对植被的影响
坡向
• •
南坡 北坡
坡度
•
• •
平地
陡坡 缓坡
非地带性植被
陆地生态系统的水平分布格局
世界陆地主要植被及生态系统的类型
1.热带雨林 Tropic Rain Forest 2. 亚热带常绿阔叶林 Subtropic Evergreen Broadleaved Forest 3. 温带落叶阔叶林 Temperate Deciduous Forest/ Summer Green Broad-leaved Forest 4. 北方针叶林 Boreal Forest 5. 草原 Steppe(欧亚大陆草原）/Prairie（北美大陆 草原）/Pampas（南美草原）/Savanna（稀树草原） /Meadow（草甸草原） 6. 沙漠 Desert 7. 苔原/冻原 Tundra
第十四章生态系统中的物质循环
第一节 物质循环的一般特征
第二节 全球水循环
第三节 碳循环
第四节 氮循环
第五节 磷循环
第六节 硫循环
第一节 物质循环的一般特征
生物地球化学循环：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，被其他生物重复利用，最后再归 还于环境中的过程。这一过程包括生物与非生物 二者的参与, 同时也包含一些地质与地理作用在 內, 因此称为生物地球化学循环 生物小循环：环境中元素经生物吸收，在生态系 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
•
海平面上升，淹沒陆地
•
•
全球气候经常发生暴雨或干旱
土地沙漠化，生态环境改变
Carbon accumulation
CO2 has increased from its pre-industrial level data: recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning
1. 热带雨林生态系统
（Tropic Rain Forest Ecosystem）
1.热带雨林生态系统
（Tropic Rain Forest）
（1）环境特征：高温高湿
终年高温多雨，年平均气温26℃以上，月平均
温度多高于20℃，温度的日变幅2-9℃。 年降水2500～4500毫米，全年均匀分布，无明显 旱季。在中午降大雨，雨后很快天晴。常年多云雾， 日照率低。 土壤风化过程强烈，母岩崩解层深厚；土壤强烈 淋溶，基性离子被冲走，留下三氧化物，被称为硅 红壤化过程。 土壤养分极为贫膺，而且是酸性的。
理想大陆的生物群落带格局
1. 赤道热带 雨林及其 变体 2. 常绿阔叶 林及其变 体 3. 落叶阔叶 林 4. 北方针叶 林 5. 温带草原 6. 湿润稀树 草原及疏 林 7. 干旱稀树 草原及多 刺灌丛 8. 荒漠 9. 苔原 10.冻荒漠
理想大陆的生物群落带格局
我国植被分布纬度地带性
从南自南沙群岛，北至黑龙江，跨50多个纬度
三、 植被分布的垂直地带性
温度、降水随海拔变化
•
•
海拔每上升100米，气温下降0.6度。相当于平地北移60公里 降水随高度的增加而增加，但达到一定界限后，降水量又降低
由于海拔高度的变化，引起自然生态系统有规律地垂直交替 随着海拔的升高而依次出现的植被带 具体顺序依不同地区而异
垂直地带性
•
长白山天池的 植被垂直带谱
垂直带与水平带的关系
植被类型在山体垂直方向上的成带分布和地球表面 纬度水平分布顺序有相应性
垂直带与水平带上相应的植被类型，在外貌上也基 本相似 纬向带的宽度较垂直带的宽度大得多 纬向带是相对连续的，而垂直带在是相对间断的
虽然纬度带、垂直带的植被类型分布顺序的相似性 但，植物种类成分和群落生态结构有很大差异
CO2排放
第四节 氮循环
氮的重要性
氮库：大气、土壤、陆地植被
生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+ 氮循环的主要过程
•
• • •
固氮作用
氨化作用 硝化作用 反硝化作用
The Nitrogen Cycle
固氮作用
类型
• • •
闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮 工业固氮：400摄氏度，200大气压下 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 平衡反硝化作用 对局域缺氮环境有重要意义 使氮进入生物循环
第一节 陆地生态系统分布的基本规律
影响陆地生态系统分布的因素 植被分布的水平地带性 植被分布的垂直地带性 局域地形对植被的影响
一、影响陆地生态系统分布的因素
1.水热条件：水分和温度
2பைடு நூலகம்水热条件变化的主岛因素 纬度主导温度条件形成纬向地带性。 经度主导水分条件形成经向地带性。 海拔影响温度、水分形成垂直地带性
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
一个池塘生态系统的磷循环
生产者植物体
植食动物
各级肉食动物
有机磷酸盐
海 洋
可溶性磷酸盐
分解者
磷酸盐岩石 磷在自然界的循环示意图
第十五章地球上生态系统的主要类型及其分布
1.教学基本要求：掌握生态系统的主要类型、生态系统 的分布 2.教学内容： 第一节 陆地生态系统分布的基本规律 第二节 淡水生态系统的类型及其分布 第三节 海洋生态系统的类型及其分布 第四节 世界陆地主要生态系统的类型及其分布 3.主要知识点与重点： 生态系统的类型和主要生态系统 类型及其分布
二、植被分布水平地带性
从低纬度向高纬度或沿经度方向从高到低的有 规律分布
• •
纬向地带性 经向地带性