第二章 生态学基本原理
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基础生态学-第二章生物与环境--第一节环境与生态因子
– 两个补充条件（Odum,1983）： – 1）只适用于稳定状态 – 2）要考虑生态因子之间的相互作用
（2）谢尔福德耐性定律
• “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (V.E.Shelford,1913，美国)
– “生物的存在和繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存 在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过 了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭 绝。”
三、生态因子的作用规律
（一）、综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约，综合起来对
生物体起作用。 例如：温度与气压、湿度等因子共同作用 同样的高温度下，高气压和低湿度时对生物体损伤小；低气压和高湿度对生物体
损伤大。
三、生态因子的作用规律
（三）、直接因子和间接因子 直接因子：能直接影响生物的生理过程或参与生物的新陈代谢的因子。 间接因子 ：通过影响直接因子而间接作用于生物的因子。 例如：海拔高度及温度、光照等因子对人体的作用
（五）、不可替代性和补偿作用
A 不可替代性：生态因子对生物体的作用是不可替代的，又称同等 重要定律。
例如：人体缺维生素A、人体缺维生素D
一定范围内的 补偿！！
B 补偿作用（可调剂性）：多个生态因子综合作用时，由于某因子 在量上的不足，可由其他因子来补偿，以获得相似的生态效应。
例：光照不足，可多施有机肥使土壤中CO2浓度提高可补偿光照不 足。
耐性的可变性
• 同种生物长期生活在不同生态环境下，对多种生态因子会形成有差异的耐性范围， 用进废退；
例如：高山雪莲，耐高寒，对其他的条件适应性差。 • 生物的耐性范围还可通过人为驯化改变； 例如：生将金鱼长期饲养在不同温度条件下（18℃和32℃ ），他们对温度的耐性
（2）谢尔福德耐性定律
• “耐受性定律”(Shelford’s law of tolerance) (V.E.Shelford,1913，美国)
– “生物的存在和繁殖，要依赖于某种综合环境因子的存 在，只要其中一项因子的量（或质）不足或过多，超过 了某种生物的耐性限度，则使该物种不能生存，甚至灭 绝。”
三、生态因子的作用规律
（一）、综合作用：生态因子间相互联系、相互影响、相互制约，综合起来对
生物体起作用。 例如：温度与气压、湿度等因子共同作用 同样的高温度下，高气压和低湿度时对生物体损伤小；低气压和高湿度对生物体
损伤大。
三、生态因子的作用规律
（三）、直接因子和间接因子 直接因子：能直接影响生物的生理过程或参与生物的新陈代谢的因子。 间接因子 ：通过影响直接因子而间接作用于生物的因子。 例如：海拔高度及温度、光照等因子对人体的作用
（五）、不可替代性和补偿作用
A 不可替代性：生态因子对生物体的作用是不可替代的，又称同等 重要定律。
例如：人体缺维生素A、人体缺维生素D
一定范围内的 补偿！！
B 补偿作用（可调剂性）：多个生态因子综合作用时，由于某因子 在量上的不足，可由其他因子来补偿，以获得相似的生态效应。
例：光照不足，可多施有机肥使土壤中CO2浓度提高可补偿光照不 足。
耐性的可变性
• 同种生物长期生活在不同生态环境下，对多种生态因子会形成有差异的耐性范围， 用进废退；
例如：高山雪莲，耐高寒，对其他的条件适应性差。 • 生物的耐性范围还可通过人为驯化改变； 例如：生将金鱼长期饲养在不同温度条件下（18℃和32℃ ），他们对温度的耐性
第2章 生态工程学原理
应按自然、经济和社会的情况和要求，确定其主次功 能，在保障与发挥主功能的同时，兼顾其它功能。统 一协调与维护当前与长远、局部与整体、开发利用与 环境和自然资源之间的和谐关系，以保障生态平衡和 生态系统的相对稳定性。防止片面追求当前的局部利 益，牺牲了整体和长远利益，兴利却伴随着废利或增 害，产生了一些不利于持续发展的问题与后果。
结构是完成功能的框架和渠道，直接决定与制约组成各要素间
的物质迁移、交换、转化、积累、释放和能流的方向、方式与
数量，决定功能及其大小。
功能是维持结构的存在及发展的基础 明确维护生态系统结构与功能的协调性是生态工程的重要原则。
平衡原理
生态系统在一定时期内，各组分通过相生相克、转化、补偿、 反馈等相互作用，结构与功能达到协调，而处于相对稳定态。 此稳定态是一种生态平衡。比如湖泊水生态
自我调节能在有利的条件和时期加速生态系统的发展，同时在 不利时也可避免受害，得到最大限度的自我保护．即它们对环 境变化有强的适应能力。
Odum (1989)认为生态工程的本质就是生态系 统的自组织。
生态工程是保障生态系统自组织能力最大发挥的人工 设计与管理系统？
自我维持原理
生态系统是直接或间接地依赖太阳能的系统，因而是一个自我 维持系统。一旦一个系统被设汁并开始运作，它就能不断地自 我维持，其间仅靠适量的外界投入。
自我调节
当生态系统中某个层次结构中某一成分改变，或外界的输出发 生一定变化，系统本身主要通过反馈机制，自动调节内部结构 (质和量)及相应功能，维护生态系统的相对稳定性和有序性。
第二章 生态工程学原理
1. 生态工程学的核心原理； 2. 生态工程学的生物学原理； 3. 生态工程学的工程学原理；
生态学和工程学，整体论科学与还原技术的 有机结合是生态工程建设的关键。
《生态学基础知识》PPT课件
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三、种间关系
1．种间竞争
➢ 高斯假说——在一个稳定的环境中，由于竞争的结果， 完全的竞争者不能共存。在进化过程中，由于激烈的 竞争，可能向两个方向发展。一是一个物种完全排斥 另一物种；二是两个物种之间必须出现栖息地、食性、 活动时间或其它特征上的生态位分化。
➢ 生态位是指生物种在生物群落或生态系统中的地位和 作用。
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二、群落的结构
第二章 生态学基础知识
生态学是研究生物与其周围环境之
间相互关系及其机理的科学。环境 科学则是以人类为中心，把人类生 活与环境的相互影响作为一个整体 来研究的一门学科。因此，生态学 作为环境科学的基础理论，可以指 导人们研究人类生存、发展与环境 的相互关系。
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本章的主要内容
第一节 生物与环境 第二节 种群生态学 第三节 群落生态学 第四节 生态系统生态学 第五节 生态系统稳定性与生态平衡
I型——凸型存活曲线。表示种群在达到生理寿命之 前只有少数个体死亡，如人类和一些大型哺乳动物。
II型——对角线存活曲线。表示种群各年龄期的死 亡率基本相同，如鸟类、大多数爬行动物和一些小 型哺乳动物。
III型——凹型存活曲线。表示种群幼体的死亡率很 高，只有极少数个体能够活到生理寿命，如大多数 鱼类，两栖类、海洋无脊椎动物等。
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22ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
生态学概论-生态学概念
第一章绪论现代水文循环：注重陆面生态-水文过程与空间格局的变化规律和受人类活动影响的关键问题。
生态学：研究生物与环境相互关系的科学。
可持续发展：既满足现代人的需求又不损害后代人满足需求的能力。
第二章生态系统系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分，结合而成的具有一定结构的功能整体。
生态系统：在一定时间空间范围内，生物与生存环境，生物与生物之间密切联系相互作用，通过能量流动物质循环星系传递和构成的具有一定结构的功能整体。
生态系统服务：人类直接间接从生态系统得到的利益，是对人类生存和生活质量有贡献的生态系统产品和服务。
生态系统健康：不受生态系统综合征的影响、具有恢复力、自我调控能力、不影响相邻系统、不受风险因素的影响、在经济上可行、维持人类和其他邮寄群落健康的一种状态。
生态系统健康评价：反应生态系统为人类社会提供生态系统服务的质量与可持续性。
生态系统管理：运用生态学、社会学、管理学原理，以生态健康、生物多样性、可持续性发展为目标，对整个生态系统的内外环境进行调控手段。
第三章生物与环境物种：一类生物个体的集合，其中个体之间在自然条件下能相互交配产生具有生殖能力的正常后代个体。
个体生态学：以生物个体及栖息地为研究对象，研究栖息环境因子对生物的影响及生物对栖息地的适应和生态适应的形态生理及生化机制。
环境：生物的栖息地，某一特定生物体或群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物或生物群体生存与活动的外部条件的总和。
环境因子：构成环境的各要素。
生态因子：环境因子中一切对生物的生长发育生殖行为和分布有直接间接影响的因子。
生存因子：生态因子中生物生存不可缺少的因子。
生境：具体的生物个体或群体生活区域的生态环境与生物影响下的次生环境统称。
生态作用：环境对生命系统的影响生态适应：生命系统改变其自身的结构与过程以便与其生存环境相协调的过程限制因子：生物在一定环境中生存，必须得到生存发展的多种生态因子，当某种生态因子不足或过量都会影响生物的生存和发展。
第二章 理论生态学基础
本章结束！
第二章 理论生态学基础
• 2.1 生态恢复概述 • 恢复restoration：
是指受损状态恢复到未被损害前的完 善状态的行为，是完全意义上的恢复，包 括“完美”和“健康”的含义。
恢复restoration
• 修复rehabilitation：把一个事物恢复到先前 的状态的行为，主要指退化状态的改良， 包括完美状态。Replace a degraded ecosystem with another productive type using a few or many species
2.10生物多样性在生态恢复中的作用
在恢复项目的管理过程中
首先要考虑ห้องสมุดไป่ตู้物控制 A、对极度退化的生态系统，主要是抚育和管理， B、对中度退化的生态系统和部分恢复的生态系统
则要加强病虫害控制 然后考虑建立共生关系及生态系统演替过程中物种替 代问题
在恢复项目评估过程中
可与自然生态系统相对照，从遗传、物种和生态系统 水平进行评估，最好是同时考虑景观层次的问题
生态系统的结构理论
– 物种结构、时空结构、营养结构 – 合理生态系统结构
• 从时空结构角度，应充分利用光、热、水、土资源， 提高光能利用率
• 从营养结构角度，应实现生物物质和能量的多级利用 与转化，形成一个高效的，无“废物”的系统。
• 从物种结构上，提倡物种多样性，以利于系统的稳定 和持续发展。
2.2 生态恢复的理论基础
– 火烧迹地-杂草-桦树期-山杨期-云杉期（需几十 年）。
– 弃耕地-杂草期-优势草期-灌木期-乔木期。 – 群落演替可通过人为手段调控，改变演替速度
或演替方向。
水杨
杞木
云杉
环境学概论：第二章 生态学基础
四.生态学一些基本概念
（一）生态学概念
1.生态学定义
生态学这一定义是德国科学家海克尔于1866年首 先提出：生态学是动物对有机和无机环境的全部 关系。目前定义为生态学是研究生物与其生存环 境之间相互关系的科学。也可以说生态学是研究 生命系统与环境系统之间相互作用的规律及其机 理的科学。从定义可知，生态学研究的内容是各 种生物群落在自然界中总是以个体、种群、群落 和生态系统等形式存在。
(4)系统存在的空间总是有限的。开放系统 必然存在系统的外环境，系统与环境相互作 用。开放系统为实现其目标保持其功能的稳 定性，系统必须具备对环境的适应能力和自 我调节能力。如果系统与外界断绝能量流动 、物质循环和信息交换，这种系统称封闭系 统,封闭系统的发展趋势是从有序到无序， 直至灭亡。
(5)系统不仅是作为状态而存在，而且具有 时间性的过程。因此，绝对静止的系统是不 存在的,一切系统都处于不断变化的过程之 中，对于一个系统来说存在有产生、成长、 发展、衰老和死亡的过程；换言之，系统存 在的时间同样也是有限的。
“环境学概论”课程演示文稿
第二章 生态学基础
生态系统服务功能的主要内容
一、有机质的生产与生态系统产品
生物生产是生态系统服务的最基本功能，生态 系统通过第一级生产与次级生产，合成与生产了 ห้องสมุดไป่ตู้类生存所必需的有机质及其产品。生态系统还 是重要的能源来源。
自然生产的多样性高而集约性低。
二、生物多样性的产生与维护
并定义为“研究有机体和有机及无机环境 之间相互关系的科学”。但系统生态学的 研究，却始于1935年。英国的泰斯利正式 提出生态系统的概念，1940年苏联的苏卡 乔夫提出生物地理群落概念。美国青年动 物学家林德曼提出生态系统中“金字塔营 养级学说”和“十分之一”规律。
景观生态学 第二章 基本理论与原理
✓ 最后，生态系统中普遍存在着非线性动力学过程， 如种群控制机制、种间相互作用关系以及生物地 球化学过程中的反馈调节机制。
1.3 等级系统理论
等级系统理论是由H.H.Pattee和H.A.Simon等在20世 纪60-70年代提出的关于复杂系统结构、功能和动 态的系统理论，即自然界是个具有多水平分层等 级结构的有序整体，在这个有序整体中，每个层 次或水平上的系统都是由低一层次或水平的系统 组成，并产生新的整体属性。
1.2 耗散结构与自组织理论
耗散结构理论是比利时物理学家普利高津（1967） 提出的，在1977年荣获了诺贝尔奖。
该理论指出：“一个远离平衡态的复杂系统，各 元素的作用具有非线性的特点，正是这种非线性 的相关机制，导致了大量离子的协同作用，突变 而产生有序结构。”
普利高津把远离平衡的非线性区形成的新的稳定 的有序结构，称为耗散结构。
信息是指不确定性的量度，系统的组织程度和有序程度，物质能 量时空不均匀性的表现；
平衡是指在一定条件下，系统所处的相对稳定的状态；
涨落是对系统稳定平衡状态的偏离，有称干扰和嗓声；
突变是指外部条件连续变化时系统发生在跃迁临界点上的不连续 性；
自组织是系统自发走向有序结构的性质和能力。
系统论的意义在于体现了整体的基本原则。
远离平衡态的区域不再局限于要素间单一的线性组合， 这是因为在系统内各要素之间存在着复杂的联系与作 用，生态系统有可能发生突变，由原来的状态转到一 个新状态。
（3）要素之间存在着非线性联系
非线性是一个数学名词，是指两个量之间没有像正比 例那样的直线关系。
生态系统的各要素之间存在着复杂的非线性关系。
景观异质性的意义表现在3个方面：
（1）景观异质性是景观尺度上景观要素组成和空间 结上的变异性和复杂性。由于景观生态学特别强 调空间异质性在景观结构、功能及其动态变化过 程中的作用，许多人甚至认为景观生态学的实质 就是对景观异质性的产生、变化、维持和调控进 行研究和实践的科学。因此，景观异质性概念与 其相关的异质共生理论、异质性—稳定性理论等 一起成为景观生态学的基本理论。
1.3 等级系统理论
等级系统理论是由H.H.Pattee和H.A.Simon等在20世 纪60-70年代提出的关于复杂系统结构、功能和动 态的系统理论，即自然界是个具有多水平分层等 级结构的有序整体，在这个有序整体中，每个层 次或水平上的系统都是由低一层次或水平的系统 组成，并产生新的整体属性。
1.2 耗散结构与自组织理论
耗散结构理论是比利时物理学家普利高津（1967） 提出的，在1977年荣获了诺贝尔奖。
该理论指出：“一个远离平衡态的复杂系统，各 元素的作用具有非线性的特点，正是这种非线性 的相关机制，导致了大量离子的协同作用，突变 而产生有序结构。”
普利高津把远离平衡的非线性区形成的新的稳定 的有序结构，称为耗散结构。
信息是指不确定性的量度，系统的组织程度和有序程度，物质能 量时空不均匀性的表现；
平衡是指在一定条件下，系统所处的相对稳定的状态；
涨落是对系统稳定平衡状态的偏离，有称干扰和嗓声；
突变是指外部条件连续变化时系统发生在跃迁临界点上的不连续 性；
自组织是系统自发走向有序结构的性质和能力。
系统论的意义在于体现了整体的基本原则。
远离平衡态的区域不再局限于要素间单一的线性组合， 这是因为在系统内各要素之间存在着复杂的联系与作 用，生态系统有可能发生突变，由原来的状态转到一 个新状态。
（3）要素之间存在着非线性联系
非线性是一个数学名词，是指两个量之间没有像正比 例那样的直线关系。
生态系统的各要素之间存在着复杂的非线性关系。
景观异质性的意义表现在3个方面：
（1）景观异质性是景观尺度上景观要素组成和空间 结上的变异性和复杂性。由于景观生态学特别强 调空间异质性在景观结构、功能及其动态变化过 程中的作用，许多人甚至认为景观生态学的实质 就是对景观异质性的产生、变化、维持和调控进 行研究和实践的科学。因此，景观异质性概念与 其相关的异质共生理论、异质性—稳定性理论等 一起成为景观生态学的基本理论。
生态恢复的基本原理
• 喜光植物、喜阴植物 • 喜酸性土壤植物 • 水中生长植物
– 生态恢复时要让最适应的植物或动物生长在最 适宜的环境中。
2.2 生态恢复的理论基础
• 生态位理论
– Niche：指在自然生态系统中一个种群在时间空 间上的位置及其与相关种群之间的功能关系 – 有竞争关系的种群的生态位是分离的。 – 在生态恢复时，要避免引进生态位相同的物种， 要尽量使各物种生态位错开。
2.2 生态恢复的理论基础
• 景观生态学原理
– 景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间 格局及其与生态过程相互作用的综合性学科。 – 生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度 上来进行实践、设计与表达。 – 许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度 下才能有效解决。
2.3 生态恢复的目标
总目标：
– 保护自然的生态系统 – 恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系 密切的生态系统 – 对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化 – 保持区域文化的可持续发展
退化生态系统的基本恢复目标与要求
• 实现生态系统的地表基底稳定性 • 恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率 和土壤肥力 பைடு நூலகம் 增加种类组成和生物多样性 • 实现生物群落的恢复，提高生态系统的生 产力和自我维持能力 • 减少或控制环境污染 • 增加视觉和美学享受
恢复生态学 Restoration ecology
第二章 生态恢复的基本原理
• 2.1 生态恢复概述 • 恢复restoration：
是指受损状态恢复到未被损害前的完 善状态的行为，是完全意义上的恢复，包 括“完美”和“健康”的含义。
恢复restoration
• 修复rehabilitation：把一个事物恢复到先前 的状态的行为，主要指退化状态的改良， 包括完美状态。Replace a degraded ecosystem with another productive type using a few or many species • 改造reclamation：产生一种稳定的、自我 持续的生态系统。没有回到原始状态的含 义，而是强调达到有用状态。
– 生态恢复时要让最适应的植物或动物生长在最 适宜的环境中。
2.2 生态恢复的理论基础
• 生态位理论
– Niche：指在自然生态系统中一个种群在时间空 间上的位置及其与相关种群之间的功能关系 – 有竞争关系的种群的生态位是分离的。 – 在生态恢复时，要避免引进生态位相同的物种， 要尽量使各物种生态位错开。
2.2 生态恢复的理论基础
• 景观生态学原理
– 景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间 格局及其与生态过程相互作用的综合性学科。 – 生态恢复是以生态系统为基点，而在景观尺度 上来进行实践、设计与表达。 – 许多土地利用和自然保护问题只在在景观尺度 下才能有效解决。
2.3 生态恢复的目标
总目标：
– 保护自然的生态系统 – 恢复现有的退化生态系统，尤其是与人类关系 密切的生态系统 – 对现有的生态系统进行合理管理，避免其退化 – 保持区域文化的可持续发展
退化生态系统的基本恢复目标与要求
• 实现生态系统的地表基底稳定性 • 恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖率 和土壤肥力 பைடு நூலகம் 增加种类组成和生物多样性 • 实现生物群落的恢复，提高生态系统的生 产力和自我维持能力 • 减少或控制环境污染 • 增加视觉和美学享受
恢复生态学 Restoration ecology
第二章 生态恢复的基本原理
• 2.1 生态恢复概述 • 恢复restoration：
是指受损状态恢复到未被损害前的完 善状态的行为，是完全意义上的恢复，包 括“完美”和“健康”的含义。
恢复restoration
• 修复rehabilitation：把一个事物恢复到先前 的状态的行为，主要指退化状态的改良， 包括完美状态。Replace a degraded ecosystem with another productive type using a few or many species • 改造reclamation：产生一种稳定的、自我 持续的生态系统。没有回到原始状态的含 义，而是强调达到有用状态。
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中国科学院大气物理研究所 东亚-气候环境重点实验室 2010年3月
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氮循环：氧化和还原途径众多
大气是最大的氮库： 79% N2 岩石和沉积中很少 海洋中缺乏 人类活动包括：合成氨和化肥施用 生物学传输机制
最主要的N2还原为氨态氮的途径：固氮菌固氮 氨态氮被生物转化为有机氮：同化 氨态氮氧化成硝态氮：硝化 有机氮分解为氨态氮：氨化 硝态氮还原为气态氮：反硝化
1980’s
Atmospheric increase = Emissions of Fossil fuels + Emissions of land use - Oceanic uptake - Missing carbon sink 3.3(±0.2)＝ 5.5(±0.5) ＋1.6(±0.7) － 2.0(±0.8) － 1.8(±1.2)
第二章 生态学基本原理
内容
种群生态学 群落生态学 生态系统生态学 生物地球化学循环
种群生态学的基本原理
群落生态学
I: no interaction
II: mutualism
III: predation/parasitism
IV: competition
V: ammensalism
温室效应与全球碳循环：排放出的碳不是都储在大气 圈中
年
1800 2000 差值
大气中CO2 浓度ppm 大气中储C 量 GtC 累积排放量 GtC
备注
工业革命 前 当前包括 其它排放
280 369 89
594 782 188
0 480
292?
Temperate East Asia
2 Missing carbon sink:问题的提出
深海化能自养（利用H2S）
六、碳循环的问题
1 • • • • • • • • 碳循环与全球变化 missing carbon sink 陆地生态系统与全球碳循环 海洋与全球碳循环 环境因素与碳循环 全球碳循环模型 《京都议定书》 中国的碳收支 未来全球碳循环展望
温室效应与全球碳循环：CO2浓度上升的主要原因－ 化石燃料燃烧和人类活动排放
地下水U
径流R
地下水U1
氮的生物地球化学循环
• 人类活动干预的
局地循环为主， 但影响全球环境 的氮循环 • 人类活动改变氮 循环原理： • 农业施肥 • 工业排放引起 的的大气氮沉 降
Regional Center
Temperate East Asia
生物地球化学循环讲义 Introduction to Biogeochemical Cycles 延晓冬 Yan Xiaodong
大气圈
生物圈
岩土
河海
海水与生 命中元素 含量比较 类似！
二、为什么研究生物地球化学循环？
• 许多物质及对于生命的存在和持续具有决定性的作用 • 决定生命能否存在 • 决定生命存在的最大数量 • 不同物质的生物地球化学循环的特征差别巨大 • 与能量的单向流动不同，生物地球化学循环使物质通 过生物圈过程重复使用 • 人类已经显著地改变了地球的生物地球化学循环 • 改变了通量 • 产生出新的物质转移路径 • 可能使某些储库储量改变量巨大可导致循环链断裂
1990’s
3.2(±0.2)＝ 6.3(±0.4) ＋1.6(±0.8) － 1.7(±0.5) － 2.8(±1.2)
• 未进入大气中的碳量是逐年积累的 • 储藏入海洋的的碳量是相对易测的 • 年收支计算表明除了大气圈和海洋碳汇外， 仍存在另一个碳的去处，迷失的碳汇
2 Missing carbon sink: 初步回答（1990‘s反推法）
• 调查和实验 • 库量、通量 • 过程机制 • 数学模型 • 库量 • 通量 • 周转时间和平均停留时间
五、常见的生物地球化学循环
• • • • 水循环 氮循环 碳循环 硫循环
水的生物地球化学循环
• 太阳能驱动下的
水循环 • 人类活动改变水 循环原理： • 不同植被具有 不同的蒸腾率 • 不同陆面具有 不同的蒸发率
不同物质的生物地球化学循环特征差别巨大
Chemical S N O C Atmosphe re Oceans minor large small minor large minor small small
Biosphere
small small minor minor
Land (crust) large modest large large
Gaseous N2
Nitrates NO3
Nitrites NO2 Ammonia NH
Water
人类活动 自然
植被对氮循环起着重要的控制作用， 没有植被的地方氮将逐渐减少
磷的生物地球化学循环
• 地质作用为主的
磷循环 • 人类活动改变磷 循环原理： • 农业施肥 • 人类生活 • 水生生态系统 磷循环改变 • 水体富营养化
大气圈 生物圈
元素
Oxygen Silicon Aluminum Iron Calcium Sodium Potassium Magnesium All others
重量百分率
岩土 河海
46.6 27.7 8.1 5.0 3.6 2.8 2.6 2.1 1.5
氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 其它所有
ห้องสมุดไป่ตู้
磷循环传输机制
最大储库： 海洋沉积和陆地土壤 主要传输机制：
大陆抬升 岩石风化 水中溶解 生物同化溶解磷酸盐 生物间传输 传输 沉降 侵蚀 人类开发和农业施用
硫的生物地球化学循 环
主要储库为岩石圈和沉积 物 人类活动影响剧烈 通过陆气交换对环境施加 影响 生物循环过程复杂
重量百分率
33.5 cm 氧：61％ 碳：22 碳：21.8% 46.2 cm 氢：10% 12.7 cm 氮: 2.6% 8.64 cm 钙：1.4% 7.54 cm 磷：1.1% 5.46 cm 钾：0.2% 硫：0.2% 4.07 cm 钠：0.14% 4.69 cm 氯：0.13% 3.98 cm 镁：0.03% 2.22 cm 铁：0.006% 8.1 mm 氟：0.004% 1.20 cm 锌：0.003% 6.9 mm 硅：0.001% 7.5 mm
V: commensalism
生态系统
生物地球化学循环
一、什么是生物地球化学循环（What）
二、研究生物地球化学循环的重要性（Why)
三、生物地球化学循环的驱动力（Who）
四、生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)
五、常见的生物地球化学循环 (World focused BGC)
生态学中的通量（flux）： 单位时间内垂直通过单位面积所传递的某种物 理量。如碳通量、热通量和水汽通量等。 土壤学中的通量：
单位时间内物质或能量从一个储存库转移到另一 储存库的转移量。
缓解和控制的机制和方法探索
• 与生物地球化学
循环有关的主要 人类活动影响： • 温室效应 • 酸雨 • 农药富集 • 水生生态系统 富营养化
• •
大气中二氧化碳升 高具有施肥效应 大气中二氧化碳升 高会加强温室效应， 通过温度升高影响 碳循环
balanced
三、生物地球化学循环的驱动力
• 太阳辐射：自然驱动力
• • • • • • 太阳辐射 光合作用 生物圈 燃烧化石 土地利用改变 矿物开发利用
• 人类：另一驱动力
生物地球化学循环的驱动力：太阳辐射 生态系统中 的物质的循 环过程
六、碳循环问题（Global Warming problem BGC）
“迷失的碳汇” 生物圈在全球碳循环中的作用 海洋在全球碳循环中的作用 京都议定书
一、什么是生物地球化学循环？
• 地球系统
大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈和人类构成的相互作用着的系统 地球系统是封闭系统（为什么？），但非孤立系统（为什么？）
酸沉降导致的生态和环境问题
水生生物产量 和品质下降
湖泊 酸沉降 化石燃烧
森林草地 生长衰退
森林 地下水
人类健康
土壤
生态退化
元素的生物地球化学循环对环境的影响
大气沉降
污泥污染
肥料
灌水
其他
土壤动物
土壤
土壤微生 物 粮食作物
蔬菜
家畜家禽
人体
碳的生物地球化学循环影响气候
+
• 工业革命改变了
气候变暖
的碳循环 • 工业革命改变碳 循环原理：
中国森林土壤背景
大气圈
生物圈
岩土
河海
海 洋 中 主 要 元 素 含 量 （ g/kg ）
氧(O) 857.0 氢(H) 108.0 氯(CI) 19.0 钠(Na) 10.00 镁(Mg) 1.350 硫(S) 0.885 钾(K) 0.380 碳( C ) 0.028 硅(Si) 0.003 氮(N) 0.0005 磷(P) 0.00007 铝 (Al) 0.00001
• 封闭系统
与外界没有物质交换（或净交换为零）的系统 只有在封闭系统中才能讨论物质循环问题
• 孤立系统
与外界既无物质交换又无能量交换的系统
• 生物地球化学循环 物质在地球系统中在各圈层中互相传输或转化，使物质 总量不变的过程之和
太阳辐射输入
植物
自养细菌
藻类
光合作用
化石燃料 大气圈
岩石圈
土壤圈
风 输 、 沉 降 、 排 放
43 kg 16 kg 7 kg 1.8 kg 1.0 kg 780 g 140 g 140 g 100 g 95 g 19 g 4.2 g 2.6 g 2.3 g 1.0 g 37 L 7.08 L 98.6 L 2.05 L 645 mL 429 mL 162 mL 67.6 mL 103 mL 63 mL 10.9 mL 0.53 mL 1.72 mL 0.32 mL 0.43 mL