生態(tài)系統生態(tài)學

1、 Department of Environmental Science and Engineering. Department of Environmental Science and Engineering1 1、群落的概念及基本特征、群落的概念及基本特征2 2、群落的種類組成、群落的種類組成3 3、群落的結構、群落的結構4 4、影響群落結構的因素、影響群落結構的因素5 5、主要生物群落類型、主要生物群落類型6 6、生物群落分布規(guī)律、生物群落分布規(guī)律7 7、群落的演替、群落的演替回回 顧顧 Department of Environmental Science and Engineerin

2、g.上篇：環(huán)境生態(tài)學基礎知識 五、生態(tài)系統生態(tài)學五、生態(tài)系統生態(tài)學 1 1、生態(tài)系統的概述、生態(tài)系統的概述 2 2、生態(tài)系統的生物生產、生態(tài)系統的生物生產 3 3、生態(tài)系統的能量流動、生態(tài)系統的能量流動 4 4、生態(tài)系統的物質循環(huán)、生態(tài)系統的物質循環(huán) 5 5、自然生態(tài)系統功能、自然生態(tài)系統功能 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.1 生態(tài)系統的定義指在一定的空間內，生物成分和非生物成分通過物質循環(huán)和能量流動互相作用、互相依存而構成的一個生態(tài)學功能單位，這個生態(tài)學功能單位稱生態(tài)系統。 （英國植物生態(tài)

3、學家A.G.Tansley(1935)提出） Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.2 生態(tài)系統的共同特征生態(tài)系統是生態(tài)學上一個主要結構和功能單位，屬于生態(tài)學研究的最高層次。生態(tài)系統內部具有自我調節(jié)能力。能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞是生態(tài)系統的三大功能。生態(tài)系統中營養(yǎng)級數目受限于生產者所固定的能值和能量在流動過程中的損失，通常不會超過56個。生態(tài)系統是一個動態(tài)系統。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.

4、3 生態(tài)系統的研究內容自然生態(tài)系統的保護和利用生態(tài)系統調控機制的研究生態(tài)系統退化的機理、恢復模型及其修復的研究全球性生態(tài)問題的研究生態(tài)系統可持續(xù)發(fā)展研究 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.4 生態(tài)系統的組成成分無機物有機化合物氣候因素生產者 (producer)消費者 (consumer)分解者 (還原者)(decomposer)六大組成成分六大組成成分l生產者：自養(yǎng)生物，主要是各種綠色植物，也包括藍綠藻和一些能進行光合作用的細菌。l消費者：異養(yǎng)生物，主要指以其他生物為食的各種動物。l分解者：異

5、養(yǎng)生物，把復雜的有機物分解成簡單無機物，包括細菌、真菌、放線菌和動物等。非生物成分非生物成分生物成分生物成分(生物群落生物群落) 三大功能群三大功能群 Department of Environmental Science and Engineering.7 一個簡單的陸地生態(tài)系統模式圖一個簡單的陸地生態(tài)系統模式圖 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.4 生態(tài)系統的結構 空間結構 時間結構 營養(yǎng)結構食物鏈食物網 Department of Environmental Science and Eng

6、ineering.5.1 生態(tài)系統的概述“螳螂捕蟬，黃雀在后螳螂捕蟬，黃雀在后” 植物植物蟬蟬(初級消費者初級消費者) 螳螂螳螂(二級消費者二級消費者)黃雀黃雀(三級消費者三級消費者)鷹鷹(四級消費者四級消費者)(頂極食肉動物頂極食肉動物) Department of Environmental Science and Engineering. Department of Environmental Science and Engineering. Department of Environmental Science and Engineering. Department of Enviro

7、nmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述（1）食物鏈的定義生產者所固定的能量和物質，通過一系列取食和被食的關系在生態(tài)系統中傳遞，各種生物按其食物關系排列的鏈狀順序稱為食物鏈。由于受能量傳遞效率的限制，食物鏈的長度不可能太長，一般食物鏈都是由45個環(huán)節(jié)構成的。生態(tài)系統中的食物鏈不是固定不變的。 Department of Environmental Science and Engineering.生物擴大作用生物擴大作用(biological magnification) 如：如：DDTDDT在海水中濃度為在海水中濃度為5.05.01010-11-1

8、1g g，浮游，浮游植物含植物含4.04.01010-8-8g g，蛤中，蛤中4.24.21010-7-7g g，到銀鷗達，到銀鷗達75.575.51010-6-6g g，擴大了百萬倍。營養(yǎng)級越高，積累劑量越大。擴大了百萬倍。營養(yǎng)級越高，積累劑量越大。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述（2）食物鏈的類型捕食食物鏈（grazing food chain）：又稱放牧食物鏈，以活的動植物為起點的食物鏈，如草食動物、各級食肉動物。 牧草 羊、牛 狼 以綠色植物為起點。腐食食物鏈（detrital food c

9、hain）：又稱碎屑食物鏈，從死亡的有機體或腐屑開始。 動植物殘體 腐食性動物 肉食性動物 頂級肉食動物 以動、植物殘體為起點，數量越來越少。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述 寄生型食物鏈：以活的生物為寄主，奪取寄主的物質和能量來維持生存。體型越來越小，數量越來越多。 植物 動物 寄生物 更小的寄生物 Department of Environmental Science and Engineering.微型浮游植物微型浮游植物(小鞭毛藻小鞭毛藻)小型浮游動物小型浮游動物(植食性原生動物植食性原生動

10、物)(肉食性甲殼動物肉食性甲殼動物)大型浮游動物大型浮游動物(毛顎類、磷蝦毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚燈籠魚、秋刀魚(食浮游動物魚類食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物食魚動物)大型浮大型浮游植物游植物大型浮大型浮游動物游動物鯨鯨以浮游生物為食以浮游生物為食鯷魚鯷魚以浮游生物為食以浮游生物為食1大型浮游植物大型浮游植物23海洋食物鏈海洋食物鏈1微型浮游植物微型浮游植物(小鞭毛藻小鞭毛藻)小型浮游動物小型浮游動物(植食性原生動物植食性原生動物)中型浮游動物中型浮游動物(肉食性甲殼動物肉食性甲殼動物)大型浮游動物大型浮游動物(毛顎類、磷蝦毛顎類、磷蝦)燈籠魚、秋刀魚燈籠魚、秋

11、刀魚(食浮游動物魚類食浮游動物魚類)烏賊、鮭、金槍魚烏賊、鮭、金槍魚(食魚動物食魚動物)大型浮大型浮游植物游植物大型浮大型浮游動物游動物鯨鯨以浮游生物為食以浮游生物為食鯷魚鯷魚以浮游生物為食以浮游生物為食1大型浮游植物大型浮游植物23海洋食物鏈海洋食物鏈1 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述（3）食物鏈的特征 食物鏈的長度通常不超過6個營養(yǎng)級，最常見的45個營養(yǎng)級，因為能量沿食物鏈流動時不斷流失； 食物鏈越長，最后營養(yǎng)級位所獲得的能量也越少。因為從起點到終點經過的營養(yǎng)級越多，其能量損耗也就越大； 食物鏈

12、或食物網的復雜程度與生態(tài)系統的穩(wěn)定性直接相關； 生態(tài)系統中的食物鏈不是固定不變的，它不僅在進化歷史上有改變，在短時間內也會發(fā)生變化。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述（4）食物網 生態(tài)系統中許多食物鏈彼此交錯連接，形成的一個網狀結構。 一般說來，生態(tài)系統中的食物網越復雜，生態(tài)系統抵抗外力干擾的能力就越強，其中一種生物的消失不致引起整個系統的失調；生態(tài)系統的食物網越簡單，生態(tài)系統就越容易發(fā)生波動和毀滅，尤其是在生態(tài)系統功能上起關鍵作用的種，一旦消失或受嚴重損害，就可能引起這個系統的劇烈波動。一個復雜的食

13、物網是使生態(tài)系統保持穩(wěn)定的重要條件。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述5.1.5 營養(yǎng)級與生態(tài)金字塔（1）營養(yǎng)級 指處于食物鏈某一環(huán)節(jié)上的所有生物種的總和。 營養(yǎng)級間的關系已經不是一種生物同另一種生物之間的關系，而是指某一層次上的生物和另一層次上的生物之間的關系。生態(tài)系統中的能流是單向的，通過各個營養(yǎng)級的能量是逐級減少的。減少的原因是：各營養(yǎng)級消費者不可能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生物量；各營養(yǎng)級的同化率也不是百分之百的，總有一部分變成排泄物；各營養(yǎng)級生物要維持自身的生命活動，總是有一部分能量變成熱能

14、而耗散掉。 Department of Environmental Science and Engineering.5.1 生態(tài)系統的概述（2）生態(tài)錐體 是表示生態(tài)系統中能流量、生物量和生物個體數量在各營養(yǎng)級分布比例的圖形。以方框長度代表各級能流量、生物量或個體數量的大小，并按營養(yǎng)級順序由下而上疊置在一起。也稱為生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔。 Department of Environmental Science and Engineering.能量金字塔生物量金字塔數量金字塔 Department of Environmental Science and Engineering. 湖泊和開曠海洋，第

15、一性生產者主要為微型藻類，生活周期短，繁殖迅速，大量被植食動物取食利用，在任何時間它的現存量很低，導致這些生態(tài)系統的生物量金字塔呈倒金字塔形。 Department of Environmental Science and Engineering.數量金字塔數量金字塔 有時植食動物比生產者數目多。如昆蟲和樹木。 個體大小差別很大，只用個體數目多少來說明問題有局限性。 Department of Environmental Science and Engineering.5.2 生態(tài)系統的生物生產 生物生產的基本概念生物生產生物量與生產量 初級生產總初級生產與凈初級生產影響初級生產的因素初級生產

16、量的測定方法 次級生產次級生產的基本特點次級生產量的測定方法 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.1 生物生產的概念 生物生產：是生態(tài)系統重要功能之一。生態(tài)系統不斷運轉，生物有機體在能量代謝過程中，將能量、物質重新組合，形成新的產品的過程，稱生態(tài)系統的生物生產。生物生產常分為個體、種群和群落等不同層次。 生態(tài)系統中綠色植物通過光合作用，吸收和固定太陽能，從無機物合成、轉化成復雜的有機物。由于這種生產過程是生態(tài)系統能量貯存的基礎階段，因此，綠色植物的這種生產過程稱為初級生產（primary production），或第一

17、性生產。 初級生產以外的生態(tài)系統生產，即消費者利用初級生產的產品進行新陳代謝，經過同化作用形成異養(yǎng)生物自身的物質，稱為次級生產（secondary production），或第二性生產。 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.1 生物生產的概念 生物量（biomass）:某一特定觀察時刻，某一空間范圍內，現有有機體的量，它可以用單位面積或體積的個體數量、重量（狹義的生物量）或含能量來表示，因此它是一種現存量(standing crop)。 現存的數量以N表示，現在的生物量以B表示?，F存生物量通常用平均每平方米生物體的干重

18、(gm-2)或平均每平方米生物體的熱值來表示(J m-2 )。 Department of Environmental Science and Engineering. 生產量(production): 是在一定時間階段中，某個種群或生態(tài)系統所新生產出的有機體的數量、重量或能量。它是時間上積累的概念，即含有速率的概念。有的文獻資料中，生產量、生產力(production rate)和生產率(productivity)視為同義語，有的則分別給予明確的定義。 生物量和生產量是不同的概念，前者用量表示，反映種群或生態(tài)系統改變的瞬時結果；后者用速度表示，反映其改變的連續(xù)過程。如一個池塘，1000公斤/

19、米3表示生物量，而1000公斤/米3/年表示生產量。 5.2.1 生物生產的概念 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.2 初級生產（1）初級生產過程初級生產過程可用下列方程式概述：初級生產過程可用下列方程式概述： 光能光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 葉綠素葉綠素 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.2 初級生產（2）總初級生產與凈初級生產 總初級生產(gross primary production,GP)與凈初級生產(net

20、primary production,NP)：植物在單位面積、單位時間內，通過光合作用固定太陽能的量稱為總初級生產(量)，常用的單位：J m -2 a-1 或 gDW m -2 a-1；植物總初級生產（量）減去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有機物質即為凈初級生產（量）。二者之間的關系可表示如下： GPNP+R ； NPGPR Department of Environmental Science and Engineering.5.2.2 初級生產（3）影響初級生產的因素NPRCO2光光H2O營養(yǎng)營養(yǎng)取食取食O2溫度溫度陸地生態(tài)系統中，初級生產量是由光、二氧化碳、水、陸地生態(tài)系統中，初級生產量

21、是由光、二氧化碳、水、營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質(物質因素物質因素) 、氧和溫度、氧和溫度(環(huán)境調節(jié)因素環(huán)境調節(jié)因素)六個因六個因素決定的。素決定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP Department of Environmental Science and Engineering.5.2.2 初級生產（4）初級生產量的測定方法 產量收割法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得單位時間內的凈初級生產量。 氧氣測定法：總光合量凈光合量呼吸量 二氧化碳測定法：用特定空間內的二氧化碳含量的變化，作為進入植物體有機質中的量，進而估算有機質的量。 pH測定法：水體中的pH值隨著光合作用中吸收二氧化碳和

22、呼吸過程中釋放二氧化碳而發(fā)生變化，根據pH值變化估算初級生產量。 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.2 初級生產葉綠素測定法：葉綠素與光合作用強度有密切的定量關系，通過測定體中的葉綠素可以估計初級生產力。放射性標記測定法：把具有14C的碳酸鹽(14CO32-)放入含有天然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中，經過一定時間的培養(yǎng)，濾出浮游植物，干燥后，測定放射性活性，確定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，還要用“暗吸收”加以校正。 Department of Environmental Scien

23、ce and Engineering.5.2.2 初級生產黑白瓶法黑瓶黑瓶（呼吸作用呼吸作用）白瓶白瓶(凈光合作用凈光合作用)對照瓶對照瓶（消除誤差）（消除誤差）放放置置于于水水樣樣深深度度處處一定時間后，測各瓶的含氧量變化，求初級生產量一定時間后，測各瓶的含氧量變化，求初級生產量 Department of Environmental Science and Engineering.p通過氧氣變化量測定總初級生產量 p1927年T.Garder, H.H.Gran用于測定海洋生態(tài)系統生產量： 從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣，分裝在體積為125-300ml的白瓶(透光)、黑瓶(不透光)和對照瓶中；

24、 對照瓶測定初始的溶氧量IB； 黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時間取出，用化學滴定測定黑白瓶的的含氧量DB、LB； 計算呼吸量(IB-DB)，凈生產量(LB-IB)，總生產量(LB-DB)。 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.3 次級生產（1）次級生產過程）次級生產過程凈初級生產量是生產者以上各營養(yǎng)級所需能量的唯一凈初級生產量是生產者以上各營養(yǎng)級所需能量的唯一來源。次級生產是指動物和其他異養(yǎng)生物的生產，次來源。次級生產是指動物和其他異養(yǎng)生物的生產，次級生產量的一般生產過程可概括于下面的圖解中級生產量的一般生產過程

25、可概括于下面的圖解中 ： Department of Environmental Science and Engineering.37 未捕獲未捕獲(876.1g)獵物種群生產量獵物種群生產量(886.4g)被捕獲被捕獲(10.3g)被吃下被吃下(7.93g)I未吃下未吃下(2.37g)未同化未同化(0.63g)同化同化(7.3g)A凈次級生產凈次級生產(2.7g)P呼吸呼吸(4.6g)R次級生產量次級生產量 Department of Environmental Science and Engineering.5.2.3 次級生產（2）次級生產量的測定方法 按已知同化量A和呼吸量R，估計生產

26、量P P=C-Fu-R， Fu-尿糞量 根據個體生長或增重的部分Pg和新生個體重Pr，估計P P Pg Pr 根據生物量凈變化B和死亡損失E，估計P P B E Department of Environmental Science and Engineering.5.3 生態(tài)系統的能量流動 生態(tài)系統能量流動規(guī)律 生態(tài)系統中能流途徑 能量流動的生態(tài)效率 Department of Environmental Science and Engineering.5.3.1 生態(tài)系統能量流動規(guī)律生態(tài)系統是一個熱力學系統，生態(tài)系統中能量的傳生態(tài)系統是一個熱力學系統，生態(tài)系統中能量的傳遞、轉換遵循熱力學的

27、兩條定律：遞、轉換遵循熱力學的兩條定律：第一定律：能量守恒定律，能量可由一種形式轉化第一定律：能量守恒定律，能量可由一種形式轉化為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空創(chuàng)造。創(chuàng)造。第二定律：熵律，任何形式的能（除了熱）轉化到第二定律：熵律，任何形式的能（除了熱）轉化到另一種形式能的自發(fā)轉換中，不可能另一種形式能的自發(fā)轉換中，不可能100100被利用，被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。了。 Department of Environmental Science and Enginee

28、ring.5.3.1 生態(tài)系統能量流動規(guī)律生態(tài)系統中能流特點（規(guī)律）：生態(tài)系統中能流特點（規(guī)律）：能流在生態(tài)系統中是變化著的；能流在生態(tài)系統中是變化著的；能流是單向流；能流是單向流；能量在生態(tài)系統內流動的過程，就是能量不斷遞能量在生態(tài)系統內流動的過程，就是能量不斷遞減的過程；減的過程；能量在流動過程中，質量逐漸提高。能量在流動過程中，質量逐漸提高。 Department of Environmental Science and Engineering.5.3.2 生態(tài)系統能量流動的途徑 捕食食物鏈和腐食食物鏈是生態(tài)系統能流的主要渠道。 能量流動以食物鏈作為主線，將綠色植物與消費者之間進行能量代

29、謝的過程有機地聯系起來。 捕食食物鏈的每一個環(huán)節(jié)上都有一定的新陳代謝產物進入到腐食食物鏈中，從而把兩類主要的食物鏈聯系起來。 能量在各營養(yǎng)級之間的數量關系可用生態(tài)金字塔表示。 Department of Environmental Science and Engineering.5.3.2 能量流動的生態(tài)效率生態(tài)效率（ecological efficiencies）: 是指各種能流參數中的任何一個參數在營養(yǎng)級之間或營養(yǎng)級內部的比值關系。最重要的生態(tài)效率有同化效率、生長效率（營養(yǎng)級內部）、消費或利用效率、林德曼效率（營養(yǎng)級之間）。 Department of Environmental Scie

30、nce and Engineering.5.3.2 能量流動的生態(tài)效率同化效率(assimilation efficiency,AE): 衡量生態(tài)系統中有機體或營養(yǎng)級利用能量和食物的效率。對生產者來說，同化效率被植物固定的能量/吸收的能量，對消費者來說，同化效率同化量/攝取量生長效率(growth efficiency, GE) : 同一個營養(yǎng)級的凈生產量與同化量的比值，即生長效率營養(yǎng)級位N的凈生產量/營養(yǎng)級位N的同化量 Department of Environmental Science and Engineering.5.3.2 能量流動的生態(tài)效率消費或利用效率(comsumption

31、efficiency,CE) : 一個營養(yǎng)級對前一個營養(yǎng)級的相對攝取量，即：消費效率在營養(yǎng)級位N的攝取量/在營養(yǎng)級位N1的凈生產量林德曼效率(Lindeman efficiency) : 某營養(yǎng)級位對上一個營養(yǎng)級位的能量利用效率，即：林德曼效率營養(yǎng)級位N的同化量/營養(yǎng)級位N-1的同化量 Department of Environmental Science and Engineering.林德曼效率林德曼效率 Department of Environmental Science and Engineering.5.4 生態(tài)系統的物質循環(huán) 生物地化循環(huán) 水循環(huán) 氣體型循環(huán) 沉積型循環(huán) Depa

32、rtment of Environmental Science and Engineering.5.4.1 生物地化循環(huán) 礦物元素在生態(tài)系統之間的輸入和輸出，它們在大氣圈、水圈、巖圈之間以及生物間的流動和交換稱生物地(球)化(學)循環(huán)。（1 1）概念）概念指組成生物體的C、H、O、N、P、S等基本元素在生態(tài)系統的生物群落與無機環(huán)境之間反復循環(huán)運動叫生態(tài)系統的物質循環(huán)。 Department of Environmental Science and Engineering.5.4.1 生物地化循環(huán)物質循環(huán)不同于能量流動，前者在生態(tài)系統中的運動是循環(huán)的；生物地化循環(huán)可以用庫和流通率兩個概念來描述。

33、庫是由存在于生態(tài)系統某些生物或非生物成分中一定數量的某種化學物質所構成的，可分為貯存庫和交換庫。前者的特點是庫容量大，元素在庫中滯留的時間長，流動速率小，多屬于非生物成分；交換庫則容量較小，元素滯留的時間短，流速較大。物質在生態(tài)系統單位面積(或單位體積)和單位時間的移動量稱流通率。（2 2）特點）特點 Department of Environmental Science and Engineering.5.4.1 生物地化循環(huán)生物地化循環(huán)在受人類干擾以前一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。元素和難分解的化合物常發(fā)生生物積累、生物濃縮和生物放大現象。 Department of Environmen

34、tal Science and Engineering.影響物質循環(huán)速率的因素（1）元素的性質：有的元素循環(huán)的速率快，而有的則比較慢，這是元素化學特性和被生物有機體利用的方式不同所決定的。如CO2 1年,N 100萬年。（2）生物的生長速率：決定生物對物質吸收的速率以及物質在食物網中運動的速度。（3）有機物質腐爛的速率：適宜的環(huán)境有利于分解者的生存，并使有機體很快分解，供生物重新利用。 （4）人類活動的影響： p開墾農田和砍伐森林引起土壤礦物質的流失，影響物質循環(huán)速率。 p化石燃燒把硫和二氧化硫釋放大氣中。 Department of Environmental Science and Eng

35、ineering.5.4.1 生物地化循環(huán)（2 2）類型）類型水循環(huán)氣體型循環(huán)沉積型循環(huán) Department of Environmental Science and Engineering.5.4.2 水循環(huán) 水循環(huán)的意義： 水是所有營養(yǎng)物質的介質； 水對物質是很好的溶劑； 水是地質變化的動因之一。 水循環(huán)的途徑 人類活動對水循環(huán)的影響： 空氣污染和降水； 改變地面，增加徑流； 過度利用地下水； 水的再分布。 Department of Environmental Science and Engineering.5.4.2 水循環(huán) Department of Environmental S

36、cience and Engineering.5.4.3 氣體型循環(huán)氧循環(huán)碳循環(huán)氮循環(huán) Department of Environmental Science and Engineering.p 碳的重要性：生命元素、能量流動 p 碳庫：海洋和大氣、生物體 p 碳的存在形式：CO2，無機碳，有機碳 p 主要循環(huán)過程 生物的同化和異化過程 大氣和海洋間的CO2交換 碳酸鹽的沉淀作用 p 人類活動對碳循環(huán)造成嚴重影響，引起氣候變化的主要原因碳循環(huán)碳循環(huán)(carbon cycle) Department of Environmental Science and Engineering.碳循環(huán)碳循環(huán)(

37、carbon cycle)化化泥碳泥碳煤煤大氣中大氣中CO2CO2碳化作用碳化作用石石油油水生植物水生植物光合作用光合作用腐爛腐爛燃燃料料呼呼吸吸作作用用光光合合作作用用腐爛腐爛擴散擴散 Department of Environmental Science and Engineering.氮循環(huán)氮的重要性（組成蛋白質和核酸的主要成分）p氮庫：大氣、土壤、陸地植被 p生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+ p氮循環(huán)的主要過程： 固氮作用(nitrogen fixation)氨化作用(ammonification) 硝化作用 (nitrification)反硝化作用(detrif

38、ication) Department of Environmental Science and Engineering.氮循環(huán)氮循環(huán)(nitrogen cycle)陸地陸地陸地陸地其它其它動植物動植物藍藻藍藻淺層死有機物淺層死有機物溶解溶解死有死有機物機物土土壤壤中中無無機機氮氮庫庫丟失于深丟失于深層沉積中層沉積中動植物動植物活體活體共生或共生或自由生活自由生活的固氮的固氮微生物微生物死有機體死有機體陸地陸地河流帶走河流帶走生物固氮生物固氮大氣庫大氣庫N2大氣庫大氣庫HN3,NO,NO2, N2O ，工業(yè)固氮工業(yè)固氮（汽車（汽車,化肥化肥,電廠）電廠）脫脫氮氮閃電閃電化學反應化學反應海洋海洋

39、火火山山作作用用降降水水大氣大氣 Department of Environmental Science and Engineering.5.4.4 沉積型循環(huán)磷循環(huán)硫循環(huán) Department of Environmental Science and Engineering.磷循環(huán)（1）磷循環(huán)屬典型的沉積循環(huán) （2）磷以不活躍的地殼作為主要貯存庫 （3）磷的循環(huán)過程： p 巖石經土壤風化釋放的磷酸鹽和農田中施用的磷肥，被植物吸收進入植物體內；p 沿食物鏈傳遞，并以糞便、殘體或直接以枯枝落葉、秸稈歸還土壤；p 含磷有機化合物經土壤微生物的分解，轉變?yōu)榭扇苄缘牧姿猁}，可再次供給植物吸收利用，這是

40、磷的生物小循環(huán)； p一部分磷脫離生物小循環(huán)進入地質大循環(huán)： 動植物遺體在陸地表面的磷礦化 磷受水的沖蝕進入江河，流入海洋 Department of Environmental Science and Engineering.磷循環(huán)（phosphorus cycle）沉積型循環(huán)沉積物中的磷沉積物中的磷（約為土壤和海洋中千倍以上）（約為土壤和海洋中千倍以上）陸地陸地海洋海洋死死有機物有機物土壤中的土壤中的無機磷無機磷活有機物活有機物死死有機物有機物深海的磷深海的磷活有機物活有機物捕魚捕魚鳥糞鳥糞懸浮在水中隨河水帶走懸浮在水中隨河水帶走攝取攝取排泄排泄死亡死亡下下,沉沉分解分解沉積沉積溶解于水溶解

41、于水上升風化上升風化開采開采攝取攝取排泄死排泄死亡亡上涌上涌 Department of Environmental Science and Engineering.硫循環(huán)硫的主要蓄庫是巖石圈、有機和無機沉積物，沉積物的硫的主要蓄庫是巖石圈、有機和無機沉積物，沉積物的硫酸鹽主要通過硫酸鹽主要通過自然侵蝕自然侵蝕和和風化或生物的分解風化或生物的分解以鹽溶以鹽溶液形式進入陸地和海洋生態(tài)系統。液形式進入陸地和海洋生態(tài)系統。 循環(huán)過程：循環(huán)過程： 陸地和海洋中的硫通過生物分解、火山爆發(fā)等進入大陸地和海洋中的硫通過生物分解、火山爆發(fā)等進入大氣；大氣中的硫通過降水和沉降、表面吸收等作用，氣；大氣中的硫通過

42、降水和沉降、表面吸收等作用，回到陸地和海洋；地表徑流又帶著硫進入河流，輸往回到陸地和海洋；地表徑流又帶著硫進入河流，輸往海洋，并沉積于海底。在人類開采和利用含硫的礦物海洋，并沉積于海底。在人類開采和利用含硫的礦物燃料和金屬礦石的過程中，硫被氧化成為二氧化硫燃料和金屬礦石的過程中，硫被氧化成為二氧化硫(SO2)(SO2)和還原成為硫化氫和還原成為硫化氫(H2S)(H2S)進入大氣。硫還隨著酸進入大氣。硫還隨著酸性礦水的排放而進入水體或土壤。性礦水的排放而進入水體或土壤。 Department of Environmental Science and Engineering.硫循環(huán)（sulfur

43、cycle）陸地陸地海海洋洋沉積物（沉積物（CaSO4,FeS2）溶解的溶解的SO42-SO2H2SSCaSO4FeS2死有機物死有機物活有機物活有機物SO42-降水降水SO2,SO42-擴散擴散海浪海浪SO42-大氣大氣上升，分化上升，分化SO2FeS2死有機物死有機物活有機物活有機物SO42-H2SS分解分解化肥工業(yè)化肥工業(yè)SO42-攝取攝取擴散擴散火山活動火山活動H2S ,SO2,SO42-植物攝取植物攝取SO2,SO42-降水降水SO2,SO42-化石化石燃燒燃燒 SO2H2S ,SO2,SO42- Department of Environmental Science and Eng

44、ineering.5.5 自然生態(tài)系統功能 生態(tài)系統格局 森林生態(tài)系統 草原生態(tài)系統 荒漠和苔原生態(tài)系統 水域生態(tài)系統 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.1 自然生態(tài)系統格局5.5.1.1 生態(tài)系統類型及分布陸地生態(tài)系統濕地生態(tài)系統：水域生態(tài)系統森林生態(tài)系統草地生態(tài)系統荒漠生態(tài)系統苔原生態(tài)系統海洋生態(tài)系統淡水生態(tài)系統陸地和水域的過渡類型熱帶雨林生態(tài)系統常綠闊葉林生態(tài)系統落葉闊葉林生態(tài)系統常綠落葉闊葉混交林生態(tài)系統針葉林生態(tài)系統草甸草原生態(tài)系統典型草原生態(tài)系統荒漠草原生態(tài)系統 Department of Environ

45、mental Science and Engineering.5.5.1 自然生態(tài)系統格局5.5.1.2 陸地生態(tài)系統的分布規(guī)律 緯度地帶性 經度地帶性 垂直地帶性 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.1 自然生態(tài)系統格局（1）緯度地帶性 由于太陽高度角及其季節(jié)變化因緯度而不同，太陽輻射量及與其相關的熱量也因緯度而異，從赤道向兩極溫度遞減。 由于熱量沿緯度變化，出現群落和生態(tài)系統類型的有規(guī)律更替，如從赤道向北極依次出現熱帶雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、北方針葉林與苔原。 Department of Environmen

46、tal Science and Engineering.5.5.1 自然生態(tài)系統格局（2）經度地帶性 在北美和歐亞大陸，由于海陸分布格局與大氣環(huán)流特點，水分梯度常沿經向變化，因而導致群落和生態(tài)系統經向分異，即由沿海濕潤區(qū)的森林，經半干旱的草原至干旱的荒漠。 與緯度地帶性表現的自然規(guī)律不同，經度地帶性是局部大陸的自然地理現象。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.1 自然生態(tài)系統格局（3）垂直高度地帶性 在北美和歐亞大陸，由于海陸分布格局與大氣環(huán)流特點，水分梯度常沿經向變化，因而導致群落和生態(tài)系統經向分異，即由沿海濕潤區(qū)

47、的森林，經半干旱的草原至干旱的荒漠。 與緯度地帶性表現的自然規(guī)律不同，經度地帶性是局部大陸的自然地理現象。 海拔高度每升高100米，氣溫下降0.4-0.6，降水最初隨高度增加而增加，超過一定高度增加而降低。 由于海拔高度的變化，常引起群落和生態(tài)系統有規(guī)律的更替。 表現垂直帶譜：山地季雨林、山地常綠闊葉林、落葉闊葉林、針闊混交林、針葉林、高山矮曲林、高山草原與高山草甸、高山永久凍土帶 。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.2 森林生態(tài)系統5.5.2.1 森林生態(tài)系統的特征生物種類多、結構復雜；系統穩(wěn)定性高；物質循環(huán)的封

48、閉程度高；生產效力高。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.2 森林生態(tài)系統5.5.2.2 森林生態(tài)系統的功能具有綜合的環(huán)境效益；調節(jié)氣候；涵養(yǎng)水源，保持水土；作為生物遺傳資源庫。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.2 森林生態(tài)系統5.5.2.3 我國的森林資源現狀我國森林生態(tài)系統的主要問題：森林生態(tài)系統比例小，地理分布不均勻；森林生態(tài)系統生物群落結構發(fā)生變化，系統自身調節(jié)能力下降；恢復和重建速度慢。森林生態(tài)系統破壞的生態(tài)危害：促進沙漠化的過

49、程；對大氣化學產生影響；引起氣候變化、增加自然災害發(fā)生的頻率。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.2 森林生態(tài)系統我國森林生態(tài)系統恢復和重建對策：加快森林生態(tài)戰(zhàn)略工程的建設，增大比例、改變格局；積極推廣農林復合生態(tài)系統的建設；盡快建立南方用材林基地；加強科學管理，發(fā)揮現有森林綜合效益潛力。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.3 草原生態(tài)系統5.5.3.1 草原生態(tài)系統的類型我國有大面積的溫帶草原，且類型豐富，主要類型有以下幾類：(1)疏林草

50、原 分布在氣候濕潤的森林邊緣或疏林地區(qū)，適宜發(fā)展畜牧業(yè)。(2)草甸草原 分布在氣候適宜，雨量適中的地區(qū)，也比較適宜發(fā)展畜牧業(yè)。(3)干草原 分布在半干旱地區(qū)，草況不如上兩種草原，可適當發(fā)展畜牧業(yè)。(4)荒漠草原 分布在干旱地區(qū)，草很少，不適宜發(fā)展畜牧業(yè)。(5)高山或高原草原 分布在高山和高原，有些發(fā)展畜牧業(yè)。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.3 草原生態(tài)系統5.5.3.2 草原生態(tài)系統的特點草原生態(tài)系統中生產者的主體是禾本科、豆科和菊科等草本植物，優(yōu)勢植物以叢生禾本科為主。垂直結構通常分為三層：草本層、地面層和根層

51、。氣候（溫度）對草原植物有明顯的影響。草原生態(tài)系統中的初能消費者有適于奔跑的大型草食動物、穴居的嚙齒動物以及小型的昆蟲等；食肉動物有狼、狐、鼬、猛禽等。初級生產量在所有的陸地生態(tài)系統中居中等或中等偏下水平。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.3 草原生態(tài)系統5.5.3.3 草原生態(tài)環(huán)境惡化的原因超載過牧;不適宜的農墾；人類對資源的掠奪性開采。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.3 草原生態(tài)系統5.5.3.4 草原生態(tài)系統恢復和保護政策實行科

52、學管理；發(fā)展人工草場；建立牧業(yè)生產新體系。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.4 荒漠和苔原生態(tài)系統5.5.4.1 荒漠生態(tài)系統類型荒漠生態(tài)系統(desert ecosystem):是地球上最為干旱的地區(qū)，其氣候干燥，蒸發(fā)強烈。由超旱生的小喬木、灌木和半灌木占優(yōu)勢的生物群落與其周圍環(huán)境所組成的綜合體。有石質、礫質和沙質之分。習慣上稱石質、礫質的荒漠為戈壁(gobi),或戈壁沙漠(gobi desert)；沙質荒漠為沙漠(sandy desert)。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.4 荒漠和苔原生態(tài)系統5.5.4.2 荒漠生態(tài)系統的特征生態(tài)環(huán)境嚴酷；荒漠生物群落極為稀少，植被豐富度極低；植物群落以超旱生小喬木和半木本植物為優(yōu)勢物種；生態(tài)系統生物物種極度貧乏，種群密度稀少，生態(tài)系統脆弱。 Department of Environmental Science and Engineering.5.5.4 荒漠和苔原生態(tài)系統5.5.4.3 荒漠化及荒漠化防治荒漠化（desertification）:是指在干旱、半干旱地區(qū)和一些半濕潤地區(qū)，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，植被稀少或缺少，