当前课程知识点：现代生物学导论 > 第十四讲 生态学 > 14.5 生态系统中的物质循环 > 14.5 生态系统中的物质循环
生态系统中的物质循环，也叫做生物地质化学循环
在生态学上指的是化学元素或分子在生态系统中
划分的生物群落和无机环境之间相互循环的过程
这使得相关的元素得以循环
比如，水始终是通过水的循环回收利用作用
比如水可以经过蒸发，凝结和降水，干净的回到了地球上
通过生物化学循环，元素，化合物，以及其它形式的物质
是从一个生物体到另一个生物体，并从生物圈中的一部分到另一个部分
有机体中的所有的化学元素都参与了生物地质化学循环
除了参与有机体的构成以外，这些化学元素
也可以经过生态系统中的各种非生物因素进行循环
比如水（水圈）、 陆地（岩石圈）和空气（大气圈）
地球上的所有生物因素都可以被认为是生物圈的组成部分
所有的化学物质、营养物质或者更进一步地说——元素
比如碳、氮、氧、磷——存在于生态系统中的有机体中
同时有机体又与环境相互循环这些化学物质以保持收支平衡
生态系统的能量是通过太阳持续地为地球以光的形式提供能量
最后被食物网中的各个营养级所利用或者是以热量的形式散失
下面，我们就介绍4种重要的循环
第一个是碳循环，碳的主要来源有四个，分别是大气、陆地上的生物圈、海洋及沉积物
植物通过光合作用会从空气中吸入二氧化碳并转化为碳水化合物，比如葡萄糖和淀粉
接著将碳水化合物转化为蛋白质和脂肪，其中一部分作为能量被植物本身所消耗
植物的呼吸作用或发酵过程中产生的CO2通过叶面和根部释放回到大气
然后再被植物利用
而动物会以植物为食物，并将植物组织的有机物消化及转化为动物组织
生物尸体埋在泥土下或者压缩在水底下
经过了数万年泥土或水的压力以及地下的高温
就会生成化石燃料并存起大量的碳，重新进入碳循环
第二个是氮循环
空气中含有大约78%的氮气，占有绝大部分的是氮元素
氮是许多生物过程的基本元素
它存在于所有组成蛋白质的氨基酸中，是构成DNA的四种基本元素之一
在植物中，大量的氮元素被用于制造可进行光合作用供植物生长的叶绿素分子
加工，或者固定，是将气态的游离氮转变为可被有机体吸收的化合态氮的必经过程
一部分氮元素是由闪电所固定，同时绝大部分的氮被非共生或者共生的固氮细菌所固定
这些细菌拥有固氮酶，可以促进氮气氢化成氨
生成的氨再被这种细菌通过一系列的转化以形成自身组织的一部分
某一些固氮细菌，比如说根瘤菌，寄生在豆科植物，比如豌豆的根瘤中
这些细菌和植物建立了一种互利共生的关系，为植物产氨以换取糖类
植物死亡以后，一部分氮回归土壤，另一部分作为食物进入动物体内
动物的排泄物或者尸体经过微生物分解以后回归土壤或者大气，从而完成了氮循环
第三个是硫循环
陆地上火山爆发，使地壳和岩浆中的硫以H2S、硫酸盐和SO2的形式排入大气
海底火山爆发排出的硫，一部分溶于海水，一部分以气态硫化物逸入大气
陆地和海洋中的一些有机物质由于微生物的分解作用，向大气释放H2S
陆地植物可以从大气中吸收SO2，吸收的硫构成了植物本身的机体
植物的尸体经过微生物的分解，成为H2S逸入大气
大气中的SO2和H2S经过氧化作用形成硫酸根，随着降水降落到陆地和海洋当中
SO2和硫酸根还可以由于自然沉降或者碰撞而被土壤和植物或海水所吸收
由陆地排入大气的SO2和硫酸根可迁移到海洋上空，沉降到海洋当中
陆地的岩石风化释放出来的硫可以经过河流输送到海洋
水体中的硫酸盐的还原是由各种硫酸盐还原菌进行反硫化过程所完成的
第四个是磷循环
岩石和土壤中的磷酸盐由于风化和淋溶的作用进入河流，然后输入海洋并沉积于海底
直到地质活动使它们再次暴露于水面，再次参加循环
在这一个循环当中，存在两个局部的小循环
即陆地生态系统中的磷循环和水生生态系统中的磷循环
陆地生态系统中的磷循环是：岩石的风化向土壤提供了磷
植物通过根系从土壤中吸收磷酸盐
动物以植物为食物而得到磷
在动、植物死亡以后，尸体被分解，磷又重新回到了土壤当中
水生生态系统的磷循环是: 陆地生态系统中的磷
有一小部分由于降雨冲洗等作用而进入河流、湖泊，然后归入海洋
在水生生态系统中，磷首先被藻类和水生植物所吸收，然后通过食物链逐级传递
水生动、植物死了以后，它们的尸体被分解，磷又再次进入了循环
进入水循环中的磷，有一部分可能直接沉积于深水泥底，从此不再参与这一生态循环
另外，人类的渔捞和鸟类的捕食水生生物，使磷又回到了陆地生态系统中的循环当中
人类活动对于磷循环的干预主要是由于人类种植的农作物和牧草，吸收土壤中的磷
在自然经济的农村中，一方面从土地上收获农作物
另一方面把废物和排泄物送回土壤，维持着磷的平衡
但是由于商品经济发展以后，不断地把农作物和农牧产品运入城市
城市垃圾和人畜排泄物往往不能返回农田，而是排入河道，输入海洋
这样农田中的磷的含量就会逐渐减少
为了补偿磷的损失，必须向农田施加磷肥
在大量使用含磷洗涤剂以后，城市生活污水含有较高的磷，某些工业废水也含有丰富的磷
这些废水排入河流、湖泊或者海湾当中，使水中含磷量显著提高
这也是湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
