物质循环在线视频

大家好！

今天我们所要讲述的主题是物质循环

生命的维持不但需要能量

而且也依赖于各种化学元素的供应

如果说生态系统中的能量来源于太阳

那么物质则是由地球供应的

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，再归还与环境

我们就把这个称之为物质循环

生态系统中的物质循环一般可分为三大类型

即水循环、气体型循环和沉积型循环

生态系统中所有的物质

都是在水循环的推动下完成的

因此，没有水的循环

也就没有生态系统的功能

生命也难以维持

在气体循环中

物质的主要储存库是大气和海洋

大家可以看这个图

循环与大气和海洋密切相联系

具有明显的全球性

循环性能最为完善

属于这一类的物质有

氧气、二氧化碳、氮气、氯、溴、氟

比如，大家可以看到这一幅图片

大气圈中的二氧化碳周转时间

大约是一年左右。也就是说

光合作用从大气圈中移走二氧化碳

它再归还回来

大约需要一年左右的时间

那么，大气圈中的分子氮的周转

则需要一百万年

主要是因为生物固氮作用

将氮分子转化为氨氮为微生物所利用

第二种类型我们称之为沉积型循环

主要是通过岩石的分化和沉积物的溶解

转化为可被生物利用的营养物质

这种沉积型循环的

主要储存库在土壤，沉积物和岩石中

而无气体状态

因此，这类物质循环的全球性

就不如气体型循环

循环的性能也很不完善

属于沉积循环的物质主要有

磷、钾、钠、钙、镁、锰、铁、铜，硅等

其中磷是较典型的沉积性循环物质

它从岩石中释放出来

最终又沉积在海底转化为新的岩石

大气圈中的水的周转时间的是10.5天

也就是说，大气圈中的水分

一年要更新大约34次

那么，在海洋中硅的周转周期时间

最短约八百年

而钠的时间最长约2.06亿年

那么下面让我们来看图一

图一描述了温带地区的水循环状况

一半降水量来自陆地上的蒸发蒸腾作用

另一半来自于海洋

从图中，我们并不能推算出

陆地上有多少淡水

因为当水的周转十分迅速

每个水滴反复被蒸发

再反复降到地面

就会使陆地的淡水量比每年的降水量小

想反过来，如果水的周转较慢

降水量也可能比陆地上的水量小

如果减少陆地上的水的绝对量

蒸发的量也会相应减少

降水量将随之变小

如果陆地生态系统水的周转率高

那么，陆地的水量的减少

就会使降水量成倍减少

成为一个正反馈的恶性循环

在远离海洋，面积又很大的陆地系统中

减少水的绝对量就可能产生严重的影响

特别是在持续炎热的地区

水的周转率很高

如果，大面积陆地上的绝对量减少

能使单位面积上的降雨量呈指数降低

由于大面积陆地上的雨中

由海洋蒸发而来的比例很少

所以单位时间的降雨量

就取决于陆地上供给的水量

为了防止水灾

在街道和城市建设中修筑水道

是这些水迅速地排入河中

同时筑堤筑坝拦河，使水迅速排走

这样就减少了这一地区地面水的绝对量

进而降低了降雨量

如果大面积的陆地为干旱地区

不能抵抗绝对降水量的减少

就会变为沙漠

即便是水量极其充沛的热带雨林

植被破坏以后

空气中循环的水也会从生态系统中损失掉

大面积的陆地上的原始森林地区

比如讲刚果盆地和亚马孙盆地的情形

就是如此

此外，无植被覆盖的土壤温度

比有植被覆盖处高很多

那么炎热的沙漠往往在雨点落地之前就蒸发了

我国新疆的塔克拉玛干沙漠

常常有年降水量为零的情况

这一方面是由于空气干，降雨少

另一方面就是由于沙面过热

雨点还没有到地面就蒸发回空气了

因此，植树种草、增加湿度

降低温度是改善一个地区水循环的关键措施

当绝大部分的雨来自海洋时

森林地区的水循环情况就完全不同了

这些地区物理的蒸发作用较小

很大一部分降雨量

只能靠密林来吸收、蒸腾

森林被砍伐后

雨水不能被蒸腾积累

形成湿地和沼泽，使树木不能生长

在爱尔兰和苏格兰的许多地方都有这种现象

那么，多数陆地生态系统的第一生产力

受水量的限制

你比如讲

在斯德哥尔摩的气候条件下

初级生产力只有2.5kg.m-2.年每年

而在柏林的气候条件下

就可达到3.0 kg.m-2.年.每年

那么根据经验

每千克干物质的生产需要五百升水

因此，斯德哥尔摩需要降水1250L.m-2.年

每年柏林则需要1500L.m-2.年

这些水必须适时地降落

我们在这里是不含冬季降水

而且不从土壤中蒸发掉或排走

实际上，在柏林的蒸发量和排水量

只有700 L.m-2.年.

无疑，水因子在生态系统生产中

起着极大的限制作用

生态系统中物质的循环

由具有不同合成及分解能力的生物共同进行

比如讲，氮是蛋白质的基本组分

因此，是一切生命结构的原料

氮在环境中的循环

我们可以用图2来表示

植物从土壤中吸收了无机氮

主要是硝酸盐，用于合成蛋白质的原料

这样，环境中的氮就进入到了生态系统

植物中的氮一部分为草食动物所食

合成了动物的蛋白质

以后，在动物的代谢过程中

一部分蛋白质又分解为含氮的排泄物

例如尿素，尿酸，那么最终呢？

经过细菌的作用，分解释放出氮

动物植物死亡后

经微生物等分解者的分解作用

使有机氮转化为无机态氮，形成硝酸盐

硝酸盐可再为植物所利用

继续参与循环

也可被反硝化细菌进行作用

形成氮气，返回大气库中

因此，含氮有机物的转化和分解过程

主要包括有氨化作用

硝化作用和反硝化作用

氮循环中的生物主要包括

亚硝酸细菌和硝酸细菌

以及固氮生物，细菌放线菌

以及一些蓝藻

当资源遭到过度利用时

具有大量固氮生物的地区

比只有少量固氮生物的地区受到的损失小

但是，目前还不清楚这类生物

是否还能提供其他的生物所必需的物质

在陆地生态系统中

含磷有机物被细菌分解为磷酸盐

其中一部分又被植物再吸收

另一些则转化为不被不能被植物利用的化合物

同时，陆地的一部分磷

由径流进入湖泊和海洋

在淡水和海洋生态系统中

磷酸盐能够迅速被浮游植物所吸收

而后又转移到浮游动物和其他动物体内

大家可以看到磷循环的这张图

浮游动物每天排出的磷

与其生物量所含有的磷相等

所以使磷循环得以继续进行

浮游动物每天排出的磷

又有一部分无机磷可以为植物所利用

水体中其他的有机磷酸盐

又可以被细菌所利用

细菌呢，又可以被其他一些小动物所食用

一部分磷沉积在海洋中

沉积的磷随着海水的上涌被带到了光合作用带

并被植物所吸收

因动物残体的下沉

使得水表层的磷被耗尽

而深水中的磷积累过多

磷是可溶性的，但由于磷没有挥发性

所以，除了鸟粪和对海域的捕捞

磷没有再次回到陆地的有效途径

在深海处的磷沉积

只有在发生海陆变迁

由海底变为陆地后

才有可能因风化而再次释放出磷

否则就永远脱离了循环

那么，正是因为这个原因

使得陆地的磷的损失越来越大

因此磷的循环为不完全循环

现存量越来越少

特别是随着工业的发展

而大量开采磷矿加速了这种损失

据统计，全世界磷蕴藏量

只能维持一百年左右

在生物圈中磷参与循环的数量目前正在减少

磷将成为人类和陆地生命活动的限制

硫是原生质体的重要组成部分

它的主要储存库是在岩石圈

但它在大气圈中能自由移动

因此，硫循环有一个长期的沉寂阶段

和有一个较短的气体阶段

植物所需的大部分硫

主要来自于土壤中的硫酸盐

同时可以从大气中的二氧化硫获得

植物中的硫通过食物链被动物所利用

或植物死亡后

微生物对蛋白质的分解将硫释放到土壤中

然后再被微生物利用

以硫化氢和硫酸盐形式而释放硫

无色的硫细菌

既能讲硫化氢还原为元素硫又能氧化为硫酸

绿色硫细菌在有阳光时

能利用硫化氢作为氧接收者

此外，生活于沼泽和河口的紫细菌

也能使硫化氢氧化形成硫酸盐

进入再循环，或者被生产者所吸收

或为硫酸还原细菌所利用

那么，空气中的污染物的种类很多

现在往往将硫的浓度

作为空气污染严重程度的指标

空气中的硫的含量与人的健康关系最为密切

近年来，发现硫循环具有实际意义

这种稀有物质已经变成了过剩因子

酸雨在挪威南部

降到地面上的硫酸根离子的量平均为4g/m2.年

使得湖水的pH值不断下降

在相当于瑞士面积大小的一个地区

在没有缓冲作用的花岗岩基底上

已经没有鱼类生存

致使钙\镁离子从本来就很贫瘠的土壤中

被冲刷掉，使森林生长缓慢

谢谢大家，今天有关于物质循环的主题

我们就讲到这！