当前课程知识点：森林生态学 > 第13章 森林生态系统的物质循环 > 13.2 森林生态系统物质循环的过程 > 13.2 森林生态系统物质循环的过程
大家好
上一讲给大家介绍了物质循环的基本知识
今天接着跟大家聊聊具体的C循环和森林生态系统内部的养分循环
气体型循环的典型代表是C循环
主要储存于大气圈和水圈
从大气中的CO2储存库开始
绿色植物（生产者）在光合作用时
把碳从大气中取出
结合到碳水化合物中的分子中
然后
经过消费者和分解者
在呼吸和残体腐烂分解时
再回到大气
这是C循环重要的一个途径
第二个过程是发生在大气圈和水圈之间的C交换
从大气中的CO2储存库开始
先溶解于水体
形成碳酸氢根
水体的生产者在光合作用时
把碳从水体中取出
结合到碳水化合物中的分子中
然后
经过消费者和分解者
在呼吸和残体腐烂分解时
回到水圈
最后溢出扩散到大气圈的储存库
这是C循环的第二个途径
在这两个途径中
如果动植物的残体没有及时分解
而和空气隔离
长期埋在地下
于是形成了煤、石油、天然气等
暂时离开了我们的视线
等到这些化石燃料被开采燃烧
又回到大气中去
才算完成了循环的过程
这也就相当于增加了温室气体二氧化碳的排放
就有可能增强温室效应
第三个途径发生在绿色植物和大气圈的CO2储存库之间
绿色植物（生产者）在光合作用时
把碳从大气中取出
结合到碳水化合物中的分子中
然后自己进行呼吸作用
释放CO2
回到大气
在实践中
由于各种原因
森林遭到破坏
那么上面三个途径中的重要环节生产者也就是绿色植物一旦作用减弱
大气圈和水圈的二氧化碳滞留就会增多
这也是导致温室效应的重要原因
因为能固定碳的碳汇减少了
对于森林来讲
生物地球化学循环非常重要
这是解答天然林为什么能保持生命力非常重要的原因之二
来看看具体的过程
首先是养分的吸收
地上部分的吸收主要依赖于植物的叶片
而地下部分的吸收则主要通过植物的根系来进行
地上部分的养分吸收主要是通过光合作用
将二氧化碳和水合成糖类
森林中的碳几乎完全通过叶片吸收
据估计
森林每积累1m3木材月吸收850kg的CO2
而森林所需要的大部分营养物质直接从土壤溶液中吸收
菌根营养一直被认为是森林物质循环的关键
对许多植物来说
由于森林土壤内水溶液中溶液的营养元素离子的浓度一般都很低
加上森林内植物根系形态和分布状况的特点
从土壤溶液中直接吸收养分并不多
这些森林植物主要依靠根系和土壤微生物的互利关系来获取养分
如菌根菌与某些高等植物根尖的相互联合
扩大了根系对土壤的接触面和有效吸收面
此外
植物根系也可从与根系紧密接触的土壤矿物中吸收养分
其次是养分的分配
森林植物吸收的养分元素
通过输导组织传递到植物体各部分
用于植物体生长、代谢过程或暂时储存起来
这些养分在植物体内各部分相对分配比例有很大差别
植物种类不同
对养分元素吸收和累积速度也不一样
例如
梾木对钙有选择吸收的能力
钙占叶重的2%～4%
植物年龄不同
养分的相对分配也不一样
如火炬松其叶、枝和树干内氮的分配因年龄而异
幼年期大部分氮集中在叶部
但60年生时树干氮含量要比叶部高4倍以上
最后是养分的损失
损失的途径包括呼雨水淋失、草食动物的取食
生殖器官的消耗、凋落物的损耗（包括地上部分和地下部分）等多种方式
植物体吸收的养分
只有很少比例成为新组织的生物量被长久地保存下来
大部分不断损失
植物吸收的大部分养分元素也是用于补充这些损失
先看看雨水淋洗
植物会因雨水使各种化学元素从叶部、树皮和根部被林洗掉
在一定气候条件下
它可能是某些养分损失的主要途径
并可能会影响到植物的生长和生理机制
比如无机养分元素中
以K、Ca、Mg和Mn淋洗掉得最多
Na也是极容易被淋洗掉的元素
另外就是食草动物的取食
由于食草动物的取食
植物叶部受害同时会导致凋落物量的增加
加之受害期间有大量降雨
受害叶抗淋洗能力减低
这时淋洗损失的养分将会增加
尤其是春季大量养分向叶子输送期间
要比夏季淋洗掉的养分更多
还有生殖器官的消耗
植物花和种子的形成和发育比营养生长需要更多的养分
当植物大量结实和产生种子时
将会耗掉很多植物贮存的养分
导致在短期内养分匮乏
使植物的正常生长受到影响
最后是凋落物损失的养分
温暖、湿润、肥沃的地方
凋落物多
养分损失也多
在寒冷、干旱、贫瘠和生产力低的情况下
凋落物少
养分损失也少
这里
如何看待凋落物“损失”的养分呢？
这些养分去哪儿了呢？
实质上
这些凋落物所含的养分被分解者分解掉
归还到土壤
被植物根系吸收
接着再被循环利用
分解越快
天然林生长所需的养分就能得到保证
根据研究估计
植物凋落物分解过程中每年释放的营养元素可满足69%～87%的森林生长所需量
凋落物也是土壤动物、微生物的能量和物质的来源
这也就是天然林不施肥也能保证其生长的重要原因之一
分解作用是一个很复杂的过程
它包括碎裂、异化和淋溶三个过程的综合
由于物理的和生物的作用
把尸体分解为颗粒状的碎屑称为碎裂
有机物质在酶的作用下分解
从聚合体变成单体
例如由纤维素变成葡萄糖
进而成为矿物成分
称为异化
淋溶则是可溶性物质被水所淋洗出
是一种纯物理过程
在残体分解中
这三个过程是交叉进行、相互影响的
那么
凋落物分解快慢跟哪些因素有关呢？
主要跟三个因素有关
一是参与分解的生物
二是待分解资源的化学成分
三是理化环境的立地条件
分解速率跟参与分解的生物有关
凋落物分解是各种大小土壤动物和微生物（细菌和真菌）共同作用的结果
土壤动物（蚯蚓、蜈蚣等）直接排泄容易分解的富养粪便
间接地粉碎了有机物并降低其C/N比
有利于微生物加速分解
分解速率跟待分解资源的化学成分有关
资源的物理和化学性质影响着分解的速度
资源的物理性质包括表面特性和机械结构
资源的化学性质则随其化学组成而不同
营养物质的浓度常成为分解过程的限制因素
如
分解者微生物身体组织中含N量高
其C∶N约为10∶1
即微生物生物量每增加11g就需要有1gN的供应量
但大多数待分解的植物组织其含N量比此值低得多
C∶N为40～80∶1
因此
N的供应量就经常成为限制因素
分解速率在很大程度上取决于N的供应
而待分解资源的C∶N比
常可作为生物降解性能的测度指标
最适C∶N比大约是25～30∶1
分解速率还取决于理化环境的立地条件
一般说来
温度高、湿度大的地带
其土壤中的分解速率高
而低温和干燥的地带
其分解速率低
因而土壤中易积累有机物质
热带雨林凋落物分解非常迅速
其叶凋落物可以在1个月或数周内全部分解
温带阔叶林的落叶1～3年可分解
而温带针叶林和北方针叶林当年落下的针叶全部分解需要4～30年
极地和高山森林分解速率更慢（40～50年或更长）
这是由于土壤内分解凋落物的各种动物和微生物的活动有其一定适应范围
土壤过热、过冷或过湿、过干
都不利于土壤生物的活动
到这儿
有关物质循环的基本概念和类型
C循环和森林生态系统内部的循环等内容就介绍完了
谢谢大家 再见
-1.1 为什么要学习森林生态学
-1.2 什么是森林生态学
-1.3 如何研究森林生态学
-第1章作业
-2.1 森林生物与森林环境
-第2章作业
-3.1 太阳辐射与森林植物
-3.2 温度与森林植物
-第3章作业
-4.1 水分与森林植物
-4.2 森林对降水的再分配
-4.3 土壤与森林植物
-第4章作业
-5.1 地形因子与森林植物
-5.2 风因子与森林植物
-5.3 火因子与森林植物
-第5章作业
-6.1 种群的概念和特征
-6.2 种群的数量变化
-6.3 种群的调节与生活史对策
-第6章作业
-7.1 种群内部的关系
-7.2 种群间的关系1
-7.3 种群间的关系2-竞争
-7.4 植物的他感作用
-第7章作业
-8.1 群落的概念及特征
-8.2 群落的组成
-8.3 群落的多样性
-8.4 群落的外貌
-8.5 群落的结构
--8.5群落的结构
-8.6 影响群落结构的因素
-第8章作业
-9.1 群落的动态
-9.2 群落演替的原因及学说
-第9章作业
-10.1 森林群落的分布规律
-第10章作业
-11.1 森林生态系统的概念及特征
-第11章作业
-12.1 森林生态系统能量流动的概述
-12.2 森林生态系统能量流动的过程
-第12章作业
-13.1 森林生态系统物质循环的概述
-13.2 森林生态系统物质循环的过程
-第13章作业
-14.1 全球变化及影响的概述
-14.2 全球变化与森林生态系统
-第14章作业
