1、第五章第五章 农业生态系统的物质循环农业生态系统的物质循环主要内容：主要内容：生态系统物流的一般特点生态系统物流的一般特点几种主要物质的循环几种主要物质的循环农业生态系统中的养分循环农业生态系统中的养分循环物质循环中的环境问题物质循环中的环境问题 物质循环与能量流动一样，也是生态系统物质循环与能量流动一样，也是生态系统的功能之一。有机体和生态系统为了生存与的功能之一。有机体和生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还必须不断输发展，除了不断输入能量外，还必须不断输入物质，因此，物质既是生命活动的物质基入物质，因此，物质既是生命活动的物质基础，又是能量的载体，起着双重作用。础，又是能量的载体
2、，起着双重作用。能量和物质同时沿着食物链和食物网流动、能量和物质同时沿着食物链和食物网流动、传递。传递。能量流动是能量流动是单方向单方向的，而物质流动则是的，而物质流动则是循循环环的。的。有机物有机物贮存贮存第一性生产第一性生产呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸土壤库土壤库 营养物输入营养物输入 营养物输出营养物输出植食动物植食动物肉食动物肉食动物分解者分解者能量流动能量流动物质循环物质循环第一节第一节 生态系统物流的一般特点生态系统物流的一般特点一、物质循环的基本概念一、物质循环的基本概念（一）、生物地球化学循环（一）、生物地球化学循环地球上的各种地球上的各种化学元素化学元素和和营养物质营养物
3、质在在自然动力自然动力和和生命动力生命动力的作用下，在不同层次的生态系统内，的作用下，在不同层次的生态系统内，乃至整个生物圈里，沿着特定的途径乃至整个生物圈里，沿着特定的途径从环境到生从环境到生物体，从生物体再到环境物体，从生物体再到环境，不断地进行流动和循，不断地进行流动和循环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学环，这些不同的循环途径就构成了生物地球化学循环。循环。1、根据物质循环的范围、路线和周期的不同，、根据物质循环的范围、路线和周期的不同，可将生物地球化学循环分为可将生物地球化学循环分为地质大循环地质大循环和和生物生物小循环。小循环。地质大循环：地质大循环：指物质或元素经生物体的吸
4、收作用，指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五进入大气、水、岩石、土壤和生物五大自然圈层的循环。大自然圈层的循环。特点：特点：时间长、范围广、影响面广，是闭合式时间长、范围广、影响面广，是闭合式的循环。的循环。生物小循环生物小循环：指环境中元素经生物吸收，在：指环境中元素经生物吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用回到环境后再为生产者吸收、利用的循作用回
5、到环境后再为生产者吸收、利用的循环过程。环过程。特点：特点：范围小、时间短，速度快，是一种开范围小、时间短，速度快，是一种开放式的循环。放式的循环。2、根据循环主要是与大气圈、根据循环主要是与大气圈, 还是与岩石土壤或还是与岩石土壤或水圈联系分为水圈联系分为气相型气相型和和沉积型沉积型。气相型气相型：贮存库是大气和海洋。贮存库是大气和海洋。 元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫于陆地或海洋上空，在很短的时间内可扩散，弥漫于陆地或海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用。例如以为植物重新利用。例如CO2、N2、O2等等, 水实际水实
6、际上也属于这种类型。上也属于这种类型。特点特点：循环速度快、周转率高、流通量大。因此，：循环速度快、周转率高、流通量大。因此，从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。从全球意义上看，这类循环是比较完全的循环。气相循环把大气和海洋相联系气相循环把大气和海洋相联系, 具有明显的全球具有明显的全球性。性。沉积型沉积型：主要贮存库是地壳。：主要贮存库是地壳。贮存在地壳里的矿物元素，经过自然风化和人类贮存在地壳里的矿物元素，经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链
7、转移。然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作然后，由动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素返回环境。除一部分保留在土壤中供用，将元素返回环境。除一部分保留在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态随流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成流水进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成。时，该循环才算完成。特点：特点：循环缓慢，并且容易因局部干扰而失去平循环缓慢，并且容易因局部干扰而失去平衡，成为衡，成为“不完全不完全”的循环。的循环。（
8、二）、物质循环的库与流（二）、物质循环的库与流1、物质循环库、物质循环库库：库：物质在循环过程中被暂时固定、贮存的场所。物质在循环过程中被暂时固定、贮存的场所。生态系统中各组分都是物质循环的库。生态系统中各组分都是物质循环的库。农业生态系统中的库主要有：植物库、动物库、农业生态系统中的库主要有：植物库、动物库、土壤库、大气库和水体库土壤库、大气库和水体库5大库。大库。生物地球化学循环中，物质循环的库可归为两生物地球化学循环中，物质循环的库可归为两大类：大类：贮存库：贮存库：容积大，物质交换活动缓慢，一般为容积大，物质交换活动缓慢，一般为环境成分环境成分。如土壤为磷的贮存库。如土壤为磷的贮存库。
9、交换库：交换库：容积小，物质交换活跃，一般为容积小，物质交换活跃，一般为生物生物成分成分。如植物为磷的交换库。如植物为磷的交换库。2、物质循环的流：、物质循环的流：流：流：指物质在库与库之间的转移运动状态。指物质在库与库之间的转移运动状态。生态系统有两个主要的流：物流与能流。此生态系统有两个主要的流：物流与能流。此外还有信息流。外还有信息流。农业生态系统要获得高生产力，就要使系统农业生态系统要获得高生产力，就要使系统内的能量和物质流流量多，而且畅通无阻。内的能量和物质流流量多，而且畅通无阻。库与流的关系：库与流的关系：没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化
10、为各种产物。为各种产物。没有流，库与库之间就不能联系、沟通，生没有流，库与库之间就不能联系、沟通，生命无以维持，生态系统必将瓦解。命无以维持，生态系统必将瓦解。一个高效的生态系统必须是一个高效的生态系统必须是库要大库要大，流要流要畅畅。周转率（周转率（R R）：指系统达到稳定状态后，某一组分：指系统达到稳定状态后，某一组分（库）中的物质在单位时间内所流出的量（库）中的物质在单位时间内所流出的量（FOFO）或）或流入的量（流入的量（FIFI）占库存总量（）占库存总量（S S）的比值。）的比值。 即即 R=FO/SR=FO/S或或FI/SFI/SFOSR=orR=FIS 周转期周转期（T T）：）
11、：指某指某组分的物质全组分的物质全部更换平均需部更换平均需要的时间。它要的时间。它是是周转率的倒周转率的倒数。即数。即T=1/R（三）、（三）、周转率与周转期周转率与周转期周转率与周转期是衡量周转率与周转期是衡量物质流动（或交换）效物质流动（或交换）效率率高低的两个重要指标。高低的两个重要指标。物质的周转率用于生物的生长称为更新率物质的周转率用于生物的生长称为更新率。一年生植物当生育期结束时生物的最大现存量与一年生植物当生育期结束时生物的最大现存量与年生长量大体相等，更新率接近年生长量大体相等，更新率接近1 1。物质在运动过程中，周转率越高，则周转一次物质在运动过程中，周转率越高，则周转一次所
12、需的时间越短。所需的时间越短。例：大气圈中所含的水分一年约更新例：大气圈中所含的水分一年约更新3434次，周转次，周转时间只有时间只有10.510.5天。海洋中的硅，天。海洋中的硅， 周转时间约周转时间约80008000年。一年生植物的更新期（周转期）为年。一年生植物的更新期（周转期）为 1 1年。年。（四）、循环效率（四）、循环效率EC=FC/FIFCFI循环物质（循环物质（FCFC）占总输入物质占总输入物质（FIFI）的比例，）的比例，称物质的循环称物质的循环效率（效率（ECEC）。）。当农业生态系统中某一组分的库存物质，一部当农业生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出该组分，但末
13、离开系统，并最终分或全部流出该组分，但末离开系统，并最终返回该组分时，系统内发生了物质循环。返回该组分时，系统内发生了物质循环。二、二、物质循环的基本原理物质循环的基本原理1、物质不灭定律：、物质不灭定律： 物质不灭定律认为，化学物质不灭定律认为，化学方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的方法可以改变物质的成分，但不能改变物质的量，即在一般的化学变化过程中，察觉不到物量，即在一般的化学变化过程中，察觉不到物质在量上的增加或减少。质在量上的增加或减少。2、质能守恒定律：、质能守恒定律： 质能守恒定律认为，世界质能守恒定律认为，世界不存在没有能量的物质质量，也不存在没有质不存在没有能量的物质质量
14、，也不存在没有质量的物质能量。质量和能量作为一个统一体，量的物质能量。质量和能量作为一个统一体，其总量在任何过程中都是保持不变的守恒量。其总量在任何过程中都是保持不变的守恒量。三、农业生态系统物质循环的特点三、农业生态系统物质循环的特点1、能量和物质的、能量和物质的输入与输出输入与输出量大量大而且比较而且比较迅速。迅速。2、能量流动和物质循环不单发生于、能量流动和物质循环不单发生于“生物生物环境环境”系统中，而是进行于系统中，而是进行于“生物生物环境环境社会社会”系统系统之中，之中，途径多，变化大途径多，变化大。3、可改变物质原有的自然循环过程。、可改变物质原有的自然循环过程。与自然生态系统相
15、比与自然生态系统相比, 农业生态系统的物质循农业生态系统的物质循环带有许多环带有许多人工调控人工调控的特色。的特色。 农业生态系统的物质循环农业生态系统的物质循环气体循环气体循环水分循环水分循环养分循环养分循环污染物循环污染物循环光合光合作用作用与呼与呼吸作吸作用相用相关的关的气体气体交换交换温室温室效应效应气体气体的释的释放与放与固定固定降降水水灌灌溉溉地地下下水水有有机机质质钾钾微微量量元元素素重重金金属属农农药药固固体体废废弃弃物物氮氮磷磷污污水水化化肥肥第二节第二节 几种主要物质的循环几种主要物质的循环CNPKSH2O碳循环碳循环 氮循环氮循环 磷循环磷循环钾循环钾循环 硫循环硫循环
16、水循环水循环一、碳循环一、碳循环1、基本概况、基本概况碳是构成生命有机体的主要元素之一，又是能量的碳是构成生命有机体的主要元素之一，又是能量的源泉。源泉。碳主要贮藏在大气、生物体、土壤、水圈和岩石碳主要贮藏在大气、生物体、土壤、水圈和岩石圈几个库中。圈几个库中。地球上的地球上的碳绝大部分碳绝大部分以碳酸盐和非碳酸盐沉积物以碳酸盐和非碳酸盐沉积物的形式的形式储存在岩石圈储存在岩石圈中，中，其次其次是储存是储存在海洋在海洋中，大中，大气圈、生物圈和土壤中的碳量较少。气圈、生物圈和土壤中的碳量较少。 C的来源是的来源是CO2 。只有只有CO2形态的碳才能被植物吸收和利用，才能形态的碳才能被植物吸收和
17、利用，才能进入碳循环。进入碳循环。2、碳循环途径有：碳循环途径有：（1 1）、）、生物小循环生物小循环在生物圈中绿色植物的光合作用是推动碳循在生物圈中绿色植物的光合作用是推动碳循环的主要动力。环的主要动力。细胞水平上的循环：在光合作用和呼吸作用细胞水平上的循环：在光合作用和呼吸作用之间的循环。之间的循环。个体水平上的循环：大气个体水平上的循环：大气CO2和植物体之间和植物体之间的循环。的循环。光合作用光合作用呼吸作用呼吸作用大气大气CO2 植物体植物体 食物链水平上的循环：大气食物链水平上的循环：大气CO2植物植物 动动物物微生物之间的循。微生物之间的循。 大气大气CO2植物植物动物动物 微生
18、物微生物残体、尸体、排泄物残体、尸体、排泄物分解光合光合（2 2）、）、地质大循环地质大循环碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件碳以动植物有机体形式深埋地下，在还原条件下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循下，形成化石燃料，于是碳便进入了地质大循环。当人们开采利用这些化石燃料时，环。当人们开采利用这些化石燃料时，COCO2 2被再被再次释放进入大气。另一方面，大量的次释放进入大气。另一方面，大量的COCO2 2和水反和水反应形成碳酸氢盐和碳酸盐，许多动物，如贝类应形成碳酸氢盐和碳酸盐，许多动物，如贝类的壳就含有碳酸盐，这些动物死亡后碳酸盐或的壳就含有碳酸盐，这些动物死亡后碳酸盐或成溶解状
19、态，或在风化和地壳运动中被暴露或成溶解状态，或在风化和地壳运动中被暴露或成为沉积物，各种形式的碳化合物受剥蚀，最成为沉积物，各种形式的碳化合物受剥蚀，最终都会产生终都会产生COCO2 2 。 大气圈大气圈 CO2 生物残体生物残体生物有机体生物有机体径流、水土流失携带碳量径流、水土流失携带碳量固定沉积固定沉积沉积固定沉积固定风化溶蚀风化溶蚀归还归还归还归还土壤呼吸土壤呼吸有机质分解有机质分解CO2固定固定交换释放交换释放溶解吸收溶解吸收 岩石圈岩石圈 (化石燃料化石燃料) 生物圈生物圈 水圈水圈 土壤圈土壤圈呼吸分呼吸分解解光合作用光合作用植物燃植物燃烧烧化石燃料燃烧化石燃料燃烧3、人类活动的
20、干预、人类活动的干预第二次工业革命以来，大量第二次工业革命以来，大量化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧，改改变了原有的碳素平衡状态变了原有的碳素平衡状态。每年因燃烧放回到大气中的化石燃料碳每年因燃烧放回到大气中的化石燃料碳50506060亿吨，亿吨，因农业土壤耕作返回大气的碳约因农业土壤耕作返回大气的碳约2020亿吨（亿吨（19701970年估年估计值），同时由于森林被砍伐，减少了对计值），同时由于森林被砍伐，减少了对COCO2 2的固定，的固定，因此，尽管海洋能够吸收近因此，尽管海洋能够吸收近2/32/3的额外碳源，仍然避的额外碳源，仍然避免不了免不了全球大气全球大气COCO2 2浓度的升高浓度的
21、升高。虽然虽然COCO2 2浓度增高有利于植物光合作用的增强，但浓度增高有利于植物光合作用的增强，但COCO2 2的的“温室效应温室效应”将导致全球温度升高和降水分布将导致全球温度升高和降水分布的改变。的改变。过去过去100100年中年中(1860-1960)(1860-1960)大气中大气中COCO2 2浓度由浓度由290ppm290ppm升高到升高到314ppm314ppm。最近最近2020年中，大气年中，大气COCO2 2浓度平均每年增加浓度平均每年增加1ppm1ppm（由（由314ppm314ppm升高到升高到336ppm336ppm）。）。 4、农业生态系统的碳流的问题、农业生态系统
22、的碳流的问题（1 1）养分循环的两种控制）养分循环的两种控制 生物控制：通过食物链控制。生物控制：通过食物链控制。 人为控制：通过食物输入、产品的输出等控制人为控制：通过食物输入、产品的输出等控制. .（2 2）农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物）农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制。控制。 这就面临两个选择（动植物的残体的去向）：这就面临两个选择（动植物的残体的去向）： 肥料：提高地力（以有机形式返回土壤）肥料：提高地力（以有机形式返回土壤） 燃料：燃料：COCO2 2的形式返回大气的形式返回大气土壤有机质数量不土壤有机质数量不足足土壤微生物土壤微生物C C源不足源不足土壤有机
23、质含量下降土壤有机质含量下降地地力衰退。力衰退。二、氮循环氮循环1、基本概况、基本概况氮是生命物质的关键组分，是生物体中氨基酸、氮是生命物质的关键组分，是生物体中氨基酸、叶绿素、叶绿素、DNA、RNA等不可缺少的元素。等不可缺少的元素。地球上的氮素很多，但地球上的氮素很多，但94%的在岩石圈中，不参的在岩石圈中，不参与氮循环，其余与氮循环，其余6%大部分存在于大气中。大部分存在于大气中。氮的主要库存是大气氮的主要库存是大气-主要是气态循环。主要是气态循环。以以N2的单质形式存在的单质形式存在。大气中氮的含量为大气中氮的含量为79%，总量约，总量约381016亿亿t，氮氮是一种很不活泼的气体，不
24、能为大多数生物直是一种很不活泼的气体，不能为大多数生物直接利用。只有通过接利用。只有通过固氮途径固氮途径，转为硝酸盐或氨的，转为硝酸盐或氨的形态，才能为形态，才能为生物吸收利用生物吸收利用。2、氮循环的基本过程、氮循环的基本过程（1）固氮作用是氮循环（气态循环）的重要机制）固氮作用是氮循环（气态循环）的重要机制地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、工业地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮、工业固氮和高能固氮固氮和高能固氮(大气固氮大气固氮)。 生物固氮：生物固氮：每年可固氮每年可固氮175106t。生物固氮生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。
25、的过程。N2 固氮作用固氮作用NH4+食物链食物链生物固氮是生物固氮是自然生态系统自然生态系统中氮的主要来源。中氮的主要来源。 2.工业固氮：工业固氮：45.9106（1977年）年） 100106t（1997年）。年）。用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化成用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化成氨的过程。氨的过程。 即即N2+3H2=2NH3 3.大气固氮大气固氮(高能固氮高能固氮)：每年可固氮：每年可固氮7.6106t。如闪电等高空瞬间放电所产生的高能，可以使如闪电等高空瞬间放电所产生的高能，可以使空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，氨和硝酸
26、则由雨水带到地面。氨和硝酸则由雨水带到地面。（2）、生态系统的氮流途径）、生态系统的氮流途径生物和化学固氮生物和化学固氮挥发损失挥发损失氨化作用氨化作用硝化硝化 亚硝化亚硝化分解分解分分解解流流失失吸收吸收吸吸收收合成作用合成作用还原还原合成合成化学合成化学合成反硝化作用反硝化作用生物遗体分解生物遗体分解 N2NO3-N H3有机氨有机氨NO2-植物植物动物动物空气分解分解土壤生物 农业中的氮素循环示意图农业中的氮素循环示意图3、人类活动对氮循环的干扰、人类活动对氮循环的干扰（1）含氮有机物的燃烧产生大量氮氧化物污染大）含氮有机物的燃烧产生大量氮氧化物污染大气。气。（2）过度耕垦使土壤氮素肥力
27、）过度耕垦使土壤氮素肥力(有机氮有机氮)下降。下降。（3）发展工业固氮）发展工业固氮,忽视或抑制生物固氮，造成忽视或抑制生物固氮，造成氮素局部富集和氮素循环失调。氮素局部富集和氮素循环失调。其中，人类的农业活动对氮循环的影响主要是由于不合其中，人类的农业活动对氮循环的影响主要是由于不合理的作物耕作方式以及氮肥施用而引起氮素的流失与亏理的作物耕作方式以及氮肥施用而引起氮素的流失与亏损。其主要途径包括损。其主要途径包括: 反硝化反硝化; 氨挥发氨挥发; 淋失淋失; 地地表径流和土壤侵蚀。表径流和土壤侵蚀。（4）城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然）城市化和集约化农牧业使人畜废弃物的自然再循环受阻
28、。再循环受阻。 4、氮素流失对环境的影响、氮素流失对环境的影响（1 1）地下水污染。）地下水污染。由于施肥不当由于施肥不当,农田渗漏水中的农田渗漏水中的NO3-N和和NO2- N可可污染地下水，人畜饮用后会造成严重危害。污染地下水，人畜饮用后会造成严重危害。（2 2）造成地表水体的富营养化。）造成地表水体的富营养化。当水体的总磷当水体的总磷20mg/m3,无机氮的含量无机氮的含量400mg/m3，可以认为该水处于富营养化的状态。水体富营养化可以认为该水处于富营养化的状态。水体富营养化 ，则水生藻类大量繁殖，其死亡后在水中腐烂分解，产则水生藻类大量繁殖，其死亡后在水中腐烂分解，产生大量的生大量的
29、CH4、H2S、CO2、NH3等，使水质变坏等，使水质变坏, 同同时，有机质分解时要消耗水中的大量的溶解氧，当水时，有机质分解时要消耗水中的大量的溶解氧，当水中的溶解中的溶解O2少于少于4 mg/L时，会造成鱼类和其他水生生时，会造成鱼类和其他水生生物死亡。物死亡。（3 3）农作物从土壤中吸收过量的氮素后，易引起）农作物从土壤中吸收过量的氮素后，易引起各种病虫害各种病虫害, ,并影响作物的品质。并影响作物的品质。（4 4）作物和蔬菜中硝酸盐的积累可通过食物链进）作物和蔬菜中硝酸盐的积累可通过食物链进入人体和牲畜体内入人体和牲畜体内, ,进而形成亚硝酸盐进而形成亚硝酸盐, ,严重危害人严重危害人
30、畜健康畜健康. .亚硝酸盐在机体内可与仲胺结成亚硝酸胺亚硝酸盐在机体内可与仲胺结成亚硝酸胺-致癌、致突致癌、致突变、致畸形物质。变、致畸形物质。（5 5）破坏臭氧层。反硝化作用产生的）破坏臭氧层。反硝化作用产生的N N2 2O O进入大气进入大气后会破坏臭氧层，会使皮肤癌的发病率大为提高，后会破坏臭氧层，会使皮肤癌的发病率大为提高，同时扰乱动植物的正常生长。同时扰乱动植物的正常生长。5、农田氮素调控的途径、农田氮素调控的途径（1）改进氮肥施用技术。）改进氮肥施用技术。（2）平衡施肥与测土施肥。）平衡施肥与测土施肥。（3）硝化抑制剂的应用）硝化抑制剂的应用（4）合理灌溉。）合理灌溉。（5）做好水
31、土保持工作，防止水土流失和土壤侵）做好水土保持工作，防止水土流失和土壤侵蚀。蚀。（6）合理配合施用有机肥料和化学氮肥，使之既）合理配合施用有机肥料和化学氮肥，使之既能培肥土壤又能满足作物优质高产的氮素需求。能培肥土壤又能满足作物优质高产的氮素需求。包括分次施肥、包括分次施肥、氮肥深施、施用氮肥深施、施用缓效氮肥。缓效氮肥。如眯基硫如眯基硫脲、双氰脲、双氰胺等的应胺等的应用。用。三、磷循环三、磷循环1、基本概况、基本概况磷是生命信息元素，是细胞内一切生化作用的能磷是生命信息元素，是细胞内一切生化作用的能量基础。量基础。磷以不活跃的地壳作为主要贮存库。磷以不活跃的地壳作为主要贮存库。地球上的磷大量
32、存在于岩石、土壤、海水中。据地球上的磷大量存在于岩石、土壤、海水中。据分析，岩石圈中贮磷量为分析，岩石圈中贮磷量为51016 t ，土壤圈中贮磷，土壤圈中贮磷量为量为6.21010t，土壤中的磷绝大部分是无机态，土壤中的磷绝大部分是无机态, 有有机态磷平均只占土壤磷的机态磷平均只占土壤磷的10%左右。水圈的贮磷量左右。水圈的贮磷量为为11.01010t，大气圈中贮磷很少，约，大气圈中贮磷很少，约1.3104t，主要集中在近地面的悬浮颗粒上。主要集中在近地面的悬浮颗粒上。磷循环属典型的沉积循环。磷循环属典型的沉积循环。 2、磷循环的途径、磷循环的途径磷循环属于较简单的沉积型循环。磷循环属于较简单
33、的沉积型循环。在自然界中，在自然界中，土壤中的磷素土壤中的磷素，一部分溶解于地表水一部分溶解于地表水中，中，一部分一部分则随土壤矿物一起在则随土壤矿物一起在水土流失中水土流失中离开土离开土壤，沿着河流汇壤，沿着河流汇入海洋入海洋。在。在海洋中的磷海洋中的磷素只有素只有小部小部分分被被浮游植物吸收浮游植物吸收，并沿食物链传递。人类在捕鱼，并沿食物链传递。人类在捕鱼过程中可将一部分磷返回陆地，另外，海鸟粪便中过程中可将一部分磷返回陆地，另外，海鸟粪便中的磷也可返回陆地。的磷也可返回陆地。水土流失中绝大部磷水土流失中绝大部磷会在海洋会在海洋中以磷酸盐的形式中以磷酸盐的形式沉积于海底沉积于海底，被固定
34、形成新的，被固定形成新的磷磷酸盐岩石酸盐岩石，这部分磷只有在海底岩石重新暴露于地，这部分磷只有在海底岩石重新暴露于地表风化后形成土壤中的速效磷，或者被人工开采后表风化后形成土壤中的速效磷，或者被人工开采后以化肥的形式供给植物。以化肥的形式供给植物。沉积型循环沉积物中的磷沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）（约为土壤和海洋中千倍以上）陆地陆地海洋海洋死死有机物有机物土壤中的土壤中的无机磷无机磷活有机物活有机物死死有机物有机物深海的磷深海的磷活有机物活有机物捕鱼捕鱼鸟粪鸟粪悬浮在水中随河水带走悬浮在水中随河水带走摄取摄取排泄排泄死亡死亡下沉下沉分解分解沉积沉积溶解于水溶解于水上升风化上升风化开
35、采开采摄取摄取排泄死亡排泄死亡上涌上涌岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内，含磷有机的磷肥，被植物吸收进入植物体内，含磷有机物沿两条循环支路循环：物沿两条循环支路循环：沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤。沿食物链传递，并以粪便、残体归还土壤。以枯枝落叶、秸秆归还土壤。以枯枝落叶、秸秆归还土壤。各种含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转各种含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。用，这是磷的生物小循环。农业生态系统磷的循环：农业
36、生态系统磷的循环：.磷肥的输入磷肥的输入.土壤磷素侵蚀损失及淋失土壤磷素侵蚀损失及淋失:磷素损失磷素损失.植物和动物吸收植物和动物吸收:磷的输出磷的输出.生物归还生物归还:磷的输入磷的输入3 3、人类活动对磷循环的影响、人类活动对磷循环的影响（1）人类对磷矿资源的开采与消耗。人类对磷矿资源的开采与消耗。 据统计据统计,从从19351990年间年间,磷矿总开采磷矿总开采量为量为3.79109t，相当于相当于5108t磷磷,1990年全球磷矿开采年全球磷矿开采量为量为1.5108t,当当于于2107t磷磷,按此速度地球上的磷矿可按此速度地球上的磷矿可开采开采750年年, 使磷使磷资源面临枯竭的威胁
37、。资源面临枯竭的威胁。（2）磷肥的施用与流失。磷肥的施用与流失。 施用磷肥补充有效磷，产品移出施用磷肥补充有效磷，产品移出农业生态系统又使磷农业生态系统又使磷含量下降，同时水土流失、肥料淋失含量下降，同时水土流失、肥料淋失又会导致土壤中又会导致土壤中磷的损失。磷的损失。 （3）污染。污染。 营养富集营养富集一方面，大量施用磷肥。一方面，大量施用磷肥。另一方面家庭污水（含磷洗另一方面家庭污水（含磷洗涤剂涤剂）、工业废水，）、工业废水，尤其是农业径流所携带的大量尤其是农业径流所携带的大量N、P等营养物质进入水体后，易造成水体的富营养化等营养物质进入水体后，易造成水体的富营养化、赤赤潮等环境问题，使
38、渔业资源减少。潮等环境问题，使渔业资源减少。放射性污染放射性污染磷矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，磷矿石、磷肥中含有重金属和放射性物质，长期大量长期大量施用磷肥，会使土壤污染，影响农产品品质。施用磷肥，会使土壤污染，影响农产品品质。四、硫循环四、硫循环硫是原生质体的重要组分硫是原生质体的重要组分,是半胱氨酸、蛋氨酸是半胱氨酸、蛋氨酸等物质的组成成分。它的等物质的组成成分。它的主要蓄库是岩石圈。主要蓄库是岩石圈。1、硫循环途径、硫循环途径硫循环既属于气体型又属于沉积型。硫循环既属于气体型又属于沉积型。即硫循环包括长期的沉积阶段（有机或无机沉即硫循环包括长期的沉积阶段（有机或无机沉积物中）和短
39、期的气体阶段。积物中）和短期的气体阶段。 岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自岩石库中的硫酸盐主要通过生物的分解和自然风化作用进入生态系统。然风化作用进入生态系统。在生物圈中，硫主要经在生物圈中，硫主要经H2S、SO2、SO42- 等等形态参与流通。形态参与流通。 硫循环硫循环 气态循环的重要机制是降雨：气态循环的重要机制是降雨：有机物中的硫有机物中的硫缺氧条件缺氧条件硫细菌还原硫细菌还原H2S大气中大气中O2SO2SO2水气吸收水气吸收酸雨酸雨生态系统生态系统降水降水2、农业生态系统中的硫素平衡、农业生态系统中的硫素平衡农业生态系统中硫的农业生态系统中硫的输入途径：输入途径：土壤矿物的土壤
40、矿物的风化风化分解分解.大气的硫大气的硫沉降沉降作用作用.施用含施用含硫肥料硫肥料.灌溉水灌溉水中含硫化合物的输入中含硫化合物的输入.海滨地区海滨地区,海水中的硫在风和海水中的硫在风和潮汐的作用下潮汐的作用下,通过通过空气进入空气进入土土壤壤,也可通过也可通过地下水上升进入地下水上升进入土土壤壤.农业生态系统中硫农业生态系统中硫的的输出途径：输出途径：土壤硫随土壤硫随水土流失水土流失.硫的气态硫的气态挥发挥发.作物收获作物收获移走移走.从总体上来说从总体上来说,我国土壤中硫素的我国土壤中硫素的输入大于输出输入大于输出3、人类活动对硫平衡的影响、人类活动对硫平衡的影响主要是人类的经济活动导致主要
41、是人类的经济活动导致SO2的大量排放的大量排放 （1）.燃煤燃煤20世纪世纪80年代。全球燃煤区排放年代。全球燃煤区排放SO2 为为 7.01078.0107t/年，占全球人为排放年，占全球人为排放SO2的的80%以上，我国以上，我国1998年年SO2为为1.5107t。主要途径主要途径:（2）.燃油燃油全球全球80年代排放年代排放SO2为为1107t/年。年。（3）.矿冶矿冶低价低价S被氧化成被氧化成SO2排入到大气中，全球排放排入到大气中，全球排放SO2为为7.01061.0107t/年，约占总排放量的年，约占总排放量的10%。（4）.农业活动导致硫的挥发农业活动导致硫的挥发在嫌气条件下，
42、微生物分解有机硫化合物时，在嫌气条件下，微生物分解有机硫化合物时，产生许多挥发性气体，除了产生许多挥发性气体，除了H2S外，还有外，还有CS2 等，等，这些气体以扩散方式进入大气。这些气体以扩散方式进入大气。我国三大酸雨区我国三大酸雨区: :西南酸雨区：西南酸雨区：是仅次于华中酸雨区的降水污染严重是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。区域。 华中酸雨区：华中酸雨区：目前它已成为全国酸雨污染范围最大目前它已成为全国酸雨污染范围最大,中心强度最高的酸雨污染区。中心强度最高的酸雨污染区。华东沿海酸雨区：华东沿海酸雨区：它的污染强度低于华中、西南酸它的污染强度低于华中、西南酸雨区雨区酸雨及其危害酸雨及
43、其危害酸雨：酸雨：PHPH值小于值小于5.65.6的雨。的雨。对农业生态系统产生影响对农业生态系统产生影响 土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合形态铝化合物，植物长期和过量的吸收铝，会中毒物，植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡，甚至死亡：酸雨能加速土壤矿物质营养元素的流失酸雨能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结；改变土壤结构，导致土壤贫瘠化；酸雨还能诱发构，导致土壤贫瘠化；酸雨还能诱发植物病虫害植物病虫害。土壤酸化对土壤微生物的影响土壤酸化对土壤
44、微生物的影响 酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖，降低酶活性，土壤酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖，降低酶活性，土壤中的固氮菌、细菌和放线菌均会明显受到酸雨的抑制。中的固氮菌、细菌和放线菌均会明显受到酸雨的抑制。对历史建筑、文物的影响对历史建筑、文物的影响 酸雨能使非金属建筑材料酸雨能使非金属建筑材料( (混凝土、砂浆和灰砂砖混凝土、砂浆和灰砂砖) )表表面硬化水泥溶解面硬化水泥溶解, ,出现空洞和裂缝出现空洞和裂缝, ,导致强度降低，从导致强度降低，从而建筑物损坏。建筑材料变脏、变黑而建筑物损坏。建筑材料变脏、变黑, , 影响城市市容影响城市市容质量和城市景观质量和城市景观, ,被人们称之为被人们
45、称之为“黑壳黑壳”效应。效应。 五、钾循环五、钾循环1 1、概况、概况钾主要分布在代谢活跃的器官和组织中。是多种酶的钾主要分布在代谢活跃的器官和组织中。是多种酶的活化剂。具有促进活化剂。具有促进N N、P P吸收，促进碳水化合物代谢等功吸收，促进碳水化合物代谢等功能。能。钾的化学活性很大，自然界中钾的化学活性很大，自然界中不存在单质态钾。不存在单质态钾。据推算，地壳中钾的贮量为据推算，地壳中钾的贮量为6.56.510101717t t，主要存在于岩，主要存在于岩浆岩和沉积岩中。浆岩和沉积岩中。由于自然界没有气态钾存在，所以大气圈中的钾主要由于自然界没有气态钾存在，所以大气圈中的钾主要是以尘埃的
46、形式存在。是以尘埃的形式存在。土壤土壤生态系统是生态系统是钾素的贮库钾素的贮库。除了一些根茎类作物外，作物体的除了一些根茎类作物外，作物体的钾大多含在茎叶钾大多含在茎叶中，中，籽实中的钾较少籽实中的钾较少。2 2、钾循环、钾循环钾素循环的起点是土体，即土壤矿物内或表面的钾。钾素循环的起点是土体，即土壤矿物内或表面的钾。 废物废物岩石岩石矿物钾矿物钾 土壤土壤 水溶钾水溶钾 缓效钾缓效钾 代换钾代换钾淋溶淋溶扬尘扬尘降水、降尘降水、降尘 大气大气飘飘尘尘产品产品残落残落吸收吸收 植物植物人畜人畜钾盐生产钾盐生产开矿开矿施肥施肥钾肥钾肥地下径流地下径流地表径流地表径流 水体水体（江河湖海）（江河湖
47、海） 3 3、农业生态系统的钾素利用和管理、农业生态系统的钾素利用和管理（1 1）作物秸杆还田及施用草木灰。）作物秸杆还田及施用草木灰。（2 2）施用有机肥和种养绿肥补充土壤钾素。）施用有机肥和种养绿肥补充土壤钾素。（3 3）合理耕作促使难溶钾有效化。）合理耕作促使难溶钾有效化。（4 4）合理施肥与）合理施肥与N N、P P、K K配施。配施。六、水循环六、水循环1 1、基本概况、基本概况水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，需的物质， 又是人类进行生产活动的重要资源。又是人类进行生产活动的重要资源。水以固、液、气三态存在。水
48、以固、液、气三态存在。地球上水的总体积接近地球上水的总体积接近15108Km3。 海洋液态水：约占总水量的海洋液态水：约占总水量的97%淡水：约占淡水：约占3%3/4：固态水。在两极的冰盖和：固态水。在两极的冰盖和冰川中。冰川中。1/4：陆地水：陆地水90%：地下水：地下水10%：土壤水分，淡：土壤水分，淡水湖泊、河流及大气水湖泊、河流及大气含水量。含水量。地球水地球水 根系利用的水比例很小。根系利用的水比例很小。2 2、水循环的主要作用、水循环的主要作用 水是所有营养物质的介质，营养物质的循水是所有营养物质的介质，营养物质的循环和水循环不可分割地联系在一起。环和水循环不可分割地联系在一起。
49、水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起着能量传递和利用的作用。着能量传递和利用的作用。 水是地质变化的动因之一，一个地方矿质水是地质变化的动因之一，一个地方矿质元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往往要通过水循环来完成。往要通过水循环来完成。3 3、水循环的意义水循环的意义维持了全球水的动态平衡，使全球各种水体维持了全球水的动态平衡，使全球各种水体处于不断更新状态。处于不断更新状态。使地表个圈层之间，海陆之间实现物质迁移使地表个圈层之间，海陆之间实现物质迁移和能量交换。和能量交换。影响全球的气候和生态。影响全球的气候和
50、生态。塑造着地表形态。塑造着地表形态。4 4、水循环的环节及途径水循环的环节及途径（1 1）水循环的基本环节）水循环的基本环节降水降水，包括陆上降水和海上降水。，包括陆上降水和海上降水。蒸发蒸发，包括海上蒸发、陆面蒸发、植物蒸腾。，包括海上蒸发、陆面蒸发、植物蒸腾。径流径流，包括地表径流和地下径流。，包括地表径流和地下径流。（2 2）水循环的途经）水循环的途经陆地、大气和海洋中的水，形成了一个水循环系统。陆地、大气和海洋中的水，形成了一个水循环系统。降水，蒸发，径流这三个环节相连构成了水循环。降水，蒸发，径流这三个环节相连构成了水循环。水域中，水受到太阳辐射而蒸发进入大气中，水汽随水域中，水受
