1、http:/ 1.81012 吨的活物质。这些物质主要由化学元素组成。人类现已发现了 109 种化学元素。生物有机体一般需要 3040种化学元素，其中氧、碳、氢、氮元素是最主要的元素。由于这些元素在生命活动中起着重要作用，生命系统的兴衰多取决于这些元素的供应、交换和转化，因而被称为关键元素或能量元素。与能量不同，所有物质都是由地球供给的。生 态 系 统 之 间 矿 物 元 素 的 输 入 和 输 出 以 及 它 们 在 大 气 圈 、 水 圈 、 岩石 圈 之 间 以 及 生 物 间 的 流 动 和 交 换 称 为 生 物 地 （ 球 ） 化 （ 学 ） 循 环（图 531） 。箭头表示营养物
2、质流动的方向（F） ，方块中数字表示分室号数，零（0）代表环境；F 2， 1 表示营养物质由第一分室流向第二分室；F 0， 2 表示营养物质由第二分室流向环境，依次类推图 531 营养物质生物地化循环的模型1.物质循环的概念生态系统的物质循环是指组成生物体的 C、H、O、N 、P、S 等基本元素在生态系统的生物群落与无机环境之间反复循环运动。 生 物 群 落 组 成 生 物 体 的 C、 H、 O、 N、 P、 S基 本 元 素反 复 循 环 无 机 环 境2.物质循环的特点先分析以下几种物质的循环情况：（1）水循环：水是组成生物体的重要成分，约占体重的6095，体内进行的一切生化反应都离不开
3、水。地球上的水通过蒸发、降雨、植物的蒸腾、吸收等过程反复循环。以全球年降水量 82.6 厘米作为 100 单位图 532 全球水循环（2）氮循环：氮是组成蛋白质和核酸的主要成分。氮占大气成分的79，必须经过生物固氮作用、硝化作用、反硝化作用等才能在生物群落与无机环境间反复循环。全析提示生物圈是由物质构成的。物质循环主是指C、H、 O、N、P 、S 等元素的循环。要点提炼生物地化循环：生物圈是地球上最大的生态系统，其中的物质循环带有全球性，这种物质循环又叫生物地化循环。思维拓展生态系统的物质循环反复出现，循环流动，不会消失，生物可反复利用。要点提炼物质循环的主要特点：物质循环是带有全球性的，生物
4、群落和无机环境之间的物质可以反复出现反复利用，周而复始进行循环，不会消失。全析提示水 循 环 和 氮 循 环 都 具 全 球 性 。http:/ 533 氮循环示意图（3）碳循环：碳元素约占生物体干重的 47，碳是有机化合物的“骨架” ，没有碳就没有生命。碳在无机环境与生物群落之间是以 CO2 的形式进行循环的。为了进一步搞清楚生态系统的物质循环全过程，现以碳循环为例来进行系统学习。1.碳循环的过程图 534碳进入生物群落的主要方式：生产者的光合作用、化能合成作用。碳进入无机环境的主要方式：生产者、消费者的呼吸作用；分解者的分解作用；化石燃料的燃烧（多为人为因素） 。http:/ 535图 5
5、36 碳循环图解结合以图 534、图 535 碳的循环过程及图 536 我们得出以下结论：（1）碳的作用：糖、脂肪、蛋白质、核酸都是构成生物体的基本物质，在它们的分子中都含有碳元素。碳元素大约占生物体干重的 49，是有机化合物的“骨架” ，没有碳就没有生命。（2）碳在无机自然环境中存在的形式：以 CO2 和碳酸盐（石灰岩、珊瑚礁）的形式存在。（3）碳的循环形式：碳在无机环境与生物群落间是以 CO2 的形式进行循环的。大气中的 CO2 进入生物群落，主要依赖于绿色植物的光合作用，使 CO2 中的“C”变成为有机物中的 “C”，再通过食物链进入动物和其他生物体中，因此从“C” 的循环中可见绿色植物
6、是生态系统的基石。除此之外，还有化能合成作用的微生物也能把 CO2 合成为有机物。生物群落中有机物中的碳再通过生物体的呼吸作用和微生物的分解作用回到大气中。碳在生物群落中的传递方式：通过各种食物链和食物网（主要以有机物的形式） 。要点提炼思维拓展植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过植物的呼吸作用和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率相等，因此，大气中 CO2 的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。全析提示http:/ ”暂时脱离循环，一经开采运到地面燃烧，仍可产生 CO2 再返回碳循环。在 碳 的 循 环 中 ， 森 林 生 态 系 统 是 碳 的 主 要 吸 收 者 ， 每 年
7、 大 约 固 定361012 kg 碳。但是，近年来由于人类大量地采伐森林，再加上燃烧化石燃料以及环境污染，因而使大气中的 CO2 浓度明显增加，这种趋势如果继续发展下去，世界的气候就可能发生剧烈变化，后果令人担忧。（4）温室效应二氧化碳是影响地球能量平衡的一个重要方面。能量主要以光的形式到达地球，其中大部分被吸收，并通过各种方式转化为热量，热量最后以红外（热）辐射的形式从地球再辐射出去。在大气层中，二氧化碳对光辐射没有阻碍，但是能吸收红外线并阻挡红外线通过，就像温室的玻璃顶罩一样，能量进来容易出去难。大气中的二氧化碳越多，对地球上热量逸散到外层空间的阻碍作用就越大，从而使地球温度升高得越快，
8、这种现象就叫做温室效应。科学家预测，今后大气中二氧化碳每增加 1 倍，全球平均气温将上升1.54.5，而两极地区的气温升幅要比平均值高 3 倍左右。因此，气温升高不可避免地使极地冰层部分融解，引起海平面上升。海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。如果海平面升高 1 m，直接受影响的土地约5106 km2，人口约 10 亿，耕地约占世界耕地总量的 13。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入，沿海海拔 5 m 以下地区都将受到影响，这些地区的人口和粮食产量约占世界的 12。一部分沿海城市可能要迁入内地，大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化，不适于粮食生产。同时，对江河中下游地带也将造成灾害。当海水入侵后
9、，会造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注，目前正在推进制订国际气候变化公约，减少二氧化碳的排放已经成为大势所趋。2.能量流动和物质循环的因果关系生 态 系 统 的 存 在 是 靠 物 质 循 环 和 能 量 流 动 来 维 持 的 。 但 是 ， 能 量 流 动和物 质 循 环 有 本 质 上 的 区 别 ： 能 量 流 经 生 态 系 统 各 个 营 养 级 时 是 逐 级 递 减的 ，而 且 运 动 是 单 向 的 、 不 循 环 的 ， 最 终 在 环 境 中 消 失 。 物 质 循 环 是 带 有全
10、球 性的 ， 在 生 物 群 落 与 无 机 环 境 间 物 质 可 以 反 复 出 现 ， 反 复 利 用 ， 循 环运 动 ， 不会 消 失 。能量流动和物质循环的相互关系能量流动 物质循环形 式 主要以有机物形式流动 组成生物体的基本元素在生物群落 与无机环境间反复循环特 点 单向流动，逐级递减 反复循环维持生态平衡，具全球性 生物圈范 围 生态系统的各营养级联 系 能量流动和物质循环二者相互伴随，相辅相成，是不可分割的统一整体成因人类活动可以影响大气中 CO2 的含量。人类大量砍伐森林，破坏绿地，导致地球上绿色植物大量减少，阻碍了 CO2进入生物群落，并滞留在大气中；人类大量燃烧化石燃
11、料，大大加大了 CO2 进入大气圈的速度和数量，致使大气中 CO2 一再增多。解决方案增加 CO2 进入生物群落的量：植树造林；保护森林、绿地。减少 CO2 的排放量：开发新能源，如太阳能、氢能、风能等。要点提炼能量流动是逐级递减的、单向的、不循环的，最终在环境中消失。物质循环是带有全球性的，在生物群落与无机环境间物质可以反复出现，反复利用，循环运动，不会消失。全析提示生态系统的能量流动和物质循环都是通过食物链和食物网的渠道实现的，二者是相互伴随进行，相辅相成，密不可分的统一整体。http:/ 537） 。（图中，物质是循环的，能量流动是单向的）图 537 生物地化循环（阴影）和能流关系图当前
12、，人类所面临的许多环境问题都和生物地化循环有密切的关系。例如海洋、湖泊等水域的富营养化问题主要与氮、磷的生物地化循环有关；微量元素的过多或缺少引起的疾病往往具有明显的地区性，如缺碘地区多出现地方性甲状腺肿及地方克汀症；含氟过多的地区，居民常有地方性氟中毒，出现斑釉齿及氟骨症；土壤中含钴量过低的地区，牲畜易患地区性干血痨症。根据能量流动、物质循环的不同特点，在应用上应有不同的侧重。例如在农业生态系统中，提高生物能的利用率和废物的循环转化。所说的废物是指作物秸秆、人畜粪便、杂草、菜屑等。对于这些废物传统的处理方法是直接烧掉或是作为肥料直接肥田，这实际上是一种浪费。可以把作物秸秆等用来发展畜牧业，用牲畜粪便制沼气，既为农村提供了饲料和能源，又为农村增加了肥源。思维拓展值得重视的是，人类发展到今天，影响物质循环的能力已达到全球规模。人类的某些行动已严重地干扰了地球上的物质循环过程，并随之带来了一系列复杂的环境问题。全析提示原理在农业生产中的应用：建立生态农业系统。
