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1、G1 资源与循环 要 点营养物资源营养物资源群落以形形色色的方式获得和损失营养物。群落以形形色色的方式获得和损失营养物。机械风化、化学腐蚀机械风化、化学腐蚀，特别是，特别是碳酸化碳酸化作用，作用，都是重要的过程。矿物质在水中的简单溶解都是重要的过程。矿物质在水中的简单溶解也使营养物从岩石和土壤中获得成为可能。也使营养物从岩石和土壤中获得成为可能。在水流中水可能携带着营养物，给下流地区在水流中水可能携带着营养物，给下流地区提供一个重要的资源。大气也提供营养物，提供一个重要的资源。大气也提供营养物，特别是二氧化碳和氮。大气中其他营养物可特别是二氧化碳和氮。大气中其他营养物可能以能以湿沉降湿沉降（雨
2、，雪和雾）和（雨，雪和雾）和干沉降干沉降（干燥（干燥期间的颗粒沉淀物）的方式回到群落。期间的颗粒沉淀物）的方式回到群落。环境生态学 资源与循环A particular nutrient atom taken up by an organism may cycle continuously until eventually the nutrient will be lost through any one of a number of processes that remove nutrients from the system. Release may be direct to the atm
3、osphere or via bacterial action (as in the case of methane). For many elements, the most substantial pathway of loss is in streamflow. Other pathways of nutrient loss include fire, the harvesting of crops and deforestation.Nutrient budgets in terrestrial communities环境生态学 资源与循环陆地群落营陆地群落营养物收支养物收支有机体吸收
4、的特定营养物微粒可连续地有机体吸收的特定营养物微粒可连续地循环，直到营养物最终损失，这是通过循环，直到营养物最终损失，这是通过许多过程中的任一个过程把营养物从系许多过程中的任一个过程把营养物从系统中除去。营养物释放可直接到达空气统中除去。营养物释放可直接到达空气或通过细菌作用（如甲烷）。对于许多或通过细菌作用（如甲烷）。对于许多元素来说，最大的损失途径是在径流中。元素来说，最大的损失途径是在径流中。营养物损失的其他途径包括火灾、庄稼营养物损失的其他途径包括火灾、庄稼的收获和森林砍伐。的收获和森林砍伐。环境生态学 资源与循环Aquatic systems obtain the bulk of t
5、heir supply of nutrients from streamflow. In streams, rivers and lakes with a stream outflow, export in outgoing stream water is a major factor. Commonly, phases of fast inorganic nutrient displacement alternate with periods when the nutrient is locked in biomass. In lakes, plankton play a key role
6、in nutrient cycling. Oceans contain warm suface waters, where most plant life is found and cold deep waters (which make up 90% of the total water volume). Nutrients in the suraface waters come from two sources: (i) upwelling from deep water (which comprise over 95% of the nutrient budget),and (ii) r
7、iver input.Nutrient budgets in aquatic communities环境生态学 资源与循环水生群落营水生群落营养物收支养物收支水生系统从河川径流中得到它们所需的大量水生系统从河川径流中得到它们所需的大量营养物。在具有流出量的溪流、河流和湖泊营养物。在具有流出量的溪流、河流和湖泊中，外流是个重要因素。通常，无机营养物中，外流是个重要因素。通常，无机营养物置换阶段与营养物固定在生物量中的时期是置换阶段与营养物固定在生物量中的时期是交替进行的。浮游生物在湖泊中的营养物循交替进行的。浮游生物在湖泊中的营养物循环中起关键作用。海洋含有温暖的表层水，环中起关键作用。海洋含有
8、温暖的表层水，生活着大多数的植物，还有冷的深层水（占生活着大多数的植物，还有冷的深层水（占总水容量的总水容量的90%）。表层水的营养物来源于）。表层水的营养物来源于两种方面：（两种方面：（i）深层水的上涌流（组成物预）深层水的上涌流（组成物预算的算的95%以上），（以上），（ii）河流的输入。）河流的输入。环境生态学 资源与循环The pools of chemical elements on earth exist in various compartments: in rocks (the lithosphere), and soil water, streams, lakes or oc
9、eans (whish, combined, constitute the hydrosphere). In all these cases, the chemical elements exist in the inorganic form. In contrast, living organisms and dead and decaying organic matter are compartments which contain elements in the organic form. Studies of the chemical processes occurring withi
10、n these compartments and the flux of elements between them (which are fundamentally altered and affected by biotic processes) is termed biogeochemistry.Geochemistry环境生态学 资源与循环地球化学地球化学地球上的化学元素库存在于各种圈层地球上的化学元素库存在于各种圈层（compartments）中：在岩石（岩圈）中：在岩石（岩圈）和土壤水、溪流、湖泊或海洋（可组合和土壤水、溪流、湖泊或海洋（可组合构成水圈）中。在上述情况下，化学元构成
11、水圈）中。在上述情况下，化学元素以无机形式存在。同时，生命有机体素以无机形式存在。同时，生命有机体和已死亡及腐烂的有机物质是在含有有和已死亡及腐烂的有机物质是在含有有机元素的圈层里。研究在这些区域内发机元素的圈层里。研究在这些区域内发生的化学过程和圈层间元素的流动（通生的化学过程和圈层间元素的流动（通过生物过程产生了功能性的改变和影响）过生物过程产生了功能性的改变和影响），称为生物地球化学。，称为生物地球化学。环境生态学 资源与循环化学元素形态与人体健康 环境生态学 资源与循环Terrestrial plants utilize atmospheric CO2 as their carbon
12、source for photosynthesis, whereas aquatic plants use dissolved carbonates (hydrosphere carbon). Respiration releases the carbon locked in photosynthetic products back to the atmospheric and hydrospheric carbon compartments. The atmospheric phase is predominant in the global nitrogen cycle, in which
13、 nitrogen fixation and denitrification by miocroorganisms are of particular importance. The main stocks of phosphorus occur in soil water, atmospheric and lithospheric components.Global biogeochemical cyclesRelated topicsPlants and consumers (G2) Primary and secondary productionSoil formation, prope
14、rties and (P2) classification(G3)环境生态学 资源与循环全球生物地化全球生物地化循环循环陆地植物利用空气中陆地植物利用空气中CO2作为光合作用的碳源，作为光合作用的碳源，而水生植物使用溶解的碳酸化合物（水圈的碳）。而水生植物使用溶解的碳酸化合物（水圈的碳）。呼吸作用把固定在光合产物中的碳，再释放到气呼吸作用把固定在光合产物中的碳，再释放到气圈和水圈的碳圈层中。在全球氮循环中，气相是圈和水圈的碳圈层中。在全球氮循环中，气相是占优势的，其中，氮的固定和微生物的脱氮作用占优势的，其中，氮的固定和微生物的脱氮作用特别重要。磷主要储存在土壤水、河流、湖泊、特别重要。磷主要
15、储存在土壤水、河流、湖泊、岩石和海洋沉淀物中，而硫储存在大气和岩石的岩石和海洋沉淀物中，而硫储存在大气和岩石的组分中。组分中。相关主题植物与消费者（G2） 土壤形成、特性和分类（G3节）初级和次级生产力（P2）环境生态学 资源与循环环境生态学 资源与循环水循环水循环气体型循环（气体型循环（C, N）沉积型循环（沉积型循环（S, P）物质循环的类型物质循环的类型环境生态学 资源与循环水循环n水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，水和水循环对于生态系统具有特别重要意义，它是地球上各种物质循环的中心循环。通过它是地球上各种物质循环的中心循环。通过降水和蒸发这两种形式，使地球水分达到平降水和蒸发这两
16、种形式，使地球水分达到平衡状态。此外，水循环通过地表径流将各种衡状态。此外，水循环通过地表径流将各种营养物质从一个生态系统搬到另一个生态系营养物质从一个生态系统搬到另一个生态系统，补充某些生态系统营养物质的不足。植统，补充某些生态系统营养物质的不足。植被在水循环过程中起重要作用。被在水循环过程中起重要作用。环境生态学 资源与循环水和水循水和水循环对于生环对于生态系统具态系统具有特别重有特别重要意义，要意义，它是地球它是地球上各种物上各种物质循环的质循环的中心循环。中心循环。环境生态学 资源与循环碳循环n1.全球碳贮存量约为全球碳贮存量约为261015吨，绝大吨，绝大部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石
17、圈中，部分以碳酸盐的形式禁锢在岩石圈中，其次是化石燃料。生物可直接利用的碳其次是化石燃料。生物可直接利用的碳是是水圈水圈和和大气圈大气圈中主要以中主要以CO2形式存在形式存在的碳。的碳。环境生态学 资源与循环环境生态学 资源与循环2.碳在生态系统中循环不平衡引起的生碳在生态系统中循环不平衡引起的生态效应：态效应：CO2增加，引起的温室效应（增加，引起的温室效应（greenhouse effect），致使全球变暖），致使全球变暖京都协定京都协定：限制发达国家的二氧化碳排放。：限制发达国家的二氧化碳排放。环境生态学 资源与循环氮循环n氮循环中的主要作用氮循环中的主要作用(图图)n固氮作用固氮作用三
18、条途径：三条途径：n闪电、宇宙射线、火山爆发活动等的高能固氮，形成氨或硝闪电、宇宙射线、火山爆发活动等的高能固氮，形成氨或硝酸盐，随降雨到达地面，为酸盐，随降雨到达地面，为7.6106a。n工业固氮（化肥的制造），目前全世界已达工业固氮（化肥的制造），目前全世界已达1108吨。吨。n生物固氮（最重要途径），为生物固氮（最重要途径），为5.4107a。n氨化作用氨化作用由氨化细菌而后真菌的作用将有机氮分解成为氨与由氨化细菌而后真菌的作用将有机氮分解成为氨与氨氨 化合物。化合物。n硝化作用硝化作用氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。
19、酸盐和硝酸盐。n反硝化作用反硝化作用也称脱氨作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大也称脱氨作用，反硝化细菌将亚硝酸盐转变成大气氮，回到大气库中。气氮，回到大气库中。环境生态学 资源与循环环境生态学 资源与循环沉积型循环（沉积型循环（P，S，Ca等）等）n分子或化合物无气体形态，以固体颗粒分子或化合物无气体形态，以固体颗粒存在存在n主要储存库：土壤，沉积物，岩石圈主要储存库：土壤，沉积物，岩石圈n循环的全球性不明显循环的全球性不明显n循环性能不完善，易发生局部短缺，难循环性能不完善，易发生局部短缺，难以在短期内补充。以在短期内补充。环境生态学 资源与循环环境生态学 资源与循环硫循环硫循环环境生态学
20、资源与循环G2 PLANTS AND CONSUMERSThe main elemental component of living matter is carbon. Carbon enters the trophic structure of a community when CO2 is fixed through photosynthesis, the utilization of the energy of sunlight to combine CO2 and water into sugars. It then becomes incorporated in net primar
21、y production (NPP). This is the total energy accumulated per unit time by plants during photosynthesis. When the high-energy molecule in which the carbon was stored is finally used to provide energy for work, the carbon is released into the atmosphere as CO2.Key NotesThe fate of matter in the commun
22、ity环境生态学 资源与循环G2 植物与消费者 要 点群落中物质群落中物质的命运的命运生命物质的主要基本组成分是碳。当通过光生命物质的主要基本组成分是碳。当通过光合作用固定合作用固定CO2 ，利用太阳能把，利用太阳能把CO2 和水和水合成糖时，使碳进入群落的营养结构中。这合成糖时，使碳进入群落的营养结构中。这样碳成了净初级生产力（样碳成了净初级生产力（NPP）这就是在光）这就是在光合作用中每单位时间植物积累的总能量。当合作用中每单位时间植物积累的总能量。当储存碳的高能量分子最终用于提供工作能量储存碳的高能量分子最终用于提供工作能量时，碳就以时，碳就以CO2 的形式释放到大气中。的形式释放到大气
23、中。环境生态学 资源与循环Autotrophs, the main producers in most terrestrial ecosystems, use energy from the sun or from the oxidation of inorganic substrates to produce organic molecules from inorganic ones. Plants are the main producers in terrestrial systems, while phytoplankton are the most important in open
24、 oceans. In these deep waters, photosynthetic production occurs in the upper levels, the photic zone, where light can penetrate. In deeper waters, light does not penetrate and no photosynthesis occurs in this aphotic zone.Producers生生 产产 者者自养生物自养生物大多数陆地生态系统的主要生产者，大多数陆地生态系统的主要生产者，利用太阳能或无机物质氧化作用的能量，使无机
25、利用太阳能或无机物质氧化作用的能量，使无机分子成为有机分子。在陆地系统中植物是主要的分子成为有机分子。在陆地系统中植物是主要的生产者，而浮游植物在开放海洋中最重要。在深生产者，而浮游植物在开放海洋中最重要。在深水域中，光合产物只在上层部分（透光区）产生，水域中，光合产物只在上层部分（透光区）产生，因为光能透入这部分。在更深水域中，光不能透因为光能透入这部分。在更深水域中，光不能透入，故这无光区没有光合作用发生。入，故这无光区没有光合作用发生。环境生态学 资源与循环Plants are eaten by primary consumers, such as grazing mammals and
26、 insects. In oceans, phytoplankton are consumed by zooplankton. These primary producers are in turn eaten by secondary consumers, carnivores such as mammals and spiders. In oceans, many fish are secondary consumers as they feed on zooplankton.Consumers消消 费费 者者植物被初级消费者所食，如草食哺乳动植物被初级消费者所食，如草食哺乳动物和昆虫。海
27、洋里，浮游动物以浮游植物和昆虫。海洋里，浮游动物以浮游植物为食。这些初级消费者依次又被次级物为食。这些初级消费者依次又被次级消费者消费者肉食动物所食，如哺乳动物肉食动物所食，如哺乳动物和蜘蛛。在海洋中，很多鱼类以浮游动和蜘蛛。在海洋中，很多鱼类以浮游动物为食时成为次级消费者。物为食时成为次级消费者。环境生态学 资源与循环Related topicsSources and cycles (G1) Food chains (P3)Primary and secondary production (P2)The organic material that composes living organi
28、sms in an ecosystem is eventually recycled, broken down and returned to the abiotic environment in forms that can be used by plants. Decomposers, which feed on nonliving organic material are the organisms in this recycling. The most important decomposers are bacteria and fungi.Decomposers环境生态学 资源与循环
29、分分 解解 者者在生态系统中组成生命有机体的有机物质，最终在生态系统中组成生命有机体的有机物质，最终经分解以可被植物利用的形式回到生物环境中被经分解以可被植物利用的形式回到生物环境中被重新利用。分解者以无生命的有机物质为食，是重新利用。分解者以无生命的有机物质为食，是这个再循环中的有机体。最重要的分解者是细菌这个再循环中的有机体。最重要的分解者是细菌和真菌。和真菌。细菌细菌真菌真菌环境生态学 资源与循环大型真菌大型真菌环境生态学 资源与循环G3 SOIL FORMATION, PROPERTIES AND CLASSIFICATIONUnderlying terrestrial ecosyst
30、ems is the soil; a thin layer of the Earths crust that has been remade by life and weather, Soil provides habitats with a nutrient delivery system, a recycling system and a waste-disposal system. The study of soils is called pedology, Soil organisms participate in the formation of the habitat and co
31、nstitute one of the five interactive factors in soil formation; the other four are climate, topography, parent material and time. The initial colonizers of soil parent material are usually the cyanobcteria, capable of photosynthesis and nitrogen fixation. After higher vegetation has become establish
32、ed, a variety of soil processes produces the dynamic mixture of living and dead cells, soil organic matter (SOM).Key NotesSoil formation环境生态学 资源与循环G3 土壤形成、特性和分类 要 点土壤形成土壤形成在陆地生态系统的底部是土壤：一薄层由生物和在陆地生态系统的底部是土壤：一薄层由生物和气候改造的地球外壳。土壤提供了栖息地，具有气候改造的地球外壳。土壤提供了栖息地，具有营养物传递系统、再循环系统和废物处理系统。营养物传递系统、再循环系统和废物处理系统。土壤
33、的研究称为土壤学。土壤中的有机体参与了土壤的研究称为土壤学。土壤中的有机体参与了栖息地的形成，是土壤形成中构成五个相互作用栖息地的形成，是土壤形成中构成五个相互作用的因素之一；其他四个是气候、地形、母质和时的因素之一；其他四个是气候、地形、母质和时间。土壤母质的开始居住者通常是蓝细菌，它能间。土壤母质的开始居住者通常是蓝细菌，它能进行光合作用和固定氮。高等植物形成后，土壤进行光合作用和固定氮。高等植物形成后，土壤变化过程的多样性产生了活的和死的细胞，和土变化过程的多样性产生了活的和死的细胞，和土壤有机物质（壤有机物质（SOM）的动态混合物。）的动态混合物。环境生态学 资源与循环At the s
34、urface of soil is a litter of dead or rotting plant parts, with one or more distinctly different layers underneath. These layers have come to be called horizons. Soil horizons form as rotting plant parts mix with the upper layers of the mineral soil. The subsoil underneath is the earth from which th
35、e soil was made and is called the parent material. This layered appearance is called the soil profile. Soil scientists recognize three kinds of soil horizon above the parent material; the A, B and C horizons. Under these three groups of horizons is the unaltered parent material. These are known as R
36、 horizons. The soil pro an instant indicator of important ecosystem processes. The soil profile环境生态学 资源与循环土壤剖面土壤剖面土壤表面是死亡腐烂植物部分的枯枝落叶层，土壤表面是死亡腐烂植物部分的枯枝落叶层，下面由完全不同的物质组成的一层或多层。下面由完全不同的物质组成的一层或多层。这些层可叫做这些层可叫做“层位层位”。土层的形成是由于。土层的形成是由于腐烂植物与矿物质土壤的上层相混合。下面腐烂植物与矿物质土壤的上层相混合。下面的亚土壤是土壤起始形成的地方，称为母质。的亚土壤是土壤起始形成的地方
37、，称为母质。这种分层的外貌叫做土壤剖面。土壤科学家这种分层的外貌叫做土壤剖面。土壤科学家认为母质以上的土层有三类：认为母质以上的土层有三类：A、B和和C层。层。这三层之下是不变的母质。这些以这三层之下是不变的母质。这些以R层著称。层著称。土壤剖面是重要生态系统过程中一个即时指土壤剖面是重要生态系统过程中一个即时指标。标。环境生态学 资源与循环土壤剖面土壤剖面环境生态学 资源与循环环境生态学 资源与循环Related topicsSuccession (R1) Ecosystem patterns (S1)On a world scale, the great soil groups are t
38、he most easily mapped of any class in a soil classification. Color and banding of the soil pro the great soil groups. World soil maps represent a rough plot of the great soil groups and are very similar to maps of climate or vegetation. Soil surveyors map soils on the scale of farm fields or parts o
39、f counties. Usually only one of the great soil groups will be present. The units used, soil series, are a group of soils developed from the same kind of parent material, by the same generic combination of processes, and whose horizons are quite similar in their arrangement and general characteristic
40、s.Primary classification: the great soil groups环境生态学 资源与循环 主要分类：主要分类： 大土壤群大土壤群在全球范围上，大土壤群在土壤分类中是最容易在全球范围上，大土壤群在土壤分类中是最容易制图划分的。土壤剖面的颜色和条带用来区分大制图划分的。土壤剖面的颜色和条带用来区分大土壤群。全球土壤图表示了一个粗略的大土壤群土壤群。全球土壤图表示了一个粗略的大土壤群图，与气候和植被图很相似。土壤勘测员是以农图，与气候和植被图很相似。土壤勘测员是以农田或郡县部分为尺度来绘制土壤图。通常只有大田或郡县部分为尺度来绘制土壤图。通常只有大土壤群之一会存在。所使用的单位土壤群之一会存在。所使用的单位“土系土系”，是，是指从相同类型的母质，通过相同类型的结合过程指从相同类型的母质，通过相同类型的结合过程而发展起来的一类土壤，它们的土层在它们的排而发展起来的一类土壤，它们的土层在它们的排列和一般特性上是完全相似的。列和一般特性上是完全相似的。相关主题演替（R1） 生态系统格局（S1）环境生态学 资源与循环
