五 物质循环.ppt.Convertor.docx

第五章农业生态系统的物质循环第一节物质循环的一般原理一、生命活动中的营养元素1 .基本元素：1%：C、0、H、N、K2 .大量元素：0.1-1%:Ca、Mg、P、S、CkFe.Cu3 .微量元素：0.1%:Al、B、Br、F、I、Mn、Mo、Si、Zn等二、物质循环的库与流1 .库物质在运动过程中被暂时固定、贮存的场所。(1)贮存库：容积较大，交换慢，一般为环境库。如土壤库、大气库、水体库等(2)交换库：容积小，交换快，一般为生物库。如植物库、动物库等。2 .流物质在库与库之间的转移运动状态。生态系统中的能流、物流、信息流使生态系统中各组分联系起来。三、物质循环的特征1 .生物量(biomass)与现存量生物量：某一时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量。生物量又可叫现存量=生产量+减少量。实际生态研究中常测定现存量及其推算的净生产量=总生产量-呼吸量。2 .周转率(UImoVerratiO,R)与周转期(TUrnoVertime,T)R=FIS=FOSFl流入量Fo流出量S库存量T=1R物质更换所需要的时间。三、物质循环的特征周转率用于植物叫更新率，如森林现在的现存量为100thm2,年净生产量为10thm2,则R=?T=?物质在运动过程中，周转率越高，周转期就越短。3 .循环效率(Efficiencyofcycle,EC)：EC=FCZFIFC循环物质，FI总输入物质四、物质循环的类型1、物质循环的概念生态系统从大气、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，被其它生物重复利用，最后再归还于环境。2 .生物地球化学循环化学元素在生物圈内从环境-生物-生物-环境的流动和循环。包括：(1)地质大循环：在五大自然圈进行循环。时间长，范围广，闭合式(2)生物小循环：在生态系统水平上。时间短、范围小、开放式。四、物质循环的类型3 .物质循环的类型根据物质的贮存库可分为：(1)水循环贮存库：水圈，属液相型循环(2)气相型循环贮存库：大气圈或水圈，以气体的方式参与循环，循环迅速、完全代表物质：C、0、N、F(3)沉积型循环贮存库：岩石圈和土壤圈，循环缓慢、周期长，不完全代表物质：S、P、Ca、Na、Mg、Fe、Cu.Si过程：岩石、土壤一风化一植物利用、沉积-回到环境风化、重新利用四、物质循环的类型4 .农业生态系统物质循环：农业生态系统物质循环污染物循环养分循环水体循环气体循环固体废弃物 污水化肥农药/重金属 微量元素 钾磷/氮/有机质地下水J灌溉 J降水室应体释与 温效气的放/合用光作呼作相与吸用关的固定气体交换物质循环与能量流动的关系物质循环在生态系统中是时刻进行的，并与能量流动紧密结合在一起，它们把各个组分有机地结合在一起，共同构成极其复杂的能量流动与物质循环网络系统，从而维持了生态系统的存在。物质循环是双向流动，而能量流动则是单向的，是不可逆的。第二节水循环(watercycle)一、水循环过程水是生命的赋予者水是农业的命脉(有收无收在于水，产粮1斤，耗水1吨；水在很大程度上决定着生物生产力和作物产量)1 .水贮量及分布海洋：97.4%淡水：2.6%,包括冰雪和陆地，真正能利用的只有1%2 .水循环过程水域：冰雪融化-一大气层-降雨过程：蒸发一-水汽输送-降水径流二、农田生态系统的水分平衡输入项：降水(R)、灌溉、地下水上升(UndergrOUndWaterUP)输出项：蒸发蒸腾(ET)、渗漏(P)、侧漏(三)、排水(D)以及农田持水(OCeUPyingWater).其水量平衡方程为：R+I+U=ET+P+S+D+0三、人类活动对水循环的影响1 .植被破坏：水土流失、河流洪涝或干枯2 .兴建大型水利工程：改变流域的水平衡，造成流域不同部位盐碱化、沼泽化和干旱化正面效应：防洪、发电、航运、灌溉负效应：改变流域水平衡，局部地下水位升降，上游水库淤积；水库下游河床下切；改变生物的栖息环境等。3 .围湖造田：地表水蓄水、调洪能力降低，易造成地区性干旱(如湿地的减少)4 .过度开采地下水：造成水位下降、河流干枯、海水入侵等四、与人类活动有关的水循环问题1.7K资源短缺(Shortageofwaterresources)我国是一个人均淡水资源严重短缺的国家，水资源总量为28120亿m3,世界排名第六，低于巴西、原苏联、加拿大、美国和印尼。而人均只有2310m3,约为世界平均的1/4,是世界13个贫水国之一,水资源短缺已成为我国经济发展面临的最严重问题之一。在农业方面,主要是北方的干旱和南方的季节性干旱。2.水污染状况1996年我国日排放污水达1亿吨，其中80%未经处理。处理率为10-20%。我国有一半河流水质受到严重污染（四类和五类水）；主要湖泊26%已达富营养化程度有约7亿人饮用细菌含量超标水对532条河流的监测，己有436条河流受到不同程度的污染，我国七大江河所流经的15个主要大城市的河段中，有13个河段水质严重污染黄、淮、海三大河流片既是全国缺水最严重的地区，也是全国污染最严重的地区五、农业生态系统的水分管理扩大土壤的水分库容：植树种草，再造一个山川秀美的大西北（江泽民）1、提高水分的利用率和利用效率，大力发展节水农业输水系统节水田间灌溉节水：喷灌、滴灌、微灌、膜上灌、间歇灌；农艺节水：节水栽培、地面覆盖、抗旱耕作、采用化学制剂等。管理节水：水分预测预报及节水灌溉制度等。2 .北方的集水农业、径流农业3 .减少水体污染合理施肥与灌溉，减少养分流失对固体废弃物进行无害化和资源化处理污水净化与处理4 .加强水资源的跨流域管理第三节碳循环（CarbOnCyCle）一、碳的贮存库（storedsink）1.大气圈（Co2）2.生物圈（有机分子）3.土壤（有机质）4.岩石圈（化石燃料和沉积岩）5.水圈（溶解C02和碳酸钙）一、碳循环过程1.细胞水平上光合作用和呼吸作用2.个体水平上大气C02和植物之间3.生态系统水平上大气C02-植物一动物一微生物4.地质大循环三、人类活动对碳循环的影响1 .对C02浓度的影响燃烧和植被破坏2.对CH4的影响主要源地：年排放500Tg四、温室效应对农业生态系统的的影响1.温室气体Co2、CH4、N20、臭氧、氟氯烧（CFCS）等温室效应（greenhouseeffect）（1）种植制度的变化（2）对作物产量的影响（3）对水分布的影响（4）病虫害和生物多样性的影响第四节氮循环（NitrogenCyCIe）一、氮的贮存库（storedsink）1.岩石圈93.8%参与循环很少2.大气圈6.2%为N循环的主要贮存库二、氮碳循环过程1 .输入生物固氮工业固氮高能固氮：闪电、宇宙射线、损石、火山爆发2 .输出燃烧挥发反硝化渗漏三、人类活动对氮循环的影响1.含氮有机物燃烧产生NOx污染大气温室气体2.过度耕种使土壤氮素肥力下降3.工业固氮抑制生物固氮，造成氮素局部富积和氮循环失调（水体富营养化）4.不合理施肥造成氮素流失污染地下水、蔬菜硝酸盐中毒四、农田氮素控制的途径1.改进氮肥施用技术分次施肥、氮肥深施、缓效肥等2.平衡施肥和测土施肥3.采用硝化抑制剂4.合理灌溉5.做好水土保持工作第五节磷循环一、磷的贮存库及循环过程岩石土壤圈主要是地壳磷循环过程生物小循环和地质大循环二、农业生态系统磷的循环1 .磷的输入施肥作物残体大气沉降灌溉2 .磷的输出作物收获土壤侵蚀及淋失渗漏三、人类活动对磷循环的影响1.璘矿开采与消耗2.磷肥的施用与流失3.生活废水、工业污水排放导致富营养化、赤潮(红潮)第六节钾循环(POtaSSiUmCyele)一、土壤生态系统中的平衡输入：动植物残体施肥输出：作物收获流失渗漏二、农业生态系统的钾素利用和管理作物秸秆回田、施用草木灰施用有机肥和种养绿肥不成土壤钾素合理耕作促使难溶钾有效化合理施用钾肥第七节硫循环(SUIfUrCyCIe)一、农业生态系统中硫的平衡输入土壤矿物风化大气硫沉降施用含硫肥料灌溉输出作物收获流失气态挥发二、人类活动对硫平衡的影响S02气体大量排放燃煤、燃油、燃气酸雨及其危害H<5.6对植物、第八节农业生态系统的养分循环一、养分循环特点1.有较高的养分输入率和输出率2.3.养分保持能力弱，流失率较高4.二、养分循环的一般模式吸收养分土壤库植物库残茬三、农业生态系统的养分平衡输入项生产输入种子种苗、化肥厩肥、人粪尿还田秸秆、城镇杂肥生物固氮、灌水带入自然输入干湿沉积物,、矿治、农业活动土壤、水体、湖泊、建筑物等产生负面影响系统内部养分的库存量较低，但流量大，周转快养分供求同步机制较弱饲料消费畜禽库人类库输出项生产性输出经济产量秸秆皮、壳、糠、皴非生产性输出地面流失带走地面流入 自身固氮 底层输入 氨吸收排水 淋溶 风蚀反硝化氨挥发四、土壤有机质与农田养分循环1 .有机质的作用（1）是各种养分的载体（2）为土壤微生物提供生活物质（3）具有和硅酸盐同样的吸附阳离子的能力（4）保蓄水分、提供抗旱、抑制线虫等作用2 .农田土壤有机质的积累与分解（1）积累：根茬、落叶、秸秆还田、畜肥、生物遗体、排泄物等（2）分解：土壤微生物要求土壤有机质保持一定的碳氮比20-25：1CN>25:1,缺N,有机质分解缓慢CN<25:1,N充足，有机质分解快，N易流失五、农田养分循环的调节1 .调节的原则（1）多样化的养分输入（2）建立养分循环再生机制（3）提高土壤肥力和保持养分，减少养分流失（4）系统的整体优化2 .调节的途径（1）建立合理的轮作制度：用养结合（2）农林牧相结合，发展沼气，促使秸秆回田（3）措施优化：有机无机结合、N、P、K比例协调、少免耕、覆盖等（4）废弃物回收利用第九节污染物对农业生态系统的一、有毒污染物在食物链上的浓缩1 .食物链的浓缩作用（生物学放大作用）定义：有毒物质沿食物链各营养级传递时，在生物体内的残留浓度不断升高，愈是上面的营养级，生物体内有毒物质的残留浓度愈高的现象。如DDT（瑞典学者MilIer发明）影响及其利用二、主要污染物的危害及其防治2 .重金属污染Hg.Cd、Pb、As、Cu、Zn、Fe、Mn等密度>4.5gcm2汞污染：水俣事件（甲基汞中毒），1953日本九州水俣镇，人吃中毒的鱼，病180多人，死亡50多人。氮肥生产中采用氯化汞和硫酸汞作催化剂，含甲基汞的废水排入水体。镉污染：富山事件,骨痛病又叫痛痛病，1931年日本富山县，吃含镉的米和含镉的水，病280多人，死34人。炼锌厂排放含镉的废水。3 .农药污染（pesticidepollution）农药的不合理施用带来污染（1）动植物体内残留（食物链传递）（2）对人体的危害：农药中毒（3）对农业自身的危害害虫产生抗药性、杀死天敌等采取措施：（1）加强农药立法管理（2）开发高效、低毒、安全的无公害农药和生物农药（3）IPM（integratedPestManagement）综合管理（4）改进用药技术4 .畜禽粪便污染易造成富营养化、含有病原微生物等处理措施：（1）作肥料（2）作饲料（3）作培养料（4）作燃料4.固体废弃物污染如垃圾、污泥等处理措施：（1）填埋（2）焚烧（3）资源化处理（如作肥料）作燃料5、其他：氟污染兽药和饲料添加剂污染污水