1.生态系统的生命与元素

生命的维持不仅依赖于能量的供应，也依赖于各种化学元素的供应。通常根据生物合成有机物质时所需要的量分为大量元素和微量元素。

（1）大量元素：

生物在制造有机物质时，一些元素（如碳、氧、氢、氮、磷、钾、钙、镁等）需要量大，在生物体内的含量可用百分数表示，这些元素被称为大量元素。

（2）微量元素：

生物在制造有机物质时，一些元素（如氯、硼、铁、锰、锌、铜、钼等）需要量很小，含量一般不超过生物体干重的0.2%，含量过大则产生有害或中毒特征，这些元素则称为微量元素。

2.物质循环的概念

环境（大气、水体、土壤）中的无机物被绿色植物吸收转化成有机物后 沿着食物链被多次利用后，又被分解者分解成无机物 返回到环境中，不断反复循环过程，也称为生物地球化学循环。

 

 

 

生态系统中的物质循环可以用库和流通两个概念来加以概括。也就是说生态系统中的物质循环实际上是物质在库与库之间彼此流通。

 

1.库：

物质在循环过程中被暂时固定、储存的场所称为库。 如图所示，池塘生态系统中各组分都是库，即沉积层、水体、生产者、消费者等。库可分为储存库和交换库。

（1）储存库：容积大，物质交换活动缓慢，一般为环境成分

（2）交换库：容积小，交换快，一般为生物成分。

2.流：

物质在库与库之间的转移运动状态称为流。

单位时间、单位体积内转移的量就称为流通量。

如图所示，沉积层每天有20个单位转移到水体中，即沉积层和水体之间的流通量为20单位/天。

为了表示一个特定的流通过程对有关库的相对重要性，用周转率和周转时间来表示。

3.周转率：

为出入一个库的流通率（单位／天）除以该库中的营养物质总量。

4.周转时间：

为库中的营养物质总量除以流通率。

周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。

例如，沉积层每天有20个单位流入水体，5000个单位全部流入水体需要250天时间。周转率越大，周转时间就越短。

不同物质元素周转时间差异显著。

（1）大气圈中：

CO2循环周期大约1年时间左右（主要是光合作用从大气圈中移走）；

N2的周转时间约近100万年（主要是生物的固氮作用）；

H2O的周转时间只有10.5天。

（2）海洋中：

硅最短，约8000年；钠最长，约2.06亿年。

 

 

影响物质循环速率的主要因素有4个：

（1）循环元素的性质：

 即循环速率随循环元素的化学性质和被生物有机体利用的方式不同而不同。 如前面所讲的，大气CO2和N2周转时间差异很大。

（2）生物的生长效率：

这一因素影响着生物对物质的吸收速度和物质在食物链中的运动速度。

（3）有机物的分解速率：

适宜的环境有利于分解者的生存，并使有机体很快分解，迅速将生物体内的物质释放出来，重新进入循环。

（4）人类活动的影响：

如开垦农田、砍伐森林造成土壤矿质养分流失，从而影响物质循环的速率。

 

 

1.生物地球化学循环的构成

生态系统中的物质循环也称为生物地球化学循环，从图中可以看出，生态系统中的物质循环是由地球化学循环（即地质大循环）和生物循环（即生物小循环）构成的，这两者合称为生物地球化学循环。

 

 

（1）地球化学循环（即地质大循环）：

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，然后生物体以尸体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈的循环过程。这是一种闭合式循环。

 

（2）生物循环（即生物小循环）：

环境中元素经生物吸收，养分在生物体内的再分配以及在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用再为生产者吸收、利用。这是一种开放式循环。

 

2.生物地球化学循环的主要类型

根据物质参与循环的形态，生物地球化学循环可分为3种类型：

液相循环（如水循环）、气相循环（如碳循环、氮循环）、固相循环或沉积型循环（如磷循环、硫循环）。

（1）水循环

是物质循环的核心，也是物质循环的推动力。

（2）气体型循环

循环速率快，物质来源充沛，不会枯竭，具有明显的全球性、循环性能最完善。

（3）沉积型循环

循环速度较慢。

以上3种循环都受太阳能所驱动，气体型循环和沉积型循环都依托于水循环。