生态系统的物质循环

本节导读

能量沿食物链单向流动，而构成生物体的各种化学元素，却可以在生物与环境之间反复循环利用，这就是物质循环，也叫生物地球化学循环。这一节要学物质循环的共同特点，以及碳、氮、磷三种元素的循环过程。

试卷里，选择题和填空题常考物质循环与能量流动的区别、气体型与沉积型的划分、碳循环的形式和主要过程、氮循环里四个以「作用」结尾的名词；简答题常考「简述碳循环的过程」「简述氮循环的主要环节」。学完这一节，你应该能把每个循环的过程用一两句话说清楚，并分清楚固氮、氨化、硝化、反硝化四个作用。

物质循环的特点

物质循环是指组成生物体的各种化学元素和化合物，在生物圈中沿着一定的途径，从环境到生物，再从生物回到环境，不断往返的过程。它有三个特点：

• 循环往复，反复利用，和能量的单向流动不同。

• 具有全球性，一种元素的循环往往涉及整个地球范围，如碳。

• 与能量流动密不可分，同时进行：物质是能量的载体，使能量沿食物链流动；能量是物质循环的动力，使物质在生物与环境之间循环。

元素贮存的场所叫库。贮存量大、周转慢的叫贮存库，主要是非生物的，如大气圈、岩石圈；贮存量小、周转快的叫交换库，存在于生物与环境之间。

下面把物质循环和能量流动对照着记：

项目	能量流动	物质循环
特点	单向流动，逐级递减	循环往复，反复利用
范围	沿食物链（网）在生态系统内	全球范围的生物圈
联系	同时进行、互相依存：能量驱动物质循环，物质是能量的载体	同左

物质循环的类型

按贮存库的位置，物质循环分成三种类型：

类型	贮存库	特点	代表
水循环	海洋	速度快，是其他物质循环的载体	水
气体型循环	大气圈、水圈	速度较快，较完善，有自我调节能力	碳、氮、氧
沉积型循环	岩石圈、土壤	速度慢，不完善，易流失，易受干扰	磷、钙、钾、铁

硫比较特殊，既有气态阶段又有沉积阶段，各教材归类不一，以所用教材为准。

水循环的过程是：海洋和陆地的水蒸发、植物蒸腾，水汽被输送，凝结成降水，降到陆地的水一部分形成径流，一部分渗入地下，最后回到海洋。海洋是地球上最大的水库，森林能涵养水源、调节径流。

碳循环

碳的主要贮存库有大气中的二氧化碳、海洋中溶解的碳、岩石圈里的碳酸盐岩和化石燃料，以及生物体和土壤有机质。碳循环的过程是：

• 进入生物：生产者通过光合作用（少数是化能合成作用），把大气中的二氧化碳固定成有机物。

• 在生物之间：含碳的有机物沿食物链传递。

• 回到环境：生产者和消费者的呼吸作用、分解者的分解作用，把有机物中的碳变成二氧化碳释放回大气；化石燃料燃烧也释放二氧化碳。

记住两个「形式」：碳在生物群落与无机环境之间，主要以二氧化碳的形式循环；碳在生物群落内部，以含碳有机物的形式沿食物链传递。

人类大量燃烧化石燃料、砍伐森林，使大气中的二氧化碳浓度不断升高，这是温室效应的主要原因。

氮循环

大气中氮气占 78%，但绝大多数生物不能直接利用，必须先转变成铵盐、硝酸盐等形态。氮循环的几个关键过程是：

过程	含义	执行者
固氮作用	把氮气转变成氨（铵）等可被利用的氮	固氮微生物（根瘤菌、自生固氮菌、固氮蓝藻），此外还有闪电和工业合成氨
氨化作用	把动植物遗体、排泄物中的有机氮分解成氨（铵）	分解者（氨化细菌、真菌）
硝化作用	把氨（铵）氧化成亚硝酸盐，再氧化成硝酸盐	硝化细菌
反硝化作用	在缺氧条件下，把硝酸盐还原成氮气返回大气	反硝化细菌
同化作用	植物吸收铵盐和硝酸盐，合成蛋白质等有机氮	植物