缓解和控制的机制和方法探索
• 与生物地球化学 循环有关的主要 人类活动影响： • 温室效应 • 酸雨 • 农药富集 • 水生生态系统 富营养化
不同物质的生物地球化学循环特征差别巨大
Chemical Atmosphe
re
Oceans
S
minor
large
Land Biosphere (crust)
• 封闭系统
与外界没有物质交换（或净交换为零）的系统 只有在封闭系统中才能讨论物质循环问题
• 孤立系统
与外界既无物质交换又无能量交换的系统
• 生物地球化学循环 物质在地球系统中在各圈层中互相传输或转化，使物质 总量不变的过程之和
太阳辐射输入
植物
自养细菌
藻类
化石燃料
岩石圈
土壤圈
光合作用
大气圈
风 输 、 沉 降 、 排 放
风搬运
大
物种
体积丰度
来源
数量特征
气 化 学 组
氮气 氧气 水汽 氩气 二氧化碳
氖气 氦气 甲烷
成
氪气 氢气
大气圈 生物圈
氧化亚氮 一氧化碳 二氧化硫
岩土
河海
臭氧 氙气 氮氧化物
其它
人 体 中 元 素 含 量
Element
M7700a--ksksggo动动f e物物le或m或e人nt Volume of i体人n 中a体7元中0-素k元g含素pe量含rs量on purified element
六、碳循环问题（Global Warming problem BGC）
“迷失的碳汇” 生物圈在全球碳循环中的作用 海洋在全球碳循环中的作用 京都议定书
一、什么是生物地球化学循环？
• 地球系统
大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈和人类构成的相互作用着的系统 地球系统是封闭系统（为什么？），但非孤立系统（为什么？）
大气沉降
污泥污染
肥料
土壤动物
蔬菜
土壤
家畜家禽 人体
灌水
其他
土壤微生 物
粮食作物
碳的生物地球化学循环影响气候
+
• 工业革命改变了 的碳循环
• 工业革命改变碳 循环原理：
• 大气中二氧化碳升 高具有施肥效应
• 大气中二氧化碳升
高会加强温室效应，
通过温度升高影响 碳循环
balanced
气候变暖
三、生物地球化学循环的驱动力
重量百分率
oxygen 43 kg
carbon 16 kg
hydrogen 7 kg
nitrogen 1.8 kg
calcium 1.0 kg
phosphorus 780 g
potassium 140 g
sulfur
140 g
sodium 100 g
chlorine 95 g
magnesium 19 g
• 太阳辐射：自然驱动力
• 太阳辐射 • 光合作用 • 生物圈
• 人类：另一驱动力
• 燃烧化石 • 土地利用改变 • 矿物开发利用
钙
钠
钾
镁
其它所有
中国森林土壤背景
大气圈
生物圈
岩土
河海
g/kg
海 洋 中
氧(O) 857.0 氢(H) 108.0 氯(CI) 19.0
主
钠(Na) 10.00
要
镁(Mg) 1.350
元
硫(S) 0.885
素
钾(K) 0.380
含
碳( C ) 0.028
量
硅(Si) 0.003
（
氮(N) 0.0005
磷(P) 0.00007
铝 (Al) 0.00001
）
大气圈
生物圈
岩土
河海
海水与生 命中元素 含量比较 类似！
二、为什么研究生物地球化学循环？
• 许多物质及对于生命的存在和持续具有决定性的作用 • 决定生命能否存在 • 决定生命存在的最大数量 • 不同物质的生物地球化学循环的特征差别巨大
• 与能量的单向流动不同，生物地球化学循环使物质通 过生物圈过程重复使用
3氧3：.561c％m 碳碳：：212.82% 4氢6：.210c%m 1氮2:.72.6c%m 8钙.6：41.c4%m 7磷.5：41.c1%m 5钾.4：60.c2%m 4硫.0：70.c2%m 4钠.6：90.c14m% 3氯.9：80.c13m% 2镁.2：20.c03m% 8铁.1：0m.0m06% 1氟.2：00.c00m4% 6锌.9：0m.0m03% 7硅.5：0m.0m01%
第二章 生态学基本原理
内容
种群生态学 群落生态学 生态系统生态学 生物地球化学循环
种群生态学的基本原理
群落生态学
I: no interaction
II: mutualism
III: predation/parasitism
IV: competition
V: ammensalism
V: commensalism
生态系统
生物地球化学循环
一、什么是生物地球化学循环（What）
二、研究生物地球化学循环的重要性（Why)
三、生物地球化学循环的驱动力（Who）
四、生物地球化学循环的主要研究方法和特点(hoW)
五、常见的生物地球化学循环 (World focused BGC)
• 人类已经显著地改变了地球的生物地球化学循环 • 改变了通量 • 产生出新的物质转移路径 • 可能使某些储库储量改变量巨大可导致循环链断裂
生态学中的通量（flux）：
单位时间内垂直通过单位面积所传递的某种物 理量。如碳通量、热通量和水汽通量等。
土壤学中的通量：
单位时间内物质或能量从一个储存库转移到另一 储存库的转移量。
Oxygen Silicon Aluminum
Iron Calcium Sodium Potassium Magnesium All others
地壳中的元素丰度
大气圈
重量百分率
46.6 27.7 8.1 5.0 3.6 2.8 2.6 2.1 1.5
生物圈
岩土
河海
氧
硅
铝
铁
small
large
N
large
minor
small
modest
O
small
small
minor
large
C
minor
small
minor
large
酸沉降导致的生态和环境问题
水生生物产量 和品质下降
湖泊
酸沉降
地下水
化石燃烧
森林草地 生长衰退
森林
人类健康
土壤 生态退化
元素的生物地球化学循环对环境的影响
iron
4.2 g
fluorine 2.6 g
zinc
2.3 g
silicon 1.0 g
37 L 7.08 L 98.6 L 2.05 L 645 mL 429 mL 162 mL 67.6 mL 103 mL 63 mL 10.9 mL 0.53 mL 1.72 mL 0.32 mL 0.43 mL