19.2 生态系统中的能量流动和物质循环 知识拓展 2021-2022学年苏教版初中生物八年级上册

生态系统中的能量流动和物质循环 一、生态系统中的水循环 水由氢、氧元素组成，化学式为H2O，是生命过程中氢的主要来源，一切生命有机体中水的含量是最高的。水又是生态系统中能量流动与物质循环的介质，对调节气候和净化环境起着重要作用。地球表面约3/4被水覆盖，在冰川、海洋、冰山、湖泊、河流、大气和生物体中约含1.4×1018 m3的水。海洋、湖泊、河流和地表水不断蒸发，形成水蒸气进入大气。被植物吸收到体内的大部分水，通过叶表面的蒸腾作用进入大气。大气中的水蒸气遇冷，形成雨、雪、冰雹，重新返回地面。这部分水中的一部分流入湖泊、河流，另一部分则渗入地下，形成地下水，有些再被植物吸收。除此之外，动物也从其生存环境取得一定量的水，其中一部分成为身体的组成成分，大部分通过身体表面蒸发或排泄到体外，再蒸发释放到其生存环境，由此形成水的循环。 二、生态系统中的氮循环 氮是形成蛋白质的主要元素，所有生物体均含有蛋白质。所以说，氮的循环涉及生态系统及生物圈的所有领域。 大气中氮气占78%，但由于它是一种化学性质不活泼的气体，不能为大多数生物利用。大气中的氮进入生物有机体主要有以下几种途径：一是生物固氮，某些特殊的生物如豆科植物、细菌和藻类，它们能够直接利用大气中的氮。豆科植物根部的根瘤菌，能把空气中的氮转变成硝酸盐。生物固定的氮比其他过程固定的多20倍以上。其次是工业固氮，通过工业手段，将大气中的氮合成氨或铵盐，即合成氮肥，供植物利用。此外，火山喷发时喷出的岩浆，也可以固定一部分氮气。雷雨天气时的闪电，可使大气中的氮氧化，生成硝酸，经雨水淋洗带入土壤，成为植物的养料被植物吸收，在植物体内再与复杂的含碳分子结合生成各种氨基酸，由氨基酸构成蛋白质。动物直接或间接以植物为食，从植物体中摄取蛋白质，作为自身蛋白质的来源。动植物死后，残体中的蛋白质被微生物分解成氮、二氧化碳和水。土壤中的氮经硝化形成硝酸盐，又被植物吸收。 此外，在环境中还有多种反硝化细菌。在无氧条件下，这些反硝化细菌利用硝酸根离子或亚硝酸根离子来氧化有机物。硝酸盐通过反硝化细菌的作用，使氮返回大气，从而完成氮的循环。 近年来，随着人工固氮（制造化肥）的大量增加，大量化肥施用于土壤中，加速了生产者的活动，从而使氮循环的量加大。 三、生态系统中的碳循环 碳是构成有机分子的基本元素，是一切生物的物质组成的基础，也是构成地壳岩石及煤和石油的主要成分。据测算，碳约占生活物质总量的25%。大气中的二氧化碳约为7.0×1011t，且还有继续增加的趋势。在地球表层碳的贮藏量约为2.0×1024t。 碳循环主要是通过二氧化碳来进行的。在生物圈中，二氧化碳的循环主要是通过绿色植物（生产者）在光合作用中固定了大气中的二氧化碳。被绿色植物固定的碳以有机物的形式供消费者利用。生产者和消费者通过呼吸把二氧化碳释放回大气中。动物（消费者）或植物（生产者）死亡后，机体组织为微生物（分解者）所分解，其中的碳被氧化为二氧化碳而回到大气中。煤和石油是动植物残体长期埋藏在地层中形成的化石燃料，其中的碳经燃烧氧化成二氧化碳释放到大气中。 从碳的循环可以看出，空气中的二氧化碳主要来自以下几方面： 生物呼吸时呼出的大量二氧化碳；生物死后残体被微生物分解，产生的二氧化碳；化石燃料燃烧放出的二氧化碳。从数量上讲，大部分的碳是通过微生物分解有机物放出碳，而返回大气中的。而通过煤、石油、木材等物质燃烧和生物的呼吸而返回到大气中的二氧化碳只占一小部分。植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸作用和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等。因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的 ... ...