生态系统中的物质循环

 

生态系统的物质循环（ circulation of materials ）又称为生物地球化学循环（ biogeochemical cycle ），是指地球上各种化学元素，从周围的环境到生物体，再从生物体回到周围环境的周期性循环。能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，它们使生态系统各个营养级之间和各种组成成分之间组织为一个完整的功能单位。但是能量流动和物质循环的性质不同，能量流经生态系统最终以热的形式消散，能量流动是单方向的，因此生态系统必须不断地从外界获得能量；而物质的流动是循环式的，各种物质都能以可被植物利用的形式重返环境。同时两者又是密切相关不可分割的。

生物地球化学循环可以用库和流通率两个概念加以描述。库（ pools ）是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的。这些库借助于有关物质在库与库之间的转移而彼此相互联系，物质在生态系统单位面积（或体积）和单位时间的移动量就称为流通率（ flux rates ）。一个库的流通率（单位 / 天）和该库中的营养物质总量之比即周转率（ turnover rates ），周转率的倒数为周转时间（ turnover times ）。

生物地球化学循环可分为三大类型，即水循环（ water cycles ）、气体型循环（ gaseous cycles ）和沉积型循环（ sedimentary cycles ）。水循环的主要路线是从地球表面通过蒸发进入大气圈，同时又不断从大气圈通过降水而回到地球表面， H 和 O 主要通过水循环参与生物地化循环。在气体型循环中，物质的主要储存库是大气和海洋，其循环与大气和海洋密切相关，具有明显的全球性，循环性能最为完善。属于气体型循环的物质有 O₂ 、 CO₂ 、 N 、 Cl 、 Br 、 F 等。参与沉积型循环的物质，主要是通过岩石风化和沉积物的分解转变为可被生态系统利用的物质，它们的主要储存库是土壤、沉积物和岩石，循环的全球性不如气体型循环明显，循环性能一般也很不完善。属于沉积性循环的物质有 P 、 K 、 Na 、 Ca 、 Ng 、 Fe 、 Mn 、 I 、 Cu 、 Si 、 Zn 、 Mo 等，其中 P 是较典型的沉积型循环元素。气体型循环和沉积型循环都受到能流的驱动，并都依赖于水循环。

生物地化循环是一种开放的循环，其时间跨度较大。对生态系统来说，还有一种在系统内部土壤、空气和生物之间进行的元素的周期性循环，称生物循环（ biocycles ）。养分元素的生物循环又称为养分循环（ nutrient cycling ），它一般包括以下几个过程：吸收（ absorption ），即养分从土壤转移至植被；存留（ retention ），指养分在动植物群落中的滞留；归还（ return ），即养分从动植物群落回归至地表的过程，主要以死残落物、降水淋溶、根系分泌物等形式完成；释放（ release ），指养分通过分解过程释放出来，同时在地表有一积累（ accumulation ）过程；储存（ reserve ），即养分在土壤中的贮存，土壤是养分库，除 N 外的养分元素均来自土壤。其中，吸收量 = 存留量 归还量。