农业生态学-第7章-农业生态系统的物质循环.ppt

内容,第七章 农业生态系统的物质循环 Matter cycles of Ecosystem,第一节 物质循环的基本规律第二节 几种主要物质的 生物地球化学循环第三节 农业生态系统中的 养分循环与平衡第四节 物质循环中的农业环境污染,3能量和物质是同时沿着食物链流动和传递的。但能量流动是单方向的，是一个不断耗散的过程；而物质流动则是循环的。生态系统中的生产者通过根系从土壤中吸收矿物质和水分，由叶片吸收CO2，以太阳能为动力合成有机物质，然后沿着食物链移动。在每次物质转移中都有物质丢失，但丢失的部分都将回到环境，被植物重新吸收.利用。因此物质是可以循环的，并且是周而复始地被利用。,1物流也和能流一样，是农业生态系统的基本功能之一。2有机体和农业生态系统为了生存与发展，除了不断输入能量外，还须不断输入物质，因此物质既是生命活动的物质基础，又是能量和信息的载体，起着双重作用。,1.农业生态系统养分循环效率及其平衡途径2.农业生态系统物质循环造成的环境问题与防治对策,重要问题,第一节 物质循环的基本规律,物质循环的基本概念和类型物质循环的库与流物质循环的特征生态系统内能量流与物质流的关系物质循环的调节,Principle of matter cycles,一、物质循环的基本概念和类型,（一）生态系统的生命与元素,生态系统中的生命维持不仅依赖于能量的供应，也依赖于各种营养物质的供应。生物需要的养分很多。,大量元素微量元素,（二）生物地球化学循环,生物地球化学循环指各种化学元素和化合物,在不同层次、不同大小的生态系统中，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行反复循环变化的过程。简称生物地化循环。那些对生活必不可少的各种元素和无机化合物的运动通常称为营养物质循环。,Biogeochemical Cycles,（三）物质循环的基本形式,物质的不断循环是实现物质流平衡的基础，生物化学地球循环根据循环的范围不同分为：地质大循环、生物小循环,1、地质大循环(geochemistry cycles),指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，生物有机体再以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入大气、水、岩石、土壤和生物五大自然圈层的循环。地质大循环时间长、范围广，是闭合式循环。,2、生物小循环（biological cycles),是指环境中的元素经生物体吸收,在生态系统中被多层次利用.然后经过分解者的作用.再为生产者吸收、利用。,生物小循环的时间短、范围小，是开放式的循环。,大气圈,水圈,土壤圈,岩石圈,养分库,进入生态系统的养分,植物光合细菌化能合成菌,草食动物肉食动物寄生动物,微生物低等动物,初级生产者,消费者,分解者,地质大循环,生物小循环,一个陆地生态系统养分循环模型,地质大循环、生物小循环,(四)物质循环的类型,生物地球化学循环根据物质循环的路径不同,分为:气相型循环、沉积型循环,1、气相型循环(Gaseous Cycles),储存库在大气圈或水圈(海洋)，即元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空，在很短的时间内可以为植物重新利用，循环比较迅速，由于有巨大的大气储存库，对于干扰可相当快地进行自我调节(但大气的自我调节也不是无限的)。从全球意义上看,这类循环是比较完全的循环。,储存库是岩石圈和土壤圈。沉积型循环主要是经过岩石的风化作用和沉积物的分解作用，将贮存库中的物质转变成生态系统的生物可以利用的营养物质，这种转变过程是相当缓慢的，可能在较长时间内不参与各库之间的循环。,2、沉积型循环(Sedimentary Cycles),它具有非全球的循环特点，是一个不完全的循环类型，局部短缺现象时有发生，一旦发生短缺也难以在短期内得到补充。,两种物质循环类型的特点,二、物质循环的库与流(pool and flow),物质在运动过程中被暂时固定、储存的场所称为库(Pool)。,生态系统的各个组分都是物质循环的库分为:,作物、林木、牧草,植物库,动物库,大气库,土壤库,水体库,亚库,储存库，其容积较大，物质交换活动缓慢，一般为非生物成分的环境库；,在生物地球化学循环中，物质循环的库可归为两大类：,交换库，其容积较小，与外界物质交换活跃，一般为生物成分。,例如:在一个水生生态系统中，水体中含有磷.水体是磷的储存库；浮游生物体内含有磷，浮游生物是磷的 交换库。,物质在库与库之间的转移运动状态称为流（Flow),生态系统中的能流、物流和信息流，使生态系统各组分密切联系起来，并使系统与外界环境联系起来。没有库，环境资源不能被吸收、固定、转化为各种产物；没有流，库与库之间不能联系、沟通，则物质循环短路，生命无以维持，生态系统必将瓦解。,能量流,物质流,物种流,信息流,价值流,三、物质循环的特征,物质不灭，循环往复物质循环与能量流动不可分割，相辅相成物质循环的生物富集生态系统对物质循环有一定调节能力物质循环中的生物作用各物质循环过程相互联系，不可分割,Character of matter cycles,(一)生物量与现存量,在某一特定观察时刻，单位面积或体积内积存的有机物质总量称为生物量。它可以是特指的某种生物量，也可以治全部植物、动物和微生物的生物量。多数人又将生物量称为现存量。生产量是现存量与减少量之和。减少量是指由于被取食、寄生或死亡、脱毛、产茧等损失的量，部包括呼吸损失量。生产量高的生态系统，生物现存量不一定很大。在生态系统研究中通常测定现存量，用现存量推算净生产量。,(二)周转率与周转期,周转率 和周转期 是衡量物质流动(或交换)效率高低的两个重要指标。周转率(Turnover Rate)是指系统达到稳定状态后，某一个组分(库)中的物质在单位时间内所流出的量(Fo)或流入的量(Fi)占库存总量(S)的份额。,周转率(R)Fi/SFo/S,周转期(Turnover Time)是周转率的倒数，表示该组分的物质全部更换平均需要的时间。物质在运动过程中，周转速率越高，则周转一次所需时间越短。,物质的周转率用于生物的生长称为更新率。某段时间末期，生物的现存量相当于库存量(S)；在该段时间内，生物的生长量(P)相当于物质的输出量(Fo)。,周转期(T)1周转率1R,不同生物的更新率差异很大,一年生植物当生育期结束时的生物最大现存量与年生长量大体相当，更新率接近1，更新期为1年。,森林的现存量是经过几十年甚至几百年积累起来的，所以比年净生产量大得多。如某一森林的现存量为324t/hm2，年净生产量为28.6t/hm2，更新率=28.6/324=0.088，更新期约11.3年。,浮游生物代谢率高，生物现存量常常较低，但却有着较高的年生产量，如某一水体中浮游生物的现存量为0.07 t/hm2，年净生产量为4.1 t/hm2，其更新率=4.1/0.07，更新期只有6.23天。,(三)循环效率,当生态系统中某一组分的库存物质，一部分或全部流出该组分，但未离开系统，并最终返回该组分时，系统内发生了物质循环。循环物质占总输入物质的比例，称为物质的循环效率。物质循环效率是衡量生态系统功能强弱的重要指标。一般物质循环效率越高，表示该系统的功能越强。,四、生态系统内能量流与物质流的关系,(1)生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得到生命活动所需的营养物质。增循“物质不灭，能量守恒”原则(2)物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就会自由散失，不可能沿着食物链传递。(3)能流是单向流动，只能利用一次；而物流是往复循环，可重复利用.(4)物质在流动过程中只会改变形态而不会消失，可在系统内永恒循环；而能流会在转化过程中逐渐衰变，最终转变为低效热能，离开生态系统。生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。,五、物质循环的调节,(1)生态系统中生命成分的生存和繁衍，既需能量，也须从环境中得到生命活动所需的营养物质。(2)物质是能量的载体，能量是物质运动的动力。没有物质，能量就会自由散失，不可能沿着食物链传递。生态系统的能量流和物质流紧密结合，共同运行，维持着生态系统的生长发育和进化演替，对生态系统而言，两者缺一不可。,物质：组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素循环过程：无机环境 生物群落循环特点：全球性、循环性,第二节 几种主要物质的 生物地球化学循环,一、碳循环(The Carbon Cycle),碳的重要性：生命元素、能量流动碳库：海洋和大气、生物体碳的存在形式：CO2，无机盐，有机碳主要循环过程生物的同化和异化过程大气和海洋间的CO2交换碳酸盐的沉淀作用人类活动对碳循环造成严重影响，引起气候变化的主要原因,海洋和大气CO2调节,CO2,CO2溶于海水,H2CO3,水体中生物,H+CO32-,CaCO3,海底沉积物,(一)碳循环及循环周期,The Carbon Cycle,The Carbon Cycle,92,90,750,6,1,1015gC,温室效应：大气中对长波辐射具有屏蔽作用的温室气体浓度增加使较多的辐射能被截留在地球表层而导致温度上升温室气体主要包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化碳(SF6)、氟氯碳化物(CFCs)、氢氟碳化物(HFCs)等溫室效应的影响 海平面上升，淹沒陆地 全球气候经常发生暴雨或干旱 土地沙漠化，生态环境改变,（二）碳循环与温室效应,GREENHOUSE EFFECT,Incoming sunlight warms the surface of the Earth and is radiated back to atmosphere.Greenhouse gases absorb some of this heat,trapping it in the atmosphere.,Carbon accumulation,CO2 has increased from its pre-industrial level data:recent records plus older data such as ice cores mostly fossil fuel burning,农业生态系统的碳流的问题1养分循环的两种控制：1）生物控制：通过食物链控制2）人为控制：通过食物输入、产品输出等控制2农业生态系统的良性循环要求促进和保护生物控制这就面临两个选择：动植物残体的去向（1）肥料：提高地力（以有机物形式返回土壤）（2）燃料：以CO2形式返回大气土壤有机质数量不足土壤微生物C源不足土壤有机质含量 地力衰退。燃料发展中国家，因人口多耕地少，大量砍伐森林 耕地毁林的结果 沙漠化（Negro）地力下降、广种薄收因此必须提供辅助能源为生活能源，同时大力控制人口数量解决粮食，耕地问题。,二、水循环(The Hydrologic Cycle),水循环是太阳能推动，在陆地、大气和海洋间循环地表总水量：1.4109km3，海洋约占97%水的循环：,陆地：蒸发(蒸腾)71,000km3，降水111,000km3，径流40,000km3海洋：蒸发425,000km3，降水385,000km3,生态系统中的水循环,降雨,截留,穿透雨,蒸腾,渗透,地表蒸发,地表径流,地下径流,人类对水循环的影响及水问题,人类对水的影响是多方面的，主要表现在4个方面：,1.改变地面及植被状况，而影响大气降水到达地面后的分配。修筑水库、塘坝可扩大自然蓄水量 围湖造田又使自然蓄水容积减少，尤 其是大量季节性降水因保蓄力削弱而 流走，造成短期洪涝灾害 降低了地下水库的补给，也引起严重 的土壤和养分流失。,2.由于过度开发局部地区的地表水和地下水，用于工、农业及城市发展 使地表、地下水贮量下降，出现地下漏 斗及地上的断流，造成次生盐渍化 使下游水源减少，水位下降，水质恶 化，沿海出现海水入侵，加重了干旱化 和盐渍化威胁,世界及我国水循环形势的恶化，引起了普遍的关注。,3.在干旱、半干旱地区大面积的植被破坏，导致地区性气候向干旱化方向发展，直到形成荒漠。,4.环境污染恶化水质，影响水循环的蒸散过程,在与人类活动有关的水循环问题中，水资源短缺与水污染是最受关注的两个普遍问题。,除酸雨外，近代降雪中的铅含量也有所增加，从格陵兰取雪样分析知淡水水质恶化，造成鱼类大量死亡洋面的油污染导致蒸发量减少，而温室效应又促进了蒸发，蒸发量的变化又导致了全球范围内降水量的变化，引起气候的异常变化。,三、氮循环(The Nitrogen Cycle),氮的重要性氮库：大气、土壤、陆地植被生物可利用的氮的形式：NO32-、NO22-、NH4+氮循环的主要过程 固氮作用 氨化作用 硝化作用 反硝化作用,The Nitrogen Cycle,1012gN,The Nitrogen Cycle,固氮作用(Nitrogen fixation),类型 闪电、宇宙射线、火山爆发等高能固氮 工业固氮：400摄氏度，200大气压下 生物固氮：固氮菌、与豆科植物共生的 根瘤菌和蓝藻等自养和异养微生物意义 平衡反硝化作用 对局域缺氮环境有重要意义 使氮进入生物循环,生态系统中的氮素循环,氨化作用、硝化作用和反硝化作用,氨化作用：由氨化细菌和真菌的作用将有机氮分解成为氨和氨化合物，氨溶水成为NH4+，为植物利用。硝化作用：在通气良好的土壤中，氨化合物被亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，供植物吸收利用反硝化作用：反硝化细菌将亚硝酸盐转变成氮气，回到大气库中,氨循环引发的问题,地下水污染：由于施肥不当，会使蔬菜、饲料中N累积过多或随水流动进入饮用水、地下水中。食物和饮用水中NO3含量过高，在一定程度下生成的亚硝胺是致癌物质。水体富养化：由于土壤中的N、P营养元素及生产、生活中的污水排入，使水体中总磷20mg/m3，无机N400mg/m3时，可以认为该水处于富营养化状态(eutrophic water)。水体中营养过分丰富，水生藻类繁茂，它们死亡后，在水体中腐烂分解，产生大量CH4、H2S、CO2、NH4等，使水质变坏。同时有机质分解时大量消耗水中的溶解O2少于4mg/l时，会造成鱼类和其它水生动物的死亡。大多数江河湖沼中N和P是光合自养生物的主要限制因子，一旦增加这些养分，初级生产大大提高。在某些情况下这是好的，为此有时还有意识地在鱼塘中施肥。但必须避免水体富养化。,氨循环引发的问题,破坏臭O3层 反硝化作用产生的N2O进入大气后会破坏臭O3层，若臭O3层破坏5，进入地球的紫外线会增加10，结果会使皮肤癌的发病率大为提高。据推测，在今后几年内农业使用的氮肥约有16成为N2O进入大气。作物偏N 谷类作物，块根块茎作物 偏N营养生长过度 经济系数低 对病虫害抗性下降,四、磷循环(The phosphorus Cycle),磷循环属典型的沉积循环磷以不活跃的地壳作为主要贮存库磷的循环过程 岩石经土壤风化释放的磷酸盐和农田中 施用的磷肥，被植物吸收进入植物体内 沿食物链传递，并以粪便、残体或直接 以枯枝落叶、秸秆归还土壤,含磷有机化合物经土壤微生物的分解，转变为可溶性的磷酸盐，可再次供给植物吸收利用，这是磷的生物小循环。一部分磷脱离生物小循环进入地质大循环,磷受水的冲蚀进入江河，流入海洋,动植物遗体在陆地表面的磷矿化,Phosphate leaches from phosphate-rich rocks or from fertilizers and enters plants and other producers where it is incorporated into biological molecules.These are passed through the trophic levels.,BIOGEOCHEMICAL CYCLE-PHOSPHORUS,1012gP,The Phosphorus Cycle,一个池塘生态系统的磷循环,农田生态系统中磷的亏损途径：水土流失 农产品输出磷污染（1）营养富集 西、北欧美大量施用磷肥和含磷的合成洗涤水体富养化水质恶化渔业资源减少（2）放射性物质污染 磷矿石中含放射性的铀、钍等物质，经常施磷使土壤放射性物质增加，影响作物生长和产品质量。,磷循环引发的问题,五、钾循环(the sulphur cycle),1循环途径 以地质大循环为主，生物小循环为辅。2循环特点1）钾在自然界的储量相当丰富；除尘埃中含有少量的钾进入大气层外，没有气体钾存在。2）一般来说，作为储存库的土壤含钾量都比较丰富，但受土壤母质、风化程度、水土流失、耕作管理措施等影响很大。3）对钾肥的合理开发和利用就十分必要。4）淋溶损失是钾的主要损失途径。,1）尽量实行秸秆还田或者施用草木灰，这是农业生态系统钾素再利用的主要途径，也是提高土壤有机质含量和土壤缓冲能力的重要方法。2）施用有机肥包括各类粪便、农家肥。积极种植和利用绿肥，尤其是引进种植一些野生的含钾丰富的绿肥植物，是补充土壤中钾素的行之有效的途径。3）因地制宜合理施用化学钾肥（硫酸钾、氯化钾等）和矿物钾肥（钾镁磷肥、钾钙肥和盐湖钾肥等），以补充土壤钾素的不足，尤其在高产地区，一定要提高对钾肥的积极而科学的使用。4）要通过耕作制度和耕作措施的改革来减少钾素的固结和淋溶损失，提高钾肥的利用率。农业生态系统养分循环的一般模式：由土壤植物动物，再回到土壤的农业生态系统循环模式。,3农业生态系统中钾循环的调节与管理,第三节 农业生态系统中的 养分循环与平衡,农业生态系统中养分循环的一般模式农业生态系统中养分循环及特征有机质与农田养分循环保持农田养分循环平衡的途径,一、农业生态系统中养分循环的一般形式,动植物养分流向：土壤 植物动物土壤。该模式包括三个主要养分库：即植物库（P）、家畜库（L）和土壤有效养分库（A）。1、植物库包括植物地上和地下部分所含的养分。2、养分在几个库间的转移是沿着一定路径进行的。3、各种养分元素在各个库间完成一次循环所需要的时间长短不一。4、要了解某种养分在各库中的平衡状态，必先求出该养分的净流入量和净流出量。,二、农业生态系统中养分循环及特征,1、农业生态系统是一个养分大量输入和输出的系统2、农业生态系统物质循环的封闭性远低于自然生态系统，但不同的农业生态系统封闭程度不同。,三、有机质与农田养分循环,1、有机质在养分循环中的作用 1）是各种养分的载体；2）为土壤微生物提供生活物质，促进微生物活动，增加腐殖质含量，改善土壤物理性质，提供土壤潜在肥力；3）增加土壤阳离子交换量，形成螯合物提供磷肥肥效，减少铁、铝对磷酸的固定。2、农田土壤有机质的积累与分解 1）种植绿肥，增施有机肥料；2）秸秆还田，3）调节土壤水热状况,四、保持农田生态系统 养分循环平衡的途径,1充分认识有机质在农田中的作用。2建立合理的轮作制度，合理安排归还率较高的作物，尤其要在轮作中加入豆科作物的种植。3农牧结合，促使作物秸秆过腹还田或直接还田，发展沼气，解决生活能源问题。4农产品就地加工，就地升值，既提高了物质养分的归还率，又提高了农民的收入，解决农民的就业问题，是一举几得的事业。5测土配方施肥，合理利用肥料资源。,第四节 物质循环中的 农业环境污染,农业面源污染化肥施用对环境的污染农药施用对环境的污染农牧生产废弃物对环境的污染,一、农业面源污染,环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量，从而使环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。环境污染分为点源污染和面源污染。点源污染：指有固定排放口和地点的污染源，如工业企业排污；面源污染：指没有固定的污染物排放点，是指溶解和固体的污染物从非特定地点，在降水或融雪的冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起有机污染、水体富营养化或有毒有害等其他形式的污染。,农业面源污染是指由化肥、农药等分散污染源引起的对土壤、湖泊、大气等生态系统的污染。我国湖泊等水体富营养化，主要是由面源带来的过量氮、磷等所造成。农业面源污染是最为重要且分布最为广泛的面源污染。土壤中未被作物吸收或土壤固定的氮和磷通过人为或自然途径进入水体是引起水体污染的一个因素。随着我国小城镇建设步伐和农业产业化进程的加快，农业生产中使用化肥、农药、农膜及畜禽粪便等造成的农业面源污染日益突出。化肥、农药利用率低、流失率高，不仅导致农田土壤污染，还通过农田径流造成了对水体的有机污染、富营养化污染甚至地下水污染和空气污染。,与点源污染相比，面源污染范围更广，不确定性更大，成分、过程更为复杂，更难以控制。农业面源污染造成生态的冲击效应可谓是全方位的，涉及到了以人为中心的整个食物链。因此，我国农业专家强调，综合采取技术、工程措施，控制农业面源污染势在必行。例如，积极推广缓控释肥等新型绿色肥料；大力推广测土配方施肥技术，积极引导农民科学施肥；引导和鼓励农民使用生物农药或高效、低毒、低残留农药；推广病虫草害综合防治、生物防治和精准施药等技术。,二、化肥施用对环境的污染,使用化肥能直接提供养分为作物吸收利用，使作物产量增加丰盈土壤中养分的贮备，提高有机质含量改善土壤理化性质，增强土壤供肥能力增加生态系统中养分的循环量，保持农业生态系统的物质平衡,过量增施肥料,超过作物的需要和土壤的负荷能力使用不当,作物吸收少,肥料利用率低肥料浪费,成本提高影响作物品质污染环境,给生态系统和人类健康带来威胁,(一)化肥对土壤的污染,长期大量施用化肥会使土壤酸化,有机质迅速矿化分解，土壤板结，土壤结构遭到破坏，酸盐积累增加而土壤自净能力下降；磷肥及各种复合肥含有一定量的重金属元素，长期大量施用，会直接危害人畜健康；,化肥与硝酸盐污染,植物通过根部从土壤吸收的氮素，大部分为NO3-，一部分为NH4+，除水稻外，大多数植物吸收以为NO3-主要形式,NO3-进入植物体后迅速被同化利用，所以积累的浓度不高，一般在100mg/kg以内过量施氮就会发生硝酸盐积累，有时达1%以上的高浓度，含高浓度硝酸盐的植物被动物食用后，则由于硝酸盐或由硝酸盐产生的亚硝酸盐对动物造成危害,亚硝酸盐毒性比硝酸盐5-10倍动物摄入硝态氮后，一般90%从尿中排除，毒性不强牛的半致死量为20mg/kg,世界卫生组织（WHO）建议，饮水中硝酸盐最大允许浓度不应超过45 mg/L我国的含量标准为88 mg/L德国政府已规定，饮水中硝酸盐含量不得超过50 mg/L，蔬菜中含量不得超过250 mg/Kg。,目前我国不少农区大约有60以上的物质被移出系统，使农业生态中的腐生食物链受到严重影响:有机质含量土壤肥力抗旱力减弱农作物产量不高。东北地区：粮食商品率较高，土壤中N、K、P各种营养物质严重亏损。平均每公顷农田缺N：9.9kg K：4.2kg P：14.64kg。南方平原稻区 由于施肥水平较高，加上有传统种绿肥的习惯，土壤中养分平衡状况稍好：N较有盈余，而P、K则有亏缺,(二)化肥对水体的污染,1、施肥与水体富营养化,每增殖1g藻类,0.009g的磷,0.063g的氮,0.07g的氢,0.35g的碳,0.496g的氧,少量微量元素,水体富营养化主要是因为水体中含有的氮、磷等可供藻类利用的营养物质较多造成的。,通常情况下，自然界水体中碳、氢、氧等元素来源广泛，可满足水域中藻类生长的需要，而氮、磷的多寡，则成为水体中藻类能否大量繁殖的限制因子,氮的移动性大，来源充足，因而只有在某些少数场合下，才起主导作用磷在大多数情况下是富营养化的限制因子,磷在农业环境中的流失量虽然不大，但当水体中含氮量充足时，PO43-浓度达到0.015g/g，就可能引起水体富营养化现象发生。,大面积的农业环境中流失的磷素汇集到相对小面积的承受水面上，这种流失量就不可忽视。,磷素主要通过地表径流、水土流失补给氮素对水体的主要补给通经是通过淋溶到地下水补给的,近海水体的富营养化导致我国近海海域赤潮发生的面积与频度越来越重。,由于浮游生物大量繁殖，水面往往根据占优势的浮游生物的颜色而呈蓝色、红色、棕色或乳白色等颜色，这种现象在内陆水体中称为“水华”(waterbloom)。水华爆发是生态系统对富营养化的响应。,2、施肥与地下水污染,土壤施肥中的营养物质随水往下淋溶，通过土层流入地下水，造成地下水的污染。钾元素进入地下水中，对人畜健康均无毒害。磷元素在土层中很快被土壤中的钙、铁和铝等离子结合，残留在土壤中，极少进入地下水。,硝态氮进入地下水最多，最易随水流失，在砂土中的流失量比粘土要多。硝态氮本身没有毒性，只是在缺氧土层中（深达6070 cm），会还原成亚硝酸盐，这种盐不仅对婴儿有毒性反应，同时它还是形成亚硝胺的原料之一。亚硝胺是一种致癌物质，这种物质在没有维生素C抑制时，会使人发生癌症。所以，地下水中硝酸盐的含量，引起了世界卫生组织的注意。它们制定饮用水硝酸盐含量的标准，小于50 mgkg为安全值，50100 mg为允许值，大于100 mg为超标值。,长期大量施用氮肥，必然会对大气产生污染。氮肥对大气的污染主要有氨的挥发，反硝化过程中生成的氮氧化物的挥发。氮氧化物对大气的臭氧层有破坏作用，是造成地球温室效应的有害气体之一。在温室大棚中，如果氮氧化物浓度过高，会对植物产生伤害，表现为叶片脱色，并伴有细胞皱缩和焦枯，在潮湿条件下或在夜间要比干燥或白天受害程度重。未充分腐熟的有机肥如果施在土表会散发恶臭，施入通气不良的土壤中会产生甲烷、硫化氢等有害气体，这对大气也会产生一定污染。,(三)施肥与大气污染,三、农药施用对环境的污染,农药是指用于防治危害作物及农副产品的病虫害、杂草及其他有害生物的药物统称。除此以外，控制作物生长调节剂也属于农药的范畴。,农药按防治对象分类,杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂杀线虫剂、杀鼠剂杀软体动物剂、植物生长调节剂,随着农药生产和使用的迅速增长，农药对环境的污染问题越来越突出，尤其是那些性质比较稳定、在环境中不易降解的农药及其代谢物，常引起对作物的污染，或者残留在土壤、水体中，污染了环境，使农产品或食品及农用水中含有残留农药，对人畜健康造成一定的威胁。,当在空气中喷洒时气温较高或农药挥发性较大时，农药进入大气的含量会增多，农药的蒸气和气溶胶随气流带到很远的地方。进入大气的农药，其中一部分随蒸气冷凝而落入土壤和水体，一部分受到空气中的氧和臭氧的氧化而分解。进入大气的大部分农药的氧化分解是相当快的，只有DDT、环二烯类农药等特大型化合物分解较慢。含重金属汞、铅、铬和砷的农药，在农药分解后，这些重金属将从大气进入土壤和水体，并且有可能在食物链中累积。,（一）农药对大气的污染,农药在环境中的危害程度与其浓度、作用时间、环境状况、温度、湿度、化学反应速率等因素有关。,农药是水体的重要污染源。农药在水中的含量大大低于其在水中的溶解度。在水中，大部分农药可发生水解、光解和微生物分解。水生生物易于富集有机氯农药，不同的生物富集程度也有很大的不同。,（二）农药对水体的污染,农药在使用过程中，约有一半药剂落在土壤中。由于农药本身不易被阳光和微生物分解，对酸和热稳定，不易挥发且难溶于水，故残留时间很长，尤以对粘土和于含有机质的土壤残留性更大。这些累积的农药还将在相当长的时间内发挥作用。主要有以下三种归宿：1、土壤的吸附作用使农药残留于土壤中；2、农药在土壤中进行气迁移和水迁移；3、农药在土壤中发生化学、光化学和生物降解作用，残留量逐渐减少。,（三）农药对土壤的污染,（四）生物的浓缩,在农业土壤中，许多无脊椎动物能从土壤中摄取农药，并在体内组织中富集，其富集量可比周围土壤高若干倍。植物能吸收土壤中的残留农药，也能直接吸收喷施其表面的农药，但通常是在足够的情况。下，其吸收速度随植物和农药的种类不同而异。在生物传播农药的过程中，生物富集作用使农药在动植物体内的积累量大大增加。,生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象；又称生物学浓缩、生物学富集。,农药使用,农作物,大气,农产品（粮 棉 油 果 菜）,人类,饲 料,畜 禽,肉、油、乳、蛋,土 壤,地表水（江 河 湖 海）,藻类浮游生物,鱼虾蟹螺贝类,水鸟,农药在自然界中的转移,40-60%降落地面,5-30%漂浮在空气中,5%30%漂浮在大气中,10-20%附着在农作物,农药对大气、水体、食品、土壤的污染示意图,四、农牧生产废弃物对环境的污染,（一）地膜的污染,地膜污染的危害：1、残膜造成土壤通气性能降低，透水性能减弱，养分分布不均，影响土壤微生物活动和正常土壤结构形成，最终降低土壤的肥力水平。2、残膜中的有害物质，对农作物产生毒性，破坏叶绿素的合成，致使作物生长缓慢或黄化死亡。3、残膜碎片遗失、飘落在田间地头、沟渠树旁，影响农村景观，造成“视觉污染”。4、大量的残膜存于耕层，可能缠绕犁头和播种机轮盘，影响田间作业。,地膜污染的控制途径：1、合理的农艺措施，相对减少农用地膜使用量。2、开发应用优质农膜。3、开发应用纸质地膜、生物地膜等环保型农膜，作为塑料地膜替代品。4、加强环保宣传教育、注重残膜回收管理。,（三）畜禽废弃物的污染,畜禽废弃物主要有粪便、污水等。造成的污染主要有：1、过度使用粪便会危害农作物、土壤、表面水和地下水水质，也能引起土壤中溶解盐的积累，土壤盐分增高，影响植物生长。2、污水包括尿、冲洗物、部分粪便和食物残渣、畜产品加工过程中的污水，排放会造成水体变黑变臭，水体富营养化。3、畜禽粪尿无氧分解易产生恶臭气体，污染空气。4、畜禽粪便管理不善，易滋生大量蚊蝇和疾病，直接危害居民健康，也造成畜禽发病率和死亡率的上升。,畜禽废弃物的防止措施：1、建立循环农业发展模式。2、畜禽废弃物资源化管理。3、推行畜禽污染净化技术。4、因地制宜推广生物处理技术。,（四）农产品加工废弃物的污染,农产品加工废弃物农产品加工过程中产生的废物，主要有肉食加工工业废弃物、制糖业的甜菜和甘蔗渣、罐头食品厂植物加工废物等。造成的污染主要有：1、废弃物未经处理直接排放或堆积在环境中，占用空间资源，污染大气、土壤和水体。2、含盐或钠过度的污水灌溉农田，对植物有害，NO3-N积累和土壤淋溶对地下水污染。,农产品加工废弃物的防止措施：1、能源化。2、肥料化。3、饲料化。,1.生态系统物质循环的主要类型有哪些?2.何谓物质循环的库、流？简述物质循环中流、库、环之间的关系。3.物质循环包括哪些特点？4.土壤有机质的主要作用是什么？如何保持农业生态系统的养分平衡。5.农业生态系统物质循环的主要环境农业问题。6.农业面源污染主要有哪些？如何控制？,复习与思考,