【正文】 lobal carbon cycle was in a steady state. Enormous amounts of carbon moved to and from the atmosphere, ocean and terrestrial ecosystems, but these movements within the global carbon cycle just about cancelled out one another. ? Since 1850, our industrial society has required a lot of energy, and humans have obtained this energy by burning increasing amounts of fossil fuelscoal, oil and natural gas. This trend, along with a greater bustion of wood as a fuel and the burning of large sections of tropical forests, has released CO2 into the atmosphere at a rate greater than the natural carbon cycle can handle. ? Less than half of the CO2 emmited by the bustion of fossil fuels and other human activities remains in the atmosphere. The rest is taken up, at least temporarily, by the ocean and by vegetation on land, both of which act as carbon ‘sinks’. One of the great unanswered mysteries of climate science is quantifying exactly where the ‘missing’ CO2 that leaves the atmosphere goes. Scientists need to understand and quantify this aspect of the global carbon cycle so they can make more accurate predictions of future trends in atmospheric CO2 levels. ? The level of atmospheric CO2 increased particularly dramatically during the last half of the 20th century, and this rate of CO2 in the atmosphere may cause humaninduced changes in climate called global warming. Global warming could result in a rise in sea level, changes in precipitation patterns, the death of forests, the extinction of anisms, and problems for agriculture. It could force the displacement of thousands or even millions of people, particularly from coastal or even millions of people, particularly from coastal areas. The Nitrogen Cycle 氮循環(huán) ? 氮是蛋白質(zhì)的基本成分，因此，是一切生命結(jié)構(gòu)的原料。 ? 雖然大氣化學成分中氮的含量非常豐富，有 78％為氮，然而氮是一種惰性氣體．植物不能夠直接利用。因此，大氣中的氮對生態(tài)系統(tǒng)來講，不是決定性庫。必須 通過固氮作用將游離氮與氧結(jié)合成為硝酸鹽或亞硝酸鹽，或與氫結(jié)合成氨．才能為大部分生物所利用，參與蛋白質(zhì)的合成 。因此，氮被固定后，才能進入生態(tài)系統(tǒng)．參與循環(huán)。 ? 固氮作用 ：固氮的途徑有三種。 ? 一是通過閃電、宇宙射線、隕石、火山爆發(fā)活動的高能固氮，其結(jié)果形成氨或硝酸鹽．隨著降雨到達地球表面。據(jù)估計．通過高能固定的氮大約89kg／ (hm2a 〕 。 ? 二是工業(yè)固氮，這種固氮形式的能力已越來越大。 20世紀 80年代初全世界工業(yè)固氮能力已為 3 107t,到 20世紀末，已達 1 108t。 ? 第三條途徑，也是最重要的途徑是生物固氮，大約為 100~200kg／(hm2a)，大約占地球固氮的 90％能夠進行固氮的生物主要是固氮菌、氣豆科植物共生的根瘤菌和藍藻等自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物。在潮濕的熱帶雨林中生長在樹葉和附著在植物體上的藻類和細菌也能固定相當數(shù)量的氮，其中一部分固定的氮為植物本身所利用。 ? 植物從土壤中吸收無機態(tài)的氮，主要是硝酸鹽，用作合成蛋白質(zhì)的原料。這樣，環(huán)境中的氮進入了生態(tài)系統(tǒng)。植物中的氮一部分為草食動物所取食，合成動物蛋白質(zhì)。在動物代謝過程中，一部分蛋白質(zhì)分解為含氮的排泄物 (尿素、尿酸 )，再經(jīng)過細菌的作用，分解釋放出氮。動植物死亡后經(jīng)微生物等分解者的分解作用，使有機態(tài)氮轉(zhuǎn)化為無機態(tài)氮，形成硝酸鹽。硝酸鹽可再為植物所利用，繼續(xù)參與循環(huán)，也可按反硝化細菌作用．形成氮氣，返回大氣庫中。含氮有機物的轉(zhuǎn)化和分解過程主要包括有 氨化作用、硝化作用和反硝化作用。 ? 氨化作用 ：由氨化細菌和真菌的作用將有機氮 (氨基酸和核酸 )分解成為氨與氮化合物，氨溶水即成為 NH4+，可為植物所直接利用。 ? 硝化作用： 在通氣情況良好的土壤中，氨化合物被亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌氧化為 亞硝酸鹽和硝酸鹽，供植物吸收利用 。土壤中還有一部分硝酸鹽變?yōu)楦迟|(zhì)的成分，或被雨水沖洗掉，然后經(jīng)徑流到達湖泊和河流，最后到達海洋，為水生生物所利用。海洋中還有相當數(shù)量的氨沉積于深海而暫時離開循環(huán)。 ? 反硝化作用：也稱脫氮作用 ，反硝化細菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變成大氣氮．回到大氣庫中。 ? 因此，在自然生態(tài)系統(tǒng)中，一方面通過各種固氮作用使氮素進人物質(zhì)循環(huán)，而通過反硝化作用、淋溶沉積等作用使氮素不斷重返大氣，從而使氮的循環(huán)處于一種平衡狀態(tài)。 The Phosphorus Cycle 磷循環(huán) ? 磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代謝過程都需要磷的參與。磷是核酸、細腦膜和骨骼的主要成分．高能磷酸鍵在腺苷二磷酸 (ADP)和腺苷三磷酸 (ATP)之間可逆地轉(zhuǎn)移，它是細胞內(nèi)一切生化作用的能量。 ? 磷不存在任何氣體形式的化合物。所以磷是典型的沉積型循環(huán)物質(zhì)。 ? 沉積型循環(huán)物質(zhì)主要有兩種存在相：巖石相和溶解鹽相。 ? 循環(huán)的起點源于巖石內(nèi)風化，終于水中的沉積：由于風化侵蝕作用和人類的開采、磷被釋放出來．由于降水成為可溶性磷酸鹽，經(jīng)由植物、草食動物和肉食動物而在生物之間流動．待生物死亡后被分解，又使其回到環(huán)境中。溶解性磷酸鹽，也可隨著水流，進入江河湖泊，并沉積在海底。其中一部分長期留在海里，另一些可形成新的地殼。在風化后再次進入循環(huán) . The Sulfur 硫循環(huán) ? 硫是原生質(zhì)體的重要組分，它的主要蓄庫是巖石圈．但它在大氣圈中能自由移動，因此，硫循環(huán)有一個長期的沉積階段和一個較短的氣體階段。在沉積相，硫被束縛在有機或無機沉積物中。 ? 巖石庫中的硫酸鹽 主要通過生物的分解和自然風化作用進入生態(tài)系統(tǒng)。 ? 化能合成細菌能夠在利用硫化物中含有的潛能的同時， 通過氧化作用將沉積物中的硫化物轉(zhuǎn)變成硫酸鹽 ；這些硫酸鹽一部分可以為植物直接利用，另一部分仍能 生成硫酸鹽和化石燃料中的天機硫 ，再次進入巖石蓄庫中。 ? 從巖石庫中釋放硫酸鹽的另一個重要途徑是 侵蝕和風化 ，從巖石中釋放出的無機硫由細菌作用還原為硫化物，土壤中的這些硫化物又被氧化成植物可利用的硫酸鹽。 ? 自然界中的火山爆發(fā)也可將巖石蓄庫中的 硫以硫化氫的形式釋放到大氣中．化石燃料的燃燒也將蓄庫中的硫以二氧化硫的形式釋放到大氣中 ，可為植物吸收。 ? 硫循環(huán)與磷循環(huán)有類似之處，但硫循環(huán)要經(jīng)過氣體型階段。 硫循環(huán) The Hydrological Cycle 水循環(huán) ? 水和水循環(huán)對于生態(tài)系統(tǒng)具有特別看要的意義，不僅生物體的大部分是由水構(gòu)成的．而且所有生命活動都離不開水，水在一個地方將巖石浸蝕，而在另一個地方將物質(zhì)沉降下來，久而久之就會帶來明顯的地理變化，其中帶有大量、多種化合物的周而復始地循環(huán)，極大地影響著各類營養(yǎng)物質(zhì)在地球上的分布；此外，水對于能量的傳遞和利用也有重要影響，地球上大量的熱能用于將冰融化成水，使水溫上升和將水化為水汽過程，因此，水有防止環(huán)境溫度發(fā)生劇烈波動的重要調(diào)節(jié)作用。 ? 水循環(huán)受太陽能、大氣環(huán)流、洋流和熱量交換所影響，通過蒸發(fā)冷凝等過程在地球上進行著不斷的循環(huán)，降水和蒸發(fā)是水循環(huán)的兩種方式，大氣中的水汽以雨雪冰雹等形式落到地面或海洋，而地面上和海洋中的水又通過蒸發(fā)進入大氣中。因此，水循環(huán)是由太陽能推動的，大氣、海洋和陸地形成一個全球性水循環(huán)系統(tǒng)，并成為地球上各種物質(zhì)循環(huán)的中心循環(huán)。 ? 水的主要蓄庫是海洋。在太陽能的作用下通過蒸發(fā)把海水轉(zhuǎn)化為水汽，進入大氣。在大氣中，水汽遇冷凝結(jié)、遷移，又以雨的形式回到地面或海洋。當降水到達地面時，有的直接落到地面上，有的落在植物群落中，并被截留大部分，有的落在城市的街道和建筑物上，很快流失。有些直接落入江河湖泊和海洋。到達土壤的水，一部分滲入土中，一部分作為地表徑流而流人江河湖海。河流、湖泊、海洋表層的水及土壤中的水再通過不斷蒸發(fā)作用進入大氣。 ? 地球上的降水量和蒸發(fā)量總的來說是相等的。也就是說，通過降水和蒸發(fā)這兩種形式，地球上的水分達到平衡狀態(tài)。但在不同的表面、不同地區(qū)的降水量和蒸發(fā)量是不同的。就海洋和陸地來說，海洋的蒸發(fā)量約占總蒸發(fā)量的 84％，陸地只有 16％；海洋中的降水占總降水的77％，陸地占 23％；可見，海洋的降水比蒸發(fā)少 7％，而陸地的降水則比蒸發(fā)量多 7％。海洋和陸地的水量差異是通過江河源源不斷輸送水到海洋，以彌補海洋每年因蒸發(fā)量大于降水量而產(chǎn)生的虧損，達到全球性水循環(huán)的平衡。 ? 水循環(huán)的另一特點是因為每年降到地面的雨雪大約有 35％又以地表徑流的形式流人海洋，這些地表徑流能夠溶解和攜帶大量的營養(yǎng)物質(zhì)，因此它可以將各種營養(yǎng)物質(zhì)從一個生態(tài)系統(tǒng)搬運到另一個生態(tài)系統(tǒng)，這對補充某些生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的不足起著重要作用。由于攜帶著各和營養(yǎng)物質(zhì)的水總是從高處向低處流，所以高地往往比較貧瘠，而低地則比較肥沃，例如沼澤地和大陸架就是這比較肥沃的低地，也是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。水的全球循環(huán)也影響地球熱量的收支倩況，對能量的傳遞和利用也有重要作用。地球上大量熱能用于將冰融化為水，因此，水有防止溫度發(fā)生劇烈波動的重要生態(tài)作用。 生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán) ? 生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)包括截取、滲透、蒸發(fā)、蒸騰和地表徑流。植物在水循環(huán)中起著重要作用，植物通過根吸收土壤中的水分。與其他物質(zhì)不同的是進入植物體的水分，只有 1％一 3％參與植物體的建造并進入食物鏈，由其他營養(yǎng)級所利用，其余 97％一 98％通過葉面蒸騰返回大氣中，參與水分的再循環(huán)。例如．生長茂盛的水稻．一天大約吸收70 t／ hm2的水，這些被吸收的水分僅有 5％用于維持原生質(zhì)的功能和光合作用．其余大部分成為水蒸氣從氣孔排出。不同的植被類型，蒸騰作用是不同的．而以森林植被的蒸騰最大，它在水的生物地球化學循環(huán)中的作用最為重要。