生物系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)具有什么特點(diǎn)

【專家解說】：生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)又稱為生物地化循環(huán)（biogeochemical cycle）。能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的兩個(gè)基本過程，正是這兩個(gè)基本過程使生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)營養(yǎng)級(jí)之間和各種成分（非生物成分和生物成分）之間組織成為一個(gè)完整的功能單位。但是能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的性質(zhì)不同，能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)最終以熱的形式消散，能量流動(dòng)是單方向的，因此生態(tài)系統(tǒng)必須不斷地從外界獲得能量。而物質(zhì)的流動(dòng)是循環(huán)式的，各種物質(zhì)都能以可被植物利用的形式重返環(huán)境。能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)都是借助于生物之間的取食過程而進(jìn)行的，但這兩個(gè)過程是密切相關(guān)不可分割的，因?yàn)槟芰渴莾?chǔ)存在有機(jī)分子鍵內(nèi)，當(dāng)能量通過呼吸過程被釋放出來用以作功的時(shí)候，該有機(jī)化合物就被分解并以較簡單的物質(zhì)形式重新釋放到環(huán)境中去。 生物地化循環(huán)可以用“庫”（ pools ）和“流通率”（ flux rates ）兩個(gè)概念加以描述。庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中一定數(shù)量的某種化學(xué)物質(zhì)所構(gòu)成的，如在一個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，水體中磷的含量可以看成是一個(gè)庫，浮游植物中的磷含量是第二個(gè)庫。這些庫借助有關(guān)物質(zhì)在庫與庫之間的轉(zhuǎn)移而彼此相互聯(lián)系。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)單位面積（或單位體積）和單位時(shí)間的移動(dòng)量就稱為流通率。營養(yǎng)物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)庫之間的流通量和輸入輸出生態(tài)系統(tǒng)的流通量可以有多種表達(dá)方法。為了便于測(cè)量和使其模式化，流通量通常用單位時(shí)間單位面積（或體積）內(nèi)通過的營養(yǎng)物質(zhì)的絕對(duì)值來表達(dá)，為了表示一個(gè)特定的流通過程對(duì)有關(guān)各庫的相對(duì)重要性，用周轉(zhuǎn)率（ turnover rates ）和周轉(zhuǎn)時(shí)間（ turnover times ）來表示更為方便。周轉(zhuǎn)率就是出入一個(gè)庫的流通率（單位／天）除以該庫中的營養(yǎng)物質(zhì)總量： 周轉(zhuǎn)率 = 流通率/庫中營養(yǎng)物質(zhì)總量 周轉(zhuǎn)時(shí)間就是庫中的營養(yǎng)物質(zhì)總量除以流通率，即： 周轉(zhuǎn)時(shí)間 = 庫中營養(yǎng)物質(zhì)總數(shù)/流通率 周轉(zhuǎn)時(shí)間表達(dá)了移動(dòng)庫中全部營養(yǎng)物質(zhì)所需要的時(shí)間。周轉(zhuǎn)率越大，周轉(zhuǎn)時(shí)間就越短。大氣圈中二氧化碳的周轉(zhuǎn)時(shí)間大約是一年多一些（主要是光合作用從大氣圈中移走二氧化碳），大氣圈中分子氮的周轉(zhuǎn)時(shí)間約近 100 萬年（主要是某些細(xì)菌和藍(lán)綠藻的固氮作用），而大氣圈中水的周轉(zhuǎn)時(shí)間只有 10.5 天，也就是說大氣圈中所含的水分一年要更新大約 34 次。又如：海洋中主要物質(zhì)的周轉(zhuǎn)時(shí)間，硅最短，約 8000 年，鈉最長，約 2.06 億年，由于海洋存在的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這些年限，所以海洋中的各種物質(zhì)都已被更新過許多次了。從各種途徑進(jìn)入海洋的物質(zhì)，主要靠海洋的沉積作用和其他一些規(guī)模較小的過程所平衡。 生物地化循環(huán)在受人類干擾以前，一般是處于一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，這就意味著對(duì)主要庫的物質(zhì)輸入必須與輸出達(dá)到平衡。當(dāng)然，這種平衡不能期望在短期內(nèi)達(dá)到，也不能期望在一個(gè)有限的小系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。生態(tài)演替過程顯然是一個(gè)例外，但對(duì)于一個(gè)頂極生態(tài)系統(tǒng)、一個(gè)主要的地理區(qū)域和整個(gè)生物圈來說，各個(gè)庫的輸入和輸出之間必須是平衡的。例如，大氣中主要?dú)怏w（氧、二氧化碳和氮）的輸入和輸出都是處于平衡狀態(tài)的，海洋中的主要物質(zhì)也是如此。