生物系统的物质循环具有什么特点

【专家解说】：生态系统中的物质循环又称为生物地化循环（biogeochemical cycle）。能量流动和物质循环是生态系统的两个基本过程，正是这两个基本过程使生态系统各个营养级之间和各种成分（非生物成分和生物成分）之间组织成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。能量流动和物质循环都是借助于生物之间的取食过程而进行的，但这两个过程是密切相关不可分割的，因为能量是储存在有机分子键内，当能量通过呼吸过程被释放出来用以作功的时候，该有机化合物就被分解并以较简单的物质形式重新释放到环境中去。 生物地化循环可以用“库”（ pools ）和“流通率”（ flux rates ）两个概念加以描述。库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，如在一个湖泊生态系统中，水体中磷的含量可以看成是一个库，浮游植物中的磷含量是第二个库。这些库借助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（或单位体积）和单位时间的移动量就称为流通率。营养物质在生态系统各个库之间的流通量和输入输出生态系统的流通量可以有多种表达方法。为了便于测量和使其模式化，流通量通常用单位时间单位面积（或体积）内通过的营养物质的绝对值来表达，为了表示一个特定的流通过程对有关各库的相对重要性，用周转率（ turnover rates ）和周转时间（ turnover times ）来表示更为方便。周转率就是出入一个库的流通率（单位／天）除以该库中的营养物质总量： 周转率 = 流通率/库中营养物质总量 周转时间就是库中的营养物质总量除以流通率，即： 周转时间 = 库中营养物质总数/流通率 周转时间表达了移动库中全部营养物质所需要的时间。周转率越大，周转时间就越短。大气圈中二氧化碳的周转时间大约是一年多一些（主要是光合作用从大气圈中移走二氧化碳），大气圈中分子氮的周转时间约近 100 万年（主要是某些细菌和蓝绿藻的固氮作用），而大气圈中水的周转时间只有 10.5 天，也就是说大气圈中所含的水分一年要更新大约 34 次。又如：海洋中主要物质的周转时间，硅最短，约 8000 年，钠最长，约 2.06 亿年，由于海洋存在的时间远远超过了这些年限，所以海洋中的各种物质都已被更新过许多次了。从各种途径进入海洋的物质，主要靠海洋的沉积作用和其他一些规模较小的过程所平衡。 生物地化循环在受人类干扰以前，一般是处于一种稳定的平衡状态，这就意味着对主要库的物质输入必须与输出达到平衡。当然，这种平衡不能期望在短期内达到，也不能期望在一个有限的小系统内实现。生态演替过程显然是一个例外，但对于一个顶极生态系统、一个主要的地理区域和整个生物圈来说，各个库的输入和输出之间必须是平衡的。例如，大气中主要气体（氧、二氧化碳和氮）的输入和输出都是处于平衡状态的，海洋中的主要物质也是如此。