鱼缸植物过滤循环系统

物质循环

在成堆的已经压扁的汽车被送入巨大的压缩机之前，废品厂的工人们早已将其中的许多零部件拆走了，其中的铝和铜也被卸下来重新循环利用。然后回收厂就要回收汽车车身的钢铁了。地球上的铝、铜和铁的资源都是有限的。回收旧汽车是重新利用这些金属的一个方法。

物质回收循环

生态系统中的物质循环方式与旧车回收方式相类似。与生产汽车的金属是有限的一样，生态系统中的物质供应也是有限的。如果生态系统中的物质不能单循环利用，系统中生物所必需的原料就会很快耗尽。

另一方面，能量是不能被循环利用的。就像你必须持续地给汽车供应汽油一样，生态系统也必须不停地从外界获取能量，这能量通常是太阳光。汽油和太阳能都不能被循环利用，它们必须时时供应。

能量进入生态系统以后，从生产者流向消费者，再流向分解者。相比之下，物质则可以在生态系统中反复循环。生态系统中的物质包括水、氧气、碳、氮和许多其他物质。要理解这些物质怎样在生态系统中循环，你需要先掌握一些描述物质结构的基本术语。

物质是由称为原子的粒子组成的。两个或两个以上的原子通过化学反应聚在一起，形成分子。比如，一个水分子中包含了两个氢原子和一个氧原子。在这一节里你将学到主要的物质循环：水循环、碳氧循环和氮循环。

水循环

你怎样才能确定太阳系的其他行星上是否也有生命？科学家们寻找的证据之一就是水。这是因为水是地球上所有活细胞中最常见的化合物。我们也知道水是生命活动所必需的。

水通过水循环得以重复利用。水循环是指水在地球表面和大气间持续不断的运动过程。水循环由蒸发、凝结和降水等过程组成。

蒸发　液态水吸收能量变成气态的过程就叫蒸发。在水循环中，液态水从地球表面蒸发，形成大气中的水蒸气，水蒸气也是一种气体。蒸发主要来自海洋和湖泊表面。蒸发所需能量来自太阳。

部分水蒸气是由生物释放的。比如，植物通过根系吸收水分，通过叶子释放水蒸气。又如你在喝水和吃东西的时候摄入水分，然后通过排泄排出液态水，通过呼气呼出水蒸气。

凝结　形成大气中的水蒸气以后又会怎样呢？随着水蒸气在大气中越飘越高，它会慢慢变冷。当温度降到一定的程度，水蒸气就会变成小水滴。物质由气态转变为液态的过程就叫凝结。这些小水滴积聚在空中的灰尘微粒周围，最终形成云。

降水　随着凝结的水蒸气越来越多，云中的水滴变得越来越大，越来越重。最终，较重的水滴以降水的形式落回地面，如雨、雪、雨夹雪和冰雹等。大部分的降水落回海洋和湖泊。落到地面的降水可以渗入土壤层，形成地下水，或者流过地面，最终流入河流回到海洋。

碳和氧的循环

生命活动所必需的两种化学元素是碳和氧。这两种元素的循环过程是联系在一起。碳是组成生物体的主要物质。它在大气中主要以二氧化碳的形式存在。生产者通过光合作用从大气中吸收二氧化碳。在这一过程中，生产者利用二氧化碳中的碳生产出其他形式的含碳分子。这些分子包括糖分子和淀粉分子。要想从这些分子中获取能量，消费者就要将其分解成更简单的分子，再以废物的形式排出水与二氧化碳。

与此同时，氧气也在生态系统中循环。生产者通过光合作用释放出氧气，而其他生物从大气中吸收氧气，并在其生命活动中利用它。

氮循环

与碳一样，氮也是构成生物的必要组成要素。由于空气中约有78%的气体是氮气，你可能会认为对活生物来说获得氮是很容易的。然而，大多数生物不能利用空气中的氮气。氮气被称为游离氮，意思是它没有与其他种类的原子结合。大多数生物只能利用被“固定”的氮，或是与其他元素结合形成的含氮化合物。

固氮　将游离态的氮气转变成可供植物利用的氮，这一过程称为固氮。大多数固氮由某些细菌来完成。其中有的细菌生活在某些植物的根瘤中，称为根瘤菌。豆科类植物，如三叶草、大豆、豌豆、紫苜蓿和花生等，都有这样的根瘤。

根瘤菌与豆科类植物之间的关系是互惠共生的好例子。两种生物都能获利的共生关系称为互惠共生。根瘤菌和植物都能从这一关系中获益：根瘤菌有地方生活，而植物得到可利用的氮。

许多农民利用豆科类植物中的固氮细菌来肥沃土壤。每隔几年，农民就会在地里种植豆科类植物，如紫苜蓿，而紫苜蓿根瘤中的细菌就会增加土壤中的氮化合物。来年，在此田地里种植新的庄稼，就能从这改善的土壤中获得好的收成。

环境中的氮回归　氮一旦以化合物的形式固定下来，生物就能用它来制造蛋白质和其他复杂物质。分解者可以将这些在动物粪便和生物遗体中的复杂物质分解。这可以使简单的含氮化合物归入土壤中。氮可以在土壤与生产者、消费者中循环多次。在有些情况下，细菌也会将氮的化合物彻底分解，向空中释放出游离态的氮。于是，循环又重新开始了。