氧循环,
好氧呼吸作用就是在氧气参与下,将生物体内的能量物质氧化分解为最简单产物（二氧化碳和水）的过程.在这一过程中,同时放出一定能量.呼吸过程总的反应如下：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2880kJ
由上式可见,从外界环境吸入的氧参加了这个氧化分解过程,而放出的二氧化碳是过程的产物.在呼吸过程中,氧和二氧化碳的交换,是最明显和最易被研究的外部特征.但实际上整个呼吸作用是一个非常复杂的过程.
好氧呼吸作用（包括三羧酸循环、电子转移、氧化磷酸化作用）及其先期能量物质的消化作用,是维持好氧生物的生命所必须的两种功能.消化能量物质的功能很像一个代谢的“磨石”,能把大分子氧化成小分子并进一步发生代谢；如果生物不能对其有所利用,就将它们排泄掉.呼吸作用的功能恰如一个“发动机”,维持着细胞的活动,并保证细胞进行各种活动时能提供足够量的可利用的化学能.
磷循环
天然水中的磷是通过矿石风化侵蚀、淋溶、细菌的同化和异化作用等自然因素引入的.作为人为来源,主要是含于城市污水中的合成洗涤剂含磷组分排入水体.与含氮肥料易从土壤流失进入水体的情况不同,土壤中磷肥的溶解度很小,经水流作用而迁移的能力也很小.图2-24所示为水体中磷的各种存在形态和各形态间相互转化的途径.其中悬浮粒子态磷（包括无机的和有机的）大多存在于细菌或动植物残骸的碎屑之中.溶解态磷中的正磷酸盐部分（PO43-、HPO42-、H2PO4-）可作为营养物质被水中藻类多量摄取,所以这种形态的磷具有很大环境意义,且在正常水体中浓度很低（如前所述,这类盐的溶解度也是很小的）.聚合磷酸盐是合成洗涤剂组分之一,其作用是络合水中Ca2+、Mg2+等离子,使之不以碳酸盐形态沉积下来.水体中聚合磷酸盐的形态主要有P2O74-、P3O105-、HP3O92-、CaP2O72-等.可溶性有机磷酸物主要有葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸甘油酸、磷肌酸等形态.
自然界中的物质由各种化学元素组成.这些物质在生态系统的各个组成部分之间不断进行着循环.其中,碳、氢、氧、氮、磷、硫是自然界中的主要元素,也是构成生命有机体的主要物质.它们在自然界的良性循环,保证了生态系统的稳定性.
1. 碳循环
碳是构成生物体和贮藏光能的主要元素,在自然界中以碳水化合物、脂肪、蛋白质等有机体和CO2、碳酸盐等无机体的形式存在,并在大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和化石燃料(石油、煤等)等环境因素中进行碳循环,如图1－1所示.光合生物通过光合作用吸收大气中的CO2和H20形成碳水化合物,同时释放氧气.碳水化合物通过食物链逐级往高的营养级流动,并转换为不同的形式.同时,动物通过呼吸作用吸入O2而放出CO2,生物残体被微生物分解,矿化时也释放出CO2,这些经过生命系统的CO2又重新返回空气中.此外,化石燃料的燃烧,自然界的火山喷发、地震也会将固定的碳元素以CO2的形式释放到大气中.另外,CO2通过扩散作用在大气和水体之间循环,进入水体中的CO2会被吸收形成新的碳酸盐岩石,也可以通过死亡动植物的遗骸进入地壳形成化石燃料.
碳循环对环境的影响主要表现在大气中的CO2含量.大气中CO2的体积分数虽然只有0.035%,但其稳定性,尤其是化石燃料燃烧排放大量的CO2对全球气候变化产生了不可忽视的影响.
2. 氮循环
氮是构成生命物质蛋白质和各种氨基酸的主要元素,也是大气的主要组成成分.虽然大气中自由氮含量占79％,却不能直接被生物利用,只有将氮制造成硝酸盐进入土壤,才能被植物吸收,最终通过食物链进入各类生命体.氮循环主要是在大气、水体、生物和土壤之间进行,如图1－2所示.
大气中的氮进入土壤和植物有以下几种方法：①人工固氮.人类通过工业手段,将大气中的氮合成氨或铵盐,即合成氮肥,供植物利用；②非生物固氮.如雷雨天气的闪电现象而产生的电离作用,能将大气中的氮氧化成硝酸盐,随降雨过程进入土壤,以及火山喷发出的岩浆所固定的氮,植物吸收这些进入土壤的氮；③植物固氮.寄生的豆科植物和其他少数高等植物根部的根瘤固氮菌具有固定大气中的氮的能力.
土壤中被固定的氨或铵盐,经硝化细菌将其转化为亚硝酸盐或硝酸盐被植物吸收利用,并与碳结合形成各种氨基酸,最后合成蛋白质.动物直接或间接从植物中摄取植物性蛋白,作为自身的营养来源.生物圈中动植物的残体,以及动物新陈代谢过程中的含氮排泄物被微生物分解后有又形成氨或铵盐,回归于土壤.土壤中的氨形成硝酸盐后,一部分为植物利用,另一部分则由反硝化细菌把硝酸盐分解为氮分子,重新进人大气.
氮循环在环境问题中有着十分重要的地位,如缺少蛋白质会造成营养不良,化石燃料燃烧排放的氮氧化物会污染大气,过度使用含氮化肥会污染水体.
3. 硫循环
硫是氨基酸和蛋白的重要组成成分,它以硫键的形式把蛋白质分子连接起来.硫循环由自然作用和人类活动所推动,主要在大气、海洋和陆地之间进行.
自然作用的循环过程是：陆地上,地壳中的硫通过火山喷发和岩石内的硫在风化作用下,以H2S、SO2或硫酸盐的形式进入大气；海底火山爆发时产生的硫分别逸入大气和溶入海洋；大气、水分和土壤中的硫被植物所吸收,并进入动物体内,当生物残骸被微生物分解时生成H2S回到大气；海洋中的生物遗骸腐败后,其储存的硫重新释放到海水中,当海浪飞溅时,硫又进入大气.大气中的硫或硫酸根离子,通过降水、沉降、和地表面吸收等过程回到陆地和海洋,并被植物吸收；地表径流的冲刷使土壤中的硫进入河流、海洋,最终沉积于海底.
人类作用的循环过程是：地壳中含硫的化石燃料和金属矿物在人类使用的过程中,通过燃烧和冶炼将硫还原成H2S和氧化成SO2,排入大气,或者随着酸性废水排放到土壤和水体.
硫的自然循环过程在没有外界的强烈干预时,在生态系统中基本处于一种稳定和平衡的状态.当人类无制约使用化石燃料时,会向大气排放出大量的SO2,从而破坏了硫的正常循环,形成严重的环境污染.
