物质循环（nutrient cycle）是生态学概念，指生物圈里任何物质或元素沿着一定路线从周围环境到生物体，再从生物体回到周围环境的循环往复的过程，又称“生物地球化学循环（biogeochemical cycle）”。

人类社会所面临的诸多全球性环境与生态问题都与人类影响下的生态系统物质循环有关。研究生态系统的物质循环，有利于理解和正确处理人类面临的全球性环境问题，并有助于改善人类的生存环境。

中文名：物质循环

外文名：nutrient cycle

适用领域：生态农业

所属学科：环境生态学

别名：生物地球化学循环、生物地化循环

名词解释

物质循环指的是，在生态系统中，各种化学元素（或物质）沿特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境并再次被生物体吸收利用的循环变化的过程，即各种化学元素或物质在生物体与非生物环境之间的循环运转过程。物质循环又称为生物地球化学循环或生物地化循环。

主要特点

物质循环与能量流动相辅相成，不可分割。在生态系统中，能量是物质循环的推动力，物质是组成生物体的原材料和能量的载体。生产者通过光合作用固定光能并通过食物链进行能量转化的过程，也是物质由简单无机态转化为复杂有机态，并再回到简单无机态的过程。因此，物质循环和能量流动是生态系统不可分割的两个基本功能。任何生态系统的发生发展都是物质循环与能量流动共同作用的结果。 2.

物质循环的富集作用和生物学放大作用。在生态系统中，生物逆着浓度从环境中吸收有毒和有害物质的作用为生物富集作用。当这些物质的浓度沿着食物链逐步升高（浓缩或放大），而不被生物排除其结果造成顶极消费者受害，这时就为生物放大作用。 3.

水循环推动其他物质循环：水循环对其他物质的循环运动具有决定性作用。许多物质必须以水溶液的形式才能被植物吸收利用进入生态系统，并经过食物链进行传递。因此，物质的循环与水循环的关系密不可分，水循环是物质循环的基础。正是在水循环的推动下，才实现了物质在其各个营养库间的转移。 4.

生态系统对物质循环有调节作用：在自然状态下，生态系统中的物质循环一般处于稳定的平衡状态，这是由于生态系统对物质循环有一定的调控作用。大多数气体型循环物质如碳、氧和氮，由于其大气贮库很大，对循环过程中发生的变化能够进行迅速的自我调节。但生态系统对物质循环的调节能力有较大的局限性。

影响因素

影响物质循环速率的主要因素：

循环物质的理化性质。循环物质的理化性质对营养物质的循环速率具有比较重要的影响，那些水溶性强或主要存在形式为气体的元素或物质，其循环速率远快于那些水溶性较弱、主要存在形式为固体的沉积型循环物质。 2.

动、植物的生长速率。循环物质在生态系统中的运转速度较大程度上与动、植物的生长速率有关。生长快的动、植物，其吸收营养物质的速率也相应较高，因此，在生态系统中沿着食物链运转的速度也较快，其结果是该循环物质的循环速率提高。 3.

有机物质的分解速率。有机物的分解决定了循环物质再利用的速度。有机物分解速度越快，则释放矿物质元素的速度越快。通常，较高的土壤温度和土壤湿度有利于土壤有机物的分解，而干旱和低温常常会降低土壤有机物的分解。 4.

土壤酸碱度。土壤酸碱性对土壤有机物的分解具有较为显著的作用。土壤有机物的分解主要依赖于微生物的分解作用，一般情况下，大多数微生物在中性、微酸性土壤中发育最好，而在碱性土壤中，微生物的生长发育常常受到抑制。因此，在中性和微酸性土壤中，物质循环的速度就要快于在碱性土壤中。此外，土壤酸碱性还影响矿物质养分的可利用性。土壤酸性加强，矿物质的溶解性降低，其可利用性降低；而碱性增强，土壤矿物质溶解度增加，很多植物会发生中毒现象，同样不利于营养元素的循环。 5.

人类活动的影响。人类活动也是对物质循环速率有较大影响的主要因素。人类活动对CO2的影响就是一个典型事例。自从工业革命以来，人类大量砍伐森林、燃烧化石燃料的活动，使得大气CO的含量逐步上升。CO2透射短波辐射、吸收长波辐射的特性，可以使近地面的大气温度增高，这种现象被叫作温室效应。温室效应所导致的地球大气温度逐渐上升和全球气候变化的问题，已经成为全世界关注的焦点问题。人类大量燃烧化石燃料所带来的另一个问题是SO2污染问题。燃烧化石燃料大量排放的SO2在大气中遇水蒸气反应形成硫酸，SO2浓度过高，就会成为灾害性的空气污染。SO2随雨水降落到地面就形成酸雨，对植被、土壤都会造成严重的破坏。 物质循环

物质循环—能量流动

生态系统中，各种元素往往是以化合物形式进行转移和循环的，由于这些物质的化学特性不同，形成了不同特点的物质循环类型。

一、按循环经历途径与周期分类

生物地球化学循环依据其循环的范围和周期，可分为地质大循环和生物小循环两类：

地质大循环（geological cycle）。地质大循环是指物质或元素经生物体的吸收作用，从环境进入生物有机体内，然后生物有机体以死体、残体或排泄物形式将物质或元素返回环境，进入五大自然圈层的循环。五大自然圈层是指大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈和生物圈。地质大循环具有范围大、周期长和影响面广等特点。地质大循环几乎没有物质的输出与输入，是闭合式的循环。2.

生物小循环（biological cycle）。生物小循环是指环境中元素经生物体吸收，在生态系统中被相继利用，然后经过分解者的作用，回到环境后，很快再为生产者吸收，利用的循环过程。生物小循环具有范围小，时间短和速度快等特点，是开放式的循环。

二、按物质循环过程中存在的主要形式分类

根据不同的化学元素、化合物在5个物质循环库中存在的形式，库存量的大小和被固定时间的长短，可将物质循环分为以下两大类型：

气体型循环（gaseous type cycle）。元素或化合物可以转化为气体形式，通过大气进行扩散，弥漫了陆地或海洋上空，这样在很短的时间内可以实现大气库和生物库直接交换，或通过大气库与土壤库的交换后再与生物库交换，从而为生物重新利用。这种类型的物质循环比较迅速，如碳、氮、氧、水、氯、溴和氟等。2.

沉积型循环（sedimentary type cycles）。许多矿物元素的储存库主要在地壳里，经过自然风化和人类的开采冶炼，从陆地岩石中释放出来，为植物所吸收，参与生命物质的形成，并沿食物链转移。然后动植物残体或排泄物经微生物的分解作用，将元素返回环境。除一部分保留在土壤中供植物吸收利用外，一部分以溶液或沉积物状态进入江河，汇入海洋，经过沉降、淀积和成岩作用变成岩石，当岩石被抬升并遭受风化作用时，该循环才算完成，在此过程中几乎没有或仅有微量进入大气库中。如磷、硫、碘、钙、镁、铁、锰、铜、硅等元素属于此类循环。这类循环是缓慢的、非全球性，并且容易受到干扰，成为“不完全”的循环，受到生物作用的负反馈调节，变化较小。

在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机物到各种高能有机化合物，最终又还原为简单无机物的生态循环。通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得到更新并变得越来越适合生物生存的需要。在这个物质的生态循环过程中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用。

生态系统中几乎所有的营养物质都在生物与无机环境之间循环流动。物质循环的顺利进行使生态系统的各部分协调一致，对生态系统的自我调节起着重要作用。如果人类大规模干扰，物质循环不能畅通进行，就会造成严重的环境污染和破坏，导致生态失衡。

农业生态系统

氮：秸秆，特别是豆科作物的秸秆中含有一定的氮素，从合理利用氮素和能源的角度来考虑，将作物秸秆燃烧是不经济的，它使已经固定的氮素完全挥发损失了。利用作物秸秆比较有效的办法，首先，能作饲料的有机物质尽量先作饲料，使植物固定的氮素为动物利用，以增加畜产品，促进农牧结合；其次，以牲畜粪尿和作物秸秆作为沼气池原料，在密闭嫌气条件下发酵，既能解决燃料问题，又能很好地保存氮素；再次，将沼气发酵后的残余物用作肥料，不仅减少病菌虫卵，而且肥效高。从植物秸杆→动物饲料→能源原料→优质肥料→植物养料这样的物质循环途径，充分利用植物有机物质和氮素，为培肥土壤和增加畜产品创造有利条件。

磷：依据农业生态系统中磷的小循环及输出、输入特点，可以通过相应措施维持系统的磷平衡：重视有机磷的归还，保持土壤持续的磷的有效性与供应；减少土壤侵蚀；合理施肥，减少磷的固定，碱性土壤以施酸性肥料为宜，酸性土壤则适宜施用碱性肥料；由于依靠风化难以满足作物对磷的需要，因此需要适当施用磷肥。

钾：保持农田生态系统钾的生物小循环的循环效率，减少无效输出的核心是要注重秸秆的还田，具体措施包括：尽量将作物秸杆还田及施用草木灰；适当种植绿肥，如水花生、红萍等富钾的十字花科、苋科等植物；通过土壤耕作等措施促使土壤中难溶性钾有效化；因地制宜，合理施用钾肥，并注意工业废渣的利用；合理施肥与灌水，减少淋失。

环境问题分析

在人类大规模的干扰之前，各种物质元素在五大物质库之间进行着相对稳定的循环转换，并保持着相对的平衡。然而工业革命以来，各种生产和生活活动对物质循环的库与流造成了各种影响，特别是对碳、水及氮等物质的循环影响最为剧烈，进而衍生出了人类正面临的诸多环境问题，如环境污染、温室效应、水体富营养化、生物浓缩等。