生态系统的物质循环可以分为水循环、气体型循环和沉积型循环三种类型。
水的主要循环路线是从地球表面通过蒸发(包括植物的蒸腾作用)进入大气圈,同时又不断地通过降水从大气圈返回到地球表面。每年地球表面的蒸发量与全球降水量是相等的,因此,这两个相反的过程能够处于一种平衡状态。水循环对于生态系统具有非常重要的意义。任何生物的生命活动都离不开水,水携带着大量的矿质元素在全球周而复始地循环,极大地影响着各类营养元素在地球上的分布。此外,水还有调节大气温度等重要生态作用。
气体型循环包括氮、碳和氧等元素的循环。在气体型循环中,物质的主要贮存库是大气和海洋,循环过程与大气和海洋密切相关,具有明显的全球性,循环性能也最为完善。属于气体型循环的物质,其分子或某些化合物常以气体形式参与循环过程。
沉积型循环包括磷、硫、钙、钾、钠、镁、铁、碘、铜等物质的循环。这些物质的分子或化合物没有气体状态,其贮存库主要是岩石、沉积物、土壤等,与大气没有密切联系。这些物质主要是通过岩石的风化和沉积物的分解,转变为可以被生物利用的营养物质,转化的速率是缓慢的,而海底沉积物转化为岩石圈成分更是一个缓慢的过程,时间要以数千年记。由于这些物质不是以气体形式参与循环的,因此,循环的全球性不像气体型循环表现得那么明显。
气体型循环和沉积型循环虽然具有不同的特点,但是,它们都受到能量的驱动,并且都依赖于水的循环。
生物圈水平上的生物地化循环研究,主要是研究水、碳、氧、氮、磷等元素的全球循环过程。人类活动对生物地化循环产生的巨大影响,使这方面的研究尤为重要。与自然发生的循环过程相比,人类对生物地化循环的干扰可以说是有过之而无不及。例如,人类活动已经使大气中的二氧化碳含量明显增加;排入海洋的汞量已经增加了1倍铅输入海洋的速率大约相当于自然过程的40倍。
