1、第十二章第十二章 生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)的能量流動能量流動 12.1.1 初級生產(chǎn)的基本概念初級生產(chǎn)的基本概念 12.1.2 地球上初級生產(chǎn)力的分布地球上初級生產(chǎn)力的分布 12.1.3 初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率 12.1.4 初級生產(chǎn)量的限制因素初級生產(chǎn)量的限制因素 12.1.5 初級生產(chǎn)量的測定方法初級生產(chǎn)量的測定方法12.1.1 初級生產(chǎn)的基本概念初級生產(chǎn)的基本概念n生產(chǎn)過程：生產(chǎn)過程： n生產(chǎn)者通過光合作用合成復(fù)雜的有機物質(zhì)，使植物生產(chǎn)者通過光合作用合成復(fù)雜的有機物質(zhì)，使植物的生物量的生物量(包括個體數(shù)量和生長包括個體數(shù)量和生長)增加。增加。 n消費者攝食植物已經(jīng)制造好的有機物質(zhì)

2、消費者攝食植物已經(jīng)制造好的有機物質(zhì)(包括直接的包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物)，通過，通過消化、吸收在合成為自身所需的有機物質(zhì)，增加動消化、吸收在合成為自身所需的有機物質(zhì)，增加動物的生產(chǎn)量。物的生產(chǎn)量。 n初級生產(chǎn)：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程，其提供的生產(chǎn)力為初初級生產(chǎn)：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程，其提供的生產(chǎn)力為初級生產(chǎn)力級生產(chǎn)力 n次級生產(chǎn)：異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程，提供的生產(chǎn)力為次級次級生產(chǎn)：異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程，提供的生產(chǎn)力為次級生產(chǎn)力生產(chǎn)力初級生產(chǎn)的基本概念初級生產(chǎn)的基本概念 初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量(primary production)：綠色植物通過光

3、合作用合成有機物質(zhì)的數(shù)綠色植物通過光合作用合成有機物質(zhì)的數(shù)量稱為初級生產(chǎn)量，也稱第一性生產(chǎn)量。量稱為初級生產(chǎn)量，也稱第一性生產(chǎn)量。 凈凈初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量(net primary production)：初級生產(chǎn)過程植物固定的初級生產(chǎn)過程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生長和生殖，這部分生下的可用于植物的生長和生殖，這部分生產(chǎn)量成為產(chǎn)量成為淨初級生產(chǎn)量淨初級生產(chǎn)量(NP) 。 總總初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量(gross primary production)：初級生產(chǎn)過程植物固定的初級生產(chǎn)過程植物固定的能量的總量能量的總量 GP=N

4、P+R 初級生產(chǎn)的基本概念初級生產(chǎn)的基本概念n初級生產(chǎn)力初級生產(chǎn)力：植物群落在一定空間一定時植物群落在一定空間一定時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機物質(zhì)積累的數(shù)量。間內(nèi)所生產(chǎn)的有機物質(zhì)積累的數(shù)量。 n生物量生物量 (biomass)：是指某一時刻單位是指某一時刻單位面積上積存的有機物質(zhì)的量。以鮮重或干重面積上積存的有機物質(zhì)的量。以鮮重或干重表示。表示。 n現(xiàn)存量現(xiàn)存量：是指綠色植物初級生產(chǎn)量被植食是指綠色植物初級生產(chǎn)量被植食動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分分 SC=GP-R-H-D。初級生產(chǎn)力不同生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力13.1.2 地球上初級生產(chǎn)力的分布地球上初級生

5、產(chǎn)力的分布n不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同 n陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大 n陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢 n海洋中初級生產(chǎn)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降海洋中初級生產(chǎn)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低低 n生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化 n水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化 n初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化NET PRIMARY PRODUCTIVITY初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化

6、初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化初級生產(chǎn)力的分布初級生產(chǎn)力的分布 生產(chǎn)力極低的區(qū)域：生產(chǎn)力極低的區(qū)域：1000kcal/m2.a或者更少，如大或者更少，如大部分海洋和荒漠。部分海洋和荒漠。 中等生產(chǎn)力區(qū)域：中等生產(chǎn)力區(qū)域：1000-10000kcal/m2.a，如草地、如草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田。沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田。 高生產(chǎn)力的區(qū)域：高生產(chǎn)力的區(qū)域：10000-20000kcal/m2.a或者更多，或者更多，如大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口灣、泉水、珊瑚礁、熱如大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口灣、泉水、珊瑚礁、熱帶雨林和精耕細作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等。帶雨林和精耕細作的農(nóng)田、沖積平原上的植物

7、群落等。12.1.3 初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率最適條件下的初級生產(chǎn)力不同生態(tài)系統(tǒng)類型初級生產(chǎn)效率不同生態(tài)系統(tǒng)類型初級生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率=被固定的光能被固定的光能/入射光能入射光能 玉米地玉米地 荒地荒地 Mendota湖湖 Cedar Bog湖湖陸陸 地地EdgarTranseau,1946熱值106Kcal(4050m2)占日光入射能（%）入射日光能2043100%總生產(chǎn)量GP33.01.62凈生產(chǎn)量25.31.24呼吸（R)7.70.38用于蒸騰作用91044.40未被利用的日光能110054.00荒荒 地地F. B. Golley, F. B. Golley, 1960

8、熱值熱值 (10 (104 4 Kcal/m2a)2a) 占入射日光能占入射日光能(%)(%)入射日光能入射日光能471100%100%總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量GPGP5.831.24凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量NPNP 4.951.05呼吸呼吸R R 0.880.190.19F. B. Golley, F. B. Golley, 1960熱值熱值 (10 (104 4 Kcal/m2a)2a) 占入射日光能占入射日光能/ /總生產(chǎn)總生產(chǎn)(%)(%)入射日光能入射日光能118872100%100%總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量GPGP399+290.36凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量NPNP 299+220.27呼吸呼吸R R 100+70

9、.090.09F. B. Golley, F. B. Golley, 1960熱值熱值 (10 (104 4 Kcal/m2a)2a) 占入射日光能占入射日光能/ /總生產(chǎn)總生產(chǎn)(%)(%)入射日光能入射日光能118872100%100%總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量GPGP111.30.09凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量NPNP 87.90.07呼吸呼吸R R 23.40.020.02Mendota湖Cedar Bog 湖12.1.4 初級生產(chǎn)量的限制因素初級生產(chǎn)量的限制因素陸地生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)v輻射強度和日照時間：輻射強度和日照時間：光強升高，光強升高，光照時間長，提高產(chǎn)量。光照時間長，提高產(chǎn)量。 v光合途徑：光

10、合途徑：光合作用途徑的不同，光合作用途徑的不同，直接影響初級生產(chǎn)力的高低。直接影響初級生產(chǎn)力的高低。 v水：水：光合作用的原料，缺水顯著抑制光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。光合速率。 v溫度：溫度：溫度升高，總光合速率升高。溫度升高，總光合速率升高。 v營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素 v二氧化碳二氧化碳輻射強度Fig. Annual average solar radiation reaching the Earths surface.C3、C4植物的光合速率Fig. Photosynthetic rate as a function of light intensity in red oak, a

11、C3 plant, and in pigweed, a C4 plant.降水Fig. Change in net productivity along a precipitation gradient.南極干谷Fig. An Antarctic dry valley.土壤水分蒸發(fā)Fig. The rate of net primary production as a function of actual evapotranspiration measured in several grassland sites in the US. 溫度溫度營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素This kind

12、 of analysis quantifies the relative limitation effects in a way that allows comparison across nutrients and habitats.二氧化碳二氧化碳Fire 刺激生長與繁殖Fire的影響水域生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng) 光光 P=R*C*3.7/k P：浮游植物的凈初浮游植物的凈初級生產(chǎn)力，級生產(chǎn)力，R：相對相對光合率，光合率，k：光強度光強度隨水深度而減弱的衰隨水深度而減弱的衰變系數(shù)，變系數(shù)，C：水中的水中的葉綠素含量葉綠素含量 營養(yǎng)物質(zhì)：營養(yǎng)物質(zhì)：N/P 食草動物食草動物 收獲量測定法收獲量測定

13、法 氧氣測定法氧氣測定法 二氧化碳測定法二氧化碳測定法 放射性標記物測定法放射性標記物測定法 葉綠素測定法葉綠素測定法收獲量測定法收獲量測定法n陸生定期收獲植被，烘干至恒重陸生定期收獲植被，烘干至恒重 n以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示 n以其生物量的產(chǎn)出測定，但位于地下的以其生物量的產(chǎn)出測定，但位于地下的生物量，難以測定生物量，難以測定n地下的部分可以占有地下的部分可以占有40%至至85%的總的總生產(chǎn)量，因此不能省略生產(chǎn)量，因此不能省略氧氣測定法氧氣測定法通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量 19271927年年T.Garder, H.H.

14、GranT.Garder, H.H.Gran用于測定海洋生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)用于測定海洋生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量。量。 l從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣，分裝在體積為從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣，分裝在體積為125-125-300300mlml的白瓶的白瓶( (透光透光) )、黑瓶、黑瓶( (不透光不透光) )和對照瓶中。和對照瓶中。 l對照瓶測定初始的溶氧量對照瓶測定初始的溶氧量IBIB。 l黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時間取出，黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時間取出，用化學(xué)滴定測定黑白瓶的的含氧量用化學(xué)滴定測定黑白瓶的的含氧量DBDB、LBLB。 l計算呼吸量計算呼吸量( (IB-DB)IB-DB)，凈

15、生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量( (LB-IB)LB-IB)，總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量( (LB-DB)LB-DB)。二氧化碳測定法二氧化碳測定法 用塑料罩將生物的用塑料罩將生物的一部分套住一部分套住 測定進入和抽出空測定進入和抽出空氣中的氣中的CO2 透明罩：測定凈初透明罩：測定凈初級生產(chǎn)量級生產(chǎn)量 暗罩：測定呼吸量暗罩：測定呼吸量放射性標記物測定法放射性標記物測定法 用放射性用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定測定其吸收量，即光合作用固定的碳量的碳量 放射性放射性14C以碳酸鹽的形式提供，放入含有自以碳酸鹽的形式提供，放入含有自然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中經(jīng)過一定然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中經(jīng)過一定

16、時間，濾出浮游植物，干燥后在計數(shù)器測定放時間，濾出浮游植物，干燥后在計數(shù)器測定放射活性，然后計算：射活性，然后計算： 14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6 確定光合作用固定的碳量確定光合作用固定的碳量 需用需用“暗呼吸暗呼吸”作校正作校正葉綠素測定法葉綠素測定法 植物定期取樣。植物定期取樣。 丙酮提取葉綠素。丙酮提取葉綠素。 分光光度計測定葉綠素濃度。分光光度計測定葉綠素濃度。 每單位葉綠素的光合作用是一定每單位葉綠素的光合作用是一定的，通過測定葉綠素的含量計算的，通過測定葉綠素的含量計算取樣面積的初級生產(chǎn)量。取樣面積的初級生產(chǎn)量。13.2.1 次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程次級生產(chǎn)量

17、的生產(chǎn)過程個體內(nèi)的能量過程個體內(nèi)的能量過程次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量未捕獲未捕獲(876.1g)獵物種群生產(chǎn)量獵物種群生產(chǎn)量(886.4g)被捕獲被捕獲(10.3g)被吃下被吃下(7.93g)I未吃下未吃下(2.37g)未同化未同化(0.63g)同化同化(7.3g)A凈次級生產(chǎn)凈次級生產(chǎn)(2.7g)P呼吸呼吸(4.6g)R能量收支能量收支 C=A+FU C：動物從外界攝動物從外界攝食的能量食的能量 A：被同化能量被同化能量 FU：排泄物排泄物 A=P+R P：凈次級生產(chǎn)量凈次級生產(chǎn)量 R：呼吸能量呼吸能量13.2.2 次級生產(chǎn)量的測定次級生產(chǎn)量的測定 用同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量用同化量和呼吸量估計生

18、產(chǎn)量(用攝食量用攝食量扣除糞尿量估計同化量扣除糞尿量估計同化量)： P=A-R=(C-FU)-R C：動物從外界攝食的動物從外界攝食的能量，能量，A：被同化能量，被同化能量， FU：排泄物，排泄物，R：呼吸量呼吸量 用個體的生長和繁殖后代的生物量表示凈用個體的生長和繁殖后代的生物量表示凈生產(chǎn)量生產(chǎn)量: P=Pg+Pr Pr：生殖后代的生產(chǎn)量，生殖后代的生產(chǎn)量， Pg：個體增重個體增重13.2.3 次級生產(chǎn)的生態(tài)效率次級生產(chǎn)的生態(tài)效率（1）消費效率）消費效率同化效率同化效率 生長效率生長效率 次級生產(chǎn)的生態(tài)效率次級生產(chǎn)的生態(tài)效率n消費效率消費效率： n食草動物對植物凈生產(chǎn)量的利用食草動物對植物凈

19、生產(chǎn)量的利用 n植物種群增長率高，世代短，更新快，被利用的植物種群增長率高，世代短，更新快，被利用的百分比高。百分比高。 n草本植物維管束少，能提供較多的凈初級生產(chǎn)量。草本植物維管束少，能提供較多的凈初級生產(chǎn)量。 n浮游動物利用浮游植物的凈初級生產(chǎn)量比例最高。浮游動物利用浮游植物的凈初級生產(chǎn)量比例最高。 n食肉動物對獵物的消費效率研究較少食肉動物對獵物的消費效率研究較少 n脊椎動物捕食者脊椎動物捕食者5050100%100%，無脊椎動物捕食者，無脊椎動物捕食者25% 25% 次級生產(chǎn)的生態(tài)效率次級生產(chǎn)的生態(tài)效率 同化效率同化效率 草食、碎食動物同化效率低，肉草食、碎食動物同化效率低，肉食動物高

20、。食動物高。 生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率 肉食動物的凈生長率低于草食動肉食動物的凈生長率低于草食動物。物。 不同動物類群有不同的生長效率。不同動物類群有不同的生長效率。 林德曼效率林德曼效率12.3 生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的分解 12.3.1 分解過程的性質(zhì)分解過程的性質(zhì) 12.3.2 分解者生物分解者生物 12.3.3 資源質(zhì)量資源質(zhì)量 12.3.4 理化環(huán)境對分解的影響理化環(huán)境對分解的影響13.3.1 分解過程的性質(zhì)分解過程的性質(zhì) 概念：概念： 死有機物質(zhì)的逐步降解過程。死有機物質(zhì)的逐步降解過程。 將有機物還原為無機物，釋放能量。將有機物還原為無機物，釋放能量。 意義：意義： 建立和維持全球生態(tài)

21、系統(tǒng)的動態(tài)平衡。建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡。 通過死亡物質(zhì)的分解，使營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)，給生產(chǎn)者提供營通過死亡物質(zhì)的分解，使營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)，給生產(chǎn)者提供營養(yǎng)物質(zhì)。養(yǎng)物質(zhì)。 維持大氣中維持大氣中COCO2 2濃度。濃度。 穩(wěn)定和提高土壤有機質(zhì)的含量，為碎屑食物鏈以后各級生物穩(wěn)定和提高土壤有機質(zhì)的含量，為碎屑食物鏈以后各級生物生產(chǎn)食物。生產(chǎn)食物。 改善土壤物理性狀。改善土壤物理性狀。分解作用的三個過程分解作用的三個過程n碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑。碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑。 n異化：有機物在酶的作用下，進行生物化異化：有機物在酶的作用下，進行生物化學(xué)的分解。學(xué)的分解。 n從聚合體變成單

22、體從聚合體變成單體(如纖維素降解為葡萄糖如纖維素降解為葡萄糖)。 n進而成為礦物成分進而成為礦物成分(如葡萄糖降為如葡萄糖降為CO2和和H2O)。 n淋溶：可溶性物質(zhì)被水淋洗出，完全是物淋溶：可溶性物質(zhì)被水淋洗出，完全是物理過程。理過程。 分解者生物分解者生物 資源質(zhì)量資源質(zhì)量 理化性質(zhì)理化性質(zhì)12.3.2 分解者生物分解者生物 微生物微生物(細菌和真菌細菌和真菌) 動物類群動物類群 陸地分解者陸地分解者 水生系統(tǒng)水生系統(tǒng) 分解者生物分解者生物 微生物微生物(細菌和真菌細菌和真菌) 主要利用可溶性物質(zhì)，氨基酸和糖類的主要利用可溶性物質(zhì)，氨基酸和糖類的分解產(chǎn)物作為的食物而被吸收。分解產(chǎn)物作為的食

23、物而被吸收。分解者生物分解者生物 動物類群動物類群 陸地分解者陸地分解者 動物主要是食碎屑的無脊椎動物動物主要是食碎屑的無脊椎動物 小型：小型：100m以下，不能碎裂枯枝落葉，屬粘附類型以下，不能碎裂枯枝落葉，屬粘附類型（原生動物、線蟲、輪蟲和蜱螨類）（原生動物、線蟲、輪蟲和蜱螨類） 中型：中型：100m-2mm，調(diào)節(jié)微生物種群的大小調(diào)節(jié)微生物種群的大小 和處理加工大型動物糞便（小型甲蟲、線蚓、彈尾目和處理加工大型動物糞便（小型甲蟲、線蚓、彈尾目 昆蟲等）昆蟲等） 大型和巨型：大型和巨型：2mm-20mm-, 碎裂植物殘葉和翻動土壤碎裂植物殘葉和翻動土壤,對對分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響（如千足蟲

24、、渦牛、蚯蚓分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響（如千足蟲、渦牛、蚯蚓等）。等）。分解者生物分解者生物 動物類群動物類群 水生系統(tǒng)水生系統(tǒng) 動物的分解過程分為搜集、刮取、粉碎、取動物的分解過程分為搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等幾個環(huán)節(jié)食或捕食等幾個環(huán)節(jié) 碎裂者：以落入河流中的樹葉為食碎裂者：以落入河流中的樹葉為食 顆粒狀有機物質(zhì)搜集者：一類從沉積物中搜顆粒狀有機物質(zhì)搜集者：一類從沉積物中搜集；另一類從水體中濾食有機顆粒集；另一類從水體中濾食有機顆粒 刮食者：其口器適應(yīng)在石礫表面刮取藻類和刮食者：其口器適應(yīng)在石礫表面刮取藻類和死有機物死有機物 以藻類為食的食草性動物以藻類為食的食草性動物 捕食動物：以其他物

25、脊椎動物為食捕食動物：以其他物脊椎動物為食 12.3.3 資源質(zhì)量資源質(zhì)量 物理、化學(xué)性質(zhì)影響分物理、化學(xué)性質(zhì)影響分解速率解速率 物理性質(zhì)：表面特性和物理性質(zhì)：表面特性和機械結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu) 化學(xué)性質(zhì)：隨其化學(xué)組化學(xué)性質(zhì)：隨其化學(xué)組成而不同成而不同 單糖分解快，一年失重單糖分解快，一年失重99%半纖維半纖維纖維素纖維素木質(zhì)素木質(zhì)素 C:N12.3.4 理化環(huán)境對分解的影響理化環(huán)境對分解的影響 水熱條件水熱條件 溫度高、濕度大的地帶，有機質(zhì)分解速率溫度高、濕度大的地帶，有機質(zhì)分解速率高高 低溫干燥地帶，分解速率低低溫干燥地帶，分解速率低 分解速度隨緯度增高而降低分解速度隨緯度增高而降低(熱帶雨林熱帶

26、雨林溫帶森林溫帶森林凍原凍原)；13.3.4 理化環(huán)境對分解的影響（續(xù)）理化環(huán)境對分解的影響（續(xù)） 分解生物的相對作用分解生物的相對作用 無脊動物在地球上的分布隨緯度的變化呈現(xiàn)地?zé)o脊動物在地球上的分布隨緯度的變化呈現(xiàn)地帶性的變化規(guī)律帶性的變化規(guī)律 低緯度熱帶地區(qū)起作用的主要是大型土壤動物，低緯度熱帶地區(qū)起作用的主要是大型土壤動物，其分解作用明顯高于溫帶和寒帶其分解作用明顯高于溫帶和寒帶 高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動物，高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動物，它們對物質(zhì)分解起的作用很小它們對物質(zhì)分解起的作用很小 分解指數(shù)分解指數(shù) K=I/X K：分解指數(shù)，分解指數(shù)，I：死有機物年輸入總量

27、，死有機物年輸入總量，X：系系統(tǒng)中死有機物質(zhì)現(xiàn)存量統(tǒng)中死有機物質(zhì)現(xiàn)存量 規(guī)律：規(guī)律： 熱帶雨林最高熱帶雨林最高 溫帶草地高于溫帶闊葉林溫帶草地高于溫帶闊葉林 凍原最低凍原最低13.4 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 13.4.1 研究能流傳遞的熱力學(xué)定律研究能流傳遞的熱力學(xué)定律 13.4.2 食物鏈食物鏈層次上的能流分析層次上的能流分析 13.4.3 生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析 13.4.4 異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析 13.4.5 分解者和消費者在能流中的相對作分解者和消費者在能流中的相對作用用12.4.1 熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第一定

28、律熱力學(xué)第一定律(能量守能量守恒恒定律定律):能量既能量既不能創(chuàng)生，也不會消滅，只能按嚴格的不能創(chuàng)生，也不會消滅，只能按嚴格的當量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式當量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式 生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程，都生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進行定量計算，可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進行定量計算，并列出平衡式和編制能量平衡表并列出平衡式和編制能量平衡表Energy Flow in the EnvironmentEnergy Transfer and Loss熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 (熵定律熵定律) - 在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除

29、了一部分傳遞和作功在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除了一部分傳遞和作功外，總有一部分以熱的形式消散，使系統(tǒng)的熵增加外，總有一部分以熱的形式消散，使系統(tǒng)的熵增加. - 熵是系統(tǒng)無序性的指標，是系統(tǒng)熱量與溫度之比熵是系統(tǒng)無序性的指標，是系統(tǒng)熱量與溫度之比 - 若用熵概念表示熱力學(xué)第二定律若用熵概念表示熱力學(xué)第二定律 * 內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中，其熵值只朝一個方向變內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中，其熵值只朝一個方向變化，常增不減化，常增不減 * 開放系統(tǒng)的一切過程使系統(tǒng)與環(huán)境熵值之和增加開放系統(tǒng)的一切過程使系統(tǒng)與環(huán)境熵值之和增加 生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，它不斷地與環(huán)境進行能量生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，它不斷地與環(huán)境進行能

30、量交換。通過光合同化，引入負熵；通過呼吸，把正熵交換。通過光合同化，引入負熵；通過呼吸，把正熵值轉(zhuǎn)出系統(tǒng)。值轉(zhuǎn)出系統(tǒng)。熱力學(xué)的兩個定律熱力學(xué)的兩個定律： 第一定律：A = B + C 第二定律：C A生態(tài)系統(tǒng)中的能源生態(tài)系統(tǒng)中的能源 太陽輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來源太陽輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來源 * 紅外線產(chǎn)生熱效應(yīng)，形成生物的熱環(huán)境。紅外線產(chǎn)生熱效應(yīng)，形成生物的熱環(huán)境。 * 紫外線可以消毒滅菌和促進維生素紫外線可以消毒滅菌和促進維生素D的生成的生成 * 可見光為植物光合作用提供能源可見光為植物光合作用提供能源 輔助能輔助能 * 輔助能分為自然輔助能輔助能分為自然輔助能(如如

31、潮汐作用、風(fēng)力作用、如如潮汐作用、風(fēng)力作用、降水和蒸發(fā)作用降水和蒸發(fā)作用)和人工輔助能和人工輔助能(如施肥、灌溉等如施肥、灌溉等) 。 * 輔助只可以促進輻射能的轉(zhuǎn)化。輔助只可以促進輻射能的轉(zhuǎn)化。 * 對生態(tài)系統(tǒng)中光合產(chǎn)物的形成、物質(zhì)循環(huán)、生物的對生態(tài)系統(tǒng)中光合產(chǎn)物的形成、物質(zhì)循環(huán)、生物的生存和繁殖起著極大的輔助作用。生存和繁殖起著極大的輔助作用。生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的主要路徑生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的主要路徑 能量以日光形式進入生態(tài)系統(tǒng)，以植物能量以日光形式進入生態(tài)系統(tǒng)，以植物物質(zhì)形式貯存起來的能量，沿著食物鏈物質(zhì)形式貯存起來的能量，沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動通過生態(tài)系統(tǒng)，以動物、和食物網(wǎng)流動通過生態(tài)系

32、統(tǒng)，以動物、植物物質(zhì)中的化學(xué)潛能形式貯存在系統(tǒng)植物物質(zhì)中的化學(xué)潛能形式貯存在系統(tǒng)中，或作為產(chǎn)品輸出，離開生態(tài)系統(tǒng)，中，或作為產(chǎn)品輸出，離開生態(tài)系統(tǒng)，或經(jīng)消費者和分解者生物有機體呼吸釋或經(jīng)消費者和分解者生物有機體呼吸釋放的熱能自系統(tǒng)中丟失放的熱能自系統(tǒng)中丟失 生態(tài)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，某些物質(zhì)還可生態(tài)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，某些物質(zhì)還可通過系統(tǒng)的邊界輸入、輸出系統(tǒng)。如動通過系統(tǒng)的邊界輸入、輸出系統(tǒng)。如動物遷移，水流的攜帶，人為的補充等物遷移，水流的攜帶，人為的補充等能量是單向性和逐級減少能量是單向性和逐級減少 生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的 * 能量以光能的狀態(tài)進入生態(tài)系統(tǒng)后

33、，就只能以熱的形能量以光能的狀態(tài)進入生態(tài)系統(tǒng)后，就只能以熱的形 式不斷地逸散于環(huán)境中式不斷地逸散于環(huán)境中 從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定，再經(jīng)植食動物，到肉從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定，再經(jīng)植食動物，到肉食動物，能量是逐級遞減的過程食動物，能量是逐級遞減的過程 * 各營養(yǎng)級消費者不能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生各營養(yǎng)級消費者不能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生物量物量 * 各營養(yǎng)級的同化作用也不是百分之百的各營養(yǎng)級的同化作用也不是百分之百的 * 生物的新陳代謝要消耗一部分能量生物的新陳代謝要消耗一部分能量食物鏈層次上的能流分食物鏈層次上的能流分析析P PG G=208.10=208.10P PN N=8

34、8.33=88.33A=33.68A=33.68P=14.78P=14.78A=3.83A=3.83P=0.67P=0.67A=0.21A=0.21P=0.06P=0.06A=50.60A=50.60P=4.60P=4.60I III II 分分119.77119.7718.9018.903.163.160.130.1346.0046.0025.0,25.0,輸出輸出4.86 4.86 輸入輸入總總/ /凈生產(chǎn)凈生產(chǎn)呼吸呼吸效率效率0.4260.4260.4400.4400.1760.1760.2860.2860.0910.091營養(yǎng)級營養(yǎng)級總總P PNCNC=20.14=20.14R R總總

35、187.96187.96單位：單位： kcalmkcalm-2-2yryr-1-1生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析分析Gedar Bog 湖能流模型湖能流模型未吸收未吸收497228.6497228.6R=96.3R=96.3R=18.8R=18.8R=7.5R=7.5未利用未利用 293.1293.1未利用未利用 29.329.3未利用未利用 5.05.0單位：單位：JcmJcm-2-2aa-1-199.9%99.9%總初級生產(chǎn)總初級生產(chǎn) GP=464.7GP=464.70.1%0.1%食草動物食草動物 H=62.8H=62.8食肉動物食肉動物 C=12.6C=12.6分解分解1

36、2.512.5分解分解2.12.1分解分解入射日光能入射日光能 497693.3497693.313.5%13.5%20.1%20.1% Cedar Bog Cedar Bog Silver Spring Silver Spring 入射太陽能入射太陽能 4.684.6810109 97.127.1210109 9初級總生產(chǎn)量，效率初級總生產(chǎn)量，效率% % 4.664.6610106 6，0.1 0.1 8.718.7110107 7，1.2 1.2 植物呼吸植物呼吸, ,消耗消耗% % 9.809.8010105 5， 21.0 21.0 5.105.1010107 7，57.6 57.6

37、初級凈生產(chǎn)量初級凈生產(chǎn)量 3.683.6810106 63.703.7010107 7動物消耗動物消耗( (略略) ) 群落總呼吸，比例群落總呼吸，比例%1.241.2410106 6，26.6 26.6 5.975.9710107 7，68.2 68.2 群落總分解，比例群落總分解，比例% % 1.301.3010106 6，27.9 27.9 2.122.1210107 7，24.3 24.3 未利用的能量，比例未利用的能量，比例% % 2.122.1210106 6，45.5 45.5 6.506.5010107 7，7.5 7.5 森林生態(tài)系統(tǒng)能流分析森林生態(tài)系統(tǒng)能流分析生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系

38、統(tǒng) 總初級生產(chǎn)量總初級生產(chǎn)量P PG G 自養(yǎng)呼吸自養(yǎng)呼吸R RA A % % 凈初級生產(chǎn)量凈初級生產(chǎn)量P PN N 異養(yǎng)呼吸異養(yǎng)呼吸R RH H 群落凈生產(chǎn)量群落凈生產(chǎn)量P PNC NC P PN N/P/PG G(%) (%) P PNCNC/P/PG G(%)(%)三葉草田三葉草田 24400 24400 9200 9200 0.377 0.377 15200 15200 800 800 14400 14400 62.3 62.3 59.059.0中齡櫟林中齡櫟林 11500 11500 6500 6500 0.565 0.565 5000 5000 3000 3000 2000 200

39、0 43.5 43.5 17.417.4熱帶雨林熱帶雨林 45000 45000 32000 32000 0.711 0.711 13000 13000 13000 13000 0 0 28.9 28.9 0 0銀泉銀泉 20810 20810 12000 12000 0.577 0.577 8810 8810 6870 6870 2000 2000 42.3 42.3 9.69.6不同生態(tài)系統(tǒng)的能流比較不同生態(tài)系統(tǒng)的能流比較異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析 自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng) - 靠綠色植物固定太陽能的生態(tài)系統(tǒng)。靠綠色植物固定太陽能的生態(tài)系統(tǒng)。 異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng) - 主要依靠其他生態(tài)系統(tǒng)所生產(chǎn)的有機物輸入主要依靠其他生態(tài)系統(tǒng)所生產(chǎn)的有機物輸入來維持的生態(tài)系統(tǒng)。來維持的生態(tài)系統(tǒng)。 異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析 - 應(yīng)特別注意其他生態(tài)系統(tǒng)的有機物輸入。應(yīng)特別注意其他生