第十一章生態系統中的能量流動能量：做功的能力能量的法則：熱力學第一定律：能量守恒定律熱力學第二定律：熵定律從集中型到耗散型的過程有能量的衰減，沒有任何能量轉變過程會自動產生某些能量常常消散為不可利用的熱能，沒有一種能量能夠完全自動轉變為潛能Entropy：“en”=“in”；“trope”=“transformation”，是能量形態轉換產生不可利用熱能的一種量度，也常被用作度量和能量衰減相關的無序狀態的指標（信息熵）生態系統中能量存在的形式輻射能：來自光源的光量子以波狀運動形式傳播的能量，在植物光化學反應中起著重要的作用；化學能：化合物中貯存的能量，它是生命活動中基本的能量形式；機械能：運動著的物質所含有的能量。動物能夠獨立活動就是基于其肌肉所釋放的機械能；電能：電子沿導體流動時產生的能量。電子運動對生命有機體的能量轉化是非常重要的；生物能：凡參與生命活動的任何形式的能量均稱為生物能。在生態系統中，能量的形式不斷轉換：如太陽輻射能，通過綠色植物的光合作用轉變為存在于有機物質化學鍵中的化學潛能；動物通過消耗自身體內貯存的化學潛能變成爬、跳、飛、游的機械能。在這些過程中，能量既不能創生，也不會消滅，只能按嚴格的當量比例由一種形式轉變為另一種形式。因此，對于生態系統中的能量轉換和傳遞過程，都可以根據熱力學第一定律進行定量，并列出平衡式和編制能量平衡表。生物有機體、生態系統、生物圈都遵循：能夠創造并維持一個內部有序的高級狀態（低熵狀態，無序程度較低）低熵是從高效能狀態（如光或食物）轉變為低效能狀態（如熱能）時，能量持續有效的損失來獲得的。復雜生物量結構的秩序是通過不斷排除無序的呼吸作用來維持的。是開放的非平衡的熱力學系統，通過持續和外界環境進行能量和物質交換，降低自身熵，增加外界的熵（符合熱力學定律）。2、生態系統中的能源和能流路徑太陽輻射能是生態系統中的能量的最主要來源。太陽輻射中的紅外線的主要作用是產生熱效應，形成生物的熱環境；紫外線具有消毒滅菌和促進維生素D生成的生物學效應；可見光為植物光合作用提供能源。除太陽輻射外，對生態系統發生作用的一切其他形式的能量統稱為輔助能。輔助能不能直接轉換為生物化學潛能，但可以促進輻射能的轉化，對生態系統中光合產物的形成、物質循環、生物的生存和繁殖起著極大的輔助作用。輔助能分為自然輔助能（如如潮汐作用、風力作用、降水和蒸發作用）和人工輔助能（如施肥、灌溉等）。太陽能動物遷移人為的補充植物動物、植物物質中的化學潛能產品輸出消費者和分解者生物有機體呼吸釋放的熱能輸入生物圈的太陽輻射能量分配（%）反射：30.0直接轉換成熱能：46.0蒸發降水：23.0風、波浪、洋流：0.2光合作用：0.8生態系統能量的流動是單一方向的（onewayflowofenergy）。能量以光能的狀態進入狀態進入生態系統后，以熱的形式不斷地逸散于環境中。能量在生態系統中的流動，很大部分被各個營養級的生物利用，通過呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態系統參與流動。（獨特現象：深海裂縫中有完全依賴于地熱輸入的自然生態系統）從太陽輻射能到被生產者固定，再經植食動物，到肉食動物，再到大型肉食動物，能量是逐級遞減的過程，這是因為：各營養級消費者不可能百分之百地利用前一營養級的生物量；各營養級的同化作用不是百分之百，總有一部分不被同化；生物在維持生命過程中進行新陳代謝，總要消耗一部分能量。3、生態系統中的初級生產3.1初級生產的生產效率3.2、初級生產量的限制因素(陸地)3.3、初級生產量的限制因素(水域)3.4、初級生產量的測定方法

收獲量測定法氧氣測定法二氧化碳測定法放射性標記物測定法葉綠素測定法渦度相關法測定林冠表面碳通量Sonicanemometer(windspeed)IRGA(CO2/H2O)Li-cor6400withleafand

soilchamberLi-cor8100formeasuringsoilrespirationFreeAirCarbonEnrichment(FACE)ExperimentNPP的間接估算經驗模型：基于氣候因子的回歸模型過程模型光能利用率模型生態系統過程模型利用遙感估算區域NPP基于碳水耦合生態系統過程模型的區域NPP估算4、生態系統中的次級生產4.1、次級生產量的測定P=A–RA=C–FUP=Pg+Pr4.2、次級生產的生態效率5、生態系統中的分解

分解過程淋溶：第一階段破碎化化學改變真菌細菌土壤動物：小，中，大型動物Lt=L0exp(-kt)三個階段的綜合表征控制分解作用的因素溫度：單峰曲線水分：單峰曲線土壤特性：PH值，粘土含量，土壤干擾底物數量與質量:C/N微生物群落組成與酶特性6、生態系統能流分析6.1、食物鏈層次6.2、實驗種群層次6.3、生態系統層次

銀泉(1957,H.T.Odum)CedarBog湖(1942,Lindeman)

蘇格蘭松(1962,J.D.Ovington)6.4、生態系統層次7、生態系統的能流模型8、生態系統中的信息及傳遞

物理信息(光、聲、電、磁等)

化學信息行為信息營養信息思考題地球上各種生態系統的總初級生產量