生态系统中的能量流动课件

1、生态系统中的能量流动Page 1第十章第十章 生态系统的能量流与信息流生态系统的能量流与信息流n第一节 生态系统的初级生产n第二节 生态系统的次级生产n第三节 生态系统中的分解n第四节 生态系统中的能量流动n第五节 生态系统中的信息流生态系统中的能量流动Page 2一、初级生产的基本概念一、初级生产的基本概念 初级生产量或第一性生产量（初级生产量或第一性生产量（primary productionprimary production） 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质植物所固定的太阳能或所制造的有机物质. . 净初级生产量（净初级生产量（net primary productionnet

2、primary production）: :在初级生产过在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己呼吸消耗掉，剩程中，植物固定的能量有一部分被植物自己呼吸消耗掉，剩下的用于植物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产量。下的用于植物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产量。 总初级生产量（总初级生产量（gross primary productiongross primary production） GP = NP + R NP = GP R 生产量生产量:指单位时间单位面积上的有机物质生产量。指单位时间单位面积上的有机物质生产量。 生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物生物

3、量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物 质，单位是克质，单位是克( (干重干重)/m)/m2 2或或J/mJ/m2 2。 第一节第一节 生态系统中的初级生产生态系统中的初级生产生态系统中的能量流动Page 3T生态系统中的能量流动Page 4二、初级生产力的分布二、初级生产力的分布生态系统中的能量流动Page 5 海洋净初级生产力的季节变动是中等程度的，而陆地生产海洋净初级生产力的季节变动是中等程度的，而陆地生产力的季节波动则明显的大，夏季比冬季平均高力的季节波动则明显的大，夏季比冬季平均高60%60%。 生态系统中的能量流动Page 6生态系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。生态

4、系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。 早期由于植物生物量很低，初级生产量不高。早期由于植物生物量很低，初级生产量不高。 一般森林在叶面积指数达到一般森林在叶面积指数达到4 4时，净初级生产量最高时，净初级生产量最高 但当生态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然生物量接但当生态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然生物量接 近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。 水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。 如森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低。如森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低。 水体也有类似的规律，不过水面

5、由于阳光直射，生产量水体也有类似的规律，不过水面由于阳光直射，生产量不是最高，最高的是深数不是最高，最高的是深数m m左右，并随水的清晰度而变化。左右，并随水的清晰度而变化。 生态系统中的能量流动Page 7二、初级生产的生产效率二、初级生产的生产效率生态系统中的能量流动Page 8（1）陆地生态系统陆地生态系统 光、光、COCO2 2、水和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影响、水和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影响光合效率的主要因素，而食草动物的捕食减少光合作用生物量。光合效率的主要因素，而食草动物的捕食减少光合作用生物量。 三、初级生产量的限制因素三、初级生产量的限制因素 生

6、态系统中的能量流动Page 9富养化富养化N,P造成湖泊富养化的主要营养物质。蓝绿藻大量繁殖 淡水生态系统（2）水域生态系统）水域生态系统 蓝绿藻无锡太湖区蓝绿藻无锡太湖区 生态系统中的能量流动Page 10 海洋生态系统海洋生态系统光：是限制海洋初级生产量的一个重要因子。光：是限制海洋初级生产量的一个重要因子。1 1米深处，米深处，50%50%的光被吸收；的光被吸收；2020米深处，仅有米深处，仅有5-10%5-10%的光。的光。3.7RPCk浮游植物的净生产力的计算公式：其中：其中：P P为浮游植物的净初级生产力的表示；为浮游植物的净初级生产力的表示；R R为相对光合作用为相对光合作用率；

7、率；k为每米深光的衰变系数；为每米深光的衰变系数；C C为每立方米海水所含叶绿素的为每立方米海水所含叶绿素的克数。克数。营养物质：营养物质：N、P为主要限制因子，但却分布在深水层中。肥沃的土壤可含肥沃的土壤可含5%的有机质和的有机质和0.5%的的N，可生长，可生长50kg/m2（干重）；（干重）；富饶的海水只有富饶的海水只有0.00005%的的N，只能维持不足，只能维持不足5g /m2 （干重）的浮游植物的（干重）的浮游植物的生存。生存。生态系统中的能量流动Page 11（1）收获量测定法：收获量测定法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。 （2）氧气测定法氧气测定法(

8、(黑白瓶法黑白瓶法) )：总光合量净光合量呼吸量（3）CO2测定法：测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。 （5）放射性标记物测定法：放射性标记物测定法：把具有14C的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，还要用“暗吸收”加以校正。（4）叶绿素测定法：叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。四、初级生产量的测定方法四、初级生产量的测定方法生

9、态系统中的能量流动Page 12次级生产量的一般生产过程可以概括于下面的图解中：次级生产量的一般生产过程可以概括于下面的图解中： 次级生产量的生产过程次级生产量的生产过程对一个动物种群来说，其能量收支情况可以用下列公式表示： C = A + F U其中其中C代表动物从外界摄食的能量，代表动物从外界摄食的能量，A代表被同化能量，代表被同化能量，FU代表粪、尿能量。代表粪、尿能量。A项又可分解如下：项又可分解如下： A = P + R其中P代表净生产量，R代表呼吸能量。综合上述两式可以得到： P = C F U R 第二节第二节 生态系统中的次级生产生态系统中的次级生产生态系统中的能量流动Page

10、 13 一、一、分解过程的性质分解过程的性质 无机的元素从有机物质中释放出来，称为矿化。无机的元素从有机物质中释放出来，称为矿化。 分解作用是一个很复杂的过程，它包括分解作用是一个很复杂的过程，它包括碎裂、异化和淋溶碎裂、异化和淋溶三三个过程的综合。个过程的综合。由于物理的和生物的作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑称为由于物理的和生物的作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑称为碎裂；碎裂；有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称为异化；维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称为异化；淋溶则是可溶性物质被水所淋洗

11、出，是一种纯物理过程。淋溶则是可溶性物质被水所淋洗出，是一种纯物理过程。在尸体分解中，这三个过程是交叉进行、相互影响的。在尸体分解中，这三个过程是交叉进行、相互影响的。 第三节第三节 生态系统中的分解生态系统中的分解生态系统中的能量流动Page 14分解过程是由一系列阶段所组成的，从开始分解后，物理的和生物的复杂性一般随时间进展而增加，分解者生物多样性也相应增加。 分解者中有些具特异性，只分解某一类物质，另一些无特异性，对整个分解过程起作用。随分解过程的进展，分解速率逐渐降低，待分解的有机物质的多样性也降低，直到最后只有矿物的元素存在。最不易分解的是腐殖质，它主要来源于木质。 生态系统中的能量

12、流动Page 15二、二、分解者生物：细菌、真菌、动物分解者生物：细菌、真菌、动物 三、三、资源质量与分解作用的关系资源质量与分解作用的关系 待分解资源在分解者生待分解资源在分解者生物的作用下进行分解，物的作用下进行分解，因此资源的物理和化学因此资源的物理和化学性质影响着分解的速度。性质影响着分解的速度。资源的物理性质包括表资源的物理性质包括表面性和机械结构；面性和机械结构；资源的化学性质则随其资源的化学性质则随其化学组成而不同。化学组成而不同。 生态系统中的能量流动Page 16营养物质的浓度影响分解过程。营养物质的浓度影响分解过程。 如，分解者生物身体组织中含如，分解者生物身体组织中含N

13、N量高，其量高，其CNCN约为约为101101，即微生物生物量每增加即微生物生物量每增加11g11g就需要有就需要有1gN1gN的供应量。的供应量。但大多数待分解的植物组织其含但大多数待分解的植物组织其含N N量比此值低得多，量比此值低得多，CNCN为为4040 801801。因此，因此，N N的供应量就经常成为限制因素，分解速率在很大的供应量就经常成为限制因素，分解速率在很大程度上取决于程度上取决于N N的供应。的供应。而待分解资源的而待分解资源的CNCN比，常可作为生物降解性能的测度指比，常可作为生物降解性能的测度指标。最适标。最适CNCN比大约是比大约是2525 301301。 生态系统

14、中的能量流动Page 17四、理化环境对分解的影响四、理化环境对分解的影响一般说来，温度高、湿度大的地带，其土壤中的分解速率高，一般说来，温度高、湿度大的地带，其土壤中的分解速率高，而低温和干燥的地带，其分解速率低，因而土壤中易积累有机而低温和干燥的地带，其分解速率低，因而土壤中易积累有机物质。物质。 在同一气候带内局部地方也有区别，它可能决定于该地的土在同一气候带内局部地方也有区别，它可能决定于该地的土壤类型和待分解资源的特点。壤类型和待分解资源的特点。例如受水浸泡的沼泽土壤，由于水泡和缺氧，抑制微生物活动，例如受水浸泡的沼泽土壤，由于水泡和缺氧，抑制微生物活动，分解速率极低，有机物质积累量

15、很大，这是沼泽土可供开发有分解速率极低，有机物质积累量很大，这是沼泽土可供开发有机肥料和生物能源的原因。机肥料和生物能源的原因。生态系统中的能量流动Page 18生态系统中的能量流动Page 19第四节第四节 生态系统的能量流动生态系统的能量流动一、研究能量传递规律的热力学定律一、研究能量传递规律的热力学定律生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律：第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能100被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出

16、去。生态系统中的能量流动Page 20 对生态系统中的能量流动进行研究可以在食物链和生态系食物链和生态系统层次上进行统层次上进行，所获资料可以互相补充，有助于了解生态系统的功能。 在食物链层次上进行能流分析是把每一个物种作为能量从生产者到顶位消费者移动中的一个环节，当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时，测定食物链每一环节上的能量值，就测定食物链每一环节上的能量值，就可提供可提供 生态系统内一系列特点上能流的详细和准确资料。生态系统内一系列特点上能流的详细和准确资料。二、食物链层次的能流分析二、食物链层次的能流分析生态系统中的能量流动Page 21生态系统中的能量流动Page 22二、生态系统

17、层次的能流分析二、生态系统层次的能流分析n依据物种的主要食性，将每个物种都归属于一个特定的营养级，然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。生态系统中的能量流动Page 23生态系统层次上能流研究的步骤生态系统层次上能流研究的步骤n确定组成生态系统生物组成部分的有机体成份；n 确定消费者的食性，确定消费者的分类地位；n 确定有机体的营养级归属，进而确定：n各营养级的生物量，n各营养级能量或食物的摄入率，n同化率，n呼吸率，n由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率；n 结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。生态系统中的能量流动Page 24 能量单位：cal cm-2 a 1 。

18、呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5总初级生产量111.0，能量守恒总初级生产量总初级生产量111.0植食动物植食动物15.0肉食动物肉食动物3.0分解分解3.0分解分解0.5分解分解微量微量呼吸呼吸23.0呼吸呼吸4.5呼吸呼吸1.8未利用未利用70.0太阳能太阳能118872未利用未利用7.0未利用未利用1.2未吸收未吸收的能的能118761美国明尼达州塞达波格湖的能流分析美国明尼达州塞达波格湖的能流分析波格湖生态系统营养动态简图波格湖生态系统营养动态简图生态系统中的能量流动Page 25波格湖生态系统能量金字塔波格湖生态系统能量金字塔cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 cal cm-2 a 1 生态系统中的能量流动Page 26森林生态系统的能流森林生态系统的能流生态系统中的能量流动Page 27生态系统的能流模型生态系统的能流模型生态系统中的能量流动Page 28第五节第五节 生态系统中的信息流生态系统中的信息流n一、信息n信息，源于通讯工程科学，通常