台湾休闲农业课程教材生态系统

P1组成成员和过程要点生态系统的概念1935年Tansley提出生态系统的概念，最初的定义包括一个定义的空间中一切的动物、植物和物理的相互作用。近代生态学家更倾向于从能〔量〕流、碳流或营养物流来思索生态系统。水生生态系统陆地生态系统TheecosystemconceptwasproposedbyTansleyin1935,andwasoriginallydefinedtoincludealltheanimals,plantsandphysicalinteractionsofadefinedspace.Modernecologiststendtothinkofecosystemsintermsofenergyflow,carbonflowornutrientcycles.KeyNotesTheconcepttheecosystemP1COMPONENTSANDPROCESSES生态系统成分单位面积中活有机体的身体构成了生物量〔biomass〕的现存量〔standingcrop〕：单位地〔或水〕面积的有机体的质量，通常以能量或干有机质为单位〔例如t/ha〕陆地群落大部分生物是植被。群落初级消费率是初级消费者植物所消费的单位面积生物量的速率。经过光协作用固定的总能量是总初级消费量〔GPP〕，其中一部分从群落丧失于呼吸作用〔R〕。GPP与R之差称为净初级消费量〔NPP〕，它代表了新生物量的产生速率，并可供异养生物〔细菌、真菌和动物〕消费之用。被异养生物消费的生物量叫做次级消费量。Thebodiesoflivingorganismswithinaunitareaconstituteastandingcropofbiomass:themassoforganismsperunitareaoforganismsperunitareaofground(orwater),usuallyexpressedinunitsofenergyordryorganicmatter(e.g.tonsha-1).ThegreatmajorityofbiomassinaterrestrialcommunityIistherateatwhichbiomassisproducedperunitareabyplants,theprimaryproducers.Thetotalfixationofenergybyphotosynthesisisreferredtoasgrossprimaryproductivty(GPP)ofwhichaproportion(R)islostformthecommunityasrespiration.ThedifferencebetweenGPPandRisknownasnetprimaryproductivity(NPP)andrepresentstherateofproductionofnewbiomassthatisavailableforconsumptionbyheterotrophicorganisms(bacteria,fungiandanimals).Theproductionofbiomassbyheterotrophsiscalledsecondaryproduction.Ecosystemcomponents生态系统与热力学定律热力学第一定律阐明，能量既不能被发明，也不能被破坏。热力学第二定律阐明，每一次“转换都导致系统的自在能的减少〞。由于能量转换不能够100%的有效，因此异养生物的能量较少，必然比它们所吃的植物更少。生态相互作用的复杂性意味着，以这些热力学定律为根底去构建用于预测的数学模型是不能够的。Thefirstlawofthermodynamicsstatesthatenergycanneitherbecreatednordestroyed.Thesecondlawofthermodynamicsstatesthateverytransformationresultsinareductionofthefreeenergyofthesystem.Becauseenergytransformationcannotbe100%efficient(fromthesecondlaw),heterotrophsmusthavelessenergy,andmustthereforeberaterthantheplantstheyfeedon.Thecomplexityofecologicalinteractionsmeansthatitisnotpossibletoconstructpredictivemathematicalmodelsoflivingsystemsbasedontheselawsofthermodynamics.Ecosystemsandthelawsofthermodynamics转换效率净初级消费力经过营养级流动的比例，决议于能量从一级到下一级的利用、经过途中的转化效率。正是三类转换效率的全部知识，是预测能量流动格局的全部要求，那就是消费效率〔CE〕、同化效率〔AE〕和消费效率〔PE〕。消费效率是指一个营养级的有效总消费力〔Pn-1〕中，后一营养级成员实践消费〔被吃掉〕部分〔In〕所占的百分比。同化效率是指一个营养级的消费者吃入消化道的食物能量〔In〕中，被同化而穿过消化道壁、并成为参与生长或用于作功的有效能量〔An〕所占的百分比。消费效率是指被同化的能量中〔An〕，参与到新生物量〔Pn〕所占的百分比。剩留下来的完全以呼吸热量而损失于群落。Theproportionofnetprimaryproductionthatflowsthroughtrophiclevelsdependsontransferefficienciesinthewayenergyisusedandpassedfromonesteptothenext.Aknowledgeofjustthreecategoriesoftransferefficiencyisallthatisrequiredtounderstandthepatternofenergyflow.Theseareconsumptionefficiency(CE),assimilationefficiency(AE)andproductionefficiency(PE).Consumptionefficiencyisthepercentageoftotalproductivityavailableatonetrophiclevel(Pn-1)thatisactuallyconsumed(ingested)byatrophiccompartmentonelevelup(In).Assimilationefficiencyisthepercentageoffoodenergytakenintothegutsofconsumersinatrophiccompartment(In)whichisassimilatedacrossthegutwall(An)andbecomesavailableforincorporationintogrowthorusedtodowork.Productionefficiencyisthepercentageofassimilatedenergy(An)whichisincorporatedintonewbiomass(pn).Theremainderisentirelylosttothecommunityasrespiratoryheat.Transferefficiencies经过群落的能流假设净初级消费量和CE、AE和PE是知的值，那么运用模型预测不同群落各个营养级的能流途径是能够的。从这种有野外数据支持的模型研讨得到了一个有意义的发现，即分解者系统是非常重要的。有普遍意义的是，在形状稳定的群落里，动物呼吸所丧失的被NPP所平衡，所以现存生物量坚持一样的程度。相关主题初级和次级消费力〔见P2〕群落、构造和稳定性〔见Q1〕食物链〔见P3〕群落格局、竞争和捕食〔见Q3〕RelatedtopicsPrimaryandsecondaryproductionThecommunity,structureand(P2)stability(Q1)Foodchains(P3)Communitypatterns,competitionandpredation(Q3)EnergyflowthroughacommunityGiventhatspecifiedvaluescanbeobtainedfornotprimaryproductionandCE,AEandPE,itispossibletopredict,usingmodels,thepathwayofenergyflowatdifferenttrophiclevelsfordifferentcommunities.Fromsuchmodelingstudies,whicharesupportedbyfielddata,themostsignificantfindingistheoverwhelmingimportanceofthedecomposersystem.Overall,inasteadystatecommunity,lossesthroughanimalrespirationbalanceNPPsothatstandingcropbiomassremainsthesame.P2初级和次级消费力要点初级消费力全球陆地的净初级消费力大约为120×109t/a干物质，而海洋的大约为50×109t/a干物质。这种消费力在地球上分布是很不均匀的。最富有消费力的系统出如今沼泽、湿地、河口湾、珊瑚礁和耕田。消费力随离赤道间隔增大而降低，它阐明温度与辐射的重要性。红树林沼泽江源湿地Globalnetprimaryproductivityisapproximately120×109tonsfryweightperyearonland,and50×109tonsperyearinthesea.ThisproductivityisveryunevenlydistributedacrosstheEarth.Themostproductivesystemsarefoundamongstswampandmarshland,estuaries,reefsandcultivatedland.Productivitydecreasesmovingawayfromtheequator,indicationtheimportanceoftemperatureandradiation.KeyNotesPrimaryproductionP2PRIMARYANDSECONDARYPRODUCTION消费力对生物量的关系经过消费力〔P〕与现存生物量〔B〕之比，可以把群落消费力与产生它的现存量联络起来。对于森林，所得到的P：B比率〔即每年每公斤现存量所消费出的公斤数〕平均为0.042，其他陆地系统是0.29，而水体群落是17.0。思索P：B比率的另一种选择是以活组织的分量确定的生物量，它将减少群落之间的这些大的区别。当然，准确测定活的生物量比例是很困难的事。Communityproductivitycanbirelatedtothestandingcropthatproducesitbycomparingtheratioofproductivity(P)tostandingcropbiomass(B).TheresultingP:Bratios(I.ekgproducedyear-1kg-1standingcrop)average0.042forforests,0.29forotherterrestrialsystems,and17.0foraquaticcommunities.AnalternativewayoflookingatP:Bratioswouldbetodefinebiomassintermsofweightoflivingtissue,whichwouldreducetheselargedifferencesbetweencommunities.However,accuratemeasurementoftheproportionofbiomassaliveisdifficult.Relationshipofproductivitytobiomass次级消费力次级消费力的定义是异养有机体的新生物量的消费速率。异养生物如动物、真菌，要求能量丰富的有机分子。异养生物的次级消费力必然地依存于初级消费力。普通说来，在牧食者系统中，次级消费力是群落营养构造中，依存于消费活植物生物量的那一部分，在数量级少于植物消费力，从而构成了金字塔构造。然而也有例外。西藏大型经济真菌Secondaryproductionisdefinedastherateofproductionofnewbiomassbyheterotrophicorganisms.Heterotrophsareorganisms,suchasanimalsandfungi,witharequirementforenergy-richorganicmolecules.Secondaryproductionbyheterotrophsisinevitablydependentonprimaryproductivity.Generally,ingrazersystems,thatpartofthetrophicstructureofacommunitywhichdependsontheconsumptionoflivingplantbiomass,secondaryproductivityisanorderofmagnitudelessthanprimaryproductionresultinginapyramidalstructure.However,thereareexceptionstothis.Secondaryproduction相关主题太阳辐射与植物〔见F1〕组成成员和过程〔见P1〕植物与消费者〔见G2〕食物链〔见P3〕物质与能量的关系能量一旦转化为热，它就不再能被有机体用于作功或合成生物量的燃料。热损失到大气中，再也不能进入再循环。地球上生命所以可以存在，正是由于太阳辐射每天都提供着新颖的可用能量。相反，像碳一样的营养物，就能被再利用。构成生物量基块的化学营养物可以被利用，以临界的特征在再循环着。与太阳辐射的能量不同，营养物的供应不是不会改动的。假设植物及其消费者没有被最后分解掉，营养物的供应将会耗尽，地球上的生命也将终止。太阳辐射RelatedtopicsSolarradiationandplants(F1)Componentsandprocesses(P1)Plantsandconsumers(G2)Foodchains(P3)TherelationshipbetweenmatterandenergyOnceenergyistransformedintoheat,itcannolongerbeusedbylivingorganismstodoworkortofuelthesynthesisofbiomass,theheatislosttotheatmosphereandcanneverberecycled.LifeonEarthispossiblebecauseafreshsupplyofsolarenergyismadeavailableeveryday,Incontrast,nutrientssuchascarboncanbereused.Chemicalnutrients,thebuildingblocksifbiomass,canbeusedagain,andrecyclingisacriticalfeature.Unliketheenergyinsolarradiation,nutrientsarenotinunalterablesupplyofnutrientswouldbecomeexhaustedandlifeonEarthwouldcease.Ｐ3食物链要点营养物流自养生物同化无机资源，生成有机分子的组件，这些组件成为异养生物的资源，后者又后为另一个消费者的资源。在这种食物链的每一个衔接，我们可以区分出通向下一个营养级的三条途径：分解、寄生和捕食。消费者能够是泛化种〔多食性的〕，吃广范围的猎物种，或者是特化为吃一个或一组有亲密关系的种〔单食性的〕。血吸虫寄生部位Autotrophicorganismsassimilateinorganicresourcesintopackagesoforganicmolecules.Therebecometheresourcesforheterotrophswhichthenbecomearesourceforanotherconsumer.Ateachlinkinthisfoodchainwecanrecognizethreepathwaystothenexttrophiclevel:decomposition,parasitismandpredation.Consumersmaybegeneralists(polyphagous),takingawidevarietyofpreyspeciesormayspecializeonsinglespeciesorarangeofcloselyrelatedspecies(monophagous).KeyNotesPathwaysofnutrientflowP3FOODCHAINS营养级间的相互作用生态系统的一个特征是：占据其各个营养级的种数及种的性质。一个营养级的成员与临近营养级的成员之间的相互关系可以用食物链来描画。食物链是衔接吃与被吃的链，例如，食肉动物到它的最后的植物食物。任何生态系统都有许多食物链，并可以组成食物网。生态系统在能量-营养物网的方式上有很大的变化。食物链Acharacteristicofanecosystemisthenumberandnatureofthespeciesthatoccupyitsvarioustrophiclevels.Therelationshipbetweenconstituentsofonetrophiclevelandconstituentsofadjacenttrophiclevelsmaybedescribedbyafoodchain.Thisisachainofeatingandbeingeatenthatconnects,forexample,carnivorousanimalstotheirultimateplantfood.Manyfoodchainsexistinanygivenecosystemandvanbecombinedintofoodwebs.Ecosystemsvaryconsiderablyinthepatternoftheirenergy-nutrientwebs.Interactionsbetweentrophiclevels下行或上行曾经有过争辩，地球是绿色的、长满植被的，这是由于食草动物被其捕食者所调理〔下行控制，top-downcontrol〕，而一切别的营养级都是被资源竞争所调理的〔上行控制，buttom-upcontrol〕。这个简单的模型是吸引人的，但是其价值是值得疑心的。由于植物有防御，食草物种在它们所吃的植物组织的范围方面是遭到很大限制的；因此，即使世界是绿色的，它们也能够遭到竞争的限制。不仅如此，植物大体上并不受能量的限制，但却遭到空间限制，所以任何被食草动物清出的空间，都为更多的植物开放的时机。食草动物食肉动物Top-downorbottom-up?Ithasb