第五章iii生态系统的能量流动

第五章 III 生态系统的能量流动王娓 (北京大学城环学院生态学系 )n 营养级的能量传递n 生态系统的初级生产n 生态系统的次级生产n 生态系统中的分解摄食量 -生物所摄取能量 .对于植物，代表光合作用所吸收的光能 ,对动物 ,代表动物吃进食物的能量同化量 -对于植物 , 指光合作用所固定的能量 ,动物指消化后吸收的能量呼吸量 -生物在呼吸等新陈代谢活动中消耗的全部能量生产量 -生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值 .1.营养级的能量传递生态效率同化效率 =被植物固定能量 /植物吸收日光能或被动物消化吸收能量 /动物摄食能量生产效率 =n营养级净生产量 /n营养级同化能量消费效率 =n+1营养级消费能量 /n营养级净生产量林德曼效率 =n+1营养级获得能量 /n营养级获得能量生态椎体鸟树昆虫昆虫 树鸟数量椎体 能量椎体2. 生态系统的初级生产初级生产量 (GP)-植物所固定的太阳能或所制造的有机物质净初级生产量 (NP)-GP-R生产量 (g/m2 a)-单位时间单位面积上的有机物质干重生物量 (g/m2)-某一特定时刻调查时单位面积上的现存量dB/dt=NP-R-H-D (H-被较高营养级动物所取食生物量 ;D-因死亡而损失的生物量 )地球上初级生产力的分布l 热带阳光强烈、气候温热、雨量充沛、营养物质丰富等产生了最高的生产力l 温带和极地，冬日低温和长夜降低了生产量。l 沼泽和湿地处于陆地和水体栖息地分界面，充足水分供应，营养元素更新快。卫星遥感 NDVI指数生物量与年生长动态测定初级生产的生产效率能量 /(J.m-2.d-1) 百分率 /%输 入 损 失 输 入 损 失日光能 2.9107 100可 见 光 1.3107 可 见 光以外 1.6107 45 55被吸收 9.9106 反射 1.3106 40.5 45光化中 间产 物 8106 非活性吸收 3.4106 28.4 12.1碳水化合物 2.7106 不 稳 定中 间产 物 5.4106 9.1(Pg) 19.3净 生 产 量 2.0106 呼吸消耗 6.7105 6.8(Pn) 2.3(R)约为 120 g/m2d 实测 最大 值为3%Florida 银泉生态系统初级生产力的生产效率3 生态系统中的次级生产n 食物种群动物未得到的 动物得到的动物未吃进的 动物吃进的未同化的 被同化的呼吸代谢 净次级生产量未被取食 被更高营养级取食3.1 次级生产量的一般生产过程 :P(净生产量 )=C(动物摄食能量 )-FU(粪，尿能量 )-R(呼吸能量 )3.2 次级生产的生态效率3.2.1 消费效率生态系统类型 主要植物及其特征 被捕食百分比 %成熟落叶林 乔木 ,大量非光合生物量 ,世代时间长 ,种群增长率低1.2-2.51-7年弃耕田 一年生草本 ,种群增长率中等 12非洲草原 多年生草本 ,少量非光合生物量 ,种群增长率高28-60人工管理牧场 多年生草本 ,少量非光合生物量 ,种群增长率高30-45海洋 浮游植物 ,种群增长率高 ,世代短 60-90引自 Krebs 19783.2.2 同化效率l 食草动物和碎食动物较低 ,食肉动物较高l 食草动物所吃植物 ,含有一些难消化的物质l 食肉动物吃的是动物组织 ,其营养价值较高l 食肉动物捕食时要消耗许多能量 ,净生长效率 ,食肉动物比食草动物低 .3.2.3 生产效率无脊椎动物较为 30-40%,外温性脊椎动物 10%,内温性脊椎动物 1-2%, 为维持恒定体温而消耗很多已同化能量 .动物生产效率与呼吸消耗呈显著负相关类群 生产效率食虫兽 0.86鸟 1.29小哺乳类 1.51其他兽类 3.14鱼和社会性昆虫 9.77无脊椎动物 (昆虫除外 ) 25非社会昆虫 40.7仿 Begon 1996l Lindeman最初研究结果大约为 10%, 后人称为 十分之一法则 .l Pauly & Christensen (1995)40个水生群落营养级传递效率为 2-24%, 平均为 10.13%.l 人如果 直接以植物为食品 ,比以吃植物的动物为食 ,可供养多 10倍 的人口 .l 世界粮农组织统计 ,富国人均直接谷物消耗低于穷国 ,但以肉乳蛋品为食物的粮食间接消耗量高于贫国数倍 .3.2.4 林德曼效率林德曼 1942年对赛达伯格湖能量流动的定量分析4 生态系统中的分解分解碎裂 异化 淋溶异化 淋溶碎裂 -由物理和生物作用，尸体分解为颗粒状碎屑异化 -有机物质在酶作用下分解，从聚合体变成单体，进而成为矿物成分淋溶 -可溶性物质被水所淋洗植物枯枝落叶中各种化学成分的分解曲线n 分解者微生物组织C/N比 10:1，大多数植物组织 C/N比 40-80:1,氮供应量经常成为限制因素 .n 待分解资源 C/N比 ,常可作为生物降解性能的测度 ,最适 25-30:1.分解者n 温度高、湿度大地带 , 分解速率高 ,低温干燥地带 ,分解速率低 , 土壤中易积累有机物质 .n 热带土壤 , 无脊椎动物对分解活动贡献显著高于温带和寒