生态体系功能的调整概要PPT课件

Chap.13生態體系功能的調整,Ecology鄭先祐製作Ecology2000.,.,2,生態體系功能的調整,13.1生態學者經由實驗、比較研究、和數學模型，來瞭解生態體系。13.2淡水和海洋生態體系有相互不同的氮和磷的調整。13.3營養有限的生態體系，可能受到物理性傳送過程的影響。13.4生產量並沒有直接隨著營養循環而同等的改變。13.5系統模型以一組轉換互動功能，來描述生態體系的功能和結構。,.,3,生態體系功能的調整,13.6水域生態體系的營養循環模型，包含於水體中的氮之轉換。13.7陸域生態體系的營養循環，包含土壤、植物質量、和碎屑的部門。13.8生產量可能會受到草食動物影響而增加，或減少。13.9生態體系的調整是從上至下(topdown)，或是由下至上(bottomup)。,.,4,13.1生態學者經由實驗、比較研究、和數學模型，來瞭解生態體系。,生態體系研究的三種方法：(1)experimentalmanipulationsinthefieldorinthelaboratorynutrientadditionexperimentsbioassayexperiments(2)comparativeecosystemstudies(3)mathematicalmodeling,.,5,13.2淡水和海洋生態體系有相互不同的氮和磷的調整。,水域生態體系的浮游藻類是基礎生產量的主要來源。於這些藻類體內的C：N：P的比率是106：16：1。這個比率稱為Redfieldratio。N：P=16：1成為一個指標。假若環境的營養N：P比率小於16，那就代表N是限制因素。若是大於16，那就是磷營養是限制因素。,.,6,Phosphoruslimitationinfreshwater,大部份的溪流生態體系，限制因素通常是磷元素。但是乾旱的和半乾旱地區的溪流可能有例外的情況。另外，大部份的河口地區和廣大的海洋地區，N：P比率都很低，所以是受限於氮營養。,.,7,Fig.13-1Anexperimentallakedemonstratingcrucialroleofphosphorusineutrophication.下邊的湖，只有加入碳(sucrose)和氮(nitrates)肥。上邊的湖，除了碳和氮肥外，還加入磷(phosphate)肥。中間用塑膠隔板，分開上下邊兩個湖。,.,8,Fig.13-2粗光合作用生產率。Kuparukriver(Alaska)加磷肥後，生產量顯著的增加。,.,9,N和P的相互限制,於加磷肥的上游，水域的Redfieldratio在13:1至78:1範圍間。加磷處理後，Redfieldratio下降到4.4:1至7.6:1。這個數值代表有氮是limiting。許多的湖泊，單加N或P所產生藻類增生的效果，都不如N和P一起加入。,.,10,Nitrogenlimitationinmarineecosystems,Fig.13-3bioassayexp.測海水的葉綠素含量。氮和磷加入的效果最為顯著。其次是加氮的效果。,.,11,海域的營養限制,於27個河口區，有21個的N:P比率遠低於16:1，因此nitrogenlimitationiswidespreadintheestuaries.有些海洋區域，比率高於30:1。Open-watermarineecosystems的生產量，受到氮的含量。因此，生產量最高量發生在淺水區，以及有強烈湧升流的地區。有些海域，雖然有N和P，但生產量仍未提高，可能還受限於鐵和矽元素。,.,12,Fig.13-4Mapsofthesouthernocean(a)高生產量和洋流的方向(b)矽、磷和氮的分佈,.,13,HNLC區域,Fig.13-4雖然這個海域有湧升流，N和P的含量很高，但是高浮游植物的區域卻是相當的有限。這可能是受限於其它營養。Over20%oftheopenoceansappearstohaveabundantnitrogenandphosphorus,butlowdensitiesofphytoplankton.High-nutrientLow-chlorophyll(HNLC)區域,.,14,淤泥和固氮的重要性(Fig.13-5),碎屑,淤泥,.,15,13.3營養有限的生態體系，可能受到物理性傳送過程的影響。,Fig.13-6Hypotheticalinteractionofnutrientuptakebyplants,nutrientmobility,concentrationgradients.,低營養狀態,高營養狀態,.,16,Luxuryconsumption,Underconditionofhighnutrientconcentrations,phytoplanktoncantakeupmorenitrogenthantheyneedforgrowth.Thisabilitytostorenitrogen,calledluxuryconsumption.這可讓植物保握短暫的營養豐盛的時期，貯存營養。,.,17,13.4生產量並沒有直接隨著營養循環而同等的改變。,Fig.13-7乾重的生產量，對氮和磷的進出量的關係。NUE：nutrientuseefficiency(營養使用效率)氮的影響力，較為顯著。,.,18,13.5系統模型以一組轉換互動功能，來描述生態體系的功能和結構。,output,input,compartment,Fig.13-8單一個部門的模型。dX1/dt=J0-J1,.,19,Fig.13-9單一部門的模型。Input量和output量的大小差異。(a)J0=k0J1=k1X1(b)equilibriumpoint(c)若是k0大，進水量大，平衡點上升。(d)假若出水口的洞洞加大，相關線往下。,.,20,Fig.13-10Diagramofatwo-compartmentsystem.,.,21,Fig.13-11水蒸氣的濃度，等於蒸發速率和凝結速率的平衡點。(two-compartmentsystem),凝結速率,蒸發速率,.,22,Fig.13-12AdiagramofLotkassystemofthreecompartments.,.,23,13.6水域生態體系的營養循環模型，包含於水體中的氮之轉換。,Fig.13-13Ontario湖的nitrogencycling之模型(model)。Firstordersystem(單次元體系)DON：dissolvedorganicnitrogen(溶解有機氮)溶解有機氮(DON)於冬季和夏季間有顯著的差異。(table13-1),.,24,造成X1(Nitrate)縮小,.,25,13.7陸域生態體系的營養循環，包含土壤、植物質量、和碎屑的部門。,Fig.13-14陸域生態體系的nitrogencycling。Asecond-order(二次元)systemsmodel,.,26,植物體,土壤,Fig.13-15溫帶和熱帶樹林地的氮和磷的分佈與循環。,溫帶松林,熱帶混合林,土壤,.,27,13.8生產量可能會受到草食動物影響而增加，或減少。,Bottom-upcontrol(由下而上的調整)Ecologistsrefertothecontrolofecosystemfunctionbynutrientfluxandtheconditionofthephysicalenvironmentasbottom-upcontrol.top-downcontrol(由上而下的調整)regulationbyconsumptionproductivityofecosystemsisoftenenhancedbyherbivory.(範例，參閱課本p.265),.,28,13.9生態體系的調整是從上至下(topdown)，或是由下至上(bottomup)。,Fig.13-16atrophiccascade(營養瀑布)的圖。,.,29,Fig.13-17於不同的營養添加狀態下，蝸牛的草食對periphyton植物生產量的影響。,當N和P都添加上，植物生產量最高。Grased或ungrazed都最高。,.,30,Suggestedreadings,Carpenter,S.R.andJ.E.Kitchell(1988)Consumercontroloflakeproductivity.BioScience38:764-769.Perry,D.A.,M.P.Amaranthus,J.G.Borchers,S.L.Borchers,a