第11章生态系统中能量流动

第十一章生态系统中的能量流动能量：做功的能力能量的法则：热力学第一定律：能量守恒定律热力学第二定律：熵定律从集中型到耗散型的过程有能量的衰减，没有任何能量转变过程会自动产生某些能量常常消散为不可利用的热能，没有一种能量能够完全自动转变为潜能Entropy：“en”=“in”；“trope”=“transformation”，是能量形态转换产生不可利用热能的一种量度，也常被用作度量和能量衰减相关的无序状态的指标（信息熵）生态系统中能量存在的形式辐射能：来自光源的光量子以波状运动形式传播的能量，在植物光化学反应中起着重要的作用；化学能：化合物中贮存的能量，它是生命活动中基本的能量形式；机械能：运动着的物质所含有的能量。动物能够独立活动就是基于其肌肉所释放的机械能；电能：电子沿导体流动时产生的能量。电子运动对生命有机体的能量转化是非常重要的；生物能：凡参与生命活动的任何形式的能量均称为生物能。在生态系统中，能量的形式不断转换：如太阳辐射能，通过绿色植物的光合作用转变为存在于有机物质化学键中的化学潜能；动物通过消耗自身体内贮存的化学潜能变成爬、跳、飞、游的机械能。在这些过程中，能量既不能创生，也不会消灭，只能按严格的当量比例由一种形式转变为另一种形式。因此，对于生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量，并列出平衡式和编制能量平衡表。生物有机体、生态系统、生物圈都遵循：能够创造并维持一个内部有序的高级状态（低熵状态，无序程度较低）低熵是从高效能状态（如光或食物）转变为低效能状态（如热能）时，能量持续有效的损失来获得的。复杂生物量结构的秩序是通过不断排除无序的呼吸作用来维持的。是开放的非平衡的热力学系统，通过持续和外界环境进行能量和物质交换，降低自身熵，增加外界的熵（符合热力学定律）。2、生态系统中的能源和能流路径太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来源。太阳辐射中的红外线的主要作用是产生热效应，形成生物的热环境；紫外线具有消毒灭菌和促进维生素D生成的生物学效应；可见光为植物光合作用提供能源。除太阳辐射外，对生态系统发生作用的一切其他形式的能量统称为辅助能。辅助能不能直接转换为生物化学潜能，但可以促进辐射能的转化，对生态系统中光合产物的形成、物质循环、生物的生存和繁殖起着极大的辅助作用。辅助能分为自然辅助能（如如潮汐作用、风力作用、降水和蒸发作用）和人工辅助能（如施肥、灌溉等）。太阳能动物迁移人为的补充植物动物、植物物质中的化学潜能产品输出消费者和分解者生物有机体呼吸释放的热能输入生物圈的太阳辐射能量分配（%）反射：30.0直接转换成热能：46.0蒸发降水：23.0风、波浪、洋流：0.2光合作用：0.8生态系统能量的流动是单一方向的（onewayflowofenergy）。能量以光能的状态进入状态进入生态系统后，以热的形式不断地逸散于环境中。能量在生态系统中的流动，很大部分被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热的形式散失。散失到空间的热能不能再回到生态系统参与流动。（独特现象：深海裂缝中有完全依赖于地热输入的自然生态系统）从太阳辐射能到被生产者固定，再经植食动物，到肉食动物，再到大型肉食动物，能量是逐级递减的过程，这是因为：各营养级消费者不可能百分之百地利用前一营养级的生物量；各营养级的同化作用不是百分之百，总有一部分不被同化；生物在维持生命过程中进行新陈代谢，总要消耗一部分能量。3、生态系统中的初级生产3.1初级生产的生产效率3.2、初级生产量的限制因素(陆地)3.3、初级生产量的限制因素(水域)3.4、初级生产量的测定方法

收获量测定法氧气测定法二氧化碳测定法放射性标记物测定法叶绿素测定法涡度相关法测定林冠表面碳通量Sonicanemometer(windspeed)IRGA(CO2/H2O)Li-cor6400withleafand

soilchamberLi-cor8100formeasuringsoilrespirationFreeAirCarbonEnrichment(FACE)ExperimentNPP的间接估算经验模型：基于气候因子的回归模型过程模型光能利用率模型生态系统过程模型利用遥感估算区域NPP基于碳水耦合生态系统过程模型的区域NPP估算4、生态系统中的次级生产4.1、次级生产量的测定P=A–RA=C–FUP=Pg+Pr4.2、次级生产的生态效率5、生态系统中的分解

分解过程淋溶：第一阶段破碎化化学改变真菌细菌土壤动物：小，中，大型动物Lt=L0exp(-kt)三个阶段的综合表征控制分解作用的因素温度：单峰曲线水分：单峰曲线土壤特性：PH值，粘土含量，土壤干扰底物数量与质量:C/N微生物群落组成与酶特性6、生态系统能流分析6.1、食物链层次6.2、实验种群层次6.3、生态系统层次

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

苏格兰松(1962,J.D.Ovington)6.4、生态系统层次7、生态系统的能流模型8、生态系统中的信息及传递

物理信息(光、声、电、磁等)

化学信息行为信息营养信息思考题地球上各种生态系统的总初级生产量