生态系统的能量流动农业生态学教学课件

6.生态系统的能量流动6.1能量流动的基本原理6.2能量流动渠道6.3能量流动过程6.4能流模型及能流分析6.5能流与生态系统生产力6.1能量流动的基本原理能量的概念、形式及转化生态系统的能源热力学第一定律热力学第二定律序、熵与耗散结构6.1.1能量的概念、形式及转化1.能量的概念力学定义能量是：物体做功能力的量度。物体对外界作了功，物体的能量要减少；反过来，若外界对物体作了功，物体的能量就要增加。如某些动物搬运食物，则动物对外界作了功，体内的化学能减少。生态系统中各组分的存在、变化及其发展，都与能量息息相关，遵循一定的能量变化规律。2.能量的形式辐射能：来自光源的光量子以波状运动形式 传播的能量。化学能：化合物中具有的能量，(3)机械能：运动着的物质所含有的能量。

(4)电能：电子沿导体流动时产生的能量。

(5)热能：同温度相联系的一个状态函数。动物登高势能热能动物呼吸热能植物呼吸动能动物运动光能电能生态系统中的能量形式及转换3.能量的形式及转化有机物化学能取食太阳辐射能有机物化学能光合作用有机物化学能动物取食动物发光动物放电动物发声声能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能6.1.2生态系统的能源1.太阳能太阳能太阳能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能除太阳辐射能以外，其它进入系统的任何形式的能量。2.辅助能太阳能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能在自然过程中产生的除太阳辐射能以外的其它形式的能量，如沿海和河口湾的潮汐作用、风能、水势能、降水及蒸发作用等。3.自然辅助能辅助能太阳能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能人们在生产活动中地投入的各种形式的能量。主要是为了改善生产条件、加快产品流通、提高生产力，如农田耕作、灌溉、施肥、防治病虫害农业生物的育种以及产品的收获、贮藏、运输、加工等。4.人工辅助能太阳能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能来自生物有机体或社会有机物的能量。如人力、畜力的做功，有机肥、种子、种苗的化学潜能。5.生物辅助能太阳能辅助能自然辅助能生物辅助能人工辅助能工业辅助能来自工业生产中的各种形式的能量。包括石油、煤、天然气、电等形式直接投入的和化肥、农药、农膜、机械等等形式间接投入的能量。6.工业辅助能种子生态系统的能源能量既不能消失，也不能凭空产生，它只能以严格的当量比例，由一种形式转化为另一种形式。如果用△E表示系统内能的变化，△Q表示系统吸热或放热，△W表示系统对外做功，则：△E=△Q+△W即：一个系统的任何状态变化，都伴随着吸热、放热和做功，而系统的总量并不增加或减少，它是守恒的。6.1.3热力学第一定律一片森林接受固定的太阳能是△Q

；被动物、微生物消耗，人类砍伐的是△W

；剩下的有机物能是△E。则：△E=△Q+△W。若消耗△W

>固定△Q

,△E为负，森林衰退若消耗△W

=固定△Q

,△E为零，森林稳定若消耗△W

<固定△Q

,△E为正，森林发展热力学第一定律（例一）一个动物摄食固定的有机物能是△Q

；动物活动、消耗的是△W

；剩下的有机物能是△E。则：△E=△Q+△W。若消耗△W

>固定△Q

,△E为负，动物变瘦若消耗△W

=固定△Q

,△E为零，动物不长若消耗△W

<固定△Q

,△E为正，动物生长热力学第一定律（例二）自发过程不可逆；

一种形式的能量不可能100%转变成另一种形式的能量；永动机不可能造成；自发过程是能量损耗的过程；

能量在转换、流动过程中存在衰变、逸散现象，总有一部分能量要从浓缩的有效形态变为稀释的不能利用的形态；

有机物变无机物是自发过程，其间伴随着能量的逸散。其逆过程是通过太阳能做功完成的。6.1.4.热力学第二定律在一切过程中，系统潜在做功的能，可分解为两部分：即有用能和热能。前者可继续做功，叫自由能，通常占一小部分；后者无法再利用，而以低温热能形式散发于外围空间，往往占一大部分。△G=△H－T△S式中：G为自由能，即可对系统做功的有用能；

H指系统热焓，即系统含有的潜能；S代表系统的熵；T是过程进行时的绝对温度。熵与焓植物叶片吸收的太阳能（A）植物叶片固定的太阳能（B）转化过程中产生的热能（C）热力学第一定律:A=B+C热力学第二定律:B<A反射反射能焓熵能焓熵世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地趋向于无序。要维持有序状态，只有使系统获得更多的潜能以做功，清除不断产生的无序，重新建造有序。热力学第二定律可表述为熵定律：“一切自发过程总是沿着熵增加的方向进行”。所谓耗散结构，是指在远离平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。通过与外界环境所进行的物质、能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态。6.1.5序、熵与耗散结构6.2能量流动渠道食物链(food

chain)营养级(trophic

level)食物网(food

web)定义：生态系统中生物成员通过一系列吃与被吃的食物营养关系将彼此联系起来的链条叫食物链。例子：大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃稀泥；螳螂捕蝉黄雀在后；6.2.1食物链2.食物链类型(1)草牧食物链(Grazing

food

chain)(2)腐食食物链(Saprophytic

food

chain）(3)寄生食物链(Parasitic

food

chain)(4)混合食物链(Mixed

food

chain)从绿色植物开始，从小到大，从弱到强，弱肉强食，存在明显的捕食关系和血淋淋的斗争，所以又叫捕食食物链。捕食中以活有机体为食，所以也叫活食食物链。水稻-稻飞虱-青蛙-蛇-鹰(1)草牧食物链杨树老鹰黄雀螳螂蝉草牧食物链食物链成员与死的有机体为食，通过腐烂分解，由腐生成员构成的食物链动物尸体-蝇-真菌-细菌(2)腐食食物链腐食食物链由寄生成员通过寄生关系联系起来的链条(3)寄生食物链牛-蛔虫-原生动物由腐生\寄生\捕食等多种成员联系起来的链条鱼牛食用菌蚯蚓鸡猪粪稻草粪粪渣(4)混合食物链定义：食物链上的每个食性环节叫营养级。绿色植物：第一营养级草食动物：第二营养级肉食动物：第三营养级…..有没有更高的营养级？6.2.2营养级—五四三二定义：多条食物链交错形成的网络叫食物网。6.2.3食物网

食物链环节受损，食物网关键环节破坏会造成生态平衡失调。食物链越多、食物网越复杂，生态系统越稳定。各类食物链总是协同作用的。

生态系统中生物的食性复杂，一种生物是多种生物的食物；一种生物以多种生物为食。食物链、食物网构成生态系统的营养结构。食物链食物网的意义海藻-甲壳虫-鳀鱼-海鸟（鸟粪磷肥）落叶林-食叶虫-土壤微生物寄主植物-蚜虫-固氮细菌棉花-棉铃虫（生物疏导）低肥力田地：63粒卵/100株中肥力田地：127粒卵/100株高肥力田地：366粒卵/100株农作物-害虫-天敌鱼-水獭（生物检疫）食物链、食物网与生态平衡鹰兔鼠三叶草食物链越多、食物网越复杂，生态系统越稳定6.3能量流动过程能量流动途径生态效率生态学金字塔分泌

脱落排粪排泄幼仔产量总生产 净生产 生长呼吸作用腐食动物植食动物光能或 吸收或食物 取食辐射或蒸发1.个体水平的能流过程功6.3.1能量流动途径2.食物链能流3.生态系统能流植太物阳能动物动物动物微生物热能热能4.能流途径太阳能I吃进的不可利用的未收的 吃剩的 粪便 呼吸R生长繁殖NP固定的A同化的n-1营养级n营养级收获的可利用的食源1.能量的损失6.3.2生态效率营养级之间的能量转化效率：摄食效率：In/In-1同化效率：An/An-1生产效率：NPn/NPn-1利用效率In/NPn-1或An/NPn-1营养级之内的能量转化效率：组织生长效率：NPn/An生态生长效率NPn/In同化效率：An/In维持价：NPn/Rn2.生态效率生态系统中，能量在食物链上流动，上一营养级大约只

能固定下一营养级

能量的10%，这种规律称之为十分之一定律。3.十分之一定律C

G

Cao6.3.3生态学金字塔（Ecological

pyramid）生态系统各个营养级有机体的个体数量、生物量或能量，按营养级位顺序排列并绘制成形似金字塔图。数目金字塔生物量金字塔

(3)能量金字塔能源能量储存库衰变能量的散失消费者亚系统几个能流的相互作用能量与钱流的交换生产者亚系统1.能流符号6.4能流模型及能流分析2.能流图解6.5能流与生态系统生产力生物生产及生产力的有关概念初级生产次级生产6.5.1生物生产的有关概念1.生物生产生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的生物产品（碳水化合物、脂肪和蛋白质等）的过程，称为生态系统生物生产。2.初级生产与次级生产绿色植物的生产过程称为初级生产或称

第一性生产。初级生产以外的的生物生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称

为次级生产或称第二性生产。6.5.2初级生产初级生产的级别陆地各生态系统的生产力大约在0～3500

g/m2·a，可以划分为四个级别：2000～3000

g/m2·a。温湿地带，尤其是多雨地区的森林、沼泽地、河流岸边的生态系统，还有农业集约栽培的水稻田和甘蔗田。1000～2000

g/m2·a。森林和部分草地及温带生产力较高的农耕地。250～1000

g/m2·a。干燥的疏林灌丛或矮林及大部分草地和农作物。0～250

g/m2·a。分布在极端干燥和低温地区，大面积的荒漠及两极地区的冻原及高山带。收割法CO2同化法黑白瓶法同位素法叶绿素测定法pH值测定法2.初级生产力的测定3.初级生产力的估算及分析（1）回归分析3000y=

t为年平均温度1+e1.315+0.12ty=3000(1-e-0.0064p)p为年降水量y=3000[(1-e-0.0064E)E为年蒸发量y=-157+5.17SS为年光合作用天数y=378.51-6.82t+24.49D-119.13p……..遥感估算系统分析光合面积光合时间

(3)光合效率4.提高初级生产力的三要素1.次级生产的作用和地位(1)提高农副产品的利用价值

(2)提高经济效益(