第六章 生态系统的能量流动.ppt

1、第六章生态系统的能量流，第一节生态系统能量流的基本规律第二节生态系统能量流过程和能量流分析第三节生态系统的生物生产，第一节生态系统能量流的基本规律，生态系统的能量源，生态系统的能量源，1。太阳能：99%以上2。natural a uxiliary energy(自然辅助能源):地热、潮汐能源、核能等1% 3。人工辅助能源生态系统是热力学系统。生态系统的能量传递，转换遵循热力学的两个规律。第一定律：能量守恒定律，能量可以从一种形式转换为另一种形式的能量，能量不能消亡，也不能凭空创造。第二个定律：熵定律，将某种形式的能量(不包括热)转换为另一种形式的能量自发转换，不能利用100，总是有一些能量以热

2、的形式消耗，熵增加。第二节生态系统能量流过程和能量流分析，生态系统的能量流路径1食物链(食物网)是生态系统能量流的通道。放牧食物链和腐烂的食物链是生态系统流动的主要渠道。2能量流以食物链为主线，有机地连接绿色植物和消费者之间的能源代斯过程。三木式食物链的每个部分都有一定程度的新陈代谢产物进入腐烂的碎屑食物链，连接两个主要食物链。四角营养级之间的能量关系可以用生态金字塔来表示。“生态锥体”(Charles Elton，1927)和“生态锥体”(ecological pyramid):能量通过营养等级减少，通过每个营养等级的能量流从低到高，表示为金字塔形、能量锥体或能量金字塔。同样，通过以生物量或

3、对象数表示，可以得到生物量圆锥体和数量圆锥体。三种类型的圆锥体称为生态圆锥体。a生物量锥(gDW m-2)、b能量锥(kcal m-2 a -1)、c数量锥(单个ha-1)、对生态系统的能量流、生态系统的能量流的研究可以在以下三个层次进行：群体、食物链和生态系统。能量金字塔、数量金字塔、辐射能、有机物质的合成过程，即生产者(绿色植物)吸收太阳能，形成初级产量。热能化学能，热能机械能，活的有机物被各级消费者(动物)消耗的过程。死了的有机物质(动植物残骸和粪便)被腐烂的生物分解的过程。生态系统中的能量流过程，生态系统能量流过程，通用生态系统能量流模型(Odum，1959)，箱表示每个营养水平，流通

4、道的厚度表示能量量，箭头表示能量流的方向。两个能量输入通道：太阳能输入和现成有机物质输入通道；在三个输出通道：光合作用中，未固定的日光能源、生态系统生物的呼吸、现成有机物的损失、生态系统能量流特性、生态系统和物理系统中的徐璐其他流、生态系统中的波动。能量是单向流动能量在生态系统内流动的过程，是不断减少的过程，能量在流动过程中质量逐渐提高。林德曼的十分之一定律能量沿着食物链流动时，能量越来越小。通常从后一种营养级获得的能量约为前一种营养级能量的10%，能量流的生态效率，生态效率(ecological efficiencies)最重要的生态效率(Kozlovsky，1969)有同化效率、增长效率、

5、消费或利用效率，只有林德同化效率(Assimilation Efficiency，AE) :测量生态系统中有机体或营养级利用能量和食物的效率。AE=An/In，An为植物的固定能量或动物吸收同化的食物，In是植物能吸收的能量或动物能摄取的食物。生长效率(growth efficiency，GE) :等营养级净产量(Pn)和同化量(An)的比率。GEPnAn。消费或利用效率(comsumption efficiency，CE) :从一个营养级到以前营养级的相对摄入量。CE In1Pn、In1是n1营养级摄取量，Pn是N营养级净产量。食物链水平的能量流分析、畜牧业食物链的能量流分析、生态系统水平的

6、能量流分析、人工森林生态系统的能量流分析、能量流特性的意义研究、能量流特性研究的目的是帮助人们合理调整生态系统的能量流关系。就是让能量持续有效地流向对人类最有益的部分。例如，在种植谷物的过程中，人们的主要目的不是获得大量的稻草，而是获得产量高的颗粒。因此，人们在管理农田的时候，不仅要保持农田的叶面指数为适当的数值，还要使粮草(粮食比沉重的秸秆还重)适当提高。(阿尔伯特爱因斯坦，北方特快，农田管理名言)这样可以避免因呼吸作用的增强而过度消耗，避免增加太多稻草的重量，使农田生态系统的能量流入对尽可能多的人最有益的部分，从而提高谷物的产量。如图8-10所示，随着这个森林生态系统的发展，森林的叶面指数

7、也在变化。叶面指数达到8-10时，森林的总初级产量达到了最大值，这表明这片森林已经到了成熟阶段。但是从净初级产量方面来看，叶面指数达到4，这种森林的净初级产量达到了最大值。(如果这个森林生态系统继续发展，叶面指数超过4，呼吸作用增加引起的消费也增加，净初级产量不再增加，反而开始减少。) (阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视剧)，季节)人们管理森林的一个重要目的是期待森林的最大净初级产量，因此，当这个森林生态系统的叶面指数达到4而不是810时，合理开采是最合算的。牧场放牧的家畜太少，不能充分利用牧草所能提供的能源。放牧的牲畜过多会导致牧场退化，从而导致畜产品的产量减少

8、。根据牧草的能量流动特性，合理确定牧草的装载量，才能保持畜产品的持续高产量。在农业生态系统中，如果把农作物秸秆作为燃料燃烧，人类就不能充分利用稻草的能量。以稻草为饲料喂家畜，将家畜的粪便带入沼泽，使用发酵的沼气作为燃料，将沼泽中的沼泽渣用作肥料，可以实现能源的多层次利用，从而大大提高能源利用效率。，第三节生态系统的生物生产，生物生产：生态系统的重要功能之一。生态系统继续运转，生物有机体在能源代斯过程中重新组合能源和物质形成新产品的过程称为生态系统的生物生产。生物生产经常分为个人、群体、群落等多个阶段。生态系统的绿色植物通过光合作用吸收和固定太阳能，在无机物中合成，转化为复杂的有机物。这种生产过

9、程是生态系统能源存储的基本阶段，因此绿色植物的这种生产过程称为初级生产或初级生产。第一次生产以外的生态系统生产，即消费者利用第一次生产产品进行新陈代谢，经过同化作用，形成异养生物本身的物质称为第二次生产(secondary production)或第二次性生产。生物量和产量、生物量：特定观察时刻、特定空间范围内现有有机体的数量可以表示为单位面积或体积的个体数、重量(窄生物质)或能量含量，因此是现有量。现有的数量用N表示，现在的生物量用B表示。现有生物量通常以每平方米生物体的平均干重(gm-2)或每平方米生物体的平均热值(J m-2)表示。产量(production):是一段时间内在一个种群或生

10、态系统中新生产的有机体的数量、重量或能量。那是包含时间积累的概念，即速度的概念。在一些文献中，产量、生产力和生产力被认为是同义词，在一些文献中，各有明确的定义。生物量和产量徐璐是不同的概念。前者是生态系统到特定时间点积累的产量，后者是一段时间内生态系统积累的生物量。生态系统的总初级生产和初级生产，初级生产过程可以概括为以下方程式：光能6co 26 H2O C 6 H12 O6 6 6 O2叶绿素总计初级生产(GP)和净初级生产(NET Primary Production，Net Primary Production)植物总计两者之间的关系可以表示为：gpnp r；NPGPR，影响主要生产的因

11、素，NP，R，CO2，光，H2O，营养，餐饮，O2温度，改善植物质量特征，选育高光效抗逆性强的优良品种。加强生态系统内部的物质循环，减少养分水分限制。完善耕作制度，提高服从指数，合理密植，实行间种，提高栽培管理技术。想调整作物群体结构，尽快形成和保持最佳群体结构。生态系统二次生产，二次生产：消费者利用一次产品进行新陈代谢，通过同化作用形成自己的物质，这也称为二次生产，也称为二次生产。二次产量的一般生产过程可以用下图概括。对一个动物群的能源裴秀智情况可以用以下公式表示：C=A FU其中C表示动物从外部摄取的能量，A表示同化的能量，FU表示粪便，尿的能量。可以分解a条目，如下所示：A=P R其中P表示净产量，R表示呼吸能量。P=C F U R，生态系统的二次生产，生态系统的二次生产过程，P=C-F U-R P:净二次生产C:动物从外部摄取的能量FU:粪便R:呼吸能量，P=Pg Pr Pr生产结构上：我国是以猪为主体的单一结构中的藻类，以及加快家禽的发展。二次生产定额转换效率低的主要原因是饲料资源高度分散，蛋白质饲料不足。我国要