1、Chapter 10,Page 1,第十章 生態(tài)系統(tǒng)的能量流與信息流,第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn) 第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn) 第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解 第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動 第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的信息流,Chapter 10,Page 2,一、初級生產(chǎn)的基本概念,初級生產(chǎn)量或第一性生產(chǎn)量（primary production） 植物所固定的太陽能或所制造的有機物質(zhì).,凈初級生產(chǎn)量（net primary production）:在初級生產(chǎn)過程中，植物固定的能量有一部分被植物自己呼吸消耗掉，剩下的用于植物生長和生殖，這部分生產(chǎn)量稱為凈初級生產(chǎn)量。,總初級生產(chǎn)量（gross primary

2、production）,GP = NP + R NP = GP R,生產(chǎn)量:指單位時間單位面積上的有機物質(zhì)生產(chǎn)量。,生物量：指在某一定時刻調(diào)查時單位面積上積存的有機物 質(zhì)，單位是克(干重)/m2或J/m2。,第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn),T,Chapter 10,Page 4,二、初級生產(chǎn)力的分布,Chapter 10,Page 5,海洋凈初級生產(chǎn)力的季節(jié)變動是中等程度的，而陸地生產(chǎn) 力的季節(jié)波動則明顯的大，夏季比冬季平均高60%。,Chapter 10,Page 6,生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)量，還隨群落的演替而變化。,早期由于植物生物量很低，初級生產(chǎn)量不高。,一般森林在葉面積指數(shù)達(dá)到4時，凈初級生

3、產(chǎn)量最高,但當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育成熟或演替達(dá)到頂極時，雖然生物量接 近最大，系統(tǒng)由于保持在一動態(tài)平衡中，凈生產(chǎn)量反而最小。,水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量都有垂直變化。,如森林，一般喬木層最高，灌木層次之，草被層更低。 水體也有類似的規(guī)律，不過水面由于陽光直射，生產(chǎn)量 不是最高，最高的是深數(shù)m左右，并隨水的清晰度而變化。,Chapter 10,Page 7,二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率,Chapter 10,Page 8,（1）陸地生態(tài)系統(tǒng),光、CO2、水和營養(yǎng)物質(zhì)是初級生產(chǎn)量的基本資源，溫度是影響 光合效率的主要因素，而食草動物的捕食減少光合作用生物量。,三、初級生產(chǎn)量的限制因素,Chapter 10,Pa

4、ge 9,富養(yǎng)化,N,P造成湖泊富養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質(zhì)。,藍(lán)綠藻大量繁殖,淡水生態(tài)系統(tǒng),（2）水域生態(tài)系統(tǒng),藍(lán)綠藻無錫太湖區(qū),Chapter 10,Page 10,海洋生態(tài)系統(tǒng),光：是限制海洋初級生產(chǎn)量的一個重要因子。,1米深處，50%的光被吸收；20米深處，僅有5-10%的光。,浮游植物的凈生產(chǎn)力 的計算公式：,其中：P為浮游植物的凈初級生產(chǎn)力的表示；R為相對光合作用率；k為每米深光的衰變系數(shù)；C為每立方米海水所含葉綠素的克數(shù)。,營養(yǎng)物質(zhì)：,N、P為主要限制因子，但卻分布在深水層中。,肥沃的土壤可含5%的有機質(zhì)和0.5%的N，可生長50kg/m2（干重）； 富饒的海水只有0.00005%的N，

5、只能維持不足5g /m2 （干重）的浮游植物的生存。,Chapter 10,Page 11,（1）收獲量測定法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得單位時間內(nèi)的凈初級生產(chǎn)量。,（2）氧氣測定法(黑白瓶法)：總光合量凈光合量呼吸量,（3）CO2測定法：用特定空間內(nèi)的二氧化碳含量的變化，作為進入植物體有機質(zhì)中的量，進而估算有機質(zhì)的量。,（5）放射性標(biāo)記物測定法：把具有14C的碳酸鹽(14CO32-)放入含有天然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中，經(jīng)過一定時間的培養(yǎng)，濾出浮游植物，干燥后，測定放射性活性，確定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，還要用“暗吸收”加以校正。,（4）葉綠

6、素測定法：葉綠素與光合作用強度有密切的定量關(guān)系，通過測定體中的葉綠素可以估計初級生產(chǎn)力。,四、初級生產(chǎn)量的測定方法,Chapter 10,Page 12,次級生產(chǎn)量的一般生產(chǎn)過程可以概括于下面的圖解中：,次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程,對一個動物種群來說，其能量收支情況可以用下列公式表示： C = A + F U 其中C代表動物從外界攝食的能量，A代表被同化能量，F(xiàn)U代表糞、尿能量。 A項又可分解如下： A = P + R 其中P代表凈生產(chǎn)量，R代表呼吸能量。綜合上述兩式可以得到： P = C F U R,第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn),Chapter 10,Page 13,一、分解過程的性質(zhì),無機的元素

7、從有機物質(zhì)中釋放出來，稱為礦化。,分解作用是一個很復(fù)雜的過程，它包括碎裂、異化和淋溶三個過程的綜合。 由于物理的和生物的作用，把尸體分解為顆粒狀的碎屑稱為碎裂； 有機物質(zhì)在酶的作用下分解，從聚合體變成單體，例如由纖維素變成葡萄糖，進而成為礦物成分，稱為異化； 淋溶則是可溶性物質(zhì)被水所淋洗出，是一種純物理過程。 在尸體分解中，這三個過程是交叉進行、相互影響的。,第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解,Chapter 10,Page 14,分解過程是由一系列階段所組成的，從開始分解后，物理的和生物的復(fù)雜性一般隨時間進展而增加，分解者生物多樣性也相應(yīng)增加。,分解者中有些具特異性，只分解某一類物質(zhì)，另一些無特異性，

8、對整個分解過程起作用。,隨分解過程的進展，分解速率逐漸降低，待分解的有機物質(zhì)的多樣性也降低，直到最后只有礦物的元素存在。,最不易分解的是腐殖質(zhì)，它主要來源于木質(zhì)。,Chapter 10,Page 15,二、分解者生物：細(xì)菌、真菌、動物,三、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系,待分解資源在分解者生物的作用下進行分解，因此資源的物理和化學(xué)性質(zhì)影響著分解的速度。 資源的物理性質(zhì)包括表面性和機械結(jié)構(gòu)； 資源的化學(xué)性質(zhì)則隨其化學(xué)組成而不同。,Chapter 10,Page 16,營養(yǎng)物質(zhì)的濃度影響分解過程。,如，分解者生物身體組織中含N量高，其CN約為101，即微生物生物量每增加11g就需要有1gN的供應(yīng)量。 但

9、大多數(shù)待分解的植物組織其含N量比此值低得多，CN為40801。 因此，N的供應(yīng)量就經(jīng)常成為限制因素，分解速率在很大程度上取決于N的供應(yīng)。 而待分解資源的CN比，?？勺鳛樯锝到庑阅艿臏y度指標(biāo)。最適CN比大約是25301。,Chapter 10,Page 17,四、理化環(huán)境對分解的影響,一般說來，溫度高、濕度大的地帶，其土壤中的分解速率高， 而低溫和干燥的地帶，其分解速率低，因而土壤中易積累有機物質(zhì)。,在同一氣候帶內(nèi)局部地方也有區(qū)別，它可能決定于該地的土壤類型和待分解資源的特點。 例如受水浸泡的沼澤土壤，由于水泡和缺氧，抑制微生物活動，分解速率極低，有機物質(zhì)積累量很大，這是沼澤土可供開發(fā)有機肥料

10、和生物能源的原因。,Chapter 10,Page 18,Chapter 10,Page 19,第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動,一、研究能量傳遞規(guī)律的熱力學(xué)定律 生態(tài)系統(tǒng)是一個熱力學(xué)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳遞、轉(zhuǎn)換遵循熱力學(xué)的兩條定律： 第一定律：能量守恒定律，能量可由一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空創(chuàng)造。 第二定律：熵律，任何形式的能（除了熱）轉(zhuǎn)化到另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不可能100被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去。,Chapter 10,Page 20,對生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動進行研究可以在食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)層次上進行，所獲資料可以互相補充，有助于了解生態(tài)系統(tǒng)

11、的功能。 在食物鏈層次上進行能流分析是把每一個物種作為能量從生產(chǎn)者到頂位消費者移動中的一個環(huán)節(jié)，當(dāng)能量沿著一個食物鏈在幾個物種間流動時，測定食物鏈每一環(huán)節(jié)上的能量值，就可提供 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)一系列特點上能流的詳細(xì)和準(zhǔn)確資料。,二、食物鏈層次的能流分析,Chapter 10,Page 21,Chapter 10,Page 22,二、生態(tài)系統(tǒng)層次的能流分析,依據(jù)物種的主要食性，將每個物種都?xì)w屬于一個特定的營養(yǎng)級，然后精確地測定每一個營養(yǎng)級能量的輸入值和輸出值。,Chapter 10,Page 23,生態(tài)系統(tǒng)層次上能流研究的步驟,確定組成生態(tài)系統(tǒng)生物組成部分的有機體成份； 確定消費者的食性，確定消費者的

12、分類地位； 確定有機體的營養(yǎng)級歸屬，進而確定： 各營養(yǎng)級的生物量， 各營養(yǎng)級能量或食物的攝入率， 同化率， 呼吸率， 由于捕食、寄生等因素而引起的能量損失率； 結(jié)合各個營養(yǎng)級的信息，獲得營養(yǎng)金字塔或能流圖。,Chapter 10,Page 24,能量單位：cal cm-2 a 1 。 呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5總初級生產(chǎn)量111.0，能量守恒,總初級生產(chǎn)量 111.0,植食動物 15.0,肉食動物 3.0,分解 3.0,分解 0.5,分解 微量,呼吸23.0,呼吸4.5,呼吸1.8,未利用70.0,太陽能118872,未利用7.0,未利用1.2,未吸收的能118761,美國明尼達(dá)

13、州塞達(dá)波格湖的能流分析波格湖生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)動態(tài)簡圖,Chapter 10,Page 25,波格湖生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔,3.0 cal cm-2 a 1,111.0 cal cm-2 a 1,15.0 cal cm-2 a 1,Chapter 10,Page 26,森林生態(tài)系統(tǒng)的能流,Chapter 10,Page 27,生態(tài)系統(tǒng)的能流模型,Chapter 10,Page 28,第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的信息流,一、信息 信息，源于通訊工程科學(xué)，通常指包含情報、信號、消息、指令、數(shù)據(jù)、圖象等傳播形式中新的知識 內(nèi)容。 在生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境可以看作一種信息源，如溫度、光照、季節(jié)的變化，動物的行為、植物的化學(xué)行為等 信息流使生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了自動調(diào)節(jié)機