第10章_生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng) ppt課件

1、第十章第十章 生態(tài)系統(tǒng)的能量流與信息流生態(tài)系統(tǒng)的能量流與信息流n第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)消費(fèi)n第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)消費(fèi)n第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解n第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)n第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的信息流一、初級(jí)消費(fèi)的根本概念一、初級(jí)消費(fèi)的根本概念 初級(jí)消費(fèi)量或第一性消費(fèi)量初級(jí)消費(fèi)量或第一性消費(fèi)量primary productionprimary production 植物所固定的太陽(yáng)能或所制造的有機(jī)物質(zhì)植物所固定的太陽(yáng)能或所制造的有機(jī)物質(zhì). . 凈初級(jí)消費(fèi)量?jī)舫跫?jí)消費(fèi)量net primary productionnet primary production: :在初級(jí)消費(fèi)過(guò)在初級(jí)消費(fèi)過(guò)程中，植

2、物固定的能量有一部分被植物本人呼吸耗費(fèi)掉，剩程中，植物固定的能量有一部分被植物本人呼吸耗費(fèi)掉，剩下的用于植物生長(zhǎng)和生殖，這部分消費(fèi)量稱為凈初級(jí)消費(fèi)量。下的用于植物生長(zhǎng)和生殖，這部分消費(fèi)量稱為凈初級(jí)消費(fèi)量。 總初級(jí)消費(fèi)量總初級(jí)消費(fèi)量gross primary productiongross primary production GP = NP + R NP = GP R 消費(fèi)量:指單位時(shí)間單位面積上的有機(jī)物質(zhì)消費(fèi)量。 生物量：指在某一定時(shí)辰調(diào)查時(shí)單位面積上積存的有機(jī)物 質(zhì)，單位是克(干重)/m2或J/m2。 第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)消費(fèi)T二、初級(jí)消費(fèi)力的分布二、初級(jí)消費(fèi)

3、力的分布 海洋凈初級(jí)消費(fèi)力的季節(jié)變動(dòng)是中等程度的，而陸地消費(fèi)海洋凈初級(jí)消費(fèi)力的季節(jié)變動(dòng)是中等程度的，而陸地消費(fèi)力的季節(jié)動(dòng)搖那么明顯的大，夏季比冬季平均高力的季節(jié)動(dòng)搖那么明顯的大，夏季比冬季平均高60%60%。 生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)消費(fèi)量，還隨群落的演替而變化。生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)消費(fèi)量，還隨群落的演替而變化。 早期由于植物生物量很低，初級(jí)消費(fèi)量不高。早期由于植物生物量很低，初級(jí)消費(fèi)量不高。 普通森林在葉面積指數(shù)到達(dá)普通森林在葉面積指數(shù)到達(dá)4 4時(shí)，凈初級(jí)消費(fèi)量最高時(shí)，凈初級(jí)消費(fèi)量最高 但當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育成熟或演替到達(dá)頂極時(shí)，雖然生物量接但當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育成熟或演替到達(dá)頂極時(shí)，雖然生物量接 近最大，系統(tǒng)由于堅(jiān)持

4、在一動(dòng)態(tài)平衡中，凈消費(fèi)量反而最小。近最大，系統(tǒng)由于堅(jiān)持在一動(dòng)態(tài)平衡中，凈消費(fèi)量反而最小。 水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的消費(fèi)量都有垂直變化。 如森林，普通喬木層最高，灌木層次之，草被層更低。如森林，普通喬木層最高，灌木層次之，草被層更低。 水體也有類似的規(guī)律，不過(guò)水面由于陽(yáng)光直射，消費(fèi)量水體也有類似的規(guī)律，不過(guò)水面由于陽(yáng)光直射，消費(fèi)量不是最高，最高的是深數(shù)不是最高，最高的是深數(shù)m m左右，并隨水的明晰度而變化。左右，并隨水的明晰度而變化。 二、初級(jí)消費(fèi)的消費(fèi)效率二、初級(jí)消費(fèi)的消費(fèi)效率1陸地生態(tài)系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng) 光、光、CO2CO2、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是初級(jí)消費(fèi)量的根本資源，溫度是影響、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是初級(jí)消費(fèi)量

5、的根本資源，溫度是影響光合效率的主要要素，而食草動(dòng)物的捕食減少光協(xié)作用生物量。光合效率的主要要素，而食草動(dòng)物的捕食減少光協(xié)作用生物量。 三、初級(jí)消費(fèi)量的限制要素三、初級(jí)消費(fèi)量的限制要素 富養(yǎng)化富養(yǎng)化N,P呵斥湖泊富養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。藍(lán)綠藻大量繁衍 淡水生態(tài)系統(tǒng)2水域生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng) 藍(lán)綠藻無(wú)錫太湖區(qū)藍(lán)綠藻無(wú)錫太湖區(qū) 海洋生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)光：是限制海洋初級(jí)消費(fèi)量的一個(gè)重要因子。光：是限制海洋初級(jí)消費(fèi)量的一個(gè)重要因子。1 1米深處，米深處，50%50%的光被吸收；的光被吸收；2020米深處，僅有米深處，僅有5-10%5-10%的光。的光。3.7RPCk浮游植物的凈消費(fèi)力的計(jì)算公式：其中：

6、其中：P P為浮游植物的凈初級(jí)消費(fèi)力的表示；為浮游植物的凈初級(jí)消費(fèi)力的表示；R R為相對(duì)光協(xié)作用為相對(duì)光協(xié)作用率；率；k k為每米深光的衰變系數(shù)；為每米深光的衰變系數(shù)；C C為每立方米海水所含葉綠素的為每立方米海水所含葉綠素的克數(shù)。克數(shù)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：N、P為主要限制因子，但卻分布在深水層中。肥沃的土壤可含肥沃的土壤可含5%的有機(jī)質(zhì)和的有機(jī)質(zhì)和0.5%的的N，可生長(zhǎng)，可生長(zhǎng)50kg/m2干重；干重；富饒的海水只需富饒的海水只需0.00005%的的N，只能維持缺乏，只能維持缺乏5g /m2 干重的浮游植物干重的浮游植物的生存。的生存。1收獲量測(cè)定法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲收獲量測(cè)定

7、法：收獲植物地上部分烘干至恒重，獲得單位時(shí)間內(nèi)的凈初級(jí)消費(fèi)量。得單位時(shí)間內(nèi)的凈初級(jí)消費(fèi)量。 2氧氣測(cè)定法氧氣測(cè)定法(黑白瓶法黑白瓶法)：總光合量?jī)艄夂狭亢粑浚嚎偣夂狭績(jī)艄夂狭亢粑?CO2測(cè)定法：用特定空間內(nèi)的二氧化碳含量的變化，測(cè)定法：用特定空間內(nèi)的二氧化碳含量的變化，作為進(jìn)入植物體有機(jī)質(zhì)中的量，進(jìn)而估算有機(jī)質(zhì)的量。作為進(jìn)入植物體有機(jī)質(zhì)中的量，進(jìn)而估算有機(jī)質(zhì)的量。 5放射性標(biāo)志物測(cè)定法：把具有放射性標(biāo)志物測(cè)定法：把具有14C的碳酸鹽的碳酸鹽(14CO32-)放入含有天然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中，經(jīng)過(guò)一定放入含有天然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的培育，濾出浮游植物，枯燥

8、后，測(cè)定放射性活性，確時(shí)間的培育，濾出浮游植物，枯燥后，測(cè)定放射性活性，確定光協(xié)作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收定光協(xié)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，因此，還要用“暗吸收加以校正。暗吸收加以校正。4葉綠素測(cè)定法：葉綠素與光協(xié)作用強(qiáng)度有親密的定葉綠素測(cè)定法：葉綠素與光協(xié)作用強(qiáng)度有親密的定量關(guān)系，經(jīng)過(guò)測(cè)定體中的葉綠素可以估計(jì)初級(jí)消費(fèi)力。量關(guān)系，經(jīng)過(guò)測(cè)定體中的葉綠素可以估計(jì)初級(jí)消費(fèi)力。四、初級(jí)消費(fèi)量的測(cè)定方法四、初級(jí)消費(fèi)量的測(cè)定方法次級(jí)消費(fèi)量的普通消費(fèi)過(guò)程可以概括于下面的圖解中：次級(jí)消費(fèi)量的普通消費(fèi)過(guò)程可以概括于下面的圖解中： 次級(jí)消費(fèi)量的消費(fèi)過(guò)程次級(jí)消

9、費(fèi)量的消費(fèi)過(guò)程對(duì)一個(gè)動(dòng)物種群來(lái)說(shuō)，其能量收支情況可以用以下公式表示： C = A + F U其中C代表動(dòng)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(xiàng)又可分解如下： A = P + R其中P代表凈消費(fèi)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)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的次級(jí)消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)中的次級(jí)消費(fèi) 一、分解過(guò)程的性質(zhì)一、分解過(guò)程的性質(zhì) 無(wú)機(jī)的元素從有機(jī)物質(zhì)中釋放出來(lái)，稱為礦化。無(wú)機(jī)的元素從有機(jī)物質(zhì)中釋放出來(lái)，稱為礦化。 分解作用是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它包括碎裂、異化和淋溶三分解作用是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，它包括碎裂、異化和淋溶三個(gè)過(guò)程的綜合。個(gè)過(guò)程的綜合。由于

10、物理的和生物的作用，把尸體分解為顆粒狀的碎屑稱為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；碎裂；有機(jī)物質(zhì)在酶的作用下分解，從聚合體變成單體，例如由纖有機(jī)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(jìn)而成為礦物成分，稱為異化；維素變成葡萄糖，進(jìn)而成為礦物成分，稱為異化；淋溶那么是可溶性物質(zhì)被水所淋洗出，是一種純物理過(guò)程。淋溶那么是可溶性物質(zhì)被水所淋洗出，是一種純物理過(guò)程。在尸體分解中，這三個(gè)過(guò)程是交叉進(jìn)展、相互影響的。在尸體分解中，這三個(gè)過(guò)程是交叉進(jìn)展、相互影響的。 第三節(jié)第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的分解分解過(guò)程是由一系列階段所組成的，從開(kāi)場(chǎng)分解后，物

11、理的和生物的復(fù)雜性普通隨時(shí)間進(jìn)展而添加，分解者生物多樣性也相應(yīng)添加。 分解者中有些具特異性，只分解某一類物質(zhì)，另一些無(wú)特異性，對(duì)整個(gè)分解過(guò)程起作用。隨分解過(guò)程的進(jìn)展，分解速率逐漸降低，待分解的有機(jī)物質(zhì)的多樣性也降低，直到最后只需礦物的元素存在。最不易分解的是腐殖質(zhì)，它主要來(lái)源于木質(zhì)。 二、分解者生物：細(xì)菌、真菌、動(dòng)物二、分解者生物：細(xì)菌、真菌、動(dòng)物 三、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系三、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系 待分解資源在分解者生待分解資源在分解者生物的作用下進(jìn)展分解，物的作用下進(jìn)展分解，因此資源的物理和化學(xué)因此資源的物理和化學(xué)性質(zhì)影響著分解的速度。性質(zhì)影響著分解的速度。資源的物理性質(zhì)包括外資源的

12、物理性質(zhì)包括外表性和機(jī)械構(gòu)造；表性和機(jī)械構(gòu)造；資源的化學(xué)性質(zhì)那么隨資源的化學(xué)性質(zhì)那么隨其化學(xué)組成而不同。其化學(xué)組成而不同。 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度影響分解過(guò)程。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度影響分解過(guò)程。 如，分解者生物身體組織中含如，分解者生物身體組織中含N N量高，其量高，其CNCN約為約為101101，即微生物生物量每添加即微生物生物量每添加11g11g就需求有就需求有1gN1gN的供應(yīng)量。的供應(yīng)量。但大多數(shù)待分解的植物組織其含但大多數(shù)待分解的植物組織其含N N量比此值低得多，量比此值低得多，CNCN為為4080140801。因此，因此，N N的供應(yīng)量就經(jīng)常成為限制要素，分解速率在很大的供應(yīng)量就經(jīng)常成為限制要素

13、，分解速率在很大程度上取決于程度上取決于N N的供應(yīng)。的供應(yīng)。而待分解資源的而待分解資源的CNCN比，?？勺鳛樯锝到庑阅艿臏y(cè)度目比，?？勺鳛樯锝到庑阅艿臏y(cè)度目的。最適的。最適CNCN比大約是比大約是2530125301。 四、理化環(huán)境對(duì)分解的影響四、理化環(huán)境對(duì)分解的影響普通說(shuō)來(lái)，溫度高、濕度大的地帶，其土壤中的分解速率高，普通說(shuō)來(lái)，溫度高、濕度大的地帶，其土壤中的分解速率高，而低溫暖枯燥的地帶，其分解速率低，因此土壤中易積累有機(jī)而低溫暖枯燥的地帶，其分解速率低，因此土壤中易積累有機(jī)物質(zhì)。物質(zhì)。 在同一氣候帶內(nèi)部分地方也有區(qū)別，它能夠決議于該地的土壤類型和待分解資源的特點(diǎn)。例如受水浸泡的沼澤

14、土壤，由于水泡和缺氧，抑制微生物活動(dòng)，分解速率極低，有機(jī)物質(zhì)積累量很大，這是沼澤土可供開(kāi)發(fā)有機(jī)肥料和生物能源的緣由。第四節(jié)第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)一、研討能量傳送規(guī)律的熱力學(xué)定律一、研討能量傳送規(guī)律的熱力學(xué)定律生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳送、生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳送、轉(zhuǎn)換遵照熱力學(xué)的兩條定律：轉(zhuǎn)換遵照熱力學(xué)的兩條定律：第一定律：能量守恒定律，能量可由一種方式轉(zhuǎn)化為其第一定律：能量守恒定律，能量可由一種方式轉(zhuǎn)化為其他方式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空發(fā)明。他方式的能量，能量既不能消滅，又不能憑空發(fā)明。第二定律：熵律，任何方式的能除了熱

15、轉(zhuǎn)化到另一第二定律：熵律，任何方式的能除了熱轉(zhuǎn)化到另一種方式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不能夠種方式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中，不能夠100被利用，總有被利用，總有一些能量作為熱的方式被耗散出去。一些能量作為熱的方式被耗散出去。 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)進(jìn)展研討可以在食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)層次上進(jìn)展，所獲資料可以相互補(bǔ)充，有助于了解生態(tài)系統(tǒng)的功能。 在食物鏈層次上進(jìn)展能流分析是把每一個(gè)物種作為能量從消費(fèi)者到頂位消費(fèi)者挪動(dòng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)能量沿著一個(gè)食物鏈在幾個(gè)物種間流動(dòng)時(shí)，測(cè)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(diǎn)上能流的詳細(xì)和準(zhǔn)確資料。二、食物鏈層次的能流分析二、食物鏈層次的能流分析二、生態(tài)系統(tǒng)層次的能流

16、分析二、生態(tài)系統(tǒng)層次的能流分析n根據(jù)物種的主要食性，將每個(gè)物種都?xì)w屬于一個(gè)特定的營(yíng)養(yǎng)級(jí)，然后準(zhǔn)確地測(cè)定每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入值和輸出值。生態(tài)系統(tǒng)層次上能流研討的步驟生態(tài)系統(tǒng)層次上能流研討的步驟n確定組成生態(tài)系統(tǒng)生物組成部分的有機(jī)體成份；n 確定消費(fèi)者的食性，確定消費(fèi)者的分類位置；n 確定有機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)級(jí)歸屬，進(jìn)而確定：n各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量，n各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量或食物的攝入率，n同化率，n呼吸率，n由于捕食、寄生等要素而引起的能量損失率；n 結(jié)合各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的信息，獲得營(yíng)養(yǎng)金字塔或能流圖。 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(jí)消費(fèi)量111.0，能量守恒總初級(jí)

17、消費(fèi)量總初級(jí)消費(fèi)量111.0植食動(dòng)物植食動(dòng)物15.0肉食動(dòng)物肉食動(dòng)物3.0分解分解3.0分解分解0.5分解分解微量微量呼吸呼吸23.0呼吸呼吸4.5呼吸呼吸1.8未利用未利用70.0太陽(yáng)能太陽(yáng)能118872未利用未利用7.0未利用未利用1.2未吸收未吸收的能的能118761美國(guó)明尼達(dá)州塞達(dá)波格湖的能流分析美國(guó)明尼達(dá)州塞達(dá)波格湖的能流分析波格湖生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)圖波格湖生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)圖波格湖生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔波格湖生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔森林生態(tài)系統(tǒng)的能流森林生態(tài)系統(tǒng)的能流生態(tài)系統(tǒng)的能流模型生態(tài)系統(tǒng)的能流模型第五節(jié)第五節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的信息流生態(tài)系統(tǒng)中的信息流n一、信息n信息，源于通訊工程科學(xué)，通常指包含情報(bào)、信號(hào)、音訊、指令、