生態(tài)學(xué)-生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)

1、PART Chapter 2 Energy Flow of Ecosystem 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容2.1 生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)2.2 生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)2.3 生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的分解(自學(xué)自學(xué),不考不考)2.4 生態(tài)系統(tǒng)的能流過程及分析生態(tài)系統(tǒng)的能流過程及分析生物生產(chǎn)生物生產(chǎn)2.1.1 初級生產(chǎn)量和生物量的基本概念初級生產(chǎn)量和生物量的基本概念初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量【力【力】(primary production )/第一性第一性生產(chǎn)量生產(chǎn)量: 綠色植物通過光合作用制造的有機(jī)物綠色植物通過光合作用制造的有機(jī)物質(zhì)或所固定的能量。質(zhì)或所固定的能

2、量。初級生產(chǎn)以外的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)初級生產(chǎn)以外的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn),即消費(fèi)者即消費(fèi)者(動(dòng)物和動(dòng)物和其他異養(yǎng)生物其他異養(yǎng)生物)利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝代謝,經(jīng)過同化作用形成異養(yǎng)生物自身的物質(zhì)經(jīng)過同化作用形成異養(yǎng)生物自身的物質(zhì),稱為稱為次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量(secondary production),或第或第二性生產(chǎn)量。二性生產(chǎn)量。在初級生產(chǎn)量中在初級生產(chǎn)量中,有一部分是被植物自己的有一部分是被植物自己的呼吸呼吸消耗掉了消耗掉了,剩下才以可見有機(jī)物的形式用以植物剩下才以可見有機(jī)物的形式用以植物的生長和繁殖的生長和繁殖,這就是這就是(net primary production

3、,NP),而把包括呼吸消耗在而把包括呼吸消耗在內(nèi)的全部生產(chǎn)量稱為內(nèi)的全部生產(chǎn)量稱為總初級生產(chǎn)量總初級生產(chǎn)量(gross primary production,GP)。從總初級生產(chǎn)量。從總初級生產(chǎn)量(GP)中減去植物呼吸消耗掉的能量中減去植物呼吸消耗掉的能量(R)就是凈初級就是凈初級生產(chǎn)量生產(chǎn)量(NP)。三者的關(guān)系是三者的關(guān)系是: GP=NP+R凈初級生產(chǎn)量代表著植物凈剩下來提供給生態(tài)系凈初級生產(chǎn)量代表著植物凈剩下來提供給生態(tài)系統(tǒng)中其他生物統(tǒng)中其他生物(動(dòng)物和人動(dòng)物和人)利用的能量。利用的能量。初級生產(chǎn)量通常是用初級生產(chǎn)量通常是用每年每年每平方米所生產(chǎn)的有機(jī)每平方米所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)干重物質(zhì)干重(

4、g 干重干重/m2a)或每年每平方米所固定或每年每平方米所固定的的能量值能量值(J/ m2a)表示。表示。凈初級量用于植物的生長和繁殖凈初級量用于植物的生長和繁殖,因此隨著時(shí)間因此隨著時(shí)間的推移的推移,植株越長越大植株越長越大,數(shù)量越來越多數(shù)量越來越多,而構(gòu)成植而構(gòu)成植物體的有機(jī)物質(zhì)也就越來越多。逐漸積累下來物體的有機(jī)物質(zhì)也就越來越多。逐漸積累下來的這些的這些凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量,一部分被分解一部分被分解,另一部分則以另一部分則以活有機(jī)質(zhì)的形式長期存在生態(tài)系統(tǒng)中?；钣袡C(jī)質(zhì)的形式長期存在生態(tài)系統(tǒng)中。 生物量生物量(biomass):某一特定調(diào)查時(shí)刻現(xiàn)有有機(jī)體的某一特定調(diào)查時(shí)刻現(xiàn)有有機(jī)體的量。它可以用

5、單位面積或體積的個(gè)體量。它可以用單位面積或體積的個(gè)體數(shù)量、重量數(shù)量、重量(狹義的生物量狹義的生物量)或含或含能量能量來表示來表示,因此它是一種因此它是一種現(xiàn)現(xiàn)存量存量(standing crop)。單位常用平均每平米生物。單位常用平均每平米生物體的干重體的干重(g干重干重/ m2)或平均每平方米生物體的或平均每平方米生物體的熱值熱值(J/ m2)來表示?，F(xiàn)存的數(shù)量以來表示?，F(xiàn)存的數(shù)量以N表示表示,現(xiàn)存現(xiàn)存的生物量以的生物量以B表示。表示。 可見生物量實(shí)際就是可見生物量實(shí)際就是凈生產(chǎn)量的累積量凈生產(chǎn)量的累積量,某一時(shí)刻某一時(shí)刻的生物量既是此時(shí)刻以前生態(tài)系統(tǒng)所積累下來的的生物量既是此時(shí)刻以前生態(tài)系

6、統(tǒng)所積累下來的活有機(jī)質(zhì)總量。活有機(jī)質(zhì)總量。生產(chǎn)量生產(chǎn)量(production): 是在是在一定時(shí)間一定時(shí)間階段中階段中,某個(gè)種某個(gè)種群或生態(tài)系統(tǒng)在群或生態(tài)系統(tǒng)在單位面積單位面積上所新生產(chǎn)出的有機(jī)體上所新生產(chǎn)出的有機(jī)體的數(shù)量、重量或能量。的數(shù)量、重量或能量。它是時(shí)間上積累的概念它是時(shí)間上積累的概念,即含有即含有速率速率的概念。的概念。有的文獻(xiàn)資料中有的文獻(xiàn)資料中,生產(chǎn)量、生產(chǎn)量、生產(chǎn)力生產(chǎn)力(production rate)和生產(chǎn)率和生產(chǎn)率(productivity)視為同義語視為同義語,有的則分別給予明確的定義。有的則分別給予明確的定義。生物量和生產(chǎn)量是不同的概念生物量和生產(chǎn)量是不同的概念,前

7、者到某前者到某一特定時(shí)一特定時(shí)刻刻為止為止單位面積單位面積上積累下來有機(jī)植物生產(chǎn)量上積累下來有機(jī)植物生產(chǎn)量,單單位是位是干重干重g /m2或或J/ m2;而后者是指而后者是指單位時(shí)間單位時(shí)間某一某一段時(shí)間內(nèi)段時(shí)間內(nèi)單位面積單位面積上的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)量上的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)量,單位是單位是干重干重g /m2a或或J/ m2a。如果如果:GP-R0,則生物量增加則生物量增加;GP-R=0,則生物量減少則生物量減少; GP=R, 則生物量不變。則生物量不變。P344地球各地的凈初級生產(chǎn)量和生物量隨地球各地的凈初級生產(chǎn)量和生物量隨溫度溫度和和雨量雨量的的不同而有很大的差異。不同而有很大的差異。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中

8、在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,凈初級生產(chǎn)量最高的是凈初級生產(chǎn)量最高的是熱帶雨林熱帶雨林,其平均值為其平均值為2000g/ m2a ,生物量也以熱帶雨林最生物量也以熱帶雨林最大大,平均值為平均值為45kg/ m2。開闊海洋的凈初級生產(chǎn)量。開闊海洋的凈初級生產(chǎn)量很低很低,平均只有平均只有125g/ m2a ,總的說來總的說來,海洋的凈初海洋的凈初級生產(chǎn)量要比陸地低很多。級生產(chǎn)量要比陸地低很多。P345-346表表5-2面積的面積的更正！更正！地球地球上各上各生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)凈凈初初級級生生產(chǎn)產(chǎn)力力和和植植物物生生產(chǎn)產(chǎn)量量2.1.2 初級生產(chǎn)量的生產(chǎn)效率初級生產(chǎn)量的生產(chǎn)效率綠色植物可直接利用太陽能進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的

9、生產(chǎn)和能綠色植物可直接利用太陽能進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的生產(chǎn)和能量固定量固定(把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在有機(jī)物質(zhì)的分子鍵把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在有機(jī)物質(zhì)的分子鍵中中),其生產(chǎn)過程的化學(xué)式是其生產(chǎn)過程的化學(xué)式是: 2.8 106J6CO2+12H2O C6H12O6+6 O2+6 H2O 葉綠素葉綠素 總初級生產(chǎn)總初級生產(chǎn)(gross primary production,GP)與與凈初凈初級生產(chǎn)級生產(chǎn)(net primary production,NP):植物在單植物在單位面積、單位時(shí)間內(nèi)位面積、單位時(shí)間內(nèi),通過光合作用固定太陽能通過光合作用固定太陽能的量稱為總初級生產(chǎn)的量稱為總初級生產(chǎn)(量量),常用的單

10、位常用的單位:J m -2 a-1 或或 gDW m -2 a-1;植物總初級生產(chǎn)植物總初級生產(chǎn)(量量)減減去呼吸作用消耗掉的去呼吸作用消耗掉的(R),余下的有機(jī)物質(zhì)即為余下的有機(jī)物質(zhì)即為凈初級生產(chǎn)凈初級生產(chǎn)(量量)。二者之間的關(guān)系可表示如下。二者之間的關(guān)系可表示如下: n GPNP+R ; NPGPR采用收割法測定玉米的凈生產(chǎn)量采用收割法測定玉米的凈生產(chǎn)量, ,分析玉米的化分析玉米的化學(xué)成分學(xué)成分, ,將玉米的凈生產(chǎn)量折算成光合作用的將玉米的凈生產(chǎn)量折算成光合作用的產(chǎn)物葡萄糖產(chǎn)物葡萄糖; ;估算出呼吸消耗的葡萄糖估算出呼吸消耗的葡萄糖; ;計(jì)算出計(jì)算出總初級生產(chǎn)量?？偝跫壣a(chǎn)量。將生產(chǎn)量折算

11、成熱值將生產(chǎn)量折算成熱值, ,計(jì)算比率。計(jì)算比率。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和入射玉米田的日光能為根據(jù)以上數(shù)據(jù)和入射玉米田的日光能為2034106 kcal (8.51012J),計(jì)算出了這塊玉米田的計(jì)算出了這塊玉米田的日光年日光年能利用率為能利用率為 1.6 %:在總初級生產(chǎn)量中在總初級生產(chǎn)量中,呼吸代謝大約占了呼吸代謝大約占了23.4%,其余其余76.6%則轉(zhuǎn)化為凈初級生產(chǎn)量則轉(zhuǎn)化為凈初級生產(chǎn)量。在差不多相同的氣候條件下在差不多相同的氣候條件下,F. Golley曾對一塊荒地曾對一塊荒地的初級生產(chǎn)效率進(jìn)行了類似的研究的初級生產(chǎn)效率進(jìn)行了類似的研究Golley在生長季在生長季節(jié)結(jié)束時(shí)把所有植物收下來節(jié)結(jié)束

12、時(shí)把所有植物收下來,稱稱重。重。并估算出呼吸的并估算出呼吸的能量消耗。由此可見這塊荒地能量消耗。由此可見這塊荒地:總初級生產(chǎn)效率等于總初級生產(chǎn)效率等于 5.83471.0=1.2% (近似值近似值);凈初級生產(chǎn)效率等于凈初級生產(chǎn)效率等于4.95471.0=1% (近似值近似值). 根據(jù)對以上兩個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)效率的研根據(jù)對以上兩個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)效率的研究可以看出究可以看出,大約只有大約只有1.2%1.6 %的入射光能被固定的入射光能被固定到了植物所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)之中到了植物所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)之中(即總初級生產(chǎn)量即總初級生產(chǎn)量)。水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率研究實(shí)例研究

13、實(shí)例:P350-351威斯康星州威斯康星州Mendota湖湖 Minnesota州州Cedar Bog湖湖結(jié)果結(jié)果:這兩個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的總初級生產(chǎn)效這兩個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的總初級生產(chǎn)效率比上述兩個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的總初級生率比上述兩個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的總初級生產(chǎn)效率要產(chǎn)效率要低得多低得多。n總之總之,在自然條件下在自然條件下,各生態(tài)系統(tǒng)的各生態(tài)系統(tǒng)的總初級生總初級生產(chǎn)效率很難超過產(chǎn)效率很難超過3%(精心管理的農(nóng)業(yè)生態(tài)精心管理的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)曾達(dá)系統(tǒng)曾達(dá)6%8%的記錄的記錄);一般來說一般來說,在富饒?jiān)诟火埛饰值貐^(qū)總初級生產(chǎn)效率可達(dá)到肥沃地區(qū)總初級生產(chǎn)效率可達(dá)到1%2%;而在貧瘠荒涼的地區(qū)大約只有而在貧瘠荒涼

14、的地區(qū)大約只有0.1%。就全就全球平均來說球平均來說,大概是大概是0.2%0.5%。計(jì)算或估算生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率方法的缺點(diǎn)計(jì)算或估算生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率方法的缺點(diǎn)n大約只有一半的可見光是能夠被光合作用利用大約只有一半的可見光是能夠被光合作用利用的。的。n忽略了光合作用的季節(jié)差異。忽略了光合作用的季節(jié)差異。n沒有考慮日光穿透水層后的能量損失沒有考慮日光穿透水層后的能量損失n沒有考慮不同種類的干物質(zhì)折算成能量值的差沒有考慮不同種類的干物質(zhì)折算成能量值的差異。異。2.1.3 初級生產(chǎn)量的限制因素初級生產(chǎn)量的限制因素陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素n決定陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生

15、產(chǎn)力的因素包決定陸地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的因素包括括日光、水分、日光、水分、CO2 、溫度、溫度、 O2 。n在局部地區(qū)在局部地區(qū),營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)狀況往往決的供應(yīng)狀況往往決定著某些陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。定著某些陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。淡水生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素淡水生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素n光照光照和和營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)(尤其是尤其是P)對湖泊的初級生產(chǎn)量對湖泊的初級生產(chǎn)量有明顯的影響。有明顯的影響。n富營養(yǎng)化富營養(yǎng)化(entrophication):直接向湖泊排污或農(nóng)直接向湖泊排污或農(nóng)用化肥隨地表徑流輸入湖中用化肥隨地表徑流輸入湖中,可大大增加湖泊中可大大增加湖泊中藻類的數(shù)量藻類的

16、數(shù)量,并已經(jīng)使很多以硅藻和綠藻占優(yōu)勢并已經(jīng)使很多以硅藻和綠藻占優(yōu)勢的湖泊轉(zhuǎn)變成以的湖泊轉(zhuǎn)變成以藍(lán)綠藻藍(lán)綠藻占優(yōu)勢的湖泊的過程。占優(yōu)勢的湖泊的過程。海洋生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素海洋生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的限制因素n光光是限制海洋初級生產(chǎn)量的一個(gè)重要因子是限制海洋初級生產(chǎn)量的一個(gè)重要因子,光強(qiáng)度隨著水深增加而減弱。光強(qiáng)度隨著水深增加而減弱。n營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì),特別是氮和磷是海洋初級生產(chǎn)特別是氮和磷是海洋初級生產(chǎn)量的限制因子。量的限制因子。A. 收割法收割法(harvest methods)用于陸生生態(tài)系統(tǒng)。用于陸生生態(tài)系統(tǒng)。方法方法:定期收獲植物地上部分烘干至恒重定期收獲植物地上部分烘干至恒重,獲

17、獲得單位時(shí)間內(nèi)的凈初級生產(chǎn)量得單位時(shí)間內(nèi)的凈初級生產(chǎn)量 。造成誤差的可能原因造成誤差的可能原因:收割植物體全部還是部分收割植物體全部還是部分(地下部分地下部分-根往往根往往很重要很重要);取樣的取樣的頻次頻次和取樣和取樣時(shí)間時(shí)間(連續(xù)收連續(xù)收割？割？) ;動(dòng)物對植物的動(dòng)物對植物的取食取食;枯枝落葉枯枝落葉。B. CO2同化法同化法利用利用紅外氣體分析儀紅外氣體分析儀測定植物在光合作用中所吸收的測定植物在光合作用中所吸收的CO2和在呼吸過程中所釋放的和在呼吸過程中所釋放的CO2 。原理原理:用特定空間內(nèi)的用特定空間內(nèi)的CO2含量的變化含量的變化,作為進(jìn)入植物體有作為進(jìn)入植物體有機(jī)質(zhì)中的量機(jī)質(zhì)中的

18、量,進(jìn)而估算有機(jī)質(zhì)的量。進(jìn)而估算有機(jī)質(zhì)的量。方法方法:把植物放在把植物放在透光透光的密封容器中可以測定一段時(shí)間內(nèi)的密封容器中可以測定一段時(shí)間內(nèi)植物的植物的凈初級生產(chǎn)力量凈初級生產(chǎn)力量(即用減少的即用減少的CO2 量代表光合作量代表光合作用量用量)。放在放在不透光不透光的密封容器中可以測定一段時(shí)間內(nèi)植物的密封容器中可以測定一段時(shí)間內(nèi)植物呼吸呼吸所消耗的所消耗的CO2 (即用增加的即用增加的CO2 量代表呼吸量量代表呼吸量)。上述兩值相加即大體代表總初級生產(chǎn)量。上述兩值相加即大體代表總初級生產(chǎn)量。 溫室溫室(密封室密封室)法法 空氣動(dòng)力法空氣動(dòng)力法C. 黑白瓶法黑白瓶法(O2測定法測定法)適用適用

19、:水域生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng)原理原理:總光合量凈光合量總光合量凈光合量呼吸量呼吸量步驟步驟:采樣采樣(3個(gè)瓶個(gè)瓶)懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)(4-8h,24h)取樣并測定取樣并測定(用滴定或電子用滴定或電子檢測器檢測器)含氧量含氧量該法的發(fā)展該法的發(fā)展:自動(dòng)監(jiān)測儀器自動(dòng)監(jiān)測儀器D. 放射性同位素測定法放射性同位素測定法適用適用:水域生態(tài)系統(tǒng)水域生態(tài)系統(tǒng);精確、精確、敏感敏感,最便利、實(shí)用的最便利、實(shí)用的方法。方法。步驟步驟:采樣、加入放射性物質(zhì)采樣、加入放射性物質(zhì)懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)(約約6h)取樣并測定同化物中放取樣并測定同化物中放射性水平射性水平E. 葉綠素測定法和葉綠素測定法和pH值測定法值測定法a.葉

20、綠素測定法葉綠素測定法原理原理:植物葉綠素含量與光合作用量和光合作用率植物葉綠素含量與光合作用量和光合作用率之間的密切相關(guān)。之間的密切相關(guān)。步驟步驟:取樣取樣,提取葉綠素提取葉綠素,(用分光光度計(jì)用分光光度計(jì))測定葉綠測定葉綠素含量素含量,再根據(jù)再根據(jù)推算推算初級生產(chǎn)量。初級生產(chǎn)量。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):采樣方便、結(jié)果比較可靠采樣方便、結(jié)果比較可靠,廣泛用于研究水廣泛用于研究水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)量。生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)量。一些高端測定儀器介紹一些高端測定儀器介紹:1) DIVING-PAM 水下調(diào)制熒光儀水下調(diào)制熒光儀.pdf(水下水下調(diào)調(diào)制熒制熒光儀光儀:強(qiáng)大的水生植物原位光合作用研究儀器強(qiáng)大的水生植

21、物原位光合作用研究儀器, 36,014.002) PHYTO-PAM Chs.pdf(浮游植物熒光儀浮游植物熒光儀):4 波長波長調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x,可對浮游植物自動(dòng)分類的調(diào)可對浮游植物自動(dòng)分類的調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x制葉綠素?zé)晒鈨x 價(jià)格價(jià)格:55萬元人民幣萬元人民幣3) WATER-PAM水體藻類葉綠素?zé)晒鈨x水體藻類葉綠素?zé)晒鈨xChlorophyll Fluorometer WATER-PAM: 28,817.00E. 葉綠素測定法和葉綠素測定法和pH值測定法值測定法b.pH值測定法值測定法原理原理:水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)量與溶于水水生生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)量與溶于水中的中的CO2有一定

22、關(guān)系。有一定關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):對整個(gè)系統(tǒng)不會帶來任何干擾對整個(gè)系統(tǒng)不會帶來任何干擾,可以連可以連續(xù)監(jiān)測。續(xù)監(jiān)測。 初級生產(chǎn)以外的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)初級生產(chǎn)以外的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn),即消費(fèi)即消費(fèi)者者(動(dòng)物和其他異養(yǎng)生物動(dòng)物和其他異養(yǎng)生物)利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝品進(jìn)行新陳代謝,經(jīng)過同化作用形成異養(yǎng)生經(jīng)過同化作用形成異養(yǎng)生物自身的物質(zhì)物自身的物質(zhì),稱為次級生產(chǎn)量稱為次級生產(chǎn)量(secondary production),或第二性生產(chǎn)量?；虻诙陨a(chǎn)量。2.2 生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)次級生產(chǎn)量的具體生產(chǎn)過程可從下面的圖次級生產(chǎn)量的具體生產(chǎn)過程可從下面的圖解中看得清清楚楚解中

23、看得清清楚楚: 用于生長用于生長 次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量 被同化的被同化的 用于生殖用于生殖 動(dòng)物動(dòng)物 動(dòng)物吃進(jìn)的動(dòng)物吃進(jìn)的 呼吸消耗呼吸消耗 得到的得到的 未未同化的同化的食物食物 動(dòng)物未吃進(jìn)的動(dòng)物未吃進(jìn)的 動(dòng)物未得到的動(dòng)物未得到的CAFUPR:在被同化的能量中也還會有一部分用在被同化的能量中也還會有一部分用于動(dòng)物的呼吸代謝和生命的維持。除此之外剩下的于動(dòng)物的呼吸代謝和生命的維持。除此之外剩下的那一部分用于動(dòng)物各器官組織的生長和繁殖新的個(gè)那一部分用于動(dòng)物各器官組織的生長和繁殖新的個(gè)體體,這些看得見摸得著的有形的東西才是我們所說的這些看得見摸得著的有形的東西才是我們所說的次級生產(chǎn)量。次級生產(chǎn)量。

24、次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量等于動(dòng)物等于動(dòng)物吃進(jìn)吃進(jìn)的食物減掉的食物減掉糞糞(消化不了消化不了的的)和尿和尿(排泄物排泄物)中所含有的能量中所含有的能量,再減掉呼吸代謝所再減掉呼吸代謝所消耗消耗的能量。的能量。 P=C-FU-R。下面我們定量地分析一種肉食性地棲蜘蛛的次級下面我們定量地分析一種肉食性地棲蜘蛛的次級生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程:n 生長生長n 次級生產(chǎn)量次級生產(chǎn)量 n 被同化的被同化的 (2.69g) 生殖生殖n 被蜘蛛被蜘蛛 吃下的吃下的(7.93g) (7.30g) 呼吸消耗呼吸消耗n 捕獲的捕獲的 未未同化的同化的 (4.60g)n (10.3g) 未吃下的未吃下的(2.37g) (0.63g

25、) 獵獵物物886.4g n 未捕獲的未捕獲的n ( 876.1 g)計(jì)算這種蜘蛛的同化和生產(chǎn)效率？計(jì)算這種蜘蛛的同化和生產(chǎn)效率？根據(jù)這一過程中的具體數(shù)據(jù)就能算出這種蜘蛛在根據(jù)這一過程中的具體數(shù)據(jù)就能算出這種蜘蛛在次級生產(chǎn)過程中同化效率和生產(chǎn)效率次級生產(chǎn)過程中同化效率和生產(chǎn)效率:n A 7.30n同化效率同化效率 = = = 92%n I 7.93nn P 2.69n生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率 = = =37%n A 7.301)按同化量按同化量A和呼吸量和呼吸量R,估計(jì)次級生產(chǎn)量估計(jì)次級生產(chǎn)量P,即即P=A-R;按攝食量扣除糞尿量估算同化量按攝食量扣除糞尿量估算同化量,即即A=C-FU ( P=C-F

26、U-R, Fu-尿糞量尿糞量)在實(shí)驗(yàn)室中在實(shí)驗(yàn)室中,次級生產(chǎn)量可以直接測定次級生產(chǎn)量可以直接測定;在野在野外外,一般利用下面的關(guān)系進(jìn)行一般利用下面的關(guān)系進(jìn)行間接測定間接測定: 同同化能量化能量(A) = 呼吸消耗呼吸消耗(R) + 凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量(P)動(dòng)物呼吸消耗的測定動(dòng)物呼吸消耗的測定n在實(shí)驗(yàn)室中很容易測定動(dòng)物的呼吸消耗在實(shí)驗(yàn)室中很容易測定動(dòng)物的呼吸消耗n對恒溫動(dòng)物來說對恒溫動(dòng)物來說, ,有下面的規(guī)律有下面的規(guī)律: : 基礎(chǔ)代謝基礎(chǔ)代謝 = 70= 70( (體重體重) )3/43/4基礎(chǔ)代謝基礎(chǔ)代謝: :動(dòng)物不活動(dòng)、空胃時(shí)測定動(dòng)物不活動(dòng)、空胃時(shí)測定, ,并且測定時(shí)測定時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)剛好并

27、且測定時(shí)測定時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)剛好保持在不需要?jiǎng)游锵哪芰窟M(jìn)行額外的熱生產(chǎn)。保持在不需要?jiǎng)游锵哪芰窟M(jìn)行額外的熱生產(chǎn)。有人估計(jì)有人估計(jì), ,動(dòng)物的動(dòng)物的平均熱代謝率約為基礎(chǔ)代謝率的平均熱代謝率約為基礎(chǔ)代謝率的2 2倍。倍。嚴(yán)格來說嚴(yán)格來說, ,動(dòng)物的呼吸消耗受多種環(huán)境因子動(dòng)物的呼吸消耗受多種環(huán)境因子, ,特別是溫度特別是溫度, ,的影響。的影響。恒溫動(dòng)物體中和基礎(chǔ)代謝率之間的關(guān)系恒溫動(dòng)物體中和基礎(chǔ)代謝率之間的關(guān)系2)根據(jù)個(gè)體生長或增重的部分根據(jù)個(gè)體生長或增重的部分Pg和新生個(gè)和新生個(gè)體重體重Pr,估計(jì)估計(jì)Pn P(凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量) Pg (生長生長)Pr(出生出生)n可以通過計(jì)算種群內(nèi)個(gè)體的生長

28、和新個(gè)體的出生來獲得。測定個(gè)體生長的方法是連續(xù)多次測量動(dòng)物個(gè)體的重量。3)根據(jù)根據(jù)生物量凈變化生物量凈變化B和和死亡損失死亡損失E,估計(jì)估計(jì)P P B E動(dòng)物凈生產(chǎn)量的測定一個(gè)假設(shè)種群的生物量變化一個(gè)假設(shè)種群的生物量變化海洋的海洋的初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量只有陸地的只有陸地的1/2,但海洋的但海洋的次級次級生產(chǎn)量生產(chǎn)量總和卻是陸地的總和卻是陸地的3.7倍倍,根本的原因在于根本的原因在于海洋系統(tǒng)中的植食動(dòng)物的攝食效率是陸地動(dòng)物海洋系統(tǒng)中的植食動(dòng)物的攝食效率是陸地動(dòng)物的的5倍左右。倍左右。研究海洋的次級生產(chǎn)量具有重要的實(shí)用意義研究海洋的次級生產(chǎn)量具有重要的實(shí)用意義,因因?yàn)?這 個(gè) 問 題 與 海 洋

29、魚 產(chǎn) 量 有 著 密 切 關(guān) 系 。為 這 個(gè) 問 題 與 海 洋 魚 產(chǎn) 量 有 著 密 切 關(guān) 系 。J.H.Ryther曾對世界海洋魚類的可能產(chǎn)量進(jìn)行的估曾對世界海洋魚類的可能產(chǎn)量進(jìn)行的估算算,目前被普遍認(rèn)為是比較符合實(shí)際的。目前被普遍認(rèn)為是比較符合實(shí)際的。 2.3 生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)的分解生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物質(zhì)的分解n自學(xué)自學(xué):教材教材3693752.3.1 分解過程的性質(zhì)分解過程的性質(zhì)分解過程是分解過程是碎裂碎裂、異化異化和和淋溶淋溶三個(gè)過程的綜和。三個(gè)過程的綜和。由于物理作用由于物理作用,把動(dòng)植物尸體把動(dòng)植物尸體(或殘?bào)w、分泌物、排或殘?bào)w、分泌物、排泄物泄物)分解為顆粒狀的碎屑稱為分

30、解為顆粒狀的碎屑稱為碎裂碎裂;有機(jī)物質(zhì)在有機(jī)物質(zhì)在酶的作用下分解酶的作用下分解,從聚合體從聚合體,如由纖維素變成葡萄如由纖維素變成葡萄糖糖,進(jìn)而成為礦物成分進(jìn)而成為礦物成分,稱為稱為異化異化;淋溶淋溶則是可溶則是可溶性物質(zhì)被水淋洗出來性物質(zhì)被水淋洗出來,是一種純物理過程。是一種純物理過程。2.3.2 作為分解者的生物類群作為分解者的生物類群n(1)細(xì)菌和真菌細(xì)菌和真菌成為有效的分解者的原因:生長方式:群體生長與絲狀生長營養(yǎng)方式:細(xì)胞外消化(2)動(dòng)物嚴(yán)格來說,所有的動(dòng)物在分解過程中都起了一定的作用,但通常所說的作為分解者的動(dòng)物不包括草食和肉食動(dòng)物。根據(jù)身體大小把陸地生態(tài)系統(tǒng)的分解者動(dòng)物分為下列幾

31、個(gè)類群:小型土壤動(dòng)物:體寬在100微米以下,包括原生動(dòng)物,線蟲,輪蟲,最小的彈尾和螨,它們都不能碎裂枯枝落葉,屑粘附類型,中型土壤動(dòng)物:體寬100微米-2mm,包括彈尾、螨、線蚓和小型甲蟲,大部分都能進(jìn)攻新落下的枯葉,但對碎裂的貢獻(xiàn)不大,對分解的作用主要是調(diào)節(jié)微生物種群的大小和對大型動(dòng)物糞便進(jìn)行處理和加工。大型和巨型土壤動(dòng)物:包括食枯枝落葉的節(jié)肢動(dòng)物,如千足蟲、端足目,蛞蝓,蝸牛,較大的蚯蚓,是碎裂植物殘葉和翻動(dòng)土壤的主力,因而對分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響淡水水體分解者淡水水體分解者2.3.3 分解物性質(zhì)對分解的影響分解物性質(zhì)對分解的影響植物死有機(jī)物質(zhì)中各種化學(xué)成分的分解速率的相植物死有機(jī)物質(zhì)中

32、各種化學(xué)成分的分解速率的相對關(guān)系對關(guān)系:單糖分解很快單糖分解很快,一年后失一年后失99%以上以上,半纖半纖維素其次維素其次,一年失重達(dá)一年失重達(dá)90%,然后依次為纖維素、然后依次為纖維素、木質(zhì)素、酚。木質(zhì)素、酚。大多數(shù)營腐養(yǎng)生活的微生物都能分解單糖、淀粉大多數(shù)營腐養(yǎng)生活的微生物都能分解單糖、淀粉和半纖維素。纖維素的分解需幾種酶的復(fù)合作和半纖維素。纖維素的分解需幾種酶的復(fù)合作用用,它們在動(dòng)物和微生物中分布不廣。木質(zhì)素是它們在動(dòng)物和微生物中分布不廣。木質(zhì)素是一復(fù)雜而多變的聚合體一復(fù)雜而多變的聚合體,其抗解聚能力不僅由于其抗解聚能力不僅由于有酚環(huán)有酚環(huán),而且還由于它的疏水性。而且還由于它的疏水性。2

33、.4 生態(tài)系統(tǒng)的能流過程及分析生態(tài)系統(tǒng)的能流過程及分析2.4.1 能量傳遞的熱力學(xué)定律能量傳遞的熱力學(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)是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)中能量的生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳遞、轉(zhuǎn)換遵循熱力學(xué)的兩條定律傳遞、轉(zhuǎn)換遵循熱力學(xué)的兩條定律:n1)第一定律第一定律(能量守恒定律能量守恒定律):能量可由一種形式能量可由一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式的能量轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,能量既不能消滅能量既不能消滅,又不又不能憑空創(chuàng)造。能憑空創(chuàng)造。2.4.1 能量傳遞的熱力學(xué)定律能量傳遞的熱力學(xué)定律n2)第二定律第二定律(熵律熵律):任何形式的能任何形式的能(除了熱除了熱)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化到另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中

34、到另一種形式能的自發(fā)轉(zhuǎn)換中,不可能不可能100%被被利用利用,總有一些能量作為熱的形式被耗散出去總有一些能量作為熱的形式被耗散出去,熵就增加了。熵就增加了。即即:在在封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)中中,一切過程都伴一切過程都伴隨著能量的變化隨著能量的變化,在能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中在能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中,除了一部分可以繼續(xù)傳遞和做功的能量除了一部分可以繼續(xù)傳遞和做功的能量(自由自由能能)外外,總有一部分不能繼續(xù)轉(zhuǎn)遞和作功總有一部分不能繼續(xù)轉(zhuǎn)遞和作功,而以熱而以熱的形式消散的形式消散,這部分能量使系統(tǒng)的熵和無序性這部分能量使系統(tǒng)的熵和無序性增加。增加。2.4.2 能量流動(dòng)研究的層次性能量流動(dòng)研究的層次性生態(tài)系統(tǒng)中的能流研究可在生態(tài)系統(tǒng)中的能流研究可在種群、食物鏈種群、食物鏈和和生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)3個(gè)層次上進(jìn)行個(gè)層次上進(jìn)行:n1)實(shí)驗(yàn)種群實(shí)驗(yàn)種群層次上的能量流動(dòng)層次