第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件

第九章

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動第九章

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動1第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)一、初級生產(chǎn)的基本概念：生產(chǎn)過程：生產(chǎn)者通過光合作用合成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)，使植物的生物量（包括個體數(shù)量和生長）增加；消費(fèi)者攝食植物已經(jīng)制造好的有機(jī)物質(zhì)（包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物），通過消化、吸收在合成為自身所需的有機(jī)物質(zhì)，增加動物的生產(chǎn)量。初級生產(chǎn)（primaryproduction）：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程，其提供的生產(chǎn)力為初級生產(chǎn)力。次級生產(chǎn)(secondaryproduction)：異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程，提供的生產(chǎn)力為次級生產(chǎn)力。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)一、初級生產(chǎn)的基本概念：2第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件31.初級生產(chǎn)量(primaryproduction)：生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物通過光合作用，吸收和固定太陽能，由無機(jī)物合成、轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的有機(jī)物。綠色植物通過光合作用合成有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量稱為初級生產(chǎn)量，也稱第一性生產(chǎn)。2.淨(jìng)初級生產(chǎn)量(netprimaryproduction)：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的呼吸消耗掉，剩下用于植物的生長和生殖，這部分生產(chǎn)量。3.總初級生產(chǎn)量(grossprimaryproduction)：GP=NP+R(一)基本概念1.初級生產(chǎn)量(primaryproduction)：生44.初級生產(chǎn)力(primaryproductivity)：植物群落在一定空間一定時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)積累的速率稱為生產(chǎn)率(productivityrate)，或生產(chǎn)力(productivity)。5.生物量(biomass):是指某一時刻調(diào)查時單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)(kg/m2)。以鮮重(freshweight,FW)或干重(dryweight，DW)表示。6.現(xiàn)存量(standingcrop)：是指綠色植物初級生產(chǎn)量被植食動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分。SC=GP-R-H-D4.初級生產(chǎn)力(primaryproductivity)5（二）全球初級生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn)1.陸地比水域的初級生產(chǎn)量大陸地生態(tài)系統(tǒng)約占地球表面1/3，而初級生產(chǎn)量約占全球的2/3。主要原因是占海洋面積最大的大洋區(qū)缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，其生產(chǎn)力很低，平均僅125g/m2.yr，有“海洋荒漠之稱”。（二）全球初級生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn)1.陸地比水域的初級生產(chǎn)6Averagenetprimaryproductivityingramsoforganicmaterialpersquaremeterperyearofsometerrestrialandaquaticecosystems.NETPRIMARYPRODUCTIVITYAveragenetprimaryproductivi72.陸地上初級生產(chǎn)量隨緯度增加逐漸降低陸地生態(tài)系統(tǒng)類型中，以熱帶雨林生產(chǎn)力為最高，平均為2200g/m2.yr。由熱帶雨林向常綠林、落葉林、北方針葉林、稀樹草原、溫帶草原、寒漠依次減少。初級生產(chǎn)量從熱帶至亞熱帶、經(jīng)溫帶到寒帶逐漸降低。一般認(rèn)為，太陽輻射、溫度和降水是導(dǎo)致初級生產(chǎn)量隨緯度增大而降低的原因。2.陸地上初級生產(chǎn)量隨緯度增加逐漸降低陸地生態(tài)系統(tǒng)類型中，8海洋中初級生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。河口灣由于有大陸河流的輔助輸入，它們的凈初級生產(chǎn)力平均為1500g/m2.yr，產(chǎn)量較高。但是，所占的面積不大。到大洋區(qū)凈生產(chǎn)量平均為125g/m2.yr。3.海洋中由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低海洋中初級生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。3.海洋中94.全球初級生產(chǎn)量可劃分為三個等級：①生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)量1000大卡/m2.yr或者更少。大部分海洋和荒漠屬于這類區(qū)域。遼闊的海洋缺少營養(yǎng)物質(zhì)，荒漠主要是缺水。②中等生產(chǎn)量區(qū)域。生產(chǎn)量為1000-10000大卡/m2.yr。許多草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田屬于這類區(qū)域。這些地區(qū)的生產(chǎn)量居于中等水平。③高生產(chǎn)量的區(qū)域。生產(chǎn)量大約為10000-20000大卡/m2.yr或者更多。大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口灣、泉水、珊瑚礁、熱帶雨林和精耕細(xì)作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等屬于這類區(qū)域。4.全球初級生產(chǎn)量可劃分為三個等級：①生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)10二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率11第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件12第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件13三、初級生產(chǎn)量的限制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：三、初級生產(chǎn)量的限制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：141.光：光強(qiáng)升高，光合速率直線上升，達(dá)到光飽和點(diǎn)；光照時間長，提高產(chǎn)量。Fig.AnnualaveragesolarradiationreachingtheEarth’ssurface.1.光：光強(qiáng)升高，光合速率直線上升，達(dá)到光飽和點(diǎn)；光照時間長152.光合途徑：光合作用途徑不同，影響到初級生產(chǎn)力高低。綠色植物利用光能固定CO2的途徑有三種。①C3-戊糖磷酸化途徑。由于該途徑的最初羧化階段，形成的3-磷酸甘油分子只有三個碳原子，因此，這個過程稱為C3途徑，而以C3途徑同化CO2的植物，稱為C3植物。如小麥、大麥、水稻、棉花、大豆等，許多生存在溫涼或濕潤環(huán)境中的植物均屬此類型。由于此類植物有較高的光呼吸率，因而CO2的固定量較低，光合效率低。2.光合途徑：光合作用途徑不同，影響到初級生產(chǎn)力高低。綠色植16②C4二羧酸途徑:這一途徑在固定CO2時最初形成4個碳原子的草酰乙酸，故稱為C4途徑，以這一途徑固定CO2的植物稱為C4植物。C4植物的光合強(qiáng)度能隨光照強(qiáng)度的增加而不斷增加，而一般C3植物隨光強(qiáng)達(dá)20-50klx時，光合強(qiáng)度便不會增加了。因此，C4植物又稱為高光效植物。②C4二羧酸途徑:這一途徑在固定CO2時最初形成4個碳原子的17③景天酸代謝途徑(CAM)：在荒漠日照強(qiáng)烈和干旱條件下生長的許多肉質(zhì)植物屬于這種代謝途徑類型。白天由于蒸騰作用強(qiáng)烈，需要防止水分大量消耗。它們的氣孔可以完全關(guān)閉。夜間才開放氣孔吸收CO2，先將它固定于四碳雙羧酸中，白天在陽光下，再從四碳二羧酸中釋放出來，供光合碳循環(huán)同化。③景天酸代謝途徑(CAM)：在荒漠日照強(qiáng)烈和干旱條件下生長的18

3.水光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。

3.水光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。19Fig.AnAntarcticdryvalley.Fig.AnAntarcticdryvalley.204.溫度：溫度升高，總光合速率升高，但超過最適溫度則又轉(zhuǎn)為下降；而呼吸速率隨溫度上升而呈指數(shù)上升；結(jié)果使凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型曲線。4.溫度：溫度升高，總光合速率升高，但超過最適溫度則215.營養(yǎng)元素5.營養(yǎng)元素22Fire刺激生長與繁殖。Fire刺激生長與繁殖。23第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件24（二）水域生態(tài)系統(tǒng)1.光：（二）水域生態(tài)系統(tǒng)1.光：25第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件262.營養(yǎng)物質(zhì)：由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，海洋生產(chǎn)力偏低。肥沃土壤可含0.5%的氮，1m2土壤表面生長50千克植物（干重）；富饒的海水含氮0.00005%，1m2海水只維持不足5克浮游植物。2.營養(yǎng)物質(zhì)：由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，海洋生產(chǎn)力偏低。27四、初級生產(chǎn)量的測定方法（一）收獲量測定法：陸生定期收獲植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示。以其生物量的產(chǎn)出測定，但位于地下的生物量，難以測定。地下的部分可以占有40%至85%的總生產(chǎn)量，因此不能省略。四、初級生產(chǎn)量的測定方法（一）收獲量測定法：28（二）氧氣測定法通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量。1927年T.Garder,H.H.Gran。1）從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣，分裝在體積為125-300ml的白瓶（透光）、黑瓶（不透光）和對照瓶中；2）黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時間取出。用化學(xué)滴定測定黑白瓶的的含氧量；3）黑瓶為呼吸量，白瓶為凈生產(chǎn)量。（二）氧氣測定法通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量。29植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計測定葉綠素濃度；每單位葉綠素的光合作用是一定的，通過測定葉綠素的含量計算取樣面積的初級生產(chǎn)量。（三）葉綠素測定法植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計測定葉綠素濃度；（三30第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)一、次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程

1.次級生產(chǎn)(secondaryproduction)：消費(fèi)者利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過同化作用形成自身的物質(zhì)，稱為次級生產(chǎn)，亦稱第二性生產(chǎn)。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)一、次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程31個體的能量劃分個體的能量劃分32AllocationofenergywithinonelinkofafoodchainAllocationofenergywithinon332.次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程2.次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程34未捕獲（876.1g）獵物種群生產(chǎn)量（886.4g）被捕獲（10.3g）被吃下（7.93g）I未吃下（2.37g）未同化（0.63g）同化（7.3g）A凈次級生產(chǎn)（2.7g）P呼吸（4.6g）R未捕獲（876.1g）獵物種群生產(chǎn)量（886.4g）被捕獲（353.能量收支C=A+FUC：動物從外界攝食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：凈次級生產(chǎn)量R：呼吸能量3.能量收支C=A+FU36二、次級生產(chǎn)量的測定1.同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量：P=A-R;A=C-FU2.P=Pg+Pr（凈生產(chǎn)量為種群中個體的生長和出生之和）Pr：生殖后代的生產(chǎn)量Pg：個體增重二、次級生產(chǎn)量的測定1.同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量：37三、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率1.消費(fèi)效率：食草動物對植物凈生產(chǎn)量的利用效率。1）植物種群增長率高，世代短，更新快，被利用的百分比高；2）草本植物維管束少，能提供較多的凈初級生產(chǎn)量；3）浮游動物能夠利用的凈初級生產(chǎn)量的比例是最高的。三、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率1.消費(fèi)效率：食草動物對植物凈生產(chǎn)量的382.同化效率草食、碎食動物同化效率低，肉食動物高；2.同化效率草食、碎食動物同化效率低，肉食動物高；393.生長效率肉食動物的凈生長率低于草食動物。不同動物類群有不同的生長效率。3.生長效率肉食動物的凈生長率低于草食動物。404.林德曼效率4.林德曼效率41第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一、熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第一定律EnergyConservationLaw（能量守恒定律）能量既不能創(chuàng)生，也不會消滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。因此，對于生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量，并列出平衡式和編制能量平衡表。第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一、熱力學(xué)定律42Duringphotosynthesis,plantscapturetheenergyofsunlightandstoreitinATP,sugar,andotherhigh-energycarbohydratessynthesizedfromcarbondioxideandwater.Oxygenisreleasedasabyproduct.EnergyFlowintheEnvironmentDuringphotosynthesis,plants43EnergyTransferandLossHeatHeatProducerPrimary

ConsumerSecondary

ConsumerDetritus

FeedersHeatChemicalenergyEnergyTransferandLossHeatHe442.熱力學(xué)第二定律

（熵定律）EntropyLaw

熱力學(xué)第二定律表達(dá)有關(guān)能量傳遞方向和轉(zhuǎn)換效率的規(guī)律。在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除了一部分傳遞和作功，總有一部分以熱的形式消散。1）熵（entropy）是系統(tǒng)熱量被溫度除后得到的商，在一個等溫過程中，系統(tǒng)的熵值變化（△S）為：△S=△Q/T。式中，△Q為系統(tǒng)中熱量變化（焦耳），T是系統(tǒng)的溫度（。K）。

2）若用熵概念表示熱力學(xué)第二定律，則①在一個內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中，其熵值只朝一個方向變化，常增不減；②開放系統(tǒng)從一個平衡態(tài)的一切過程使系統(tǒng)熵值與環(huán)境熵值之和增加。2.熱力學(xué)第二定律（熵定律）EntropyLaw45Adiagramshowingthelossofenergyduringitstransferbetweentrophiclevelsinaforestcommunity.Thewidthofthearrowsisroughlyproportionaltothequantityofenergytransferredorlost.The2ndLAWOFTHERMODYNAMICSAPPLIEDTOAFOODCHAINAdiagramshowingthelossof46圖.熱力學(xué)的兩個定律。第一定律：A=B+C第二定律：C<A圖.熱力學(xué)的兩個定律。473.生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流路徑

(1)生態(tài)系統(tǒng)中的能源：①太陽輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來源。太陽輻射中的紅外線的主要作用是產(chǎn)生熱效應(yīng)，形成生物的熱環(huán)境；紫外線具有消毒滅菌和促進(jìn)維生素D生成的生物學(xué)效應(yīng)；可見光為植物光合作用提供能源。②輔助能：除太陽輻射外，對生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生作用的一切其他形式的能量。輔助能不能直接轉(zhuǎn)換為生物化學(xué)潛能，但可以促進(jìn)輻射能的轉(zhuǎn)化，對生態(tài)系統(tǒng)中光合產(chǎn)物的形成、物質(zhì)循環(huán)、生物的生存和繁殖起著極大的輔助作用。輔助能分為自然輔助能（如如潮汐作用）和人工輔助能（如施肥、灌溉等）。3.生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流路徑

(1)生態(tài)系統(tǒng)中的能源48（2）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的主要路徑：能量以日光（Sunlight)形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，以植物物質(zhì)形式貯存起來的能量，沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動通過生態(tài)系統(tǒng)，以動物、植物物質(zhì)中的化學(xué)潛能形式貯存在系統(tǒng)中，或作為產(chǎn)品輸出，離開生態(tài)系統(tǒng)，或經(jīng)消費(fèi)者和分解者生物有機(jī)體呼吸釋放的熱能自系統(tǒng)中丟失。生態(tài)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，某些物質(zhì)還可通過系統(tǒng)的邊界輸入如動物遷移，水流的攜帶，人為的補(bǔ)充等。（2）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的主要路徑：494.能量是單向性和逐級減少1）生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的。能量以光能的狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，就不能再以光的形式存在，而是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境中。2）從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定，經(jīng)植食動物，到肉食動物，再到大型肉食動物，能量是逐級遞減的過程，這是因為：（1）各營養(yǎng)級消費(fèi)者不可能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生物量；（2）各營養(yǎng)級的同化作用也不是百分之百的，總有一部分不被同化；（3）生物在維持生命過程中進(jìn)行新陳代謝，總要消耗一部分能量。4.能量是單向性和逐級減少1）生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向50第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件51四、生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析（一）森林生態(tài)系統(tǒng)能流分析四、生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析（一）森林生態(tài)系統(tǒng)能流分析52該章重點(diǎn)概念：初級生產(chǎn)、次級生產(chǎn)、熱力學(xué)第一、二定律問答：全球初級生產(chǎn)量的概況及分布特點(diǎn)？光合作用的主要途徑？生態(tài)系統(tǒng)中能量的來源及特點(diǎn)？該章重點(diǎn)概念：53第九章

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動第九章

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動54第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)一、初級生產(chǎn)的基本概念：生產(chǎn)過程：生產(chǎn)者通過光合作用合成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)，使植物的生物量（包括個體數(shù)量和生長）增加；消費(fèi)者攝食植物已經(jīng)制造好的有機(jī)物質(zhì)（包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物），通過消化、吸收在合成為自身所需的有機(jī)物質(zhì)，增加動物的生產(chǎn)量。初級生產(chǎn)（primaryproduction）：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程，其提供的生產(chǎn)力為初級生產(chǎn)力。次級生產(chǎn)(secondaryproduction)：異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程，提供的生產(chǎn)力為次級生產(chǎn)力。第一節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)一、初級生產(chǎn)的基本概念：55第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件561.初級生產(chǎn)量(primaryproduction)：生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物通過光合作用，吸收和固定太陽能，由無機(jī)物合成、轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的有機(jī)物。綠色植物通過光合作用合成有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量稱為初級生產(chǎn)量，也稱第一性生產(chǎn)。2.淨(jìng)初級生產(chǎn)量(netprimaryproduction)：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的呼吸消耗掉，剩下用于植物的生長和生殖，這部分生產(chǎn)量。3.總初級生產(chǎn)量(grossprimaryproduction)：GP=NP+R(一)基本概念1.初級生產(chǎn)量(primaryproduction)：生574.初級生產(chǎn)力(primaryproductivity)：植物群落在一定空間一定時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)積累的速率稱為生產(chǎn)率(productivityrate)，或生產(chǎn)力(productivity)。5.生物量(biomass):是指某一時刻調(diào)查時單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)(kg/m2)。以鮮重(freshweight,FW)或干重(dryweight，DW)表示。6.現(xiàn)存量(standingcrop)：是指綠色植物初級生產(chǎn)量被植食動物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分。SC=GP-R-H-D4.初級生產(chǎn)力(primaryproductivity)58（二）全球初級生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn)1.陸地比水域的初級生產(chǎn)量大陸地生態(tài)系統(tǒng)約占地球表面1/3，而初級生產(chǎn)量約占全球的2/3。主要原因是占海洋面積最大的大洋區(qū)缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，其生產(chǎn)力很低，平均僅125g/m2.yr，有“海洋荒漠之稱”。（二）全球初級生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn)1.陸地比水域的初級生產(chǎn)59Averagenetprimaryproductivityingramsoforganicmaterialpersquaremeterperyearofsometerrestrialandaquaticecosystems.NETPRIMARYPRODUCTIVITYAveragenetprimaryproductivi602.陸地上初級生產(chǎn)量隨緯度增加逐漸降低陸地生態(tài)系統(tǒng)類型中，以熱帶雨林生產(chǎn)力為最高，平均為2200g/m2.yr。由熱帶雨林向常綠林、落葉林、北方針葉林、稀樹草原、溫帶草原、寒漠依次減少。初級生產(chǎn)量從熱帶至亞熱帶、經(jīng)溫帶到寒帶逐漸降低。一般認(rèn)為，太陽輻射、溫度和降水是導(dǎo)致初級生產(chǎn)量隨緯度增大而降低的原因。2.陸地上初級生產(chǎn)量隨緯度增加逐漸降低陸地生態(tài)系統(tǒng)類型中，61海洋中初級生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。河口灣由于有大陸河流的輔助輸入，它們的凈初級生產(chǎn)力平均為1500g/m2.yr，產(chǎn)量較高。但是，所占的面積不大。到大洋區(qū)凈生產(chǎn)量平均為125g/m2.yr。3.海洋中由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低海洋中初級生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。3.海洋中624.全球初級生產(chǎn)量可劃分為三個等級：①生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)量1000大卡/m2.yr或者更少。大部分海洋和荒漠屬于這類區(qū)域。遼闊的海洋缺少營養(yǎng)物質(zhì)，荒漠主要是缺水。②中等生產(chǎn)量區(qū)域。生產(chǎn)量為1000-10000大卡/m2.yr。許多草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田屬于這類區(qū)域。這些地區(qū)的生產(chǎn)量居于中等水平。③高生產(chǎn)量的區(qū)域。生產(chǎn)量大約為10000-20000大卡/m2.yr或者更多。大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口灣、泉水、珊瑚礁、熱帶雨林和精耕細(xì)作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等屬于這類區(qū)域。4.全球初級生產(chǎn)量可劃分為三個等級：①生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)63二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率64第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件65第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件66三、初級生產(chǎn)量的限制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：三、初級生產(chǎn)量的限制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：671.光：光強(qiáng)升高，光合速率直線上升，達(dá)到光飽和點(diǎn)；光照時間長，提高產(chǎn)量。Fig.AnnualaveragesolarradiationreachingtheEarth’ssurface.1.光：光強(qiáng)升高，光合速率直線上升，達(dá)到光飽和點(diǎn)；光照時間長682.光合途徑：光合作用途徑不同，影響到初級生產(chǎn)力高低。綠色植物利用光能固定CO2的途徑有三種。①C3-戊糖磷酸化途徑。由于該途徑的最初羧化階段，形成的3-磷酸甘油分子只有三個碳原子，因此，這個過程稱為C3途徑，而以C3途徑同化CO2的植物，稱為C3植物。如小麥、大麥、水稻、棉花、大豆等，許多生存在溫涼或濕潤環(huán)境中的植物均屬此類型。由于此類植物有較高的光呼吸率，因而CO2的固定量較低，光合效率低。2.光合途徑：光合作用途徑不同，影響到初級生產(chǎn)力高低。綠色植69②C4二羧酸途徑:這一途徑在固定CO2時最初形成4個碳原子的草酰乙酸，故稱為C4途徑，以這一途徑固定CO2的植物稱為C4植物。C4植物的光合強(qiáng)度能隨光照強(qiáng)度的增加而不斷增加，而一般C3植物隨光強(qiáng)達(dá)20-50klx時，光合強(qiáng)度便不會增加了。因此，C4植物又稱為高光效植物。②C4二羧酸途徑:這一途徑在固定CO2時最初形成4個碳原子的70③景天酸代謝途徑(CAM)：在荒漠日照強(qiáng)烈和干旱條件下生長的許多肉質(zhì)植物屬于這種代謝途徑類型。白天由于蒸騰作用強(qiáng)烈，需要防止水分大量消耗。它們的氣孔可以完全關(guān)閉。夜間才開放氣孔吸收CO2，先將它固定于四碳雙羧酸中，白天在陽光下，再從四碳二羧酸中釋放出來，供光合碳循環(huán)同化。③景天酸代謝途徑(CAM)：在荒漠日照強(qiáng)烈和干旱條件下生長的71

3.水光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。

3.水光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。72Fig.AnAntarcticdryvalley.Fig.AnAntarcticdryvalley.734.溫度：溫度升高，總光合速率升高，但超過最適溫度則又轉(zhuǎn)為下降；而呼吸速率隨溫度上升而呈指數(shù)上升；結(jié)果使凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型曲線。4.溫度：溫度升高，總光合速率升高，但超過最適溫度則745.營養(yǎng)元素5.營養(yǎng)元素75Fire刺激生長與繁殖。Fire刺激生長與繁殖。76第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件77（二）水域生態(tài)系統(tǒng)1.光：（二）水域生態(tài)系統(tǒng)1.光：78第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動課件792.營養(yǎng)物質(zhì)：由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，海洋生產(chǎn)力偏低。肥沃土壤可含0.5%的氮，1m2土壤表面生長50千克植物（干重）；富饒的海水含氮0.00005%，1m2海水只維持不足5克浮游植物。2.營養(yǎng)物質(zhì)：由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，海洋生產(chǎn)力偏低。80四、初級生產(chǎn)量的測定方法（一）收獲量測定法：陸生定期收獲植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示。以其生物量的產(chǎn)出測定，但位于地下的生物量，難以測定。地下的部分可以占有40%至85%的總生產(chǎn)量，因此不能省略。四、初級生產(chǎn)量的測定方法（一）收獲量測定法：81（二）氧氣測定法通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量。1927年T.Garder,H.H.Gran。1）從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣，分裝在體積為125-300ml的白瓶（透光）、黑瓶（不透光）和對照瓶中；2）黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時間取出。用化學(xué)滴定測定黑白瓶的的含氧量；3）黑瓶為呼吸量，白瓶為凈生產(chǎn)量。（二）氧氣測定法通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量。82植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計測定葉綠素濃度；每單位葉綠素的光合作用是一定的，通過測定葉綠素的含量計算取樣面積的初級生產(chǎn)量。（三）葉綠素測定法植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計測定葉綠素濃度；（三83第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)一、次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程

1.次級生產(chǎn)(secondaryproduction)：消費(fèi)者利用初級生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過同化作用形成自身的物質(zhì)，稱為次級生產(chǎn)，亦稱第二性生產(chǎn)。第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)一、次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程84個體的能量劃分個體的能量劃分85AllocationofenergywithinonelinkofafoodchainAllocationofenergywithinon862.次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程2.次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程87未捕獲（876.1g）獵物種群生產(chǎn)量（886.4g）被捕獲（10.3g）被吃下（7.93g）I未吃下（2.37g）未同化（0.63g）同化（7.3g）A凈次級生產(chǎn)（2.7g）P呼吸（4.6g）R未捕獲（876.1g）獵物種群生產(chǎn)量（886.4g）被捕獲（883.能量收支C=A+FUC：動物從外界攝食的能量A：被同化能量FU：排泄物A=P+RP：凈次級生產(chǎn)量R：呼吸能量3.能量收支C=A+FU89二、次級生產(chǎn)量的測定1.同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量：P=A-R;A=C-FU2.P=Pg+Pr（凈生產(chǎn)量為種群中個體的生長和出生之和）Pr：生殖后代的生產(chǎn)量Pg：個體增重二、次級生產(chǎn)量的測定1.同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量：90三、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率1.消費(fèi)效率：食草動物對植物凈生產(chǎn)量的利用效率。1）植物種群增長率高，世代短，更新快，被利用的百分比高；2）草本植物維管束少，能提供較多的凈初級生產(chǎn)量；3）浮游動物能夠利用的凈初級生產(chǎn)量的比例是最高的。三、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率1.消費(fèi)效率：食草動物對植物凈生產(chǎn)量的912.同化效率草食、碎食動物同化效率低，肉食動物高；2.同化效率草食、碎食動物同化效率低，肉食動物高；923.生長效率肉食動物的凈生長率低于草食動物。不同動物類群有不同的生長效率。3.生長效率肉食動物的凈生長率低于草食動物。934.林德曼效率4.林德曼效率94第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一、熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第一定律EnergyConservationLaw（能量守恒定律）能量既不能創(chuàng)生，也不會消滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。因此，對于生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量，并列出平衡式和編制能量平衡表。第三節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一、熱力學(xué)定律95Duringphotosynthesis,plantscapturetheenergyofsunlightandstoreitinATP,sugar,andotherhigh-energycarbohydratessynthesizedfromcarbondioxideandwater.Oxygenisreleasedasabyproduct.EnergyFlowintheEnvironmentDuringphotosynthesis,plants96EnergyTransferandLossHeatHeatProducerPrimary

ConsumerSecondary

ConsumerDetritus

FeedersHeatChemicalenergyEnergyTransferandLossHeatHe972.熱力學(xué)第二定律

（熵定律）EntropyLaw

熱力學(xué)第二定律表達(dá)有關(guān)能量傳遞方向和轉(zhuǎn)換效率的規(guī)律。在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除了一部分傳遞和作功，總有一部分以熱的形式消散。1）熵（entropy）是系統(tǒng)熱量被溫度除后得到的商，在一個等溫過程中，系統(tǒng)的熵值變化（△S）為：△S=△Q/T。式中，△Q為系統(tǒng)中熱量變化（焦耳），T是系統(tǒng)的溫度（。K）。

2）若用熵概念表示熱力學(xué)第二定律，則①在一個內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中，其熵值只朝一個方向變化，常增不減；