第11章生態(tài)系統(tǒng)中能量流動

第十一章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動能量：做功的能力能量的法則：熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律熱力學(xué)第二定律：熵定律從集中型到耗散型的過程有能量的衰減，沒有任何能量轉(zhuǎn)變過程會自動產(chǎn)生某些能量常常消散為不可利用的熱能，沒有一種能量能夠完全自動轉(zhuǎn)變?yōu)闈撃蹺ntropy：“en”=“in”；“trope”=“transformation”，是能量形態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不可利用熱能的一種量度，也常被用作度量和能量衰減相關(guān)的無序狀態(tài)的指標(biāo)（信息熵）生態(tài)系統(tǒng)中能量存在的形式輻射能：來自光源的光量子以波狀運(yùn)動形式傳播的能量，在植物光化學(xué)反應(yīng)中起著重要的作用；化學(xué)能：化合物中貯存的能量，它是生命活動中基本的能量形式；機(jī)械能：運(yùn)動著的物質(zhì)所含有的能量。動物能夠獨(dú)立活動就是基于其肌肉所釋放的機(jī)械能；電能：電子沿導(dǎo)體流動時產(chǎn)生的能量。電子運(yùn)動對生命有機(jī)體的能量轉(zhuǎn)化是非常重要的；生物能：凡參與生命活動的任何形式的能量均稱為生物能。在生態(tài)系統(tǒng)中，能量的形式不斷轉(zhuǎn)換：如太陽輻射能，通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)榇嬖谟谟袡C(jī)物質(zhì)化學(xué)鍵中的化學(xué)潛能；動物通過消耗自身體內(nèi)貯存的化學(xué)潛能變成爬、跳、飛、游的機(jī)械能。在這些過程中，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。生物有機(jī)體、生態(tài)系統(tǒng)、生物圈都遵循：能夠創(chuàng)造并維持一個內(nèi)部有序的高級狀態(tài)（低熵狀態(tài)，無序程度較低）低熵是從高效能狀態(tài)（如光或食物）轉(zhuǎn)變?yōu)榈托軤顟B(tài)（如熱能）時，能量持續(xù)有效的損失來獲得的。復(fù)雜生物量結(jié)構(gòu)的秩序是通過不斷排除無序的呼吸作用來維持的。是開放的非平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)，通過持續(xù)和外界環(huán)境進(jìn)行能量和物質(zhì)交換，降低自身熵，增加外界的熵（符合熱力學(xué)定律）。2、生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流路徑太陽輻射能是生態(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。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統(tǒng)稱為輔助能。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、風(fēng)力作用、降水和蒸發(fā)作用）和人工輔助能（如施肥、灌溉等）。太陽能動物遷移人為的補(bǔ)充植物動物、植物物質(zhì)中的化學(xué)潛能產(chǎn)品輸出消費(fèi)者和分解者生物有機(jī)體呼吸釋放的熱能輸入生物圈的太陽輻射能量分配（%）反射：30.0直接轉(zhuǎn)換成熱能：46.0蒸發(fā)降水：23.0風(fēng)、波浪、洋流：0.2光合作用：0.8生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的（onewayflowofenergy）。能量以光能的狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境中。能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動，很大部分被各個營養(yǎng)級的生物利用，通過呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動。（獨(dú)特現(xiàn)象：深海裂縫中有完全依賴于地?zé)彷斎氲淖匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)）從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定，再經(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：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；各營養(yǎng)級的同化作用不是百分之百，總有一部分不被同化；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。3、生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)3.1初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率3.2、初級生產(chǎn)量的限制因素(陸地)3.3、初級生產(chǎn)量的限制因素(水域)3.4、初級生產(chǎn)量的測定方法

收獲量測定法氧氣測定法二氧化碳測定法放射性標(biāo)記物測定法葉綠素測定法渦度相關(guān)法測定林冠表面碳通量Sonicanemometer(windspeed)IRGA(CO2/H2O)Li-cor6400withleafand

soilchamberLi-cor8100formeasuringsoilrespirationFreeAirCarbonEnrichment(FACE)ExperimentNPP的間接估算經(jīng)驗?zāi)Ｐ停夯跉夂蛞蜃拥幕貧w模型過程模型光能利用率模型生態(tài)系統(tǒng)過程模型利用遙感估算區(qū)域NPP基于碳水耦合生態(tài)系統(tǒng)過程模型的區(qū)域NPP估算4、生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)4.1、次級生產(chǎn)量的測定P=A–RA=C–FUP=Pg+Pr4.2、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率5、生態(tài)系統(tǒng)中的分解

分解過程淋溶：第一階段破碎化化學(xué)改變真菌細(xì)菌土壤動物：小，中，大型動物L(fēng)t=L0exp(-kt)三個階段的綜合表征控制分解作用的因素溫度：單峰曲線水分：單峰曲線土壤特性：PH值，粘土含量，土壤干擾底物數(shù)量與質(zhì)量:C/N微生物群落組成與酶特性6、生態(tài)系統(tǒng)能流分析6.1、食物鏈層次6.2、實驗種群層次6.3、生態(tài)系統(tǒng)層次

銀泉(1957,H.T.Odum)CedarBog湖(1942,Lindeman)

蘇格蘭松(1962,J.D.Ovington)6.4、生態(tài)系統(tǒng)層次7、生態(tài)系統(tǒng)的能流模型8、生態(tài)系統(tǒng)中的信息及傳遞

物理信息(光、聲、電、磁等)

化學(xué)信息行為信息營養(yǎng)信息思考題地球上各種生態(tài)系統(tǒng)的總初級生產(chǎn)量