1、21:14:56,1,第二节 生态系统的能量流动,一、生态系统的生物生产二、生态系统中的分解三、生态系统的能流过程,21:14:56,2,一、 生态系统的生物生产,生物生产的基本概念生物生产生物量与生产量初级生产总初级生产与净初级生产影响初级生产的因素次级生产次级生产的过程次级生产的生态效率,21:14:56,3,（一）、生物生产的基本概念,1.生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。2.初级生产：生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生
2、产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产（primary production），或第一性生产。3.次级生产：初级生产以外的生态系统生产，即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质，称为次级生产（secondary production），或第二性生产。,21:14:56,4,4. 生物量和生产量,生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机体的量.它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量）或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。 现存的生物量以B表示。现存生物量通
3、常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J m-2 )。生产量(production):一定时期内有机物质增加的总重量。某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量，它是时间上积累的概念。生产力(productivity)：是指单位时间单位面积上的有机物质生产量。 gm-2.a-1 即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产力和生产率视为同义语，有的则分别给予明确的定义。生物量和生产量是不同的概念。前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内（单位时间）生态系统中生产的生物量。,21:14:56,5,（二）、初级生产,
4、初级生产过程可用下列方程式概述： 光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量)，常用的单位：J m -2 a-1 或 gDW m -2 a-1；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的（R），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下： GPNP+R ； NPGPR,1.总初级生产与净初级生产,21:14:56,6,2.影响初级生产的因素,NP,R,CO2,光
5、,H2O,营养,取食,O2温度,陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质(物质因素) 、氧和温度(环境调节因素)六个因素决定的。,污染物,光合作用生物量,GP,21:14:56,7,2.影响初级生产的因素,植物群落呼吸损失掉的能量变化幅度在1590以上。,初级生产的损失量从极地到热带如何变化？,损失量从极地到热带逐次提高。原因：温度增高，尤其是夜晚温度高。从而影响植物产量。,21:14:56,8,3.初级生产力的变化,奥德姆根据初级生产力将生态系统划分为4级： 最低：荒漠和深海。 较低：山地森林、热带稀树草原、某些临时农耕地、半干旱草原、深湖和大陆架。 较高：热带雨林，长久性农
6、耕地和浅湖。 最高：少数特殊的生态系统（农业高产田、 河漫滩、三角洲、珊瑚礁、红树林）。,21:14:56,9,海洋中，由河口湾到大陆架到大洋区，单位面积净初级生产量和生物量有趋于降低的趋势。陆地上，由热带雨林向温带常绿阔叶林、落叶林、北方针叶林、稀树草原、温带草原、荒漠依次减少。,21:14:56,10,（三）、次级生产,净初级生产量是生产者以上个营养级所需能量的唯一来源。,21:14:56,11,1.次级生产的基本过程,次级生产过程模型,食物资源,未采食,拒食,未食,粪便(Fu),呼吸(R),分解,被采食,可利用,食用(I),同化(A),动物产品产生能量(P),潜在能量,保持能量,损失能量
7、,I=A+FuA=P+RI=P+Fu+RP=C-Fu-R,21:14:56,12,2.次级生产的生态效率,（1）、消费效率消费效率=n+1营养级的消费能量/n营养级的净生产量 草原生态系统中的植食动物通常比森林生态系统中的植食动物能利用较多的初级生产量。在水生生态系统中，食植物的浮游动物甚至可以利用更高比例的净初级生产量。 1975年，Whittaker对不同生态系统中净初级生产量被动物利用的情况提供了一些平均数据，热带雨林大约有7的净初级生产量被动物利用，温带阔叶林为5，草原为10，开阔大洋40和海水上涌带35。可见，在森林生态系统中，净生产量的绝大多数都通向了碎屑食物链。,21:14:56
8、,13,2.次级生产的生态效率,（2）、同化效率同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能或 =被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量肉食动物的同化效率要高于植食动物,21:14:56,14,2.次级生产的生态效率,（3）、生产效率生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量大型动物的生长效率要低于小型动物，老年动物的生长效率要低于幼年动物。随着营养级的增加，呼吸消耗所占的比例也相应增加，因而导致在肉食动物营养级净生产量的相应下降 。,21:14:56,15,素食者比肉食者节约能源,2.次级生产的生态效率,林德曼效率（Lindemans efficiency）是指n+1营养级所获得的能量占
9、n营养级获得能量之比。,21:14:56,16,二、 生态系统中的分解,（一）、分解的性质死有机物逐步降解的过程。 无机元素从有机物释放出来，称为矿化。 包括碎裂（物理生物）、异化（酶）和淋溶（物理） 三个过程交叉进行，相互影响。,21:14:56,17,（二）、影响分解的因素,分解过程的特点和速率，取决于资源的质量、生物的种类和理化环境条件三方面。,21:14:56,18,1.分解的资源质量单糖分解快，半纤维素，纤维素和木质素难于分解。营养物质的浓度C/N=25-30/1,21:14:56,19,2.分解者生物的种类,(1)细菌和真菌（2）动物：土壤原生动物、线虫、轮虫,21:14:56,2
10、0,3.分解时的理化环境条件,21:14:56,21,（三）生态系统中分解的意义,资源分解的意义：理论意义：通过死亡物质的分解，使营养物质再循环，给生产者提供营养物质；维持大气中二氧化碳的浓度；改善土壤物理性状，改造地球表面物理状态，稳定和提高土壤有机质含量；实践意义：粪便处理污水处理,21:14:56,22,澳大利亚引进异地金龟处理牛粪,澳洲大陆距今14000万（1.4亿）年前就与其他陆地隔离，生物区系独特，当地繁殖的最大兽类是有袋类的大袋鼠。移民于1788年运去了第一批5头奶牛和2头公牛，到19世纪未牛的数量超过4500万头。如以每头牛一昼夜排便10次计算，每天就有4.5亿堆又大又湿的牛粪
11、。而当地的金龟子主要取食干硬的袋鼠粪，而对软而湿的牛粪不感兴趣。由于当地缺乏分解牛粪的生物，牛粪在草原上风干硬化，几年内都难以分解，日积月积，牛粪数量惊人。牛粪覆盖并破坏大面积草原，形成草原上的一块块秃斑。每年被毁的牧场竟达3600万亩。澳大利亚学者M. H. Wallace(1978) 指出“澳大利亚的牛多，牛粪更多，牛屎多到铺天盖地，如果不到世界各地引种食粪金龟子处理，澳大利亚就将淹没在牛屎堆里。”据实验两头金龟子一前一后，能将100克牛粪在3040小时内，滚成球，埋入土层里，以备子代食用。由于牛粪中的蝇卵需96小时后才能孵化为幼虫，牛粪埋入地下，蝇类无法孵化。因此，金龟子消除了牛粪，又破
12、坏了蝇类滋生的条件。为此，60年代，澳大利亚引入了羚羊粪蜣(Onthophagus gazella)和神农蜣螂(Catharsius molossus)等异地金龟，对分解牛粪发挥了明显的作用。,21:14:56,23,三、 生态系统的能流过程（自学）,热力学定律能流特点能流模型,21:14:56,24,1.生态系统中的能流特点,“单向性”-单向流动,太阳能,“低效性”-逐级递减,21:14:56,25,（1/10法则、10%定律）,“低效性”-逐级递减,“一山不存二虎”？,21:14:56,26,2.生态系统层次上能流研究的步骤,确定组成生态系统生物组成部分的有机体成份； 确定消费者的食性，确
13、定消费者的分类地位； 确定有机体的营养级归属，进而确定：各营养级的生物量，各营养级能量或食物的摄入率，同化率呼吸率由于捕食、寄生等因素而引起的能量损失率； 结合各个营养级的信息，获得营养金字塔或能流图。,21:14:56,27,第三节 生态系统的物质循环,一、 生物地化循环的基本概念二、 水循环三、 气体型循环四、 沉积型循环,21:14:56,28,一、 生物地化循环的基本概念,生物地化循环 生物地化循环的基本术语生物地化循环的类型,21:14:56,29,（一）、生物地化循环(biogeochemical cycle),生态系统从环境中获得的营养物质，在大气圈、水圈、岩圈之间以及生命系统内
14、部的流动和交换称生物地(球)化(学)循环。流动着的物质有着双重使命物质循环不同于能量流动，前者在生态系统中的运动是循环的。生物地化循环不同于地质循环,21:14:56,30,（二）、生物地化循环的基本术语,生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。1.库：是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的。,21:14:56,31,（二）、生物地化循环的基本术语,2.流通率：单位时间、单位面积内通过的营养物质的量称流通率。为了衡量库的特征，以入周转率、周转时间3.周转率流通率库中营养物质总量周转时间库中营养物质总量流通率,21:14:56,32,（三）、生物地化循环的类型
15、,水循环气体型循环沉积型循环,21:14:56,33,1. 水循环(aquatic cycle),（1）水循环的意义：水是所有营养物质的介质；水对物质是很好的溶剂（库）；水是地质变化的动因之一。,21:14:56,34,为什么高处往往比较贫瘠，低地比较肥沃？,由于携带着各种营养物质的水总是从高处往低处流动，所以高处往往比较贫瘠，低地比较肥沃。例如沼泽地和大陆架就是这种最肥沃的低地，也是地球上生产力最高的生态系统之一。,21:14:56,35,水循环示意图,（2）.某地水循环示意图（Clodius and Keller,1951）,21:14:56,36,（3）人类活动对水循环的影响,空气污染和
16、降水；改变地面，增加径流；过度利用地下水；水的再分布。,21:14:56,37,2. 气体型循环(gaseous cycle),（1）氧循环（2）碳循环（3）氮循环（4）特点是贮存库主要是大气和海洋，循环功能完善，其循环具有明显的全球性。,21:14:56,38,（2）碳循环(carbon cycle),碳库碳循环的意义：碳是构成生物有机体的最重要元素，生态系统碳循环研究是系统能量流动的核心问题。人类活动通过化石燃料的大规模使用，造成了对碳循环的严重影响，可能是当代气候变化的重要原因。,21:14:56,39,碳循环(carbon cycle),化,泥碳,煤,大气中CO2,CO2,碳化作用,石
17、油,水生植物光合作用,腐烂,燃料,呼吸作用,光合作用,腐烂,扩散,21:14:56,40,碳循环(carbon cycle),温室效应：由于二氧化碳等温室气体对来自太阳的短波辐射有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射有高度的吸收性，这就有可能导致大气层低处的对流层变暖，而高处的平流层变冷，这一现象称为温室效应。,21:14:56,41,(1) 减少CO2 的排放：提高能源的利用效率发电采用高效先进技术；大力发展不含碳的能源和低碳能源代替煤炭水力发电、核能发电、充分利用各种再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）、天然气、生物能（如沼气利用）等。(2) 大力开展对CO2的吸收，固定和利用海洋交换吸
18、收、陆地植树种草、保护森林植被。,保持碳循环相对平衡的生态对策,21:14:56,42,（3）氮循环(nitrogen cycle),陆地陆地,其它动植物,蓝藻,浅层死有机物,溶解死有机物,土壤中无机氮库,丢失于深层沉积中,动植物活体,共生或自由生活的固氮微生物,死有机体,陆地,河流带走,生物固氮,大气库N2,大气库HN3,NO,NO2, N2O ，,工业固氮（汽车,化肥,电厂）,脱氮,闪电,化学反应,海洋,火山作用,降水,大气,21:14:56,43,（4） 沉积型循环(sedimentary cycle),磷循环硫循环特点是：分子或化合物无气体形态，以固体颗粒存在；贮存库主要是岩石、沉积物
19、、土壤等；循环过程缓慢；循环是非全球性的，容易出现局部短缺。,21:14:56,44,磷循环（phosphorus cycle）,沉积型循环,沉积物中的磷（约为土壤和海洋中千倍以上）,陆地,海洋,死有机物,土壤中的无机磷,活有机物,死有机物,深海的磷,活有机物,捕鱼,鸟粪,悬浮在水中随河水带走,摄取,排泄死亡,下,沉,分解,沉积,溶解于水,上升风化,开采,摄取,排泄死亡,上涌,21:14:56,45,硫循环（sulfur cycle）,陆地,海洋,沉积物（CaSO4,FeS2）,溶解的SO42-,SO2,H2S,S,CaSO4,FeS2,死有机物,活有机物,SO42-,降水SO2,SO42-,
20、扩散,海浪SO42-,大气,上升，分化,SO2,FeS2,死有机物,活有机物,SO42-,H2S,S,分解,化肥工业SO42-,摄取,扩散,火山活动H2S ,SO2,SO42-,植物摄取SO2,SO42-,降水SO2,SO42-,化石燃烧,SO2,H2S ,SO2,SO42-,21:14:56,46,第四节 生态系统中的信息及其传递,生态系统的功能除了体现在生物生产过程，能量流动和物质循环外，还表现在系统中各生命成分之间存在着信息传递。信息传递是双向的。环境是生态系统的一种信息源。生态系统中包含多种多样的信息，大致可分为物理信息、化学信息、行为信息和营养信息。,21:14:56,47,1物理信
21、息及其传递光信息光强弱，光质，光照时间长短是重要的光信息。太阳能是光信息的重要初级信源。声信息鸟类婉转多变的叫声；蝙蝠、鲸类发达的声纳定位系统。电信息特别是鱼类，大约有300多种能产生0.22伏微弱电压，电鳗产生的电压能高达600伏。磁信息鱼类遨游迁徙于大海，候鸟成群结队长途飞行都靠动物自己的电磁场与地球磁场互相作用确定方向，方位。,21:14:56,48,2化学信息及其传递动物和植物间的化学信息植物产生气味，不同动物对植物气味有不同反应。蜜蜂取食与传粉靠植物的化学信息息素。动物之间的化学信息动物通过外分泌腺向体外分泌某些信息素。动物可利用信息素标记所表现的领域行为。动物向体外分泌性信息素，以沟通种内两性个体的性信息素交流。植物之间的化学信息化学他感作用。有亲和性的，也有相互拮抗性的。,21:14:56,49,3行为信息和营养信息许多植物的异常表现和动物异常行动传递了某种信息，可通称行为信息。生态系统中，生物的食物链是一个生物的营养信息系统。,
