1、生态系统生态学,第12章: 生态系统的能量流动,主要内容,生态系统中的初级生产 生态系统中的次级生产 生态系统中的分解 生态系统中的能流分析 生态系统中的信息传递,1.生态系统的初级生产,初级生产,初级生产：自养生物的生产过程，其提供的生产力为初级生产力。,初级生产的基本概念,初级生产量(primary production)： 生态系统中绿色植物通过光合作用合成有机物质的数量称为初级生产量，也称第一性生产。净初级生产量(net primary production) ： 在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生长和生殖，这部分生产量称净初级生产量。
2、总初级生产量(gross primary production)： GP=NP+R(呼吸),初级生产力,初級生产力(primary productivity)： 植物群落在一定空间一定时间内所生产的有机物质积累的速率称为生产率，或生产力。生物量(biomass): 是指某一时刻调查时单位面积上积存的有机物质，以鲜重或干重表示。现存量(standing crop)： 是指绿色植物初级生产量被植食动物取食及枯枝落叶掉落后所剩下的存活部分。,全球初级生产力分布特点,1. 陆地比水域的初级生产量大。 2. 陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势 3. 海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降
3、低。,全球初级生产力等级,全球初级生产量可划分为三个等级： 生产量极低的区域。生产量1000大卡/m2.yr或者更少。大部分海洋和荒漠属于这类区域。辽阔的海洋缺少营养物质，荒漠主要是缺水。 中等生产量区域。生产量为1000-10000大卡/m2.yr。许多草地、沿海区域、深湖和一些农田属于这类区域。这些地区的生产量居于中等水平。 高生产量的区域。生产量大约为10000-20000大卡/m2.yr或者更多。大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等属于这类区域。,全球生态系统类型的分布,全球陆地的植被指数,全球陆地和海洋生物生产力,全球初级生产量的
4、计算模型,Miami模型： T年均温 R年降水Thornthwaite 纪念模型： E实际蒸散量Chikugo模型： RDI辐射干燥度 Rn陆地表面获得的净辐射,陆地生态系统的净初级生产量的影响因素,初级生产量的测定方法,收获量测定法 定期收获植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物质重量表示。 氧气测定法黑白瓶法 通过氧气变化量测定初级生产量，黑瓶、对照瓶、白瓶。 二氧化碳测定法 通过二氧化碳变化量测定初级生产量，透明罩：测定净初级生产量；暗罩：测定呼吸量。 放射性标记物测定法 放射性元素以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测
5、定放射活性，确定光合作用固定的碳量。 叶绿素测定法 植物定期取样，丙酮提取叶绿素，分光光度计测定叶绿素浓度，每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量。,陆地生态系统类型的净第一性生产力和生物量,初级生产的生产效率,日光利用效率,净初级生产量转化率,2.生态系统的次级生产,次级生产,次级生产：消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢，经过同化作用形成自身的物质，称为次级生产，亦称第二性生产。,未捕获（876.1g）,猎物生产量(886.4g),被捕获（10.3g）,被吃下（7.93g）I,未吃下(2.37g),未同化(0.63g),同化（7.3g）A,净次级生产(
6、2.7g)P,呼吸(4.6g)R,蜘蛛种群的次级生产,生态系统中的次级生产过程,P=C-FU-R P：净次级生产量 C：动物从外界摄食的能量 FU：排泄物 R：呼吸能量,P=Pg+Pr Pr：生殖后代的生产量 Pg：个体增重,次级生产的生态效率,消费效率：食草动物对植物净生产量的利用 植物种群增长率高，世代短，更新快，被利用的百分比高； 草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量； 浮游动物利用的净初级生产量比例最高。同化效率 草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高。生产效率 不同动物类群有不同的生长效率，无脊椎动物生产效率较高。,一个线性食物链的各营养级间的能量流,3.生态效率,回顾,营养级间
7、的物质传递DDT,生态效率的概念和类型,生态效率 营养级内和营养级间的能量传递效率生态效率类型 同化效率 生产效率 消费效率 林德曼效率,生态效率的计算参数,摄取量(I)：表示各生物所摄取的能量。 同化量(A)：动物消化道内被吸收的能量，即消费者吸收所采食的食物能；植物光合作用所固定的日光能。 净生产量(P)：生物呼吸消耗后所净剩的同化能量值。 呼吸量(R)：生物在呼吸等新陈代谢和各种活动所消耗的全部能量。,同化效率 (Assimilation efficiency),同化效率Ae 被植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例。 动物往往比植物同化效率
8、高。Ae=An/InAn同化量 In摄食量,生产效率(Production efficiency),生产效率Pe 形成新生物量的能量占同化能量的百分比Pe=Pn/An营养级越高，生长效率越低。植物的生长效率动物。 植物将光合能量大约40%呼吸，60%生长，肉食动物同化能量大约65%用于呼吸，35%用于生长。哺乳动物呼吸消耗的能量最多，大约占同化量的97-99%，只有1%-3%用于净生产量。,消费效率（consumption efficiency）,消费效率Ce 后一营养级摄取的能量占前一营养级净生产的能量比例Ce=In+1/Pn消费效率量度一个营养级对前一营养级的相对取食压力。 一般在20-3
9、5%范围内，其余进入碎屑食物链。,利用效率(use efficiency),Ue=An+1/Pn ? 利用效率的高低，说明前一营养级的净生产量被后一营养级同化多少。,林德曼效率(Lindemans efficiency),林德曼效率Le Le=In+1/In后一营养级所获得的能量占前一营养级获得能量的比例 Le=Ae*Pe*Ce 林德曼效率同化效率生产效率消费效率,林德曼定律,能量沿营养级的移动时，逐级变小，后一营养级获得的能量只能达到前一营养级能量的十分之一左右。,4.生态系统的分解,蜣螂的故事,生态系统中的分解,概念： 死有机物质的逐步降解过程。还原为无机物，释放能量。分解的过程 碎化把尸
10、体分解为颗粒状的碎屑。 异化有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解，从聚合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物成分（如葡萄糖降为CO2和H2O）。 淋溶可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。,分解过程的决定因素,分解者生物的种类 待分解资源的质量 分解时的理化环境条件,分解者生物,微生物 细菌和真菌是主要的分解者 主要分解对象是氨基酸和糖类动物类群 小型土壤动物:包括线虫、轮虫、螨。 不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型。中型土壤动物：包括蝉尾目昆虫、原尾虫、螨类、线蚓类、双翅目幼虫和一些小型鞘翅目昆虫 调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理和加工；大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食
11、枯枝落叶的节肢动物，如千足类、等足类、端足类的蜗牛、蚯蚓等。 是碎裂植物残叶和翻动土壤的主力。对分解和土壤结构有明显影响。,资源质量与分解作用的关系,理化环境对分解作用的影响,温度高、湿度大的地带，有机质分解速率高，低温干燥地带，分解速率低。 分解生物的相对作用：无脊动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地带性的变化规律。低纬度热带地区起作用的主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带；高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小。,5.生态系统的能流分析,生态系统中的能量流动的基本规律,热力学第一定律 能量可从一种形式转换成另一种形式，但能量即不能增加也不会减少。 A
12、=B+C热力学第二定律 自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。 任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的能绝不会全部转换成另一种形式的能。 A1A2A3,生态系统中能量流动的特点,越流越细：能量在流动过程中逐渐耗散。 单向流动，不可逆。,一个牧食食物链的能流分析,银泉生态系统的能流分析,一个湖泊生态系统的能流分析,一个人工林生态系统的能流分析,为什么研究生态系统的能量流动？,一个普适的生态系统能流模型(Odum, 1959),5.生态系统的信息传递,生态系统中的信息,与植物有关的信息 阳光与植物间的信息联系植物的形态建成，即它的生长和分化的功能，受到阳光信息控制。例如，黑暗中
13、生长的马铃薯或豌豆幼苗，在生长过程中，每昼夜只需要曝光5-10分钟，便可使幼苗的形态转为正常。 植物与植物间的信息交流他感作用，植物产生次生代谢物在植物生长过程中通过信息抑制其他植物的生长发育并加以排除的现象。 植物和动物间的信息交流植物通过形态、生理生化和生态对策等各方面，向动物发出信息，保护自己免受侵袭，例如刺、次生代谢物(色、香、味)、花朵的色彩等。,与动物有关的信息通讯 视觉信号通讯萤火虫的闪光信号系统 声音信号通讯昆虫、鸟类、哺乳动物 化学信号通讯化学信号物质，如昆虫的性激素、追踪信息素；哺乳动物的皮肤腺(气味源) 触觉信号通讯蜘蛛 舞蹈信号通讯社会性昆虫，如蚂蚁、蜜蜂,生态系统中的
14、信息传递,生态系统中信息传递方式 物理信息及其传递：以物理过程为传递形式的信息，如光、声音、颜色等。 化学信息及其传递：生物代谢产生的一些物质，尤其是各种腺体分泌的各类激素等均属传递信息的化学物质。 行为信息：许多同种动物，不同个体相遇，时常会表现有趣的行为，如蚂蚁和蚜虫，蜜蜂间。 营养信息：在生态系统中，食物链、食物网代表一种信息传递系统。 信息传递是双向的，正是由于信息流，生态系统产生了自动调节机制。,种群的数量调节与反馈信息传递的表现？,生态系 统稳态,生态系统存在负反馈环与信息传递有关？,输 入, 向偏离, 向偏离, 向调整, 向调整,输 出,小结:,生态系统中的初级生产 生态系统中的次级生产 生态系统中的分解 生态系统中的能流分析 生态系统中的信息传递,
