生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動

1、2021/3/141n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)n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)n生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的分解n生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動2021/3/142n初級生產(chǎn)的基本概念初級生產(chǎn)的基本概念n地球上初級生產(chǎn)力的分布地球上初級生產(chǎn)力的分布n初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率n初級生產(chǎn)量的限制因素初級生產(chǎn)量的限制因素n初級生產(chǎn)量的測定方法初級生產(chǎn)量的測定方法2021/3/143n生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程:n生產(chǎn)者通過光合作用合成復雜的有機物質(zhì)生產(chǎn)者通過光合作用合成復雜的有機物質(zhì),使植物的生物量使植物的生物量(包括個體包括個體數(shù)量和生長數(shù)量和生長)增加增加n

2、消費者攝食植物已經(jīng)制造好的有機物質(zhì)消費者攝食植物已經(jīng)制造好的有機物質(zhì)(包括直接的取食植物和間接包括直接的取食植物和間接的取食食草動物和食肉動物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通過消化、吸收在合成為自身所需的有機物質(zhì)機物質(zhì),增加動物的生產(chǎn)量增加動物的生產(chǎn)量n初級生產(chǎn)初級生產(chǎn):自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過程,其提供的生產(chǎn)力為初級生產(chǎn)力其提供的生產(chǎn)力為初級生產(chǎn)力n次級生產(chǎn)次級生產(chǎn):異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程異養(yǎng)生物再生產(chǎn)過程,提供的生產(chǎn)力為次級生產(chǎn)力提供的生產(chǎn)力為次級生產(chǎn)力2021/3/144n初級生產(chǎn)量初級生產(chǎn)量:綠色植物通過光合作用合成有機物質(zhì)的數(shù)量稱為初級生綠色植物

3、通過光合作用合成有機物質(zhì)的數(shù)量稱為初級生產(chǎn)量產(chǎn)量,也稱第一性生產(chǎn)量也稱第一性生產(chǎn)量n淨初級生產(chǎn)量淨初級生產(chǎn)量:初級生產(chǎn)過程植物固定的能量一部分被植物自己的呼初級生產(chǎn)過程植物固定的能量一部分被植物自己的呼吸消耗掉吸消耗掉,剩下的可用于植物的生長和生殖剩下的可用于植物的生長和生殖,這部分生產(chǎn)量成為淨初級這部分生產(chǎn)量成為淨初級生產(chǎn)量生產(chǎn)量(NP)n總初級生產(chǎn)量總初級生產(chǎn)量:初級生產(chǎn)過程植物固定的能量的總量初級生產(chǎn)過程植物固定的能量的總量 GP=NP+Rn初級生產(chǎn)力初級生產(chǎn)力:植物群落在一定空間一定時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機物質(zhì)積累植物群落在一定空間一定時間內(nèi)所生產(chǎn)的有機物質(zhì)積累的數(shù)量的數(shù)量 n生物量生物量:

4、是指某一時刻單位面積上積存的有機物質(zhì)的量。以鮮重或干是指某一時刻單位面積上積存的有機物質(zhì)的量。以鮮重或干重表示重表示n現(xiàn)存量現(xiàn)存量: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所剩下的存活部分 SC=GP-R-H-D2021/3/1452021/3/146n不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同n陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大n陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢n海洋中初級生產(chǎn)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低海洋中初

5、級生產(chǎn)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低n生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化n水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化n初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化2021/3/1472021/3/148n不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同n陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大n陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢n海洋中初級生產(chǎn)力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)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低n生態(tài)系統(tǒng)的初級生

6、產(chǎn)力隨群落的演替而變化生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化n水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化n初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化2021/3/149aquatic ecosystems2021/3/1410n不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同不同生態(tài)系統(tǒng)類型的初級生產(chǎn)力不同n陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大陸地比水域的初級生產(chǎn)力總量大n陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢陸地上初級生產(chǎn)力有隨緯度增加逐漸降低的趨勢n海洋中初級生產(chǎn)力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)力由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低n生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變

7、化生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力隨群落的演替而變化n水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有垂直變化n初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化初級生產(chǎn)力隨季節(jié)變化2021/3/14112021/3/1412n生產(chǎn)力極低的區(qū)域生產(chǎn)力極低的區(qū)域:1000kcal/m2.yr或者更少或者更少n大部分海洋和荒漠大部分海洋和荒漠;遼闊的海洋缺少營養(yǎng)物質(zhì)遼闊的海洋缺少營養(yǎng)物質(zhì),荒漠主要是缺水荒漠主要是缺水n中等生產(chǎn)力區(qū)域中等生產(chǎn)力區(qū)域:1000-10000kcal/m2.yrn許多草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田許多草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田n高生產(chǎn)力的區(qū)域高生產(chǎn)力的區(qū)域:10000-20000kcal/m2

8、.yr或者更多或者更多n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、熱帶雨林和精耕細作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等細作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等n得到了額外的自然能量和營養(yǎng)物質(zhì)得到了額外的自然能量和營養(yǎng)物質(zhì)n熱帶森林面積占熱帶森林面積占5%,生產(chǎn)力占生產(chǎn)力占28%n水域、河口灣、海藻床和珊瑚礁等面積占水域、河口灣、海藻床和珊瑚礁等面積占0.4%,生產(chǎn)力占生產(chǎn)力占2.3%n赤道附近區(qū)域、北、南半球中溫帶赤道附近區(qū)域、北、南半球中溫帶2021/3/14132021/3/14142021/3/1415n生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率=被固定的光能被固定的

9、光能/入射光能入射光能n(1)玉米地玉米地n(2)荒地荒地n(3)Mendota湖湖n(4)Cedar Bog湖湖2021/3/14162021/3/1417n總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為1.2%,呼吸占總初級生產(chǎn)量的呼吸占總初級生產(chǎn)量的15.1%。2021/3/1418n總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為0.40%,呼吸占總初級生產(chǎn)量的呼吸占總初級生產(chǎn)量的22.30%。2021/3/1419n總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為總初級生產(chǎn)量與入射日光能的比值為0.10%,呼吸占總初級生產(chǎn)量的呼吸占總初級生產(chǎn)量的21.00%。202

10、1/3/14202021/3/1421n輻射強度和日照時間輻射強度和日照時間:光強升高光強升高,光照時間長光照時間長,提高產(chǎn)量提高產(chǎn)量n光合途徑光合途徑:光合作用途徑的不同光合作用途徑的不同,直接影響初級生產(chǎn)力的高低直接影響初級生產(chǎn)力的高低n水水:光合作用的原料光合作用的原料,缺水顯著抑制光合速率缺水顯著抑制光合速率n溫度溫度:溫度升高溫度升高,總光合速率升高總光合速率升高n營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素n二氧化碳二氧化碳2021/3/1422Fig. Annual average solar radiation reaching the Earths surface.2021/3/1423Fig. Pho

11、tosynthetic rate as a function of light intensity in red oak, a C3 plant, and in pigweed, a C4 plant.2021/3/1424Fig. Change in net productivity along a precipitation gradient.2021/3/1425Fig. An Antarctic dry valley.2021/3/1426Fig. The rate of net primary production as a function of actual evapotrans

12、piration measured in several grassland sites in the US. 2021/3/14272021/3/14282021/3/1429This kind of analysis quantifies the relative limitation effects in a way that allows comparison across nutrients and habitats.2021/3/14302021/3/14312021/3/14322021/3/1433n光光nP=R*C*3.7/k P:浮游植物的凈初級生產(chǎn)力浮游植物的凈初級生產(chǎn)力

13、,R:相對光合率相對光合率,k:光強度隨水深度光強度隨水深度而減弱的衰變系數(shù)而減弱的衰變系數(shù),C:水中的葉水中的葉綠素含量綠素含量n營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì):N/Pn由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì)由于缺乏營養(yǎng)物質(zhì),海洋生海洋生產(chǎn)力偏低產(chǎn)力偏低n肥沃土壤可含肥沃土壤可含0.5%的氮的氮,富富饒的海水含氮量僅為其饒的海水含氮量僅為其0.1n食草動物食草動物2021/3/1434n收獲量測定法收獲量測定法n氧氣測定法氧氣測定法n二氧化碳測定法二氧化碳測定法n放射性標記物測定法放射性標記物測定法n葉綠素測定法葉綠素測定法2021/3/1435n陸生定期收獲植被陸生定期收獲植被,烘干至恒重烘干至恒重n以每年每平方米的干物質(zhì)重

14、量表示以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示n以其生物量的產(chǎn)出測定以其生物量的產(chǎn)出測定,但位于地下的生物量但位于地下的生物量,難以測定難以測定n地下的部分可以占有地下的部分可以占有40%至至85%的總生產(chǎn)量的總生產(chǎn)量,因此不能省略因此不能省略2021/3/1436n通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量通過氧氣變化量測定總初級生產(chǎn)量n1927年年T.Garder, H.H.Gran用于測定海洋生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)用于測定海洋生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量量n從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣從一定深度取自養(yǎng)生物的水樣,分裝在體積為分裝在體積為125-300ml的白瓶的白瓶(透光透光)、黑瓶、黑瓶(不透光不透光)和對照瓶中和對照瓶中n對照瓶測

15、定初始的溶氧量對照瓶測定初始的溶氧量IBn黑白瓶放置在取水樣的深度黑白瓶放置在取水樣的深度,間隔一定時間取出間隔一定時間取出,用化學滴定測定用化學滴定測定黑白瓶的的含氧量黑白瓶的的含氧量DB、LBn計算呼吸量計算呼吸量(IB-DB),凈生產(chǎn)量凈生產(chǎn)量(LB-IB),總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量(LB-DB)2021/3/1437n用塑料罩將生物的一部分套住用塑料罩將生物的一部分套住n測定進入和抽出空氣中的測定進入和抽出空氣中的CO2n透明罩透明罩:測定凈初級生產(chǎn)量測定凈初級生產(chǎn)量n暗罩暗罩:測定呼吸量測定呼吸量2021/3/1438n用放射性用放射性14C測定其吸收量測定其吸收量,即光合作用固定的碳量即光

16、合作用固定的碳量n放射性放射性14C以碳酸鹽的形式提供以碳酸鹽的形式提供,放入含有自然水體浮游植放入含有自然水體浮游植物的樣瓶中物的樣瓶中,沉入水中經(jīng)過一定時間沉入水中經(jīng)過一定時間,濾出浮游植物濾出浮游植物,干燥后干燥后在計數(shù)器測定放射活性在計數(shù)器測定放射活性,然后計算然后計算:14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6n確定光合作用固定的碳量確定光合作用固定的碳量n需用需用“暗呼吸暗呼吸”作校正作校正2021/3/1439n植物定期取樣植物定期取樣n丙酮提取葉綠素丙酮提取葉綠素n分光光度計測定葉綠素濃度分光光度計測定葉綠素濃度n每單位葉綠素的光合作用是一定的每單位葉綠素的光合作用

17、是一定的,通過測定葉綠素的含通過測定葉綠素的含量計算取樣面積的初級生產(chǎn)量量計算取樣面積的初級生產(chǎn)量2021/3/1440n次級生產(chǎn)過程次級生產(chǎn)過程n次級生產(chǎn)量的測定次級生產(chǎn)量的測定n次級生產(chǎn)的生態(tài)效率次級生產(chǎn)的生態(tài)效率2021/3/14412021/3/14422021/3/1443未捕獲未捕獲(876.1g)獵物種群生產(chǎn)量獵物種群生產(chǎn)量(886.4g)被捕獲被捕獲(10.3g)被吃下被吃下(7.93g)I未吃下未吃下(2.37g)未同化未同化(0.63g)同化同化(7.3g)A凈次級生產(chǎn)凈次級生產(chǎn)(2.7g)P呼吸呼吸(4.6g)R2021/3/1444nC=A+FUnC:動物從外界攝食的能

18、量動物從外界攝食的能量nA:被同化能量被同化能量nFU:排泄物排泄物nA=P+RnP:凈次級生產(chǎn)量凈次級生產(chǎn)量nR:呼吸能量呼吸能量2021/3/1445n用同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量用同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量(用攝食量扣除糞尿量估計用攝食量扣除糞尿量估計同化量同化量): P=A-R=(C-FU)-RC:動物從外界攝食的能量動物從外界攝食的能量,A:被同化能量被同化能量,FU:排泄物排泄物,R:呼吸量呼吸量n用個體的生長和繁殖后代的生物量表示凈生產(chǎn)量用個體的生長和繁殖后代的生物量表示凈生產(chǎn)量:P=Pg+Pr Pr:生殖后代的生產(chǎn)量生殖后代的生產(chǎn)量, Pg:個體增重個體增重2021/3/1446n

19、消費效率消費效率:n食草動物對植物凈生產(chǎn)量的利用食草動物對植物凈生產(chǎn)量的利用n植物種群增長率高植物種群增長率高,世代短世代短,更新快更新快,被利用的百分比高被利用的百分比高n草本植物維管束少草本植物維管束少,能提供較多的凈初級生產(chǎn)量能提供較多的凈初級生產(chǎn)量n浮游動物利用的凈初級生產(chǎn)量比例最高浮游動物利用的凈初級生產(chǎn)量比例最高n食肉動物對獵物的消費效率研究較少食肉動物對獵物的消費效率研究較少n脊椎動物捕食者脊椎動物捕食者50100%,無脊椎動物捕食者無脊椎動物捕食者25%n同化效率同化效率n草食、碎食動物同化效率低草食、碎食動物同化效率低,肉食動物高肉食動物高n生長效率生長效率n肉食動物的凈生長

20、率低于草食動物肉食動物的凈生長率低于草食動物n不同動物類群有不同的生長效率不同動物類群有不同的生長效率2021/3/14472021/3/14482021/3/1449n分解過程的性質(zhì)分解過程的性質(zhì)n分解者生物分解者生物n資源質(zhì)量資源質(zhì)量n理化環(huán)境對分解的影響理化環(huán)境對分解的影響2021/3/1450n概念概念:n死有機物質(zhì)的逐步降解過程死有機物質(zhì)的逐步降解過程n將有機物還原為無機物將有機物還原為無機物,釋放能量釋放能量n意義意義:n建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡n通過死亡物質(zhì)的分解通過死亡物質(zhì)的分解,使營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)使營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán),給生產(chǎn)者提供營養(yǎng)物質(zhì)給生

21、產(chǎn)者提供營養(yǎng)物質(zhì)n維持大氣中維持大氣中CO2濃度濃度n穩(wěn)定和提高土壤有機質(zhì)的含量穩(wěn)定和提高土壤有機質(zhì)的含量,為碎屑食物鏈以后各級生物生產(chǎn)食物為碎屑食物鏈以后各級生物生產(chǎn)食物n改善土壤物理性狀改善土壤物理性狀2021/3/1451n碎化碎化:把尸體分解為顆粒狀的碎屑把尸體分解為顆粒狀的碎屑n異化異化:有機物在酶的作用下有機物在酶的作用下,進行生物化學的分解進行生物化學的分解n從聚合體變成單體從聚合體變成單體(如纖維素降解為葡萄糖如纖維素降解為葡萄糖)n進而成為礦物成分進而成為礦物成分(如葡萄糖降為如葡萄糖降為CO2和和H2O)n淋溶淋溶:可溶性物質(zhì)被水淋洗出可溶性物質(zhì)被水淋洗出,完全是物理過程完

22、全是物理過程 2021/3/1452n分解者生物分解者生物n資源質(zhì)量資源質(zhì)量n理化性質(zhì)理化性質(zhì)2021/3/1453n微生物微生物(細菌和真菌細菌和真菌) n主要利用可溶性物質(zhì)主要利用可溶性物質(zhì),氨基酸和糖類的分解產(chǎn)物作為的食物而被吸收氨基酸和糖類的分解產(chǎn)物作為的食物而被吸收n動物類群動物類群n陸地分解者陸地分解者n動物主要是食碎屑的無脊椎動物動物主要是食碎屑的無脊椎動物n小型小型:100m以下以下,不能碎裂枯枝落葉不能碎裂枯枝落葉,屬粘附類型屬粘附類型n中型中型:100m-2mm,調(diào)節(jié)微生物種群的大小和處理和加工大型動物糞便調(diào)節(jié)微生物種群的大小和處理和加工大型動物糞便n大型和巨型大型和巨型:

23、2mm-20mm-, 碎裂植物殘葉和翻動土壤碎裂植物殘葉和翻動土壤,對分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響對分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響n水生系統(tǒng)水生系統(tǒng)n動物的分解過程分為搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等幾個環(huán)節(jié)動物的分解過程分為搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等幾個環(huán)節(jié)n碎裂者碎裂者:以落入河流中的樹葉為食以落入河流中的樹葉為食n顆粒狀有機物質(zhì)搜集者顆粒狀有機物質(zhì)搜集者:一類從沉積物中搜集一類從沉積物中搜集;另一類從水體中濾食有機顆粒另一類從水體中濾食有機顆粒n刮食者刮食者:其口器適應(yīng)在石礫表面刮取藻類和死有機物其口器適應(yīng)在石礫表面刮取藻類和死有機物n以藻類為食的食草性動物以藻類為食的食草性動物n捕食動物捕食動

24、物:以其他物脊椎動物為食以其他物脊椎動物為食2021/3/1454n物理、化學性質(zhì)影響分解速率物理、化學性質(zhì)影響分解速率n物理性質(zhì)物理性質(zhì):表面特性和機械結(jié)構(gòu)表面特性和機械結(jié)構(gòu)n化學性質(zhì)化學性質(zhì):隨其化學組成而不同隨其化學組成而不同n單糖分解快單糖分解快,一年失重一年失重99%半纖半纖維維纖維素纖維素木質(zhì)素木質(zhì)素nC:N2021/3/1455n水熱條件水熱條件n溫度高、濕度大的地帶溫度高、濕度大的地帶,有機質(zhì)分解速率高有機質(zhì)分解速率高n低溫干燥地帶低溫干燥地帶,分解速率低分解速率低n分解速度隨緯度增高而降低分解速度隨緯度增高而降低(熱帶雨林熱帶雨林溫帶森林溫帶森林凍原凍原);n分解生物的相對作

25、用分解生物的相對作用n無脊動物在地球上的分布隨緯度的變化呈現(xiàn)地帶性的變化規(guī)律無脊動物在地球上的分布隨緯度的變化呈現(xiàn)地帶性的變化規(guī)律n低緯度熱帶地區(qū)起作用的主要是大型土壤動物低緯度熱帶地區(qū)起作用的主要是大型土壤動物,其分解作用明顯高其分解作用明顯高于溫帶和寒帶于溫帶和寒帶n高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動物高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動物,它們對物質(zhì)分解起的它們對物質(zhì)分解起的作用很小作用很小2021/3/14562021/3/1457nK=I/XK:分解指數(shù)分解指數(shù),I:死有機物年輸入總量死有機物年輸入總量,X:系統(tǒng)中死有機物質(zhì)現(xiàn)存量系統(tǒng)中死有機物質(zhì)現(xiàn)存量n規(guī)律規(guī)律:n熱帶雨林最高熱帶

26、雨林最高n溫帶草地高于溫帶闊葉林溫帶草地高于溫帶闊葉林n凍原最低凍原最低2021/3/1458n研究能流傳遞的熱力學定律研究能流傳遞的熱力學定律n食物鏈層次上的能流分析食物鏈層次上的能流分析n生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析n異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析n分解者和消費者在能流中的相對作用分解者和消費者在能流中的相對作用2021/3/1459n熱力學第一定律熱力學第一定律(能量守恒定律能量守恒定律):能量既不能創(chuàng)生能量既不能創(chuàng)生,也不會消滅也不會消滅,只只能按嚴格的當量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式能按嚴格的當量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式n生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換

27、和傳遞過程生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程,都可以根據(jù)熱力學第一定律都可以根據(jù)熱力學第一定律進行定量計算進行定量計算,并列出平衡式和編制能量平衡表并列出平衡式和編制能量平衡表2021/3/1460t2021/3/1462n熱力學第二定律熱力學第二定律 (熵定律熵定律) n在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程中,除了一部分傳遞和作功外除了一部分傳遞和作功外,總有一部分總有一部分以熱的形式消散以熱的形式消散,使系統(tǒng)的熵增加使系統(tǒng)的熵增加n熵是系統(tǒng)無序性的指標熵是系統(tǒng)無序性的指標,是系統(tǒng)熱量與溫度之比是系統(tǒng)熱量與溫度之比n若用熵概念表示熱力學第二定律若用熵概念表示熱力學第二定律n內(nèi)能不變的封閉系

28、統(tǒng)中內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中,其熵值只朝一個方向變化其熵值只朝一個方向變化,常增不減常增不減n開放系統(tǒng)的一切過程使系統(tǒng)與環(huán)境熵值之和增加開放系統(tǒng)的一切過程使系統(tǒng)與環(huán)境熵值之和增加n生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng),它不斷地與環(huán)境進行著各種形它不斷地與環(huán)境進行著各種形式能量的交換。通過光合同化式能量的交換。通過光合同化,引入負熵引入負熵;通過呼吸通過呼吸,把正熵把正熵值轉(zhuǎn)出系統(tǒng)值轉(zhuǎn)出系統(tǒng)2021/3/1463熱力學的兩個定律:第一定律:A = B + C第二定律:C A2021/3/1464n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能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來源n太陽輻射中的紅

29、外線的主要作用是產(chǎn)生熱效應(yīng)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)境形成生物的熱環(huán)境n紫外線具有消毒滅菌和促進維生素紫外線具有消毒滅菌和促進維生素D生成的生物學效應(yīng)生成的生物學效應(yīng)n可見光為植物光合作用提供能源可見光為植物光合作用提供能源n輔助能輔助能n輔助能不能直接轉(zhuǎn)換為生物化學潛能輔助能不能直接轉(zhuǎn)換為生物化學潛能,但可以促進輻射能的轉(zhuǎn)化但可以促進輻射能的轉(zhuǎn)化n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極大的輔助作用n輔助能分為自然輔助能輔助能分為自然輔助能(如如潮汐作用、風力作用、降水和

30、蒸發(fā)作用如如潮汐作用、風力作用、降水和蒸發(fā)作用)和人工輔助能和人工輔助能(如施肥、灌溉等如施肥、灌溉等)。2021/3/1465n能量以日光形式進入生態(tài)系統(tǒng)能量以日光形式進入生態(tài)系統(tǒng),以植物物質(zhì)形式貯存起來的能以植物物質(zhì)形式貯存起來的能量量,沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動通過生態(tài)系統(tǒng)沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動通過生態(tài)系統(tǒng),以動物、植物物以動物、植物物質(zhì)中的化學潛能形式貯存在系統(tǒng)中質(zhì)中的化學潛能形式貯存在系統(tǒng)中,或作為產(chǎn)品輸出或作為產(chǎn)品輸出,離開生離開生態(tài)系統(tǒng)態(tài)系統(tǒng),或經(jīng)消費者和分解者生物有機體呼吸釋放的熱能自系或經(jīng)消費者和分解者生物有機體呼吸釋放的熱能自系統(tǒng)中丟失統(tǒng)中丟失n生態(tài)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)是開

31、放的系統(tǒng),某些物質(zhì)還可通過系統(tǒng)的邊界輸入、某些物質(zhì)還可通過系統(tǒng)的邊界輸入、輸出系統(tǒng)。如動物遷移輸出系統(tǒng)。如動物遷移,水流的攜帶水流的攜帶,人為的補充等人為的補充等2021/3/1466n生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的生態(tài)系統(tǒng)能量的流動是單一方向的n能量以光能的狀態(tài)進入生態(tài)系統(tǒng)后能量以光能的狀態(tài)進入生態(tài)系統(tǒng)后,就不能再以光的形式存在就不能再以光的形式存在,而而是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境中是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境中 n從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定從太陽輻射能到被生產(chǎn)者固定,再經(jīng)植食動物再經(jīng)植食動物,到肉食動物到肉食動物,再到大型肉食動物再到大型肉食動物,能量是逐級遞減的過程能量是逐級遞減的過程

32、n各營養(yǎng)級消費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)級消費者不可能百分之百地利用前一營養(yǎng)級的生物量n各營養(yǎng)級的同化作用也不是百分之百的各營養(yǎng)級的同化作用也不是百分之百的,總有一部分不被同化總有一部分不被同化n生物在維持生命過程中進行新陳代謝生物在維持生命過程中進行新陳代謝,總要消耗一部分能量總要消耗一部分能量2021/3/14672021/3/1468PG=208.10PN=88.33A=33.68P=14.78A=3.83P=0.67A=0.21P=0.06A=50.60P=4.60III 分分119.7718.903.160.1346.0025.0,輸出輸出4.86輸入輸入總總/凈生產(chǎn)凈生產(chǎn)呼吸呼吸效率效率0.4260.4400.1760.2860.091營養(yǎng)級營養(yǎng)級總總PNC=20.14R總總187.96單位單位:kcalm-2yr-12021/3/1469未吸收未吸收497228.6R=96.3R=18.8R=