生態(tài)學(xué)-第五章 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)

生態(tài)學(xué)-第五章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)

一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)二、生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)

三、生態(tài)系統(tǒng)中的分解四、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)五、生態(tài)系統(tǒng)中的信息流

一、生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)1、初級(jí)生產(chǎn)的基本概念

初級(jí)生產(chǎn)量或第一性生產(chǎn)量(primaryproduction)植物所固定的太陽能或所制造的有機(jī)物質(zhì).凈初級(jí)生產(chǎn)量(netprimaryproduction):在初級(jí)生產(chǎn)過程中，植物固定的能量有一部分被植物自己呼吸消耗掉，剩下的用于植物生長(zhǎng)和生殖，這部分生產(chǎn)量稱為凈初級(jí)生產(chǎn)量?？偝跫?jí)生產(chǎn)量(grossprimaryproduction)GP=NP+RNP=GP–R生產(chǎn)量:指單位時(shí)間單位面積上的有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)量。生物量：指在某一定時(shí)刻調(diào)查時(shí)單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)，單位是克(干重)/m2或J/m2。

T

2、初級(jí)生產(chǎn)力的分布

海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)變動(dòng)是中等程度的，而陸地生產(chǎn)力的季節(jié)波動(dòng)則明顯的大，夏季比冬季平均高60%。4035

海洋

陸地

凈生產(chǎn)力/105g.a-1

302520151050一季度二季度三季度四季度

生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)量，還隨群落的演替而變化。早期由于植物生物量很低，初級(jí)生產(chǎn)量不高。一般森林在葉面積指數(shù)達(dá)到4時(shí)，凈初級(jí)生產(chǎn)量最高

但當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育成熟或演替達(dá)到頂極時(shí)，雖然生物量接近最大，系統(tǒng)由于保持在一動(dòng)態(tài)平衡中，凈生產(chǎn)量反而最小。

水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量都有垂直變化。如森林，一般喬木層最高，灌木層次之，草被層更低。水體也有類似的規(guī)律，不過水面由于陽光直射，生產(chǎn)量不是最高，最高的是深數(shù)m左右，并隨水的清晰度而變化。

2、初級(jí)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率

3、初級(jí)生產(chǎn)量的限制因素(1)陸地生態(tài)系統(tǒng)

光、CO2、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是初級(jí)生產(chǎn)量的基本資源，溫度是影響光合效率的主要因素，而食草動(dòng)物的捕食減少光合作用生物量。

(2)水域生態(tài)系統(tǒng)淡水生態(tài)系統(tǒng)富養(yǎng)化

N,P造成湖泊富養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

藍(lán)綠藻大量繁殖藍(lán)綠藻無錫太湖區(qū)

海洋生態(tài)系統(tǒng)光：是限制海洋初級(jí)生產(chǎn)量的一個(gè)重要因子。1米深處，50%的光被吸收；20米深處，僅有5-10%的光。浮游植物的凈生產(chǎn)力的計(jì)算公式：

RPC3.7k

其中：P為浮游植物的凈初級(jí)生產(chǎn)力的表示；R為相對(duì)光合作用率；k為每米深光的衰變系數(shù)；C為每立方米海水所含葉綠素的克數(shù)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：N、P為主要限制因子，但卻分布在深水層中。肥沃的土壤可含5%的有機(jī)質(zhì)和0.5%的N,可生長(zhǎng)50kg/m2(干重);

富饒的海水只有0.00005%的N,只能維持不足5g/m2(干重)的浮游植物的生存。

4、初級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定方法

(1)、收

獲量測(cè)定法(2)、氧氣測(cè)定法

(3)、二氧化碳測(cè)定法(4)、放射性標(biāo)記物測(cè)定法(5)、葉綠素測(cè)定法

(1)、收獲量測(cè)定法1)、陸生定期收獲植被，烘干至恒重；

2)、以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示；3)、以其生物量的產(chǎn)出測(cè)定，但位于地下的生物量，難以測(cè)定；4)、地下的部分可以占有40%至85%的總生產(chǎn)量，因此不能省略。

(2)、氧氣測(cè)定法(黑白瓶法)

總光合量=凈光合量+呼吸量

黑瓶對(duì)照瓶(呼吸作用)(消除誤差)

放置于水白瓶樣(凈光合作用)深度處

一定時(shí)間后，測(cè)各瓶的含氧量變化，求初級(jí)生產(chǎn)量

通過氧氣變化量測(cè)定總初級(jí)生產(chǎn)量1927年T.Garder,H.H.Gran用于測(cè)定海洋生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)量：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(duì)照瓶

中；對(duì)照瓶測(cè)定初始的溶氧量IB;黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定時(shí)間取

出，用化學(xué)滴定測(cè)定黑白瓶的的含氧量DB、LB;計(jì)算呼吸量(IB-DB),凈生產(chǎn)量(LB-IB),總生產(chǎn)量(LB-DB)。

(3)、二氧化碳測(cè)定法

(1)用塑料罩將生物群落的一部分套住；(2)測(cè)定進(jìn)入和抽出空氣中的CO2;(3)透明罩：測(cè)定凈初級(jí)生產(chǎn)量；(4)暗罩：測(cè)定呼吸量。

(4)、放射性標(biāo)記物測(cè)定法

1)、用放射性14C測(cè)定其吸收量，即光合作用固定的碳量；2)、放射性14C以碳酸鹽的形式提供，放入含有自然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中經(jīng)過一定時(shí)間，濾出浮游植物，干燥后在計(jì)數(shù)器測(cè)定放射活性，然后計(jì)算：14CO/CO=14CHO/CHO2261266126

3)、確定光合作用固定的碳量；4)、因?yàn)楦∮沃参镌诤诎抵幸材芪?4C,需用“暗呼吸”作校正。

(5)、葉綠素測(cè)定法1)、植物定期取樣；

2)、丙酮提取葉綠素；3)、分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素濃度；4)、每單位葉綠素的光合作用是一定的，通過測(cè)定葉綠素的含量計(jì)算取樣面積的初級(jí)生產(chǎn)量。

二、生態(tài)系統(tǒng)中的次級(jí)生產(chǎn)1、次級(jí)生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程次級(jí)生產(chǎn)量的一般生產(chǎn)過程可以概括于下面的圖解中：

對(duì)一個(gè)動(dòng)物種群來說，其能量收支情況可以用下列公式表示：C=A+FU其中C代表動(dòng)物從外界攝食的能量，A代表被同化能量，F(xiàn)U代表糞、尿能量。A項(xiàng)又可分解如下：A=P+R其中P代表凈生產(chǎn)量，R代表呼吸能量。綜合上述兩式可以得到：P=C–FU–R

次級(jí)生產(chǎn)量

獵物種群生產(chǎn)量(886.4g)未捕獲(876.1g)

被捕獲(10.3g)

被吃下(7.93g)I

未吃下(2.37g)

同化(7.3g)A凈次級(jí)生產(chǎn)(2.7g)P

未同化(0.63g)

呼吸(4.6g)R19

2、次級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定(1)、用同化量和呼吸量估計(jì)生產(chǎn)量(用攝食量扣除糞尿量估計(jì)同化量):P=A-R=(C-FU)-RC:動(dòng)物從外界攝食的能量，A:被同

化能量，F(xiàn)U:排泄物，R:呼吸量(2)、用個(gè)體的生長(zhǎng)和繁殖后代的生物量表示凈生產(chǎn)量:

P=Pg+PrPr:生殖后代的生產(chǎn)量，Pg:個(gè)體增重

3、次級(jí)生產(chǎn)的生態(tài)效率(1)、消費(fèi)效率