资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第二节 生态系统的能量流动,初级生产,次级生产,分解,生态系统的能流分析,2,一、生态系统的初级生产,基本概念,地球上初级生产力的分布,生产效率,初级生产量的限制因素,*初级生产量的测定方法,3,（一）基本概念,生产量,生产力（初级、次级）,生物量与现存量,生产力与生物量的关系,4,1.生产量,production,指一定时间内,，某一特定种群、某一营养级或者整个生态系统的有机物质,增加,的,总重,量。单位：,g/m,2,a,不仅包括终期所保留下来的有机物质，而且还应将过去生产而后期损失掉的有机物质计算在内。,收获+未收获+不能收获+转移。,5,总生产量,gross production,指某一时期增加的有机物质，加上呼吸损失的部分。,指总生产量减去呼吸损失的部分。,对于绿色植物来说，生产量称为初级净生产量,N,PP,（net,primary production,）,净生产量,net production,6,2.生产力,productivity,指,单位时间,（通常为一年）,单位面积,的生产量，即生产的速率。,可以分为总生产力和净生产力，,NPP=GPP-R,生产量,与生产力可看作同义词：单位相同，后者更强调速率，使用广泛。,前者,在次级生产中使用。,7,3.生物量,biomass,指任一时间（调查时）单位面积上（种群、营养级或生态系统）积累的有机物质的总重量。以干重,kg/hm,2,或,g/hm,2,或能量以,KJ/m,2,表示。,现存量,（,standing crop,）,：,是指单位面积上当时所测得的生物体的总重量。,通常现存量,=,生物量,但森林生态系统中：现存量为活立木的重量，而生物量为森林中全部生物的重量，包括活的与死的生物。,8,4.净生产力和生物量的关系,NPP=0,，生物量稳定不变；,NPP0,，积累生物量。,9,（二）全球初级生产力的分布,陆地比水域的初级生产量大。,陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势。,海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低。,全球初级生产量可划分为三个等级：,极低的区域,：净初级生产力,250g/m,2,.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。,中等区域,：净初级生产力250-2000g/m,2,.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。,高区域,：净初级生产力2000-3000g/m,2,.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。,10,11,地球上水体生态系统的净初级生产力,g/m,2,.a,12,（三）初级生产的生产效率,呼吸消耗、凋落物消耗等使初级生产的效率低下,湖泊生态系统生产效率低的原因？,随年龄增长，初级生产效率降低,13,总光合效能,%,净光合效能,%,最大量,5,4,平均有利条件,1,0.5,生物圈平均,0.2,0.1,总光合效能和净光合效能,14,各陆地生态系统,总初级生产量,损失于,呼吸,的能量,生态系统,总初级生产量损失于呼吸的能量,净生产效能（净生产量/总生产量*100,弃耕地,玉米地,苜蓿地,欧洲人工林,松栎林,热带雨林,450年花旗松林,15,23,38,39,55,71,93,85,77,62,61,45,29,7,15,最适条件下初级生产量的估计效率,（大卡,/,米,2.,天）,能量输入,能量损失,所占百分数,总入射日光能,5000,100,不能被植物色素吸收部分,2780,-55.8,可被植物色素吸收部分,2220,44.2,植物表面反射,185,-3.7,非活性吸收,220,-4.4,光合可利用的能量,1815,36.1,在有机物合成中未利用的能量,1633,-32.5,总初级生产量（,GP,）,182,3.6,呼吸消耗（,R,）,61,-1.2,净初级生产量（,NP,）,121,2.4,16,生物量在植物体内的分配,根、径、叶、花、果实,为什么森林群落生物环境最稳定？,17,光合作用,(,生物量,),取食,CO,2,H,2,O,光,营养,O,2,+,温度,GP,NP,R,（四）初级生产量的限制因素,18,思考：,不同生态系统初级生产量限制因子,陆地（森林）,草原？,海洋,淡水,19,全球变化对初级生产力的影响,结果表明：中国自然植被的净第一性生产力在,气温,增加2-4C，降水量有增加的条件下均有不同程度的,增加,。,其中,湿润地区增加幅度较大，而干旱及半干旱地区增加幅度较小。,对农业生态系统来说，未来全球气候变化形势是有利的。尽管水涝灾害可能增多。除华南以外，其余地区的粮食单产都将增加。这与CO,2,本身促进光合作用及水热条件更为适宜都有一定关系。,20,全球变化对中国森林生产力影响,未能改变中国,森林初级生产力的地理分布格局,，即从东南向西北森林生产力递减趋势不变，但不同区域增加程度不同。,热带、亚热带的绝大部分地区森林生产力增,1%，部分（北部热带）2%，但在滇南地区增加7%-8%，,高原南缘湿润区增10%,中国暖温带湿润和亚湿润区增2%，暖温带干旱地区和亚湿润区的渭河区增4%-5%,温带绝大部分地区增5%-6%，其中小兴安岭和长白山区增加6%-8%，,寒温带大兴安岭地区增加10%,21,*（五）初级生产力测定的方法,收获法,O,2,法,CO,2,法,PH测定法,原料消耗测定法,同位素标记法,叶绿素测定法,收获量测定法,定期收获植被，烘干至恒重。干物质重量,/a.m,2,氧气测定法,黑白瓶法,黑瓶、对照瓶、白瓶。,二氧化碳测定法,透明罩：测定净初级生产量；暗罩：测定呼吸量。,pH,测定法：水中二氧化碳含量增加改变酸碱度 原理。,原料消耗量测定法：生产过程消耗矿质元素量。,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。,22,二、次级生产,次级生产的生产过程,次级生产量测定,23,（一）次级生产过程及其效率,次级生产是指生态系统初级生产以外的生物有机体的生产，是消费者和分解者利用初级生产所制造的物质和贮存的能量进行新陈代谢，经过同化作用转化成自身物质和能量的过程。,初级消费者(草食动物)营养级,二级消费者(肉食动物)营养级,动物合成效率（,同化效率,）,A的范围通常在0.4-0.8之间。一般兽类为0.6-0.7，但鸟类换羽毛时只有0.06。,生长效率,P/A,为20-40%。,24,不同生态效率特点,消费效率,浮游动物利用的净初级生产量（浮游植物）比例最高。,食草动物对植物净生产量的利用,草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量,植物种群增长率高，世代短，更新快，利用率高；,同化效率,草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高。,生产效率,不同动物类群的生长效率不同，无脊椎动物生产效率较高，可达40%,25,（二）次级生产力测定,同化量-呼吸消耗摄食量-粪尿量-呼吸消耗,Ps=A-R=C-FU-R,其中 R-respiration A-assimilation FU-feces urine,26,三、生态系统中的分解,概念,过程,影响因素,27,28,1.概念,：,死有机物质的逐步降解过程。还原为无机物，释放能量。,2.分解的过程,碎化,把尸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,CO,2,和H,2,O）。,淋溶,可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。,29,3.影响分解过程的因素,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,30,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加工,大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食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。对分解和形成土壤结构有明显影响。,31,资源质量与分解作用,32,理化环境与分解作用,温度、湿度数值与有机物分解速率成正比。,分解生物在不同区域的相对作用,低纬度热带地区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。,无脊椎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。,33,四、生态系统的能流分析,能量流动的特点,普适能流模型,能流分析,森林经营对生态系统能量的影响,34,1.生态系统的能量流动特点,单一方向，不可逆,沿营养级逐级减少,质量（浓度）逐级提高,太阳能（辐射能）,植物（化学能）,动物（机械能）,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。,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。,35,太阳,辐射能,有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。,热 能,化学能,热 能,机械能,活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。,死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。,生态系统中能量的流动特点,能量流动特点：,1“,越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。,2,单向流动，不可逆。,37,2.普适的生态系统能流模型,Odum 1959,两个能量,输入,通道（,日光和有机质,）,三个能量,输出,通道：1.光合作用中,未被固 定的日光能,2.生态系统中生物的,呼吸,3.现成,有机物质的流失,其中有,五个隔室,表示各个营养级和储存库,用粗细不等的能量通道相联接，表示其中的能流数量的多少，,箭头是流动方向,。,38,呼吸,光,合,作,用,植,食,动,物,有机质输出,肉,食,动,物,顶,位,肉,食,分解者,入,射,日,光,能,贮存,输,出,普适的生态系统能流模型,39,3.能流分析及其理论,生态系统能流分析,研究对象：水生生态系统（湖泊、河流、溪水等）？,Cedar Bog,（杉木沼泽）,Silver spring,（银泉）,小生态瓶,（模拟淡水生态系统）,40,Cedar Bog,湖和银泉（,Silver spring,）个生态系统的能流比较,41,赛达伯格湖,Cedar Bog,的能流图解,一个人工林生态系统的能流分析,43,D,DOM,C,NPP,R,D,DOM,C,NPP,R,D,DOM,C,NPP,R,森林,草地,海洋、湖泊浮游生物,河流,D,DOM,C,NPP,R,分解者和消费者在能流中的相对作用,C-,消费者,D-,分解者,DOM-,死有机质,44,4.森林经营对能流的影响,森林生物量的再分配,腐生食物网能量流的变化,草牧食物网能量流的变化,
展开阅读全文