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1、Chapter 10,Page 1,第十章 生态系统的能量流与信息流,第一节 生态系统的初级生产 第二节 生态系统的次级生产 第三节 生态系统中的分解 第四节 生态系统中的能量流动 第五节 生态系统中的信息流,Chapter 10,Page 2,一、初级生产的基本概念,初级生产量或第一性生产量（primary production） 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质.,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呼吸消耗掉，剩下的用于植物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产量。,总初级生产量（gross primary
2、production）,GP = NP + R NP = GP R,生产量:指单位时间单位面积上的有机物质生产量。,生物量：指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物 质，单位是克(干重)/m2或J/m2。,第一节 生态系统中的初级生产,T,Chapter 10,Page 4,二、初级生产力的分布,Chapter 10,Page 5,海洋净初级生产力的季节变动是中等程度的，而陆地生产 力的季节波动则明显的大，夏季比冬季平均高60%。,Chapter 10,Page 6,生态系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。,早期由于植物生物量很低，初级生产量不高。,一般森林在叶面积指数达到4时，净初级生
3、产量最高,但当生态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然生物量接 近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。,水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。,如森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低。 水体也有类似的规律，不过水面由于阳光直射，生产量 不是最高，最高的是深数m左右，并随水的清晰度而变化。,Chapter 10,Page 7,二、初级生产的生产效率,Chapter 10,Page 8,（1）陆地生态系统,光、CO2、水和营养物质是初级生产量的基本资源，温度是影响 光合效率的主要因素，而食草动物的捕食减少光合作用生物量。,三、初级生产量的限制因素,Chapter 10,Pa
4、ge 9,富养化,N,P造成湖泊富养化的主要营养物质。,蓝绿藻大量繁殖,淡水生态系统,（2）水域生态系统,蓝绿藻无锡太湖区,Chapter 10,Page 10,海洋生态系统,光：是限制海洋初级生产量的一个重要因子。,1米深处，50%的光被吸收；20米深处，仅有5-10%的光。,浮游植物的净生产力 的计算公式：,其中：P为浮游植物的净初级生产力的表示；R为相对光合作用率；k为每米深光的衰变系数；C为每立方米海水所含叶绿素的克数。,营养物质：,N、P为主要限制因子，但却分布在深水层中。,肥沃的土壤可含5%的有机质和0.5%的N，可生长50kg/m2（干重）； 富饶的海水只有0.00005%的N，
5、只能维持不足5g /m2 （干重）的浮游植物的生存。,Chapter 10,Page 11,（1）收获量测定法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。,（2）氧气测定法(黑白瓶法)：总光合量净光合量呼吸量,（3）CO2测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。,（5）放射性标记物测定法：把具有14C的碳酸盐(14CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C，因此，还要用“暗吸收”加以校正。,（4）叶绿
6、素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。,四、初级生产量的测定方法,Chapter 10,Page 12,次级生产量的一般生产过程可以概括于下面的图解中：,次级生产量的生产过程,对一个动物种群来说，其能量收支情况可以用下列公式表示： C = A + F U 其中C代表动物从外界摄食的能量，A代表被同化能量，FU代表粪、尿能量。 A项又可分解如下： A = P + R 其中P代表净生产量，R代表呼吸能量。综合上述两式可以得到： P = C F U R,第二节 生态系统中的次级生产,Chapter 10,Page 13,一、分解过程的性质,无机的元素
7、从有机物质中释放出来，称为矿化。,分解作用是一个很复杂的过程，它包括碎裂、异化和淋溶三个过程的综合。 由于物理的和生物的作用，把尸体分解为颗粒状的碎屑称为碎裂； 有机物质在酶的作用下分解，从聚合体变成单体，例如由纤维素变成葡萄糖，进而成为矿物成分，称为异化； 淋溶则是可溶性物质被水所淋洗出，是一种纯物理过程。 在尸体分解中，这三个过程是交叉进行、相互影响的。,第三节 生态系统中的分解,Chapter 10,Page 14,分解过程是由一系列阶段所组成的，从开始分解后，物理的和生物的复杂性一般随时间进展而增加，分解者生物多样性也相应增加。,分解者中有些具特异性，只分解某一类物质，另一些无特异性，
8、对整个分解过程起作用。,随分解过程的进展，分解速率逐渐降低，待分解的有机物质的多样性也降低，直到最后只有矿物的元素存在。,最不易分解的是腐殖质，它主要来源于木质。,Chapter 10,Page 15,二、分解者生物：细菌、真菌、动物,三、资源质量与分解作用的关系,待分解资源在分解者生物的作用下进行分解，因此资源的物理和化学性质影响着分解的速度。 资源的物理性质包括表面性和机械结构； 资源的化学性质则随其化学组成而不同。,Chapter 10,Page 16,营养物质的浓度影响分解过程。,如，分解者生物身体组织中含N量高，其CN约为101，即微生物生物量每增加11g就需要有1gN的供应量。 但
9、大多数待分解的植物组织其含N量比此值低得多，CN为40801。 因此，N的供应量就经常成为限制因素，分解速率在很大程度上取决于N的供应。 而待分解资源的CN比，常可作为生物降解性能的测度指标。最适CN比大约是25301。,Chapter 10,Page 17,四、理化环境对分解的影响,一般说来，温度高、湿度大的地带，其土壤中的分解速率高， 而低温和干燥的地带，其分解速率低，因而土壤中易积累有机物质。,在同一气候带内局部地方也有区别，它可能决定于该地的土壤类型和待分解资源的特点。 例如受水浸泡的沼泽土壤，由于水泡和缺氧，抑制微生物活动，分解速率极低，有机物质积累量很大，这是沼泽土可供开发有机肥料
10、和生物能源的原因。,Chapter 10,Page 18,Chapter 10,Page 19,第四节 生态系统的能量流动,一、研究能量传递规律的热力学定律 生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的传递、转换遵循热力学的两条定律： 第一定律：能量守恒定律，能量可由一种形式转化为其他形式的能量，能量既不能消灭，又不能凭空创造。 第二定律：熵律，任何形式的能（除了热）转化到另一种形式能的自发转换中，不可能100被利用，总有一些能量作为热的形式被耗散出去。,Chapter 10,Page 20,对生态系统中的能量流动进行研究可以在食物链和生态系统层次上进行，所获资料可以互相补充，有助于了解生态系统
11、的功能。 在食物链层次上进行能流分析是把每一个物种作为能量从生产者到顶位消费者移动中的一个环节，当能量沿着一个食物链在几个物种间流动时，测定食物链每一环节上的能量值，就可提供 生态系统内一系列特点上能流的详细和准确资料。,二、食物链层次的能流分析,Chapter 10,Page 21,Chapter 10,Page 22,二、生态系统层次的能流分析,依据物种的主要食性，将每个物种都归属于一个特定的营养级，然后精确地测定每一个营养级能量的输入值和输出值。,Chapter 10,Page 23,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，确定消费者的
12、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。,Chapter 10,Page 24,能量单位：cal cm-2 a 1 。 呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5总初级生产量111.0，能量守恒,总初级生产量 111.0,植食动物 15.0,肉食动物 3.0,分解 3.0,分解 0.5,分解 微量,呼吸23.0,呼吸4.5,呼吸1.8,未利用70.0,太阳能118872,未利用7.0,未利用1.2,未吸收的能118761,美国明尼达
13、州塞达波格湖的能流分析 波格湖生态系统营养动态简图,Chapter 10,Page 25,波格湖生态系统能量金字塔,3.0 cal cm-2 a 1,111.0 cal cm-2 a 1,15.0 cal cm-2 a 1,Chapter 10,Page 26,森林生态系统的能流,Chapter 10,Page 27,生态系统的能流模型,Chapter 10,Page 28,第五节 生态系统中的信息流,一、信息 信息，源于通讯工程科学，通常指包含情报、信号、消息、指令、数据、图象等传播形式中新的知识 内容。 在生态系统中，环境可以看作一种信息源，如温度、光照、季节的变化，动物的行为、植物的化学行为等 信息流使生态系统产生了自动调节机制,Chapter 10,Page 29,二、信息传递 1、分类：物理信息、化学信息、行为信息和营养信息 2、物理信息： (1)光信息 (2)声信息 (3)电信息 鱼类放电现象 (4)磁信息 鸽子磁与飞行 3 化学信息 (1)动植物间的化学信息 花粉与蜜蜂 (2)动物间的化学信息 动物的性信息素、尿标记领地 (3)植物间的化学信息 植物化感作用 4 行为信息 5营养信息 食物链中的营养级间能流和物质循环关系,