生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)

1、第二節(jié)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán) 地球上生命的存在完全依賴與生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，違者不可分割，緊密結(jié)合為一個(gè)整體，成為生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力核心。能量單向流動(dòng)和物質(zhì)周而復(fù)始的循環(huán)，是一切生命活動(dòng)的齒輪，是生態(tài)系統(tǒng)的基本功能。u能量來(lái)源于太陽(yáng) （1） 熱能，溫暖大地，推動(dòng)水分循環(huán)，產(chǎn)生空氣和水的環(huán)流 （2）光化學(xué)能，為植物光合作用和固定，形成碳水化合物和其他化合物，成為生命活動(dòng)的能源。一、能量流動(dòng)（一） 能量的基礎(chǔ)知識(shí) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)化，是服從于熱力學(xué)第一定律和第二定律。 熱力學(xué)第一定律就是能量守恒公式在熱力學(xué)中的應(yīng)用。 能量守恒公式：在自然界的

2、一切現(xiàn)象中，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，而只能以嚴(yán)格的當(dāng)量比例，有一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Q=Q-W也可以表達(dá)為： 熱力學(xué)第二定律：非生命的自然界發(fā)生變化，都不必借助于外力的幫助而能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，都不必借助于外力的幫助而能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)， 即自發(fā)過(guò)程或自動(dòng)過(guò)程。 即自發(fā)過(guò)程或自動(dòng)過(guò)程 。 熱自發(fā)的從高溫物體 傳到低溫物體，直到兩者溫度相等。 傳到低溫物體，直到兩者溫度相等。 當(dāng)頂級(jí)生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí) ， 即自由能最小 或等于零， 熵值最大。 或等于零 ， 熵值最大 。 系統(tǒng)能夠自發(fā)地向頂級(jí) 方向發(fā)展， 到自由能最小和熵值最大時(shí)為限度。（二）生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)1.初級(jí)生產(chǎn)

3、和次級(jí)生產(chǎn) 初級(jí)生產(chǎn)（primary production）：生 態(tài)系統(tǒng)通過(guò)光合作用 進(jìn)行能量積累的過(guò)程。 態(tài)系統(tǒng)通過(guò)光合作用進(jìn)行能量積累的過(guò)程。 初級(jí)生產(chǎn)力（primary productivity）： 初級(jí)生產(chǎn)積累能量的速率。 初級(jí)生產(chǎn)積累能量的速率。 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，都以 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，初級(jí)生產(chǎn)為基礎(chǔ)， 初級(jí)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，它又是生態(tài)系統(tǒng)能源的 基礎(chǔ)。初級(jí)生產(chǎn)就是植物光合作用過(guò)程，其公式為 能量轉(zhuǎn)變?yōu)?12 kcal/mol。（詳細(xì)見書）（ 2 ）總 初 級(jí) 生 產(chǎn) （ gross primary production）: 植物光合作用中固定的總太 陽(yáng)能。 凈初

4、級(jí)生產(chǎn) (net primary production)：初級(jí)生產(chǎn)減去去植物呼吸所消耗的能量。 總初級(jí)生產(chǎn)僅僅能利用總太陽(yáng)能的 3.6% ， 減去呼吸作用所消耗的能量，僅僅有2.4% 的總太陽(yáng)能用于凈生產(chǎn)力，總太陽(yáng)能用于凈生產(chǎn)力 ， 絕大部分太陽(yáng)能不為植物利用而被丟失。 水生生態(tài)系統(tǒng)的有效能量利用，能提供給凈 水生生態(tài)系統(tǒng)的有效能量利用， 生產(chǎn)的不過(guò)0.52%。荒地能量的估算指出， 生產(chǎn)的不過(guò)0.52%?；牡啬芰康墓浪阒赋觯詈笥糜谏a(chǎn)力的只有1.2%。 （見圖2-4）各種生態(tài)系統(tǒng)類型總生產(chǎn)力（Pg）估算千卡/米2*日） 生態(tài)系統(tǒng)類型 Pg（千卡/（米2*日）沙 漠 2 一般的森林 海 洋 4 農(nóng) 業(yè) 1240大 陸 架 濕 草 地草 地 212 泉冷氣侯森林 珊 瑚 礁 40100 系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力隨發(fā)育年齡而改變 （2）次級(jí)生產(chǎn)（secondary production）：次級(jí)生產(chǎn)（ production）：除初級(jí)生產(chǎn)之外的其他有機(jī)體的生產(chǎn)， 即消費(fèi)者和還原者利用初級(jí)生產(chǎn)量進(jìn)行同化作（assimilation）。 消費(fèi)者的次級(jí)生產(chǎn)僅僅利用初級(jí)生產(chǎn)能量的很小部分。這樣便產(chǎn)生了生態(tài)效率（ecology efficiency）。 生態(tài)效率：在一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)內(nèi)，同化作用的能量