生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)

1、第第12章章 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn) 一、初級(jí)生產(chǎn)的基本概念：一、初級(jí)生產(chǎn)的基本概念： 生產(chǎn)過(guò)程：生產(chǎn)者生產(chǎn)過(guò)程：生產(chǎn)者通過(guò)光合作用合成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)，使植物的生物量（包括個(gè)體數(shù)量和生長(zhǎng)）增加；消費(fèi)者消費(fèi)者攝食植物已經(jīng)制造好的有機(jī)物質(zhì)（包括直接的取食植物和間接的取食食草動(dòng)物和食肉動(dòng)物），通過(guò)消化、吸收在合成為自身所需的有機(jī)物質(zhì)，增加動(dòng)物的生產(chǎn)量。 初級(jí)生產(chǎn)（初級(jí)生產(chǎn)（primary production）：）：自養(yǎng)生物的生產(chǎn)過(guò)程，其提供的生產(chǎn)力為初級(jí)生產(chǎn)力。 次級(jí)生產(chǎn)次級(jí)生產(chǎn)(secondary production)：異

2、養(yǎng)生物再生產(chǎn)過(guò)程，提供的生產(chǎn)力為次級(jí)生產(chǎn)力。( (一一) )基本概念基本概念1.1.初級(jí)生產(chǎn)量初級(jí)生產(chǎn)量( (primary production)primary production)：生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物通過(guò)光合作用，吸收和固定太陽(yáng)能，由無(wú)機(jī)物合成、轉(zhuǎn)化成復(fù)雜的有機(jī)物。綠色植物通過(guò)光合綠色植物通過(guò)光合作用合成有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量稱(chēng)為初級(jí)生產(chǎn)量，也稱(chēng)第作用合成有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量稱(chēng)為初級(jí)生產(chǎn)量，也稱(chēng)第一性生產(chǎn)。一性生產(chǎn)。2.2.淨(jìng)初級(jí)淨(jìng)初級(jí)生產(chǎn)生產(chǎn)量量(net primary production) ：在初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程中，植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物的生長(zhǎng)和生殖，這部分生產(chǎn)

3、量。3.3.總總初級(jí)初級(jí)生產(chǎn)生產(chǎn)量量(gross primary production)：GP=NP+R4. 4. 初級(jí)初級(jí)生產(chǎn)生產(chǎn)力力(primary productivity)：植物群落在一定空間一定時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)積累的速率稱(chēng)為生產(chǎn)率(productivity rate)，或生產(chǎn)力(productivity)。5.5.生物量生物量( (biomassbiomass):是指某一時(shí)刻調(diào)查時(shí)單位面積上積存的有機(jī)物質(zhì)(kg/m2)。以鮮重(fresh weight,FW)或干重(dry weight，DW)表示。6.6.現(xiàn)存量現(xiàn)存量( (standing crop)standing cro

4、p)：是指綠色植物初級(jí)生產(chǎn)量被植食動(dòng)物取食及枯枝落葉掉落后所剩下的存活部分。SC=GP-R-H-D（二）全球初級(jí)生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn)（二）全球初級(jí)生產(chǎn)量概況及分布特點(diǎn) 1.陸地比水域的初級(jí)生產(chǎn)量大。陸地比水域的初級(jí)生產(chǎn)量大。 陸地生態(tài)系統(tǒng)約占地球表面1/3，而初級(jí)生產(chǎn)量約占全球的2/3。主要原因是占海洋面積最大的大洋區(qū)缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其生產(chǎn)力很低，平均僅125g/m2.yr，有“海洋荒漠之稱(chēng)”。2.陸地上初級(jí)生產(chǎn)量有隨緯度增加逐漸降低的趨勢(shì)陸地上初級(jí)生產(chǎn)量有隨緯度增加逐漸降低的趨勢(shì) 陸地生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型中，以熱帶雨林生產(chǎn)力為最高，平均為2200g/m2.yr。由熱帶雨林向常綠林、落葉由熱帶雨林向常綠

5、林、落葉林、北方針葉林、稀樹(shù)草原、溫帶草原、寒漠依林、北方針葉林、稀樹(shù)草原、溫帶草原、寒漠依次減少。次減少。初級(jí)生產(chǎn)量從熱帶至亞熱帶、經(jīng)溫帶到寒帶逐漸降低 。一般認(rèn)為，太陽(yáng)輻射、溫度和降水是導(dǎo)致初級(jí)生產(chǎn)量隨緯度增大而降低的原因。 3.海洋中初級(jí)生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)海洋中初級(jí)生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。逐漸降低。 河口灣由于有大陸河流的輔助輸入，它們的凈初級(jí)生產(chǎn)力平均為1500 g/m2.yr，產(chǎn)量較高。但是，所占的面積不大。到大洋區(qū)凈生產(chǎn)量平均為125 g/m2.yr。4.水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量垂直變化水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)量垂直變化 如森林不同層次生產(chǎn)量的排序?yàn)椋?/p>

6、喬木層灌木層草被層。 5.生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)量隨群落的演替而變生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)量隨群落的演替而變化：化：早期植物生物量很低，初級(jí)生產(chǎn)量不高；隨演替進(jìn)行，生物量逐漸增加，生產(chǎn)量也提高；森林一般在葉面積指數(shù)為4時(shí)，凈初級(jí)生產(chǎn)量最高；系統(tǒng)到達(dá)頂極時(shí)，生物量接近最大，但凈生產(chǎn)量反而降低。6.全球初級(jí)生產(chǎn)量可劃分為三個(gè)等級(jí)：全球初級(jí)生產(chǎn)量可劃分為三個(gè)等級(jí)： 生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)量極低的區(qū)域。生產(chǎn)量1000大卡大卡/m2.yr或者更少。大部分海洋和荒漠屬于這類(lèi)區(qū)域。遼闊的海洋缺少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，荒漠主要是缺水。 中等生產(chǎn)量區(qū)域。中等生產(chǎn)量區(qū)域。生產(chǎn)量為1000-10000大卡大卡/m2.yr。許多草地、沿海

7、區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田屬于這類(lèi)區(qū)域。這些地區(qū)的生產(chǎn)量居于中等水平。 高生產(chǎn)量的區(qū)域。高生產(chǎn)量的區(qū)域。生產(chǎn)量大約為10000-20000大卡大卡/m2.yr或者更多?；蛘吒?。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(xì)作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等屬于這類(lèi)區(qū)域。這些地區(qū)得到了額外的自然能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。熱帶森林僅覆蓋地球5%的面積，但生產(chǎn)量幾乎占全球總生產(chǎn)量的28%。有的水域、河口灣、海藻床和珊瑚礁等面積雖僅占0.4%，但其生產(chǎn)量達(dá)全球的2.3%。二、初級(jí)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率二、初級(jí)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率1.不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型初級(jí)生產(chǎn)效率不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型初級(jí)生產(chǎn)效率 生產(chǎn)效率=被固定的光能/入射光

8、能； （1）玉米地 （2）荒地 （3）Mendota湖 （4）Cedar Bog湖1）玉米地）玉米地（2）荒地荒地 總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量與入射與入射日光能日光能的比值的比值為為1.2%，呼吸占呼吸占總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量的的15.1%。（3）Mendota湖湖 總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量與入射與入射日光能日光能的比值的比值為為0.40%，呼吸占呼吸占總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量的的22.30%。（4）Cedar Bog湖湖 總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量與入射與入射日光能日光能的比值的比值為為0.10%，呼吸占呼吸占總初級(jí)總初級(jí)生產(chǎn)量生產(chǎn)量的的21.00%。三、初級(jí)生產(chǎn)量的限制因素三、初級(jí)生產(chǎn)量的限

9、制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)：1.光：光： 光強(qiáng)升高，光合速率直線上升，達(dá)到光飽和點(diǎn)；光照時(shí)間長(zhǎng)，提高產(chǎn)量。Fig. Annual average solar radiation reaching the Earths surface.Fig. Photosynthetic rate as a function of light intensity in red oak, a C3 plant, and in pigweed, a C4 plant.2.光合途徑光合途徑： 光合作用途徑不同，直接影響到初級(jí)生產(chǎn)力的高低。綠色植物利用光能固定CO2的途徑有三種。 C3-戊糖磷酸化途

10、徑。戊糖磷酸化途徑。由于該途徑的最初羧化階段，形成的3-磷酸甘油分子只有三個(gè)碳原子，因此，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為C3途徑，而以C3途徑同化CO2的植物，稱(chēng)為C3植物。如小麥、大麥、水稻、棉花、大豆等，許多生存在溫涼或濕潤(rùn)環(huán)境中的植物均屬此類(lèi)型。由于此類(lèi)植物有較高的光呼吸率，因而由于此類(lèi)植物有較高的光呼吸率，因而CO2的固定的固定量較低，光合效率低。量較低，光合效率低。C4二羧酸途徑二羧酸途徑: 這一途徑在固定CO2時(shí)最初形成4個(gè)碳原子的草酰乙酸，故稱(chēng)為C4途徑，以這一途徑固定CO2的植物稱(chēng)為C4植物。C4植植物的光合強(qiáng)度能隨光照強(qiáng)度的增加而不物的光合強(qiáng)度能隨光照強(qiáng)度的增加而不斷增加，斷增加，而一般C3植

11、物隨光強(qiáng)達(dá)20-50klx時(shí)，光合強(qiáng)度便不會(huì)增加了。因此，C4植物又稱(chēng)為高光效植物高光效植物。景天酸代謝途徑景天酸代謝途徑(CAM)： 在荒漠日照強(qiáng)烈和干旱條件下生長(zhǎng)的許多肉質(zhì)植物屬于這種代謝途徑類(lèi)型。白天由于蒸騰作用強(qiáng)烈，需要防止水分大量消耗。它們的氣孔可以完全關(guān)閉。夜間才開(kāi)放氣孔吸收CO2，先將它固定于四碳雙羧酸中，白天在陽(yáng)光下，再?gòu)乃奶级人嶂嗅尫懦鰜?lái)，供光合碳循環(huán)同化。 3. 3.水水 光合作用的原料，缺水顯著抑制光合速率。Fig. Change in net productivity along a precipitation gradient.Fig. An Antarctic d

12、ry valley.Fig. The rate of net primary production as a function of actual evapotranspiration measured in several grassland sites in the US. 4.4.溫度：溫度： 溫度升高，總光合速率升高，但超過(guò)最適溫溫度升高，總光合速率升高，但超過(guò)最適溫度則又轉(zhuǎn)為下降；而呼吸速率隨溫度上升而度則又轉(zhuǎn)為下降；而呼吸速率隨溫度上升而呈指數(shù)上升；結(jié)果使凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型呈指數(shù)上升；結(jié)果使凈生產(chǎn)量與溫度呈峰型曲線。曲線。5.營(yíng)營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)元元素素6.二氧化碳This kind of

13、analysis quantifies the relative limitation effects in a way that allows comparison across nutrients and habitats.Fire 刺激生刺激生長(zhǎng)與繁殖。長(zhǎng)與繁殖。（二）水域生態(tài)系統(tǒng)（二）水域生態(tài)系統(tǒng) 1.光：光： P=R/k*C*3.7 P：浮游植物的凈初級(jí)生產(chǎn)力 R：相對(duì)光合率 K：光強(qiáng)度隨水深度而減弱的衰變系數(shù) C：水中的葉綠素含量2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)： 海洋生產(chǎn)力偏低，由于缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。肥沃土壤可含0.5%的氮，1m2土壤表面生長(zhǎng)50千克植物（干重）；富饒的海水含氮0.00005

14、%，1m2海水只維持不足5克浮游植物。四、初級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定方法四、初級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定方法 （一）收獲量測(cè)定法：（一）收獲量測(cè)定法： 陸生定期收獲植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物質(zhì)重量表示。 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。地下的部分可以占有40%至85%的總生產(chǎn)量，因此不能省略。（二）氧氣測(cè)定法（二）氧氣測(cè)定法 通過(guò)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。 （1）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； （2）黑白瓶放置在取水樣的深度，間隔一定

15、時(shí)間取出。用化學(xué)滴定測(cè)定黑白瓶的的含氧量； （3）黑瓶為呼吸量，白瓶為凈生產(chǎn)量。（三）二氧化碳測(cè)定法（三）二氧化碳測(cè)定法 透明罩：測(cè)定凈初級(jí)生產(chǎn)量； 暗罩：測(cè)定呼吸量。（四）放射性標(biāo)記物測(cè)定法（四）放射性標(biāo)記物測(cè)定法 可以用radioisotope markers (14C)，測(cè)定其吸收量。即光合作用固定的碳量。 放射性以碳酸鹽的形式，放入含有自然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中經(jīng)過(guò)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：14CO2/CO2=14C6H12O6/C6H12O6 確定光合作用固定的碳量。 植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素濃度； 每單位葉綠素的

16、光合作用是一定的，通過(guò)測(cè)定葉綠素的含量計(jì)算取樣面積的初級(jí)生產(chǎn)量。（五）葉綠素測(cè)定法（五）葉綠素測(cè)定法第二節(jié)第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的次級(jí)生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)中的次級(jí)生產(chǎn) 一、次級(jí)生產(chǎn)量的生產(chǎn)過(guò)程一、次級(jí)生產(chǎn)量的生產(chǎn)過(guò)程 1.1.次級(jí)生產(chǎn)次級(jí)生產(chǎn)(secondary production)：消費(fèi)者利用初級(jí)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過(guò)同化作用形成自身的物質(zhì)，稱(chēng)為次級(jí)生產(chǎn)，亦稱(chēng)第二性生產(chǎn)。個(gè)體個(gè)體的能量劃分的能量劃分Allocation of energy within one link of a food chain2. 次級(jí)生產(chǎn)量的生產(chǎn)過(guò)程次級(jí)生產(chǎn)量的生產(chǎn)過(guò)程未捕獲（未捕獲（876.1g）獵物種群生產(chǎn)量（獵物

17、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(jí)生產(chǎn)（凈次級(jí)生產(chǎn)（2.7g）P呼吸（呼吸（4.6g）R3.能量收支能量收支 C=A+FU C：動(dòng)物從外界攝食的能量 A：被同化能量 FU：排泄物 A=P+R P：凈次級(jí)生產(chǎn)量 R：呼吸能量二、次級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定二、次級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定 1.同化量和呼吸量估計(jì)生產(chǎn)量：同化量和呼吸量估計(jì)生產(chǎn)量： P=A-R; A=C-FU 2.P=Pg+Pr（凈生產(chǎn)量為種群中個(gè)體的生長(zhǎng)和出生之和）（凈生產(chǎn)量為種群中個(gè)體的生長(zhǎng)和出生之和） Pr：生殖后代

18、的生產(chǎn)量 Pg：個(gè)體增重三、次級(jí)生產(chǎn)的生態(tài)效率三、次級(jí)生產(chǎn)的生態(tài)效率 1.消費(fèi)效率：消費(fèi)效率：食草動(dòng)物對(duì)植物凈生產(chǎn)量的利用。 （1）植物種群增長(zhǎng)率高，世代短，更新快，被利用的百分比高； （2）草本植物維管束少，能提供較多的凈初級(jí)生產(chǎn)量； （3）浮游動(dòng)物利用的凈初級(jí)生產(chǎn)量比例最高。2.同化效率同化效率 草食、碎食動(dòng)物同化效率低，肉食動(dòng)物高；3.生長(zhǎng)效率生長(zhǎng)效率 肉食動(dòng)物的凈生長(zhǎng)率低于草食動(dòng)物。 不同動(dòng)物類(lèi)群有不同的生長(zhǎng)效率。4.林德曼效率林德曼效率第三節(jié)第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解生態(tài)系統(tǒng)中的分解 一、分解過(guò)程的性質(zhì)一、分解過(guò)程的性質(zhì) 1.1.概念：概念： 死有機(jī)物質(zhì)的逐步降解過(guò)程。還原為無(wú)機(jī)物，釋

19、放能量。 2.2.意義：意義： 在建立和維持全球生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡中，資源分解的主要作用是，通過(guò)死亡物質(zhì)的分解，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)，通過(guò)死亡物質(zhì)的分解，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)，給生產(chǎn)者提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；維持大氣中給生產(chǎn)者提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；維持大氣中COCO2 2濃度；穩(wěn)定和濃度；穩(wěn)定和提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，為碎屑食物鏈以后各級(jí)生物生提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，為碎屑食物鏈以后各級(jí)生物生產(chǎn)食物；改善土壤物理性狀。產(chǎn)食物；改善土壤物理性狀。3.3.分解作用的三個(gè)過(guò)程分解作用的三個(gè)過(guò)程 （1 1）碎化：）碎化：把尸體分解為顆粒狀的碎屑。 （2 2）異化：）異化：有機(jī)物在酶的作用下，進(jìn)行生物化學(xué)的分解，從聚合體變成單體（如

20、纖維素降解為葡萄糖）進(jìn)而成為礦物成分（如葡萄糖降為CO2和H2O）。 （3 3）淋溶：）淋溶：可溶性物質(zhì)被水淋洗出，完全是物理過(guò)程。 二、影響分解過(guò)程的因素二、影響分解過(guò)程的因素 （一）、分解者（一）、分解者 1.1.微生物：微生物：微生物中細(xì)菌和真菌細(xì)菌和真菌是主要的分解者。動(dòng)植物尸體的分解過(guò)程，一般從細(xì)菌和真菌的入侵開(kāi)始，在細(xì)菌體內(nèi)和真菌菌絲體內(nèi)酶系統(tǒng)作用下，利用可溶性物質(zhì)，主要是氨基酸和糖類(lèi)的分解產(chǎn)物作為細(xì)菌和真菌的食物而被吸收，另一些繼續(xù)保留在環(huán)境中。2.2.動(dòng)物類(lèi)群：動(dòng)物類(lèi)群： （1）陸地分解者中的動(dòng)物主要是食碎屑的無(wú)脊椎動(dòng)物。按機(jī)體大小可分為小型、中型和大型動(dòng)物。 小型土壤動(dòng)物小型

21、土壤動(dòng)物: :一般體寬在100m以下，包括線蟲(chóng)、輪蟲(chóng)、螨。不能碎裂枯枝落葉，屬粘附類(lèi)型。 中型土壤動(dòng)物：中型土壤動(dòng)物：一般體寬100m2mm ，包括蟬尾目昆蟲(chóng)、原尾蟲(chóng)、螨類(lèi)、線蚓類(lèi)、雙翅目幼蟲(chóng)和一些小型鞘翅目昆蟲(chóng)，主要作用是調(diào)節(jié)微生物種群的大小主要作用是調(diào)節(jié)微生物種群的大小和對(duì)大型動(dòng)物糞便進(jìn)行處理和加工；和對(duì)大型動(dòng)物糞便進(jìn)行處理和加工； 大型和巨型土壤動(dòng)物：大型和巨型土壤動(dòng)物：主要包括各種取食枯枝落葉的節(jié)肢動(dòng)物，如千足類(lèi)、等足類(lèi)、端足類(lèi)的蝸牛、蚯蚓等，是碎裂植物殘葉和翻動(dòng)土壤的主力。對(duì)分解和土是碎裂植物殘葉和翻動(dòng)土壤的主力。對(duì)分解和土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響。壤結(jié)構(gòu)有明顯影響。 （2）水生系統(tǒng)中，動(dòng)物

22、的分解過(guò)程分為搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等幾個(gè)環(huán)節(jié)。 按功能分為： 碎裂者：碎裂者：以落入河流中的樹(shù)葉為食。 顆粒狀有機(jī)物質(zhì)搜集者顆粒狀有機(jī)物質(zhì)搜集者：一類(lèi)從沉積物中搜集；另一類(lèi)從水體中濾食有機(jī)顆粒； 刮食者：刮食者：其口器適應(yīng)在石礫表面刮取藻類(lèi)和死有機(jī)物。 以藻類(lèi)為食的食草性動(dòng)物：以藻類(lèi)為食的食草性動(dòng)物： 捕食動(dòng)物：捕食動(dòng)物：以其他物脊椎動(dòng)物為食。（二）、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系（二）、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系 資源的物理、化學(xué)性質(zhì)影響分解速率。資源的物理性質(zhì)包括表面特性和機(jī)械結(jié)構(gòu)，資源的化學(xué)性質(zhì)則隨其化學(xué)組成而不同。 單糖分解快，一年失重99%半纖維纖維素木質(zhì)素。（三）、理化環(huán)境對(duì)分解作

23、用的影響（三）、理化環(huán)境對(duì)分解作用的影響 1.溫度高、濕度大的地帶，有機(jī)質(zhì)分解速率高，低溫干燥地帶，分解速率低。分解速度隨緯度增高而降低（熱帶雨林溫帶森林寒冷的凍原）； 2.分解生物的相對(duì)作用：無(wú)脊動(dòng)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。低緯度熱帶地區(qū)起作用的主要是大型土壤動(dòng)物，其分解作用明顯高于溫帶和寒帶；高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動(dòng)物，它們對(duì)物質(zhì)分解起的作用很小。分解指數(shù)分解指數(shù) 分解指數(shù)K=I/X K：分解指數(shù) I：死有機(jī)物年輸入總量 X：系統(tǒng)中死有機(jī)物質(zhì)現(xiàn)存量。第四節(jié)第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)一、熱力學(xué)定律一、熱力學(xué)定律(the laws of

24、 thermodynamics)1. 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 Energy Conservation Law （ 能量守恒定律 ）能量既不能創(chuàng)生，也不會(huì)消能量既不能創(chuàng)生，也不會(huì)消滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變滅，只能按嚴(yán)格的當(dāng)量比例由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。為另一種形式。因此，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量，并列出平衡式和編制能量平衡表。Energy Transfer and Loss 2.熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 （熵定律）熵定律） Entropy Law 熱力學(xué)第二定律表達(dá)有關(guān)能量傳遞方向和轉(zhuǎn)換效率的規(guī)熱力學(xué)第二定律表達(dá)有關(guān)能量傳遞

25、方向和轉(zhuǎn)換效率的規(guī)律。在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程中，除了一部分傳遞和作功，律。在能量傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程中，除了一部分傳遞和作功，總有一部分以熱的形式消散?？傆幸徊糠忠詿岬男问较?。 熵（entropy）是系統(tǒng)熱量被溫度除后得到的商，在一個(gè)等溫過(guò)程中，系統(tǒng)的熵值變化（S）為：S=Q/T。式中，Q為系統(tǒng)中熱量變化（焦耳），T是系統(tǒng)的溫度（。K）。 若用熵概念表示熱力學(xué)第二定律，則在一個(gè)內(nèi)能不變的封閉系統(tǒng)中，其熵值只朝一個(gè)方向變化，常增不減；開(kāi)放系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)的一切過(guò)程使系統(tǒng)熵值與環(huán)境熵值之和增加。 生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它們不斷地與周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行著各種形式能量的交換，通過(guò)光合同化，引入負(fù)熵；通過(guò)呼吸，把

26、正熵值轉(zhuǎn)出環(huán)境。圖. 熱力學(xué)的兩個(gè)定律。第一定律：A = B + C第二定律：C A 3. 生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流路徑生態(tài)系統(tǒng)中的能源和能流路徑 (1)生態(tài)系統(tǒng)中的能源：生態(tài)系統(tǒng)中的能源： 太陽(yáng)輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來(lái)源。太陽(yáng)輻射能是生態(tài)系統(tǒng)中的能量的最主要來(lái)源。太陽(yáng)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；紫外線具有消毒滅菌和促進(jìn)維生素D生成的生物學(xué)效應(yīng)；可見(jiàn)光為植物光合作用提供能源。 輔助能：除太陽(yáng)輻射外，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生作用的一切其輔助能：除太陽(yáng)輻射外，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生作用的一切其他形式的能量他形式的能量。輔助能不能直接轉(zhuǎn)換為生物化學(xué)潛能，但可以促進(jìn)輻射能的轉(zhuǎn)化，對(duì)生

27、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。輔助能分為自然輔助能自然輔助能（如如潮汐作用、風(fēng)力作用、降水和蒸發(fā)作用）和人工輔助能人工輔助能（如施肥、灌溉等）。 （2）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的主要路徑為：）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的主要路徑為： 能量以日光（Sunlight)形式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，以植物物質(zhì)形式貯存起來(lái)的能量，沿著食物鏈和食物網(wǎng)流動(dòng)通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)，以動(dòng)物、植物物質(zhì)中的化學(xué)潛能形式貯存在系統(tǒng)中，或作為產(chǎn)品輸出，離開(kāi)生態(tài)系統(tǒng)，或經(jīng)消費(fèi)者和分解者生物有機(jī)體呼吸釋放的熱能自系統(tǒng)中丟失。生態(tài)系統(tǒng)是開(kāi)放的系統(tǒng)，某些物質(zhì)還可通過(guò)系統(tǒng)的邊界輸入如動(dòng)物遷移，水流的攜帶，人為的補(bǔ)充等。4. 能量是單向性和逐級(jí)減少能量是單向性和逐級(jí)減少 生態(tài)系統(tǒng)能量的流動(dòng)是單一方向的（one way flow of energy）。能量以光能的狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后