生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)

1、內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容第二章第二章 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)Energy Flow能量的基本概念能量的基本概念生物能量的來(lái)源生物能量的來(lái)源生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)中能量動(dòng)態(tài)和儲(chǔ)存生態(tài)系統(tǒng)中能量動(dòng)態(tài)和儲(chǔ)存生態(tài)系統(tǒng)按能量來(lái)源的分類生態(tài)系統(tǒng)按能量來(lái)源的分類森林經(jīng)營(yíng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量的影響森林經(jīng)營(yíng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量的影響小結(jié)小結(jié)熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律：n又稱為能量守恒與轉(zhuǎn)化原理。又稱為能量守恒與轉(zhuǎn)化原理。n能量可從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，但能量即不能增加也不能量可從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，但能量即不能增加也不會(huì)減少。會(huì)減少。熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律：n自然界

2、中任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆；自然界中任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆；n任何一種能量的轉(zhuǎn)換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕任何一種能量的轉(zhuǎn)換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕不會(huì)全部轉(zhuǎn)換成另一種形式的能。不會(huì)全部轉(zhuǎn)換成另一種形式的能。太陽(yáng)輻射能是地球表面最主要的能源，也是地太陽(yáng)輻射能是地球表面最主要的能源，也是地表水和大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?，它能使地球表面表水和大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿Γ苁沟厍虮砻姘l(fā)生風(fēng)化，剝蝕而改變?cè)瓉?lái)的外貌。發(fā)生風(fēng)化，剝蝕而改變?cè)瓉?lái)的外貌。能量流動(dòng)特點(diǎn)：能量流動(dòng)特點(diǎn)：n“越流越細(xì)越流越細(xì)”，能量在流動(dòng)過(guò)程中逐漸耗散；，能量在流動(dòng)過(guò)程中逐漸耗散；n單向流動(dòng)，不

3、可逆。單向流動(dòng)，不可逆。SUN輻射能熱能化學(xué)能熱能機(jī)械能化學(xué)能熱能機(jī)械能按能量來(lái)源將生物分為按能量來(lái)源將生物分為自養(yǎng)生物異養(yǎng)生物 光能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型草食動(dòng)物肉食動(dòng)物雜食動(dòng)物腐生物生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換的途徑，或稱能量流動(dòng)的渠道能量轉(zhuǎn)換的途徑，或稱能量流動(dòng)的渠道食物鏈?zhǔn)澄镦滉懙嘏c海洋食物鏈的例子陸地與海洋食物鏈的例子n草牧食物鏈（捕食食物鏈）草牧食物鏈（捕食食物鏈）: 是以綠色植是以綠色植物為基礎(chǔ)，從草食動(dòng)物開(kāi)始的食物鏈。物為基礎(chǔ)，從草食動(dòng)物開(kāi)始的食物鏈。草原和水體生態(tài)系統(tǒng)是以草牧食物鏈為主的草原和水體生態(tài)系統(tǒng)是以草牧食物鏈為主的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)。n腐生食物鏈（碎食食物

4、鏈）腐生食物鏈（碎食食物鏈）: 指以死有機(jī)指以死有機(jī)物質(zhì)為基礎(chǔ)，從腐生物開(kāi)始的食物鏈。物質(zhì)為基礎(chǔ)，從腐生物開(kāi)始的食物鏈。森林是以腐生食物鏈為優(yōu)勢(shì)的生態(tài)系統(tǒng)。在森林是以腐生食物鏈為優(yōu)勢(shì)的生態(tài)系統(tǒng)。在森林中，有森林中，有90%的凈生產(chǎn)是被腐生生物所分的凈生產(chǎn)是被腐生生物所分解消耗的。解消耗的。n寄生性食物鏈寄生性食物鏈:由宿主和寄生物構(gòu)成。它由宿主和寄生物構(gòu)成。它以大型動(dòng)物為食物鏈的起點(diǎn)，繼之以小以大型動(dòng)物為食物鏈的起點(diǎn)，繼之以小型動(dòng)物、微型動(dòng)物、細(xì)菌和病毒。后者型動(dòng)物、微型動(dòng)物、細(xì)菌和病毒。后者與前者是寄生性關(guān)系。與前者是寄生性關(guān)系。生物之間的捕食和被食的關(guān)系不是簡(jiǎn)生物之間的捕食和被食的關(guān)系不是

5、簡(jiǎn)單的一條鏈，而是錯(cuò)綜復(fù)雜的相互依賴的單的一條鏈，而是錯(cuò)綜復(fù)雜的相互依賴的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即食物網(wǎng)食物網(wǎng)。食物網(wǎng)不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)平食物網(wǎng)不僅維持著生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)平衡，并推動(dòng)著生物的進(jìn)化，成為自然界發(fā)衡，并推動(dòng)著生物的進(jìn)化，成為自然界發(fā)展演變的動(dòng)力。展演變的動(dòng)力。這種以營(yíng)養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、這種以營(yíng)養(yǎng)為紐帶，把生物與環(huán)境、生物與生物緊密聯(lián)系起來(lái)的結(jié)構(gòu)，稱為生生物與生物緊密聯(lián)系起來(lái)的結(jié)構(gòu)，稱為生態(tài)系統(tǒng)的態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。十分之一定律十分之一定律在能量傳遞過(guò)程中，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)只能從在能量傳遞過(guò)程中，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)只能從上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)中得到約十分之一的能量。上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)中得到約十分之一的

6、能量。因?yàn)槊總€(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體需要維持新因?yàn)槊總€(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體需要維持新陳代謝、活動(dòng)、繁殖等，消耗了大量能陳代謝、活動(dòng)、繁殖等，消耗了大量能量；同時(shí)這些生物體的根、枯枝葉、骨量；同時(shí)這些生物體的根、枯枝葉、骨頭、角、牙等不能被下一級(jí)所利用。頭、角、牙等不能被下一級(jí)所利用。數(shù)量金字塔數(shù)量金字塔落葉林草地生物量金字塔生物量金字塔單位：公斤1000100101浮游動(dòng)物浮游動(dòng)物魚魚浮游植物浮游植物生物量金字塔生物量金字塔能量金字塔能量金字塔能量比例真能量比例真實(shí)、準(zhǔn)確；實(shí)、準(zhǔn)確；測(cè)定成本高測(cè)定成本高基本名詞生產(chǎn)量(production)：一定時(shí)期內(nèi)有機(jī)物質(zhì)增加的總重量。 總生產(chǎn)量總生產(chǎn)量(gross

7、 production)：某一時(shí)期合成的有機(jī)物質(zhì)總量. 凈生產(chǎn)量?jī)羯a(chǎn)量(net production)：總生產(chǎn)量減去呼吸損失的部分. 初級(jí)生產(chǎn)量初級(jí)生產(chǎn)量(primary production)：綠色植物的生產(chǎn)量. 次級(jí)生產(chǎn)量次級(jí)生產(chǎn)量(secondary production)：消費(fèi)者的生產(chǎn)量.基本名詞生物量(biomass)：任一時(shí)間某一地方某一種群、營(yíng)養(yǎng)級(jí)或某一生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)物質(zhì)的總重量。(kg/ha、g/m2、kJ/m2) 現(xiàn)存量(standing crop)：?jiǎn)挝幻娣e上當(dāng)時(shí)所測(cè)得的生物體的總重量。 生產(chǎn)力(productivity)：指單位時(shí)間單位面積的生產(chǎn)量，即生產(chǎn)的速率。初級(jí)生產(chǎn)

8、者營(yíng)養(yǎng)級(jí)1 能量輸入 光合作用光合效能：太陽(yáng)能量進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的效能。光合效能生產(chǎn)量/進(jìn)入系統(tǒng)的太陽(yáng)能量*100 測(cè)定值：15初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)2 能量消耗（1）呼吸的消耗n植物群落呼吸損失掉的能量變化幅度在1590以上。n損失量從極地到熱帶逐次提高。原因：溫度增高，尤其是夜晚溫度高。從而影響植物產(chǎn)量。初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)（2）草食動(dòng)物的消耗n因生態(tài)系統(tǒng)類型不同而有很大變化。n草地?fù)p失量約2860%之間。n森林為1.5%2.5%。n水體生態(tài)系統(tǒng)浮游植物群落6099。思考：如何看待森林中的昆蟲？（3）凋落物的消耗初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)3 凈生產(chǎn)力和生物量 奧德姆根據(jù)初級(jí)生產(chǎn)力將生態(tài)系統(tǒng)劃分為4級(jí)：n 最低：荒

9、漠和深海。n 較低：山地森林、熱帶稀樹草原、某些臨時(shí)農(nóng)耕地、半干旱草原、深湖和大陸架。n 較高：熱帶雨林，長(zhǎng)久性農(nóng)耕地和淺湖。 最高：少數(shù)特殊的生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)業(yè)高產(chǎn)田、河漫灘、三角洲、珊瑚礁、紅樹林）。初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)能否提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力？l 地球上的森林具有很大的生長(zhǎng)潛力。p生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力受到很多環(huán)境因子的限制，如光照、水分、溫度、養(yǎng)分供應(yīng)、生長(zhǎng)期等。p生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)力的提高也很重要。l如何提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力？p給生態(tài)系統(tǒng)增加能量，從而提高光能利用效率。p天然條件下：溫度的升高，雨量的增多。p人工條件下：營(yíng)造高光合效能的速生樹種，樹種的合理混交，整地，灌溉，排水，施肥，森林撫育，病蟲

10、害防治等。初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)4 生物量在植物體內(nèi)的分配經(jīng)營(yíng)者的愿望n林業(yè)工作者：凈生產(chǎn)量更多地分布于樹干；初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)4 生物量在植物體內(nèi)的分配經(jīng)營(yíng)者的愿望農(nóng)民：要求農(nóng)作物結(jié)出更多的種子或其他可食的塊莖和根莖初級(jí)生產(chǎn)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)4 生物量在植物體內(nèi)的分配n主要影響因素：品種，環(huán)境，經(jīng)營(yíng)措施n現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：如何讓樹干多長(zhǎng)點(diǎn)兒？5 能量流周轉(zhuǎn)期n轉(zhuǎn)換時(shí)間（年）=n(凋落物）轉(zhuǎn)換時(shí)間（年）=n能量流周轉(zhuǎn)期的意義:）凈生產(chǎn)力（）生物量（yrmgmg/22）凋落速率（）凋落物積累（yrmgmg/22初級(jí)消費(fèi)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)陸地生態(tài)系統(tǒng)中植物凈生產(chǎn)量轉(zhuǎn)換成食草動(dòng)物凈生產(chǎn)量的效率很低，多數(shù)均少于1。二級(jí)消費(fèi)者（肉食動(dòng)物）

11、營(yíng)養(yǎng)級(jí)二級(jí)消費(fèi)者營(yíng)養(yǎng)級(jí)效率研究存在很大的困難，研究結(jié)果具有不確定性。腐生營(yíng)養(yǎng)食物鏈n在許多生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)能量流的大部分。n影響凋落物分解的因子：水分，溫度，pH值，氧氣，土壤動(dòng)物數(shù)量，凋落物理化性質(zhì)，細(xì)菌和真菌的相對(duì)量。純太陽(yáng)能生態(tài)系統(tǒng) 主要或完全依賴太陽(yáng)輻射的自然生態(tài)系統(tǒng)。 生產(chǎn)力低，面積大。對(duì)于水循環(huán)、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣等全球生態(tài)的平衡有重要作用。有自然補(bǔ)助能的太陽(yáng)供能生態(tài)系統(tǒng) 有自然提供的其他能源，用以補(bǔ)助太陽(yáng)輻射，從而增加有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)量。如沿海潮汐帶、河口灣和某些熱帶雨林。生產(chǎn)力和種群密度較高。有人類補(bǔ)助能的太陽(yáng)供能生態(tài)系統(tǒng) 例如：農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)量，是由補(bǔ)助能量的大量輸入來(lái)維持的，包括耕種、灌溉、施肥、除草等。燃料供能的生態(tài)系統(tǒng)指人類居住地，如城市生態(tài)系統(tǒng)。提供的有機(jī)物滿足不了人們的需要，需要從外界輸入能量和物質(zhì)城市生態(tài)系統(tǒng)依靠其他生態(tài)城市生態(tài)系統(tǒng)依靠其他生態(tài)系統(tǒng)提供物質(zhì)和能量，是一系統(tǒng)提供物質(zhì)