營養(yǎng)物質(zhì)與凈初級生產(chǎn)量的關(guān)系課件

1、第十章生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動第一節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)力一、初級生產(chǎn)的基本概念植物所固定的太陽能或所制造的有機物質(zhì)稱為初級生產(chǎn)量或第一性生產(chǎn)量（primary production） GPNPR式中：GP總初級生產(chǎn)量，J/(m2a) NP凈初級生產(chǎn)量，J/(m2a) R 呼吸消耗的能量，J/(m2a)1 對于生態(tài)系統(tǒng)中某一營養(yǎng)級來說，總生物量不僅因生物的呼吸而消耗，也由于受到更高營養(yǎng)級動物的取食和生物的死亡而減少，所以 dB/dt=NP-R-H-D式中：dB/dt某一時間內(nèi)生物量變化 H被取食的生物量 D因死亡而損失的生物量2全球海洋凈初級生產(chǎn)量是全球陸地凈初級生產(chǎn)量的1/3海洋中的珊瑚礁和海

2、藻床是高生產(chǎn)量地區(qū)，此外河口地區(qū)生產(chǎn)量也很大，大洋區(qū)生產(chǎn)力最低在陸地上熱帶雨林產(chǎn)量最高，沼澤和某些作物也屬于高產(chǎn)量水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)都有垂直變化3二、初級生產(chǎn)的生產(chǎn)效率自然條件下，生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)效率很難超過3，全球平均水平為0.20.5三、初級生產(chǎn)力的限制因素（一）陸地生態(tài)系統(tǒng)光、CO2、水和營養(yǎng)物質(zhì)是初級生產(chǎn)量的基本資源，溫度是影響光合效率的主要因素，食草動物的捕食會減少光合作用生物量4通常情況下，水最易成為限制因子，干旱地區(qū)植物的凈初級生產(chǎn)量幾乎與降水量有線形關(guān)系蒸發(fā)量與凈初級生產(chǎn)量的關(guān)系溫度與凈初級生產(chǎn)量的關(guān)系營養(yǎng)物質(zhì)與凈初級生產(chǎn)量的關(guān)系在森林生態(tài)系統(tǒng)由于砍伐導(dǎo)致整個系統(tǒng)營養(yǎng)元素的流

3、失，因此需要進行施肥，N可以增加葉量，但是單位面積的光合作用率不會相應(yīng)增加5（二）水域生態(tài)系統(tǒng) P=RC3.7/k式中：P浮游植物的凈初級生產(chǎn)力 R相對光合率 k光強隨水深度而減弱的衰變系數(shù) C水中葉綠素含量光線太強會抑制綠色植物的光合作用6 淡水生態(tài)系統(tǒng)在淡水生態(tài)系統(tǒng)中P往往是關(guān)鍵的限制元素，湖泊的富營養(yǎng)化過程是由硅藻、綠藻占優(yōu)勢的群落演化成藍綠藻占優(yōu)勢海洋生態(tài)系統(tǒng)N、P是最主要的限制因子，海水表面N、P含量沒有深水區(qū)高鐵元素也會成為限制性因子（大西洋亞熱帶地區(qū)馬尾藻海域）7四、初級生產(chǎn)量的測定方法（一）收獲量測定法（二）氧氣測定法（三）CO2測定法（四）放射性標(biāo)記物測定法（五）葉綠素測定法

4、8第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的次級生產(chǎn)一、次級生產(chǎn)量的生產(chǎn)過程凈生產(chǎn)量是生產(chǎn)者以上各營養(yǎng)級所需能量的唯一來源 CAFU式中：C動物從外界攝食的能量，J A被同化的能量，J FU糞尿能量，J APR式中：P凈次級生產(chǎn)量，J R呼吸能量，J PCFUR9二、次級生產(chǎn)量的測定（一）按同化量和呼吸量估計生產(chǎn)量 PAR（二）測定次級生產(chǎn)量的另一途徑 PPgPr式中：Pr生殖后代的生長量，g Pg個體增重，g10三、次級生產(chǎn)的生態(tài)效率植物物種增長率高、世代短、更新快，其被利用的百分比就較高草本植物的凈初級生產(chǎn)量相對于木本植物更多的被動物利用浮游動物的密度大，利用凈初級生產(chǎn)量比例高海洋動物比陸地動物利用植物的效率高

5、5倍食物鏈越短利用的效率越高11第三節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的分解一、分解過程的性質(zhì)分解過程（decomposition）是死有機物逐步降解的過程分解是一個復(fù)雜的過程，它是破碎、異化、淋溶3個過程的綜合分解過程是由一系列階段組成的，開始分解時速率較高，參與分解生物種類較多，隨分解過程的進展，分解速率逐漸降低，直到最后只剩下礦物元素12二、分解者（一）細菌和真菌 細菌和真菌依賴于生長型和營養(yǎng)方式成為有效的分解者1. 生長型微生物有群體生長和絲狀生長2類生長類型，絲狀生長能穿透和入侵有機質(zhì)內(nèi)部，同時菌絲可以很好地傳遞營養(yǎng)物質(zhì)132.營養(yǎng)方式微生物通過分泌細胞外酶，把底物分解為簡單的分子狀態(tài)，然后再吸收（節(jié)省

6、能量）（二）動物陸生生態(tài)系統(tǒng)的分解者按身體大小分為：小型土壤動物（線蟲、輪蟲）、中型土壤動物（線蚓、螨）、大型土壤動物（較大的蚯蚓）水生生態(tài)系統(tǒng)可分為：破碎者（石蠅幼蟲）、顆粒物搜集者、刮食者、食草動物、捕食動物14三、資源質(zhì)量與分解作用的關(guān)系待分解物質(zhì)由于理化性質(zhì)的差異影響了分解速度，分解相對速率為單糖半纖維素纖維素木質(zhì)素酚C：N對生物降解速度有很大影響四、理化環(huán)境對分解作用的影響通常情況溫度高、濕度大的地帶有機質(zhì)分解速度快表示生態(tài)系統(tǒng)分解特征的指標(biāo)是KI / X式中：K分解指數(shù) I死有機物年輸入總量 X系統(tǒng)中死有機物的現(xiàn)存量15五、分解速率的研究（一）2個溫帶灌木林中分解速率的研究1993

7、年科學(xué)家在西班牙選擇了2塊不同的溫帶灌木林樣地（A、B）A、B 溫度相差很?。?6.7、16.2 ），都是典型的地中海式氣候（冬季多雨，夏季干燥）；主要差別是由于2地海拔高度不同導(dǎo)致降水量有很大差別（500mm、1600mm）研究方法：首先測量不同落葉的組分（丹寧酸、木質(zhì)素、N、P），不同葉子的硬度，然后將自然風(fēng)干的葉片放入到尼龍袋中，最后分別放置在不同樣地中，定期稱量葉片分解的數(shù)量16結(jié)論降水量越大的地區(qū)，葉片分解速度越快葉片不同，分解速率也不同：硬度越高、含氮量越低，分解速度越慢（2）2個溫帶森林中分解速率的研究生態(tài)學(xué)家采用相似的研究方法在北加利福尼亞州和新漢普郡選擇了2塊樣地結(jié)論落葉的分

8、解速率與木質(zhì)素：N之比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系17綜合起來陸地生態(tài)系統(tǒng)中的分解速率與該系統(tǒng)的溫度、濕度和凋落物的化學(xué)組分（特別是木質(zhì)素與N之比）相關(guān)其中溫度與濕度可以被最終統(tǒng)一為植物的實際蒸發(fā)率熱帶雨林溫帶雨林分解速率的比較在水生生態(tài)系統(tǒng)中，除濕度外，以上結(jié)論也是成立的18第四節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一、研究能量傳遞規(guī)律的熱力學(xué)定律第一定律：能量守恒定律第二定律：在封閉系統(tǒng)中，能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，除了一部分可以繼續(xù)傳遞和做功的能量（自由能）外，總有一部分不能繼續(xù)傳遞和做功，而以熱的形式消散，這部分能量使系統(tǒng)能量增加開放系統(tǒng)傾向于保持高自由能和低墑，因此需要不斷的物質(zhì)和能量輸入19二、食物鏈層次上的能流

9、分析植物、田鼠、鼬3個環(huán)節(jié)組成的食物鏈三、實驗種群層次上的能流分析美國生態(tài)學(xué)家L.B.Slobodkin在室內(nèi)用一種單細胞藻類培養(yǎng)水蚤，其主要結(jié)論是收獲量Y與取食量I的比值隨取食速率的增加和移走個體的年齡有關(guān)（移走成年水蚤時），Y/I越大食物的利用率越高凈生產(chǎn)量NP與總生產(chǎn)量GP的比值與水蚤的的大小和食物充足程度有關(guān)20四、生態(tài)系統(tǒng)層次上的能流分析（一）銀泉的能流分析（二）Cedar Bog湖的能流分析主要差別從生產(chǎn)者固定太陽能的效率來說，銀泉比Cedar Bog湖高出10倍，但前者呼吸消耗的能流是后者的2.5倍Cedar Bog湖大約1/3的凈生產(chǎn)被分解，其余的沉到湖底，銀泉大部分未利用的凈

10、生產(chǎn)量被水流帶到下游地區(qū)（三）森林生態(tài)系統(tǒng)的能流分析21第五節(jié) 異養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)的能流分析第六節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)能流模型第七節(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的信息及其傳遞一、信息與信息量二、信息的傳遞（一）物理信息及其傳遞1. 光信息鷹捕食兔子；蛇的捕食2. 聲信息蝙蝠、鯨魚、鳥類、猴子報警223.電信息鰻魚4.磁信息鳥的遷徙、蜜蜂（二）化學(xué)信息及其傳遞1. 植物和動物間的化學(xué)信息2.動物之間的化學(xué)信息動物利用氣味標(biāo)記領(lǐng)地、驅(qū)趕敵人、警告同類動物分泌性信息素23（三）行為信息 蜜蜂（四）營養(yǎng)信息根據(jù)食物量來估計生產(chǎn)量24海洋第一性生產(chǎn)力的地理分布254個生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)效率的比較玉米田荒地Meadota湖Ceder bog湖總初級生產(chǎn)量/總?cè)肷淙展饽埽ǎ?.61.20.400.10呼吸消耗/總初級生產(chǎn)量（）23.415.122.3021.00凈初級生產(chǎn)量/總初級生產(chǎn)量（）76.684.977.7079.0026年降水量與美國中北部地區(qū)草原地上部分凈初級生產(chǎn)力的關(guān)系27年均蒸發(fā)量與陸地生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)量的關(guān)系28