城市生态系统能量流动
生态系统的能量流动
如果一个生态系统在一段较长的时 间内没有能量输入，这个生态系统就会 崩溃。
为什么谚语说“一山不容二虎”？
参考要点: 根据生态系统中能量流动逐 级递减的特点和规律，营养 级越高，可利用的能量就越 少，老虎在生态系统中几乎 是最高营养级，通过食物链 (网)流经老虎的能量已减到 很小的程度。因此，老虎的 数量将是很少的。故“一山 不容二虎”有一定的生态学 道理。
引申：人增加一千克，要消耗多少千克的植物？ 为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？
❖ 美国生态学家林德曼，提出了“十分之一定律”： 从理论上讲，一个人靠吃鱼增长身体1kg，就得 吃掉10kg鱼，10kg的鱼则要吃掉100kg的浮游 动物，100kg的浮游动物要吃掉1000kg的浮游 植物。也就是说，1000kg的浮游植物才能养活 10kg的鱼，进而才能使人增长1kg体重。
储能存量在储体存内的能量 呼能吸量作散用失散失的能量
个体3 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量
生态系统的能量流动是以“营养级”为单位
....
二、能量流动的过程
能量是如何流动的？从哪里开始研究？
草
兔子
老鹰
二、能量流动的过程
太阳
呼吸散失
生产者固定 的太阳能
遗体、 分解者 残枝败叶 用于生长、
发育、繁殖 初级消费者摄食
三.能量流动的特点
赛达伯格湖的能量流动图解
营养级
流入能量
生产者 植食性动物 肉食性动物
分解者
464.6 62.8 12.6 14.6
流出能量 （输入后一个
营养级）
62.8
12.6
出入比
13.52% 20.06%
生态系统的能量流动学情分析方案
生态系统的能量流动学情分析方案生态系统的能量流动是生态学中的重要内容，能够帮助我们了解物质与能量在生物界中的传递和转化过程。
为了进行生态系统能量流动的学情分析，可以按照以下方案进行。
1. 确定研究范围：选择一个具体的生态系统进行研究，比如森林生态系统或湿地生态系统。
明确研究的目的和问题，例如分析该生态系统中能量的来源和流向，揭示能量流动的关键环节等。
2. 收集数据：对选择的生态系统进行实地调查，收集各个组成部分的能量数据。
可以统计各个物种的数量和生物量，并测量它们的能量含量。
同时，还可以通过监测降水量、温度等环境因素，收集与能量流动相关的环境数据。
3. 构建能量流动模型：根据所收集到的数据，可以建立生态系统的能量流动模型。
模型可以采用食物链、食物网或能量流图等形式，将各个物种之间的能量传递关系表示出来。
模型要考虑生物之间的捕食关系、死亡和分解等因素。
4. 分析能量流动特点：通过对能量流动模型进行分析，可以揭示生态系统中能量的主要来源和流向，以及不同级别的物种在能量转化中的作用。
可以计算各个级别物种之间的能量转化效率，探讨能量流动途径的稳定性。
5. 探究关键环节：根据能量流动模型的分析结果，找出能量流动中的关键环节。
可以通过计算能量（或营养）流动的比率来评估各个环节的重要性，进一步分析生态系统中的能量流动路径和关键生物群落。
6. 提出建议和改进措施：基于对能量流动的分析，可以针对生态系统中存在的问题提出相应的建议和改进措施。
比如，可以提出增加能量流动效率的方法，如增加能量传递路径、优化物种组成等。
通过以上学情分析方案的实施，可以全面了解生态系统中的能量流动情况，提供有针对性的解决方案和科学决策依据，促进生态系统的健康发展和保护。
继续分析能量流动的相关内容有助于深入理解生态系统的结构和功能，可以提供更多关于能量转换、物种相互作用和生态系统稳定性等方面的信息。
下面对于生态系统能量流动的相关内容进行更详细的阐述。
城市生态系统的结构及生态流
第六章城市生态系统的结构及生态流第一节第二节第三节第四节城市生态系统的结构城市生态系统的物质循环城市生态系统的能量流城市生态系统的信息流第一节城市生态系统的结构城市生态系统的结构第二节城市生态系统的物质循环城市生态系统中物质循环是指各项资源、产品、货物、人口、资金等在城市各个区域、各个系统、各个部门之间以及城市与外部之间的反复作用过程。
城市生态系统物质循环中物质流类型包括自然流（又称资源流）、货物流、人口流和资金流。
第二节城市生态系统的物质循环从市外进入城市的物质有两部分：天然输入：如空气、大部分水以及其中含有的物质，它们是由天然的空气流动和大气降水、河水、地下水流入城市。
人工输入：原材料、生产资料以及生活资料，这些物质是由人工生产，经过各种运输工具以及建造的特殊管线输入到城市的。
城市生态系统物质代谢概括示意图二、城市的水循环为了维持生存，人每天至少需2~2.5升水，一般生活需水5升，加上卫生方面的用途共需40~50升。
发达国家城市居民每人每天平均用水量为300~500升，发展中国家约100 ~ 300升/人·天；我国1996年人均用水208升，2001年为216升/人·日。
水是城市里流量最大、流速最快的物质，在现代化城市中用水量更高。
城市水循环由于自然循环的改变及增加了人工控制的排灌系统，使其错综复杂。
香港地区水量收支情况：淡水：来源于主要是降水，内地供水和地下水，并消耗于蒸发、蒸腾、地表径流和生产、生活。
海水：主要用于工业、商业、市政以及部分生活用水。
上海地区水量：降雨量76 ×108 t / 年；自黄浦江长江口取水26 ×108 t / 年；市区每日用水量约540 ×104 t ，其中工业用水占40%，生活用水60%，城市污水处理能力为190 ×104 t /天。
我国城市工业用水回收率还有待提高；并注意避免再次污染。
三、城市的氧气代谢城市中主要的氧气消耗：一部分与生物活动有关，包括人类、动物、植物的呼吸作用，随同细菌活动发生的有机质废物的氧化分解等；另一部分是以各种化合物燃料为主要的有机物燃烧时消耗的氧气。
第六章 生态系统的能量流动
生态系统中营养物质的循环主要有下列几种途径: 生态系统中营养物质的循环主要有下列几种途径
• 1.物质由动物排泄返回环境：任何动物都有一部分物质超过 排泄返回环境，浮游动物的排泄量较大。 • 2.物质中微生物分解碎屑过程和返回环境：在草原、温带森 林等。 • 3.通过在植物系中共生的真菌，直接从植物殖体（枯枝落叶） 中吸收营养物质而重新返回到植物体。在热带，尤其是热 带雨林生态系统中存在这种途径。 • 4.风化和侵蚀过程中伴同水循环携带着沉积元素，由非生 物库进入生物库。 • 5.动、植物尸体或粪便不经任何微生物分解作用也能释放营 养物质。如水中浮游生物的自溶。 • 6.人类利用化石燃料生产化肥，用海水制造淡水以及对金 属的利用。
第六章 生态系统的能量流动和物质循环
第一节 生态系统的能量流动 第二节 生态系统的物质循环 第三节 生态系统的信息传递
第一节 生态系统的能量流动
Hale Waihona Puke 一、生态系统能量流动的基本原理 二、生态效率 三、生态系统中的初级生产
一、生态系统能量流动的基本原理
（一）生态系统中的能量流动（energy flow of ecosystem ）
（三）生物地球化学循环
• 是营养物质在生态系统之间输入和输出，以及它 是营养物质在生态系统之间输入和输出， 们在大气圈、水圈和土壤圈之间的交换。 们在大气圈、水圈和土壤圈之间的交换。主要有 ）、液相 气相（气体型循环）、液相（水循环） 气相（气体型循环）、液相（水循环）和固相循 沉积型循环）三种形式。 环（沉积型循环）三种形式。
三 生态系统中的初级生产
（一）初级生产的基本概念 初级生产是指绿色植物的生产，即植物通过光合作用 吸收和固定光能，把无机物转化成有机物的生产过程。 6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 总初级生产量（GPP）：植物在单位面积、单位时间 内，通过光合作用固定太阳能的量。 植物呼吸作用消耗的能量（R） 净初级生产量（NPP）：总初级生产量减去呼吸作用 消耗的能量。 GPP= NPP+ R 照在植物叶面的太阳能作100%，光合作用利用的仅 有0.5%---3.5%。
生态系统的能量流动+第2课时+示范教案
第2节生态系统的能量流动（第2课时）◆教学目标1.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。
2.概述研究生态系统能量流动的意义。
3.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。
◆教学重难点【教学重点】生态金字塔。
【教学难点】尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。
◆教学过程【新课引入】【教师活动】教师提出问题，通过复习导入新课。
生态系统的能量流动具有什么特点呢？生态系统能量传递效率是多少？为什么生态系统中能量流动一般不超过5个营养级？假设第一营养级的能量是A，第五营养级最多可以获得多少能量？最少可以获得多少能量呢？【学生活动】思考讨论上述问题，结合第1课时的知识进行解答。
单向流动，逐级递减。
10%~20%。
营养级越多，在能量流动过程中散失消耗的能量越多。
A×（20%）4 =A/625；A×（10%）4 =A/10000。
【新知讲解】一、生态金字塔【学生活动】阅读课本57~58页生态金字塔的内容，认识能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔。
能量金字塔单位时间内各营养级所得到的能量数值转换成面积图形，并将图形按照营养级的次序排列，得到的金字塔图形，叫作能量金字塔。
生物量金字塔用类似的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，得到的图形叫作生物量金字塔。
数量金字塔表示各营养级的生物个体的数目比值关系，得到的叫作数量金字塔。
【教师活动】教师展示赛达伯格湖能量流动的数据，指导学生构建能量金字塔的模型。
【学生活动】以小组为单位，结合各个营养级的能量数据构建能量金字塔模型。
【设计意图】培养学生动手实践、获取信息、分析问题的能力。
在这个过程中理解能量流动的特点。
【教师活动】展示资料分析。
资料1：夏季某两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个/hm2。
资料2：夏季两个生态系统生物量统计表，单位为g/m-2。
【学生活动】根据数据分别建构两个生态系统的数量金字塔和生物量金字塔，并与同学进行交流。
生态系统中能量流动
食物网 (food web)：生态系统中的食物链很少 是单条、孤立出现的，它往往是交叉链索，形 成复杂的网络结构，此即食物网。
食物链和食物网概念的意义
食物链是生态系统营养结构的形象体现。通过食物链和食物网把生物与非生物、 生产者与消费者、消费者与消费者连成一个整体，反映了生态系统中各生物有机 体之间的营养位置和相互关系；各生物成分间通过食物网发生直接和间接的联系， 保持着生态系统结构和功能的稳定性。
第六章 生态系统中能量流动
生态系统中的能量流动
一、生态系统中的初级生产
1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）
• 总初级生产量（gross primary production）
有机物质
入射 日光能
光合 作用
总生产量
呼 吸
净生产量
分解者
草食 肉食 动物 动物
顶级肉 食动物
贮存
输出
群落呼吸
一个普适生态系统的能流模型 （Odum, 1959）
生态系统能量流动规律
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。
③ 从总的能流途径而言，能量只是一次性流 经生态系统，是不可逆的。
3．能量在生态系统内流动的过程是不断递减的过程
① 各营养级消费者不可能百分之百地利用前 一营养级的生物量；
② 各营养级的同化作用也不是百分之百的， 总有一部分不被同化；
③ 生物在维持生命过程中进行新陈代谢总是 要消耗一部分能量。
生态系统的能量流动规律总结
生态系统的能量流动规律总结一．生态系统的能量流动规律总结：1.能量流的起点、路径和损失：起点：生产者；途径：食物链（网）；损失：通过生物呼吸以热能形式损失2流经生态系统的总能量：自然生态系统：生产者同化的能量=总初级生产量=流入第营养级的总能量人工生态系统：生产者同化的能量+人工输入有机物中的能量3.每个营养级的能量去向：非最高营养水平：① 自我呼吸消耗（以热能形式损失）② 被较低的营养水平同化③ 分解者分解并利用④ 未利用（转化为该营养水平的生物量可能不存在，但最终将被利用）※② + ③ + ④ = 净（同化）产量（用于该营养水平的生长和繁殖）；最高营养级：①自身呼吸消耗（以热能形式散失）②被分解者分解利用③未被利用4.图示法理解末利用能量达到一定营养水平的能源和路线：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可以从以下两个角度分析：（1）定量不规则性（能量的最终路径）：自我呼吸消耗；流入下一个营养层；被分解的人分解并使用。
这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。
（2）定量时间：自我呼吸消费；流入下一个营养层；分解物的分解和利用；它不会被使用，也就是说，它不会被自己的呼吸所消耗，也不会被下一个营养水平和分解者所使用。
如果是以年为单位研究，未被利用的能量将保留到下一年。
5.同化量与呼吸量与摄入量的关系：同化=摄入-粪便量=净同化（用于生长和繁殖）+呼吸※初级消费者的粪便量不属于初级消费者该营养级的能量，属于上一个营养级（生产者）的能量，最终会被分解者分解。
※恒温条件下动物繁殖所需能量比小于6.6能量传递效率和能量利用效率：（1）能量的传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同化量×100%这个值在10%到20%之间（zheko版本为10%），因为当生物同化能量达到一定的营养水平时大部分被细胞呼吸所消耗，热能不能再利用，另外，总有一部分不能被下一营养级利用。
生态系统中的能量流动和物质循环
气体循环和沉积型循环虽然各有特点，但都能受能量的 驱动，并能依赖于水循环。生态系统中的物质循环，在自 然状态下，一般处于稳定的平衡状态。也就是说，对于某 一种物质，在各主要库中的输入和输出量基本相等。大多 数气体型循环物质如碳、氧和氮的循环，由于有很大的大 气蓄库，它们对于短暂的变化能够进行迅速的自我调节。 例如，由于燃烧化石燃料，使当地的二氧化碳浓度增加， 则通过空气的运动和绿色植物光合作用对二氧化碳吸收量 的增加，使其浓度迅速降低到原来水平，重新达到平衡。 硫、磷等元素的沉积物循环则易受人为活动的影响，这是 因为与大气相比，地壳中的硫、磷蓄库比较稳定和迟钝， 因此不易被调节。所以，如果在循环中这些物质流入蓄库 中，则它们将成为生物在很长时间内不能利用的物质。
能量金字塔
能量金字塔是指将单位时间内各个营养级所得到的能量 数值，按营养级由低到高绘制成的图形成金字塔形，称 为能量金字塔。从能量金字塔可以看出：在生态系统中， 营养级越多，在能量流动过程中损耗的能量也就越多； 营养级越高，得到的能量也就越少。在食物链中营养级 一般不超过5个，这是由能量流动规律决定的。 能量的研究意义 研究能量流动规律有利于帮助人们合理地调整生态系 统中的能量流动关系，使能量持续高效地流动向对人类 最有益的部分。在农业生态系统中，根据能量流动规律 建立的人工生态系统，就是在不破坏生态系统的前提下， 使能量更多地流向对人类有益的部分。
（4）水华:水华也叫水花、藻花，是湖泊、 池塘等淡水水体中某些蓝藻过度生长的水 污染现象。水华的发生，主要由于氮、磷 等植物营养元素过多所致。（5）赤潮：赤 潮也叫红潮，是因海水的富营养化，致使 某些微小的浮游生物突然大量繁殖和高度 密集而使海水变色的现象。（6 ）生物入侵： 生物入侵在自然界中是普遍存在的，它是 指一种生物进入到以往未曾分布过的地域 并且能够繁衍后代的现象。
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东北林业大学森林资源与环境学院
2013年8月12日
一 关于能量的概念
1 能量——做功的能力。
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2 能量值的表示：卡或千卡。 3 与生物体有关的几种能量形式： 辐射能、机械能、化学能、热能 4 .生态系统能量流遵循热力学定律
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2013年8月12日
热力学第一定律 又称为能量守恒与转化原理. （ Energy Conservation Law ）
2013年8月12日
3 净生产力和生物量 奥德姆根据初级生产力将生态系统划分为4级： 最低：荒漠和深海。
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较低：山地森林、热带稀树草原、某些临时 农耕地、半干旱草原、深湖和大陆架。
较高：热带雨林，长久性农耕地和浅湖。
最高：少数特殊的生态系统（农业高产田、 河漫滩、三角洲、珊瑚礁、红树林）。
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2013年8月12日
（2）草食动物的消耗
因生态系统类型不同而有很大变化。 草地损失量约28％－60%之间。 森林为1.5%－2.5%。 水体生态系统浮游植物群落60％－99％。 思考：如何看待森林中的昆虫？ （3）凋落物的消耗
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B: 热，98单位释放的能量形式 A: 日光，100单位释放的能量
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SUN
C:糖，2单位
浓缩的能量形式
橡树叶， 能量转换系统
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2013年8月12日
生态系统中能量的流动
热 能 热 能 机械能
化学能
太 阳
辐射能
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有机物质的合成过程， 即生产者（绿色植物） 吸收太阳能量形成初 级生产量。
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能量金字塔
东北林业大学森林资源与环境学院 2013年8月12日
四 生态系统的能量动态和储存
（一）基本名词解释 生产量(production)：一定时期内有机物质增加的总
重量。
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总生产量(gross production)：某一时期合成的有机物质 总量. 净生产量(net production)：总生产量减去呼吸损失的 部分. 初级生产量(primary production)：绿色植物的生产量. 次级生产量(seconddary production)：消费者的生产量.
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2013年8月12日
落叶林
3'C
草地
4'C
数量
2'C 1'C p
3'C 2'C 1'C p
4'C
能量
3'C
2'C 1'C p
3'C 2'C 1'C p
落叶林及草地数量和能量金字塔
单位：公斤
1
鱼 `
浮游动物 浮游植物
10 100 1000 生物量金字塔
东北林业大学森林资源与环境学院 2013年8月12日
东北林业大学森林资源与环境学院
2013年8月12日
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生物量(biomass)：任一时间某一地方某一种 群、营养级或某一生态系统有机物质的总重 量。(kg/ha、g/m2、kj/m2) 现存量(standing crop)：单位面积上当时所测 得的生物体的总重量。 生产力(productivity)：指单位时间单位面积 的生产量，即生产的速率。
活有机物质被各级消 费者（动物）消费的 过程。
死有机物质（动植物 残体和排泄物）被腐 生物分解的过程。
能量流动特点：
1 “越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗 散。
2 单向流动，不可逆。
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2013年8月1太阳辐射、核能、 地热…… 太阳辐射能是生态系统中的能量的最主要来 源。
自养生物
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化能自养型(chemoautotrophs)
草食动物（herbivores）
异养生物
肉食动物 (carnivores) 杂食动物(omnivores)
腐生物(saprotrophs)
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三 生态系统的营养结构
（一）能量转换的途径，或称能量流动的渠道
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2013年8月12日
六 森林经营对生态系统中能量的影响
森林生物量的再分配 腐生食物网能量流的变化 草牧食物网能量流的变化
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思考：皆伐对森林能量固定的影响
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2013年8月12日
七 小结
能量流动是生态系统的重要功能 食物链是能量流动的渠道 能量从一营养级到另一营养级的转换效率一般都 很低。 森林生态系统是陆地生态系统中利用太阳能最有 效的类型。
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（三）初级消费者（草食动物）营养级 陆地生态系统中植物净生产量转换成食草动 物净生产量的效率很低，多数均少于1％。 （四）二级消费者（肉食动物）营养级 （五）腐生营养食物链 在许多生态系统中占据能量流的大部分。 影响凋落物分解的因子：水分，温度，pH值， 氧气，土壤动物数量，凋落物理化性质，细 菌和真菌的相对量。
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The End
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太阳辐射
太阳辐射
无线电波 红外线 紫外光 可见光 X光 射线
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波长 频率/秒
104
10
1
0.1 1015
10-6
1010
1020
太阳辐射位于电磁辐射谱的中间范围
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按能量来源将生物分为：
光能自养型(photoautotrophs)
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能否提高生态系统的生产力？
地球上的森林具有很大的生长潜力。
1. 生态系统生产力受到很多环境因子的限制，如光照、 水分、温度、养分供应、生长期等。 2. 生态系统结构对生产力的提高也很重要。
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5 能量流周转期
生物量（g / m2） 转换时间（年）= 净生产力（g / m2 / yr）
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凋落物积累（ / m2） g (凋落物）转换时间（年）= 凋落速率（g / m2 / yr）
能量流周转期的意义:
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食物网
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（三）生态金字塔(ecological pyramid)
数量金字塔(pyramid of numbers) 生物量金字塔(pyramid of biomass) 能量金字塔(energy pyramid)
质的产量。如沿海潮汐带、河口湾和某些热带雨林。生产力和 种群密度较高。
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有人类补助能的太阳供能生态系统
例如：农业的高产量，是由补助能量的大量 输入来维持的，包括耕种、灌溉、施肥、 除草等。
燃料供能的生态系统
生态系统提供的有机物满足不了人们的需要， 需要从外界输入能量和物质
如何提高生态系统的生产力？
给生态系统增加能量，从而提高光能利用效率。 天然条件下：温度的升高，雨量的增多。 人工条件下：营造高光合效能的速生树种，树种 的合理混交，整地，灌溉，排水，施肥，森林抚 育，病虫害防治等。
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2013年8月12日
4 生物量在植物体内的分配 经营者的愿望…… 林业工作者：净生产量更多地分布于树干； 农民：要求农作物结出更多的种子或其他可食 的块茎和根茎； 主要影响因素：品种，环境，经营措施 思考：如何让树干多长点儿？
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（二）食物网(food webs)
生物之间的捕食和被食的关系不是简单的一 条链，而是错综复杂的相互依赖的网状结构， 即食物网。 食物网不仅维持着生态系统的相对平衡，并 推动着生物的进化，成为自然界发展演变的 动力。 这种以营养为纽带，把生物与环境、生物与 生物紧密联系起来的结构，称为生态系统的 营养结构。
表达有关能量传递方向和转换效率的规律。
自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且 不可逆。 任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉， 一种形式的能绝不会全部转换成另一种形式 的能。
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热力学的两个定律 第一定律：A = B + C 第二定律：C < A
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陆地与海洋食物链的例子
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在生态系统中各类食物链具有以下特点：
在同一个食物链中，常包含有食性和其它生活习性极 不相同的多种生物。 在同一个生态系统中，可能有多条食物链，它们的长 短不同，营养级数目不等。由于在一系列取食与被取 食的过程中，每一次转化都将有大量化学能变为热能 消散。因此，自然生态系统中营养级的数目是有限的。 在不同的生态系统中，各类食物链的比重不同. 在任一生态系统中，各类食物链总是协同起作用。