第十章生态系统的能量流动与信息流 《生态学》课件

能量在生态系统中的行为可以称为能流， 因为就我们所见，能量转换是“单向”的， 与物质的循环行为是不同的。
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二、能量环境
地球外的太阳辐射以2克卡的比率到 达生物圈，但当它通过大气时按指数地衰 减；当它通过云层、水和植被时，太阳辐 射能进一步衰减，而且其能量的光谱分布 状况也有很大的改变。在一个生态系统内2 4小时的热能流比进来的太阳辐射能少了很 多。在生态系统中不同层以及地球表面的 不同季节、不同地点内，总能流的变异是 很大的，因此，有机体的个体分布也相应 地不同。
量的基本资源，温度是影响光合效率的主 要因素，而食草动物的捕食会减少光合作 用生物量。
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（二）水域生态系统 光是影响水体初级生产力的最重要的因
子。美国生态学家J.H.Ryther（1956）提出 预测海洋初级生产力的公式：
P=（R/k）×C×3.1
式中：P—浮游植物的净初级生产力，g／(m2·d)
包括呼吸消耗在内的全部生产量，称为总 初级生产量(gross primary production)。 三者之间的关系是：
GP＝NP十R 式中：GP—总初级生产量，J／(m2·a)
NP—净初级生产量，J／(m2·a) R—呼吸所消耗的能量，J／(m2·a)
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生态系统的初级生产量还随群落的 演替而变化。群落演替的早期由于植物 生物量很低，初级生产量不高；随时间 推移，生物量逐渐增加，生产量也提高。
R—相对光合率 k—光强度随水深度而减弱的衰变系数 C—水中的叶绿素含量，g/m3
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四、 初级生产量的测定方法
（一)收获量测定法 此法用于陆地生态系统。定期收割植
被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的 干物质量来表示。取样测定干物质的热量， 并将生物量换算为J／(m2·a)。为了使结果 更精确，要在整个生长季中多次取样，并 测定各个物种所占的比重。在应用时，有 时只测定植物的地上部分，有时还测地下 根的部分。
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(二)氧气测定法 此法多用于水生生态系统，即黑白瓶
法。用3个玻璃瓶，其中一个用黑胶布包上， 再包以铅箔。从待测的水体深度取水，保 留一瓶（初始瓶）以测定水中原来溶氧量。 将另一对黑白瓶沉入取水样深度，经过24 h或其他适宜时间，取出进行溶氧测定。根 据初始瓶、黑瓶、白瓶溶氧量，即可求得 净初级生产量、呼吸量、总初级生产量。
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三、生态系统中的热力学
能量是生态系统的动力，是一切 生命活动的基础。一切生命活动都伴 随着能量的变化，没有能量的转化， 也就没有生命和生态系统。生态系统 的重要功能之一就是能量流动，而热 力学就是研究能量传递规律和能量形 式转换规律的科学。
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能量在生态系统内的传递和转化 规律服从热力学的两个定律。热力学 第一定律可以表述如下：“在自然界 发生的所有现象中，能量既不能消失 也不能凭空产生，它只能以严格的当 量比例由一种形式转变为另一种形 式。”因此热力学第一定律又称为能 量守恒定律。
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热力学第二定律是对能量传递和转化 的一个重要概括，通俗地说就是：在封闭 系统中，一切过程都伴随着能量的改变， 在能量的传递和转化过程中，除了一部分 可以继续传递和做功的能量（自由能）外， 总有一部分不能继续传递和做功，而以热 的形式消散，这部分能量使系统的熵和无 序性增加。
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第二节 生态系统中的初级生产
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二、 初级生产的生产效率
表10-2 最适条件下初级生产的效率估计量/（J.m2.d-1） 百分率/%
输入
损失
输入
损失
日光能 可见光 被吸收 光合中 间产物 糖类
2×106 2.6×106
可见光以外 反射
非活性 吸收 不稳定
中间产物
1.6×107 1.3×106
第十章
生态系统的能量 流动与信息流
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一、生态系统中的能量
在生态系统中生命的各种表现都是和能 量转变分不开的。进入地球表层的能量被离 开地球的能量所平衡，生命的本质就是生长、 自我繁殖和物质合成等这些变化的连续。在 生态学中，我们基本上关注的是光和生态系 统的关系以及在生态系统内能量转换的情况。
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初级 生产 的基 本概
念
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初级 生产 的生 产效
率
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初级 生产 量的 限制 因素
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初级 生产 量的 测定 方法
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一、 初级生产的基本概念
生态系统中的能量流动开始于绿色植物 通过光合作用对太阳能的固定。因为这是生 态系统中第一次能量固定，所以植物所固定 的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产 量或第一性生产量(primary production)。
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（六）遥感测定法 遥感是测定生态系统初级生产量的一
种新技术，可同时测定大范围的陆地区域， 在近代生态学研究中得到推广应用。其中 最著名的包括海岸区彩色扫描仪、先进的 分辨率很高的辐射计、美国专题制图仪或 欧洲斯波特卫星(SPOT)等遥感器，这些仪 器可以直接或间接地用来测定初级生产量。
3.5×106
5.6×106
45.0 40.5
100 55.0 4.50
28.4
12.1
9.1
19.3
净生产量 2.0×106
呼吸消耗
6.7×105
6.8
2.3
约为120 g/(m2.d)
(实测最大值为3%)
注:引自McNaughton 和Wolf,1979。
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三、 初级生产量的限制因素
(一)陆地生态系统 光、CO2、水和营养物质是初级生产
放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉 入水中经过短时间培养，滤出浮游植物， 干燥后在计数器中测定放射活性，然后通 过计算，确定光合作用固定的碳量。因为 浮游植物在暗中也能吸收14C， 因此还要用“暗呼吸”作校正。
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(五)叶绿素测定法 通过薄膜将自然水进行过滤，然后用
丙酮提取，将丙酮提出物在分光光度计中 测量光吸收，再通过计算，化为每m2含叶绿 素多少克。此法最初应用于海洋和其他水 体，较用14C和氧测定方法简便，花的时间 也较少。
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(三)CO2测定法 用塑料帐将群落的一部分罩住，测定
进入和抽出空气中CO2含量。如黑白瓶方法 比较水中DO那样，本方法也要用暗罩和透 明罩，也可用夜间无光条件下的CO2增加量 来估计呼吸量。测定空气中CO2含量的仪器 是红外气体分析仪，或用经典的KOH吸收法。
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(四)放射性标记物测定法 把放射性14C以碳酸盐(14CO32-)的形式，