III生态系统的能量流动.ppt

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1、第五章第五章III 生态系统的能量流动生态系统的能量流动王娓王娓(北京大学城北京大学城环学院生学院生态学系学系)n n营养级的能量传递营养级的能量传递n n生态系统的初级生产生态系统的初级生产n n生态系统的次级生产生态系统的次级生产n n生态系统中的分解生态系统中的分解摄食量食量-生物所生物所摄取能量取能量.对于植物，代表光合作用所吸收的于植物，代表光合作用所吸收的 光能光能,对动物物,代表代表动物吃物吃进食物的能量食物的能量同化量同化量-对于植物于植物,指光合作用所固定的能量指光合作用所固定的能量,动物指消化后物指消化后 吸收的能量吸收的能量呼吸量呼吸量-生物在呼吸等新生物在呼吸等新陈代代

2、谢活活动中消耗的全部能量中消耗的全部能量生生产量量-生物在呼吸消耗后生物在呼吸消耗后净剩的同化能量剩的同化能量值.1.营养级的能量传递营养级的能量传递生态效率生态效率同化效率同化效率同化效率同化效率=被植物固定能量被植物固定能量被植物固定能量被植物固定能量/植物吸收日光能或被植物吸收日光能或被植物吸收日光能或被植物吸收日光能或被动动物消化吸收能量物消化吸收能量物消化吸收能量物消化吸收能量/动动物物物物摄摄食能量食能量食能量食能量生生生生产产效率效率效率效率=n n营营养养养养级净级净生生生生产产量量量量/n n营营养养养养级级同化能量同化能量同化能量同化能量消消消消费费效率效率效率效率=n+1

3、n+1营营养养养养级级消消消消费费能量能量能量能量/n n营营养养养养级净级净生生生生产产量量量量林德曼效率林德曼效率林德曼效率林德曼效率=n+1n+1营营养养养养级获级获得能量得能量得能量得能量/n n营营养养养养级获级获得能量得能量得能量得能量生态椎体生态椎体鸟树昆虫昆虫树鸟数量椎体能量椎体2.生态系统的初级生产生态系统的初级生产初初初初级级生生生生产产量量量量(GP)-(GP)-植物所固定的太阳能或所制造的有机物植物所固定的太阳能或所制造的有机物植物所固定的太阳能或所制造的有机物植物所固定的太阳能或所制造的有机物质质净净初初初初级级生生生生产产量量量量(NP)-(NP)-GP-RGP-R

4、生生生生产产量量量量(g/m(g/m2 2 a)-a)-单单位位位位时间单时间单位面位面位面位面积积上的有机物上的有机物上的有机物上的有机物质质干重干重干重干重生物量生物量生物量生物量(g/m(g/m2 2)-)-某一特定某一特定某一特定某一特定时时刻刻刻刻调查时单调查时单位面位面位面位面积积上的上的上的上的现现存量存量存量存量 dB/dt=NP-R-H-D dB/dt=NP-R-H-D(H-H-被被被被较较高高高高营营养养养养级动级动物所取食生物量物所取食生物量物所取食生物量物所取食生物量;D-D-因死亡而因死亡而因死亡而因死亡而损损失的生物量失的生物量失的生物量失的生物量)地球上初级生产力

5、的分布l 热带阳阳光光强烈烈、气气候候温温热、雨雨量量充充沛沛、营养养物物质丰丰富富等等产生生了了最最高高的生的生产力力l 温温带和和极极地地，冬冬日日低低温和温和长夜降低了生夜降低了生产量。量。l 沼沼泽和和湿湿地地处于于陆地地和和水水体体栖栖息息地地分分界界面面，充充足足水水分分供供应，营养养元元素更新快。素更新快。卫星遥感卫星遥感NDVI指数指数生物量与年生长动态测定生物量与年生长动态测定初级生产的生产效率初级生产的生产效率能量能量能量能量/(J.m/(J.m-2-2.d.d-1-1)百分率百分率百分率百分率/%/%输入输入输入输入损失损失损失损失输入输入输入输入损失损失损失损失日光能日

6、光能日光能日光能2.9102.9107 7100100可见光可见光可见光可见光1.3101.3107 7可见光以外可见光以外可见光以外可见光以外1.6101.6107 745455555被吸收被吸收被吸收被吸收9.9109.9106 6反射反射反射反射1.3101.3106 640.540.54545光化中间产物光化中间产物光化中间产物光化中间产物8108106 6非活性吸收非活性吸收非活性吸收非活性吸收3.4103.4106 628.428.412.112.1碳水化合物碳水化合物碳水化合物碳水化合物2.7102.7106 6不稳定中间产物不稳定中间产物不稳定中间产物不稳定中间产物5.4105

7、.4106 69.1(Pg)9.1(Pg)19.319.3净生产量净生产量净生产量净生产量2.0102.0106 6呼吸消耗呼吸消耗呼吸消耗呼吸消耗6.7106.7105 56.8(Pn)6.8(Pn)2.3(R2.3(R)约为约为约为约为120 g/m120 g/m2 2d d实测最大值为实测最大值为实测最大值为实测最大值为3%3%Florida 银泉生态系统初级生产力的生产效率3 生态系统中的次级生产生态系统中的次级生产n n食物种群食物种群动物未得到的物未得到的动物得到的物得到的动物未吃物未吃进的的动物吃物吃进的的未同化的未同化的被同化的被同化的呼吸代呼吸代谢净次次级生生产量量未被取食未

8、被取食被更高被更高营养养级取食取食3.1 3.1 次级生产量的一般生产过程次级生产量的一般生产过程:P(净生生产量量)=C(动物物摄食能量食能量)-FU(粪，尿能量，尿能量)-R(呼吸能量呼吸能量)3.2 次级生产的生态效率次级生产的生态效率3.2.1 3.2.1 消费效率消费效率消费效率消费效率生态系统类型生态系统类型生态系统类型生态系统类型主要植物及其特征主要植物及其特征主要植物及其特征主要植物及其特征被捕食百分比被捕食百分比被捕食百分比被捕食百分比%成熟落叶林成熟落叶林成熟落叶林成熟落叶林乔木乔木乔木乔木,大量非光合生物量大量非光合生物量大量非光合生物量大量非光合生物量,世代时世代时世代

9、时世代时间长间长间长间长,种群增长率低种群增长率低种群增长率低种群增长率低1.2-2.51.2-2.51.2-2.51.2-2.51-71-71-71-7年弃耕田年弃耕田年弃耕田年弃耕田一年生草本一年生草本一年生草本一年生草本,种群增长率中等种群增长率中等种群增长率中等种群增长率中等12121212非洲草原非洲草原非洲草原非洲草原多年生草本多年生草本多年生草本多年生草本,少量非光合生物量少量非光合生物量少量非光合生物量少量非光合生物量,种群增长率高种群增长率高种群增长率高种群增长率高28-6028-6028-6028-60人工管理牧场人工管理牧场人工管理牧场人工管理牧场多年生草本多年生草本多年

10、生草本多年生草本,少量非光合生物量少量非光合生物量少量非光合生物量少量非光合生物量,种群增长率高种群增长率高种群增长率高种群增长率高30-4530-4530-4530-45海洋海洋海洋海洋浮游植物浮游植物浮游植物浮游植物,种群增长率高种群增长率高种群增长率高种群增长率高,世代短世代短世代短世代短60-9060-9060-9060-90引自引自Krebs 19783.2.2 同化效率同化效率l l食草食草动物和碎食物和碎食动物物较低低,食肉食肉动物物较高高l l食草食草动物所吃植物物所吃植物,含有一些含有一些难消化的物消化的物质l l食肉食肉动物吃的是物吃的是动物物组织,其其营养价养价值较高高l

11、 l食肉食肉动物捕食物捕食时要消耗要消耗许多能量多能量,净生生长效效率率,食肉食肉动物比食草物比食草动物低物低.3.2.3 生产效率生产效率 无脊椎无脊椎无脊椎无脊椎动动物物物物较为较为30-40%,30-40%,30-40%,30-40%,外温性脊椎外温性脊椎外温性脊椎外温性脊椎动动物物物物10%,10%,10%,10%,内温性脊椎内温性脊椎内温性脊椎内温性脊椎动动物物物物1-2%,1-2%,1-2%,1-2%,为维为维持恒定体温而消耗很多已同化能量持恒定体温而消耗很多已同化能量持恒定体温而消耗很多已同化能量持恒定体温而消耗很多已同化能量.动动物物物物生生生生产产效率与呼吸消耗呈效率与呼吸消

12、耗呈效率与呼吸消耗呈效率与呼吸消耗呈显显著著著著负负相关相关相关相关类群类群类群类群生产效率生产效率生产效率生产效率食虫兽食虫兽食虫兽食虫兽0.860.86鸟鸟鸟鸟1.291.29小哺乳类小哺乳类小哺乳类小哺乳类1.511.51其他兽类其他兽类其他兽类其他兽类3.143.14鱼和社会性昆虫鱼和社会性昆虫鱼和社会性昆虫鱼和社会性昆虫9.779.77无脊椎动物无脊椎动物无脊椎动物无脊椎动物(昆虫除外昆虫除外昆虫除外昆虫除外)2525非社会昆虫非社会昆虫非社会昆虫非社会昆虫40.740.7仿仿Begon 1996l lLindeman最初研究结果大约为最初研究结果大约为10%,后人称后人称为为十分之

13、一法则十分之一法则.l lPauly&Christensen(1995)40个水生群落营个水生群落营养级传递效率为养级传递效率为2-24%,平均为平均为10.13%.l l人如果人如果直接以植物为食品直接以植物为食品,比以吃植物的动比以吃植物的动物为食物为食,可供养多可供养多10倍倍的人口的人口.l l世界粮农组织统计世界粮农组织统计,富国人均直接谷物消耗富国人均直接谷物消耗低于穷国低于穷国,但以肉乳蛋品为食物的粮食间接但以肉乳蛋品为食物的粮食间接消耗量高于贫国数倍消耗量高于贫国数倍.3.2.4 林德曼效率林德曼效率林德曼林德曼1942年对赛达伯格湖能量流动的定量分析年对赛达伯格湖能量流动的定

14、量分析4 生态系统中的分解生态系统中的分解分解分解碎裂碎裂异化淋溶异化异化淋溶淋溶碎裂碎裂-由物理和生物作用，尸体分解由物理和生物作用，尸体分解为颗粒状碎屑粒状碎屑异化异化-有机物有机物质在在酶作用下分解，从聚合体作用下分解，从聚合体变成成单体，体，进而成而成为矿物成分物成分淋溶淋溶-可溶性物可溶性物质被水所淋洗被水所淋洗植物枯枝落叶中各种化学成分的分解曲线n n分解者微生物分解者微生物分解者微生物分解者微生物组织组织C/NC/N比比比比10:110:1，大多数，大多数，大多数，大多数植物植物植物植物组织组织C/NC/N比比比比40-40-80:1,80:1,氮供氮供氮供氮供应应量量量量经经常

15、成常成常成常成为为限制因素限制因素限制因素限制因素.n n待分解待分解待分解待分解资资源源源源C/NC/N比比比比,常常常常可作可作可作可作为为生物降解性能生物降解性能生物降解性能生物降解性能的的的的测测度度度度,最适最适最适最适25-30:1.25-30:1.分解者n n温温温温度度度度高高高高、湿湿湿湿度度度度大大大大地地地地带带,分分分分解解解解速速速速率率率率高高高高,低低低低温温温温干干干干燥燥燥燥地地地地带带,分分分分解解解解速速速速率率率率低低低低,土土土土壤中易壤中易壤中易壤中易积积累有机物累有机物累有机物累有机物质质.n n热热带带土土土土壤壤壤壤,无无无无脊脊脊脊椎椎椎椎动动物物物物对对分分分分解解解解活活活活动动贡贡献献献献显显著著著著高高高高于于于于温温温温带带和和和和寒寒寒寒带带,起起起起主主主主要要要要作作作作用用用用的的的的是是是是大大大大型型型型土土土土壤壤壤壤动动物物物物.寒寒寒寒带带和和和和冻冻原原原原土土土土壤壤壤壤中中中中多多多多小小小小型土壤型土壤型土壤型土壤动动物物物物理化环境对分解的影响理化环境对分解的影响分解速率随分解速率随纬度度变化化有机物有机物积累累随随纬度度变化化大，中，小型大，中，小型土壤土壤动物区系物区系的相的相对作用作用问题：全球变暖会加快北方林土壤有机物问题：全球变暖会加快北方林土壤有机物分解吗？分解吗？