生态系统生态学.pdf
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1、2013-2-61生态系统生态学 第一节 生态系统的一般特征 第二节 生态系统的能量流动 第三节 生态系统的物质循环 第四节 自然生态系统内容提要内容提要单元测试单元测试2013-2-62第二节 生态系统的能量流动1 生态系统的生物生产2 生态系统中的分解3 生态系统的能流过程4 生态系统能流分析参考文献参考文献思考题思考题预习内容预习内容课堂讨论课堂讨论 wWw.zuaNshiB 2013-2-631 生态系统的生物生产生物生产的基本概念 生物生产 生物量与生产量初级生产 总初级生产与净初级生产 影响初级生产的因素 初级生产量的测定方法次级生产 次级生产的基本特点 次级生产量的测定方法201
2、3-2-64 生物生产生物生产:是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转,生物有机体在能量代谢过程中,将能量、物质重新组合,形成新的产品的过程,称生态系统的生物生产。生物生产常分为个体、种群和群落等不同层次。生态系统中绿色植物通过光合作用,吸收和固定太阳能,从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段,因此,绿色植物的这种生产过程称为初级生产(primary production),或第一性生产。初级生产以外的生态系统生产,即消费者利用初级生产的产品进行新陈代谢,经过同化作用形成异养生物自身的物质,称为次级生产(secondary production),或第
3、二性生产。2013-2-65 生物量和生产量 生物量(biomass):某一特定观察时刻,某一空间范围内,现有有机体的量,它可以用单位面积或体积的个体数量、重量(狭义的生物量)或含能量来表示,因此它是一种现存量(standing crop)。现存的数量以N表示,现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来表示(J m-2 )。生产量(production):是在一定时间阶段中,某个种群或生态系统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念,即含有速率的概念。有的文献资料中,生产量、生产力(production rate)和
4、生产率(productivity)视为同义语,有的则分别给予明确的定义。生物量和生产量是不同的概念,前者到某一特定时刻为止,生态系统所积累下来的生产量,而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。2013-2-66生产量和现存量关系示意图现存量现存量现存量现存量P P P PB B B BE E E EB生产量PA减少量E生产量P减少量E2013-2-67总初级生产与净初级生产 初级生产过程可用下列方程式概述:光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素 总初级生产(gross primary production,GP)与净初级生产(net primary production,N
5、P):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称为总初级生产(量),常用的单位:J m-2 a-1 或 gDW m-2 a-1;植物总初级生产(量)减去呼吸作用消耗掉的(R),余下的有机物质即为净初级生产(量)。二者之间的关系可表示如下:GPNP+R ;NPGPR2013-2-68影响初级生产的因素NPRCOCOCOCO2 2 2 2光光H H H H2 2 2 2O O O O营养营养取食取食O O O O2 2 2 2温度温度陆地生态系统中,初级生产量是由光、二氧化碳、水、陆地生态系统中,初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质营养物质(物质因素物质因素)、氧和温度、氧和温度
6、(环境调节因素环境调节因素)六个因素六个因素决定的。决定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP2013-2-69初级生产量的测定方法 产量收割法:收获植物地上部分烘干至恒重,获得单位时间内的净初级生产量。氧气测定法:总光合量净光合量呼吸量 二氧化碳测定法:用特定空间内的二氧化碳含量的变化,作为进入植物体有机质中的量,进而估算有机质的量。pH测定法:水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化,根据pH值变化估算初级生产量。叶绿素测定法:叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系,通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。放射性标记测定法:把具有14C的碳酸盐(1
7、4CO32-)放入含有天然水体浮游植物的样瓶中,沉入水中,经过一定时间的培养,滤出浮游植物,干燥后,测定放射性活性,确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C,因此,还要用“暗吸收”加以校正。2013-2-610黑白瓶法黑黑瓶瓶(呼吸作用呼吸作用)白瓶白瓶(净光合作用净光合作用)对照瓶对照瓶(消除误差)(消除误差)放放置置于于水水样样深深度度处处一定时间后,测各瓶的含氧量变化,求初级生产量一定时间后,测各瓶的含氧量变化,求初级生产量2013-2-611次级生产的基本特点次级生产过程模型食物食物资源资源未采未采食食拒食拒食未食未食粪便粪便(Fu)(Fu)(Fu)(Fu)呼吸呼吸(
8、R)(R)(R)(R)分解分解被采被采食食可利可利用用食用食用(C)(C)(C)(C)同化同化(A)(A)(A)(A)动物产品动物产品产生能量产生能量(P)(P)(P)(P)潜潜在在能能量量保持能量保持能量损损失失能能量量C=A+FuC=A+FuC=A+FuC=A+FuA=P+RA=P+RA=P+RA=P+RC=P+Fu+RC=P+Fu+RC=P+Fu+RC=P+Fu+RP=C-Fu-RP=C-Fu-RP=C-Fu-RP=C-Fu-R2013-2-612次级生产量的测定方法 按已知同化量A和呼吸量R,估计生产量P P=C-Fu-R,Fu-尿粪量 根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重Pr,估
9、计P P Pg Pr 根据生物量净变化B和死亡损失E,估计P P B E 2013-2-6132 生态系统中的分解 资源分解的过程:分碎裂过程、异化过程和淋溶过程等三个过程。资源分解的意义:理论意义:通过死亡物质的分解,使营养物质再循环,给生产者提供营养物质;维持大气中二氧化碳的浓度;稳定和提高土壤有机质含量,为碎屑食物链以后各级生物生产食物;改善土壤物理性状,改造地球表面惰性物质;实践意义:粪便处理污水处理2013-2-6143 生态系统的能流过程 生态系统能量流动规律 生态系统中能流途径 能量流动的生态效率2013-2-615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
10、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。第二定律:熵律,任何形式的能(除了热)转化到另一种形式能的自发转换中,不可能100被利用,总有一些能量作为热的形式被耗散出去,熵就增加了。生态系统中能流特点(规律):能流在生态系统中是变化着的;能流是单向流;能量在生态系统内流动的过程,就是能量不断递减的过程;能量在流动过程中,质量逐渐提高。2013-2-616生态系统中能量流动的途径 牧食食物链和腐食食物链是生态系统能流的主要渠道。能量流动以食物链作为主线,将绿色植物与消费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。牧食食
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