《北京林業(yè)大學(xué)森林生態(tài)學(xué)5生態(tài)系統(tǒng)2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《北京林業(yè)大學(xué)森林生態(tài)學(xué)5生態(tài)系統(tǒng)2（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,1,第二節(jié) 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng),初級(jí)生產(chǎn),次級(jí)生產(chǎn),分解,生態(tài)系統(tǒng)的能流分析,2,一、生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn),基本概念,地球上初級(jí)生產(chǎn)力的分布,生產(chǎn)效率,初級(jí)生產(chǎn)量的限制因素,*初級(jí)生產(chǎn)量的測(cè)定方法,3,（一）基本概念,生產(chǎn)量,生產(chǎn)力（初級(jí)、次級(jí)）,生物量與現(xiàn)存量,生產(chǎn)力與生物量的關(guān)系,4,1.生產(chǎn)量,production,指一定時(shí)間內(nèi),，某一特定種群、某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)或者整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)物質(zhì),增加,的,總重,量。單位：,g/m

2、,2,a,不僅包括終期所保留下來的有機(jī)物質(zhì)，而且還應(yīng)將過去生產(chǎn)而后期損失掉的有機(jī)物質(zhì)計(jì)算在內(nèi)。,收獲+未收獲+不能收獲+轉(zhuǎn)移。,5,總生產(chǎn)量,gross production,指某一時(shí)期增加的有機(jī)物質(zhì)，加上呼吸損失的部分。,指總生產(chǎn)量減去呼吸損失的部分。,對(duì)于綠色植物來說，生產(chǎn)量稱為初級(jí)凈生產(chǎn)量,N,PP,（net,primary production,）,凈生產(chǎn)量,net production,6,2.生產(chǎn)力,productivity,指,單位時(shí)間,（通常為一年）,單位面積,的生產(chǎn)量，即生產(chǎn)的速率。,可以分為總生產(chǎn)力和凈生產(chǎn)力，,NPP=GPP-R,生產(chǎn)量,與生產(chǎn)力可看作同義詞：?jiǎn)挝幌嗤?/p>

3、者更強(qiáng)調(diào)速率，使用廣泛。,前者,在次級(jí)生產(chǎn)中使用。,7,3.生物量,biomass,指任一時(shí)間（調(diào)查時(shí)）單位面積上（種群、營(yíng)養(yǎng)級(jí)或生態(tài)系統(tǒng)）積累的有機(jī)物質(zhì)的總重量。以干重,kg/hm,2,或,g/hm,2,或能量以,KJ/m,2,表示。,現(xiàn)存量,（,standing crop,）,：,是指單位面積上當(dāng)時(shí)所測(cè)得的生物體的總重量。,通?，F(xiàn)存量,=,生物量,但森林生態(tài)系統(tǒng)中：現(xiàn)存量為活立木的重量，而生物量為森林中全部生物的重量，包括活的與死的生物。,8,4.凈生產(chǎn)力和生物量的關(guān)系,NPP=0,，生物量穩(wěn)定不變；,NPP0,，積累生物量。,9,（二）全球初級(jí)生產(chǎn)力的分布,陸地比水域的初級(jí)生產(chǎn)量大。,陸

4、地上初級(jí)生產(chǎn)量有隨緯度增加逐漸降低的趨勢(shì)。,海洋中初級(jí)生產(chǎn)量由河口灣向大陸架和大洋區(qū)逐漸降低。,全球初級(jí)生產(chǎn)量可劃分為三個(gè)等級(jí)：,極低的區(qū)域,：凈初級(jí)生產(chǎn)力,250g/m,2,.yr或者更少。大部分海洋和荒漠屬于這類區(qū)域。遼闊的海洋缺少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，荒漠主要是缺水。,中等區(qū)域,：凈初級(jí)生產(chǎn)力250-2000g/m,2,.yr。許多草地、沿海區(qū)域、深湖和一些農(nóng)田屬于這類區(qū)域。這些地區(qū)的生產(chǎn)量居于中等水平。,高區(qū)域,：凈初級(jí)生產(chǎn)力2000-3000g/m,2,.yr或者更多。大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)、河口灣、泉水、珊瑚礁、熱帶雨林和精耕細(xì)作的農(nóng)田、沖積平原上的植物群落等屬于這類區(qū)域。,10,11,地球上水體

5、生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力,g/m,2,.a,12,（三）初級(jí)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率,呼吸消耗、凋落物消耗等使初級(jí)生產(chǎn)的效率低下,湖泊生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)效率低的原因？,隨年齡增長(zhǎng)，初級(jí)生產(chǎn)效率降低,13,總光合效能,%,凈光合效能,%,最大量,5,4,平均有利條件,1,0.5,生物圈平均,0.2,0.1,總光合效能和凈光合效能,14,各陸地生態(tài)系統(tǒng),總初級(jí)生產(chǎn)量,損失于,呼吸,的能量,生態(tài)系統(tǒng),總初級(jí)生產(chǎn)量損失于呼吸的能量,凈生產(chǎn)效能（凈生產(chǎn)量/總生產(chǎn)量*100,棄耕地,玉米地,苜蓿地,歐洲人工林,松櫟林,熱帶雨林,450年花旗松林,15,23,38,39,55,71,93,85,77,62,61,45,29,

6、7,15,最適條件下初級(jí)生產(chǎn)量的估計(jì)效率,（大卡,/,米,2.,天）,能量輸入,能量損失,所占百分?jǐn)?shù),總?cè)肷淙展饽?5000,100,不能被植物色素吸收部分,2780,-55.8,可被植物色素吸收部分,2220,44.2,植物表面反射,185,-3.7,非活性吸收,220,-4.4,光合可利用的能量,1815,36.1,在有機(jī)物合成中未利用的能量,1633,-32.5,總初級(jí)生產(chǎn)量（,GP,）,182,3.6,呼吸消耗（,R,）,61,-1.2,凈初級(jí)生產(chǎn)量（,NP,）,121,2.4,16,生物量在植物體內(nèi)的分配,根、徑、葉、花、果實(shí),為什么森林群落生物環(huán)境最穩(wěn)定？,17,光合作用,(,生物

7、量,),取食,CO,2,H,2,O,光,營(yíng)養(yǎng),O,2,+,溫度,GP,NP,R,（四）初級(jí)生產(chǎn)量的限制因素,18,思考：,不同生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)量限制因子,陸地（森林）,草原？,海洋,淡水,19,全球變化對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的影響,結(jié)果表明：中國(guó)自然植被的凈第一性生產(chǎn)力在,氣溫,增加2-4C，降水量有增加的條件下均有不同程度的,增加,。,其中,濕潤(rùn)地區(qū)增加幅度較大，而干旱及半干旱地區(qū)增加幅度較小。,對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)來說，未來全球氣候變化形勢(shì)是有利的。盡管水澇災(zāi)害可能增多。除華南以外，其余地區(qū)的糧食單產(chǎn)都將增加。這與CO,2,本身促進(jìn)光合作用及水熱條件更為適宜都有一定關(guān)系。,20,全球變化對(duì)中國(guó)森林生產(chǎn)力影

8、響,未能改變中國(guó),森林初級(jí)生產(chǎn)力的地理分布格局,，即從東南向西北森林生產(chǎn)力遞減趨勢(shì)不變，但不同區(qū)域增加程度不同。,熱帶、亞熱帶的絕大部分地區(qū)森林生產(chǎn)力增,1%，部分（北部熱帶）2%，但在滇南地區(qū)增加7%-8%，,高原南緣濕潤(rùn)區(qū)增10%,中國(guó)暖溫帶濕潤(rùn)和亞濕潤(rùn)區(qū)增2%，暖溫帶干旱地區(qū)和亞濕潤(rùn)區(qū)的渭河區(qū)增4%-5%,溫帶絕大部分地區(qū)增5%-6%，其中小興安嶺和長(zhǎng)白山區(qū)增加6%-8%，,寒溫帶大興安嶺地區(qū)增加10%,21,*（五）初級(jí)生產(chǎn)力測(cè)定的方法,收獲法,O,2,法,CO,2,法,PH測(cè)定法,原料消耗測(cè)定法,同位素標(biāo)記法,葉綠素測(cè)定法,收獲量測(cè)定法,定期收獲植被，烘干至恒重。干物質(zhì)重量,/a.m

9、,2,氧氣測(cè)定法,黑白瓶法,黑瓶、對(duì)照瓶、白瓶。,二氧化碳測(cè)定法,透明罩：測(cè)定凈初級(jí)生產(chǎn)量；暗罩：測(cè)定呼吸量。,pH,測(cè)定法：水中二氧化碳含量增加改變酸堿度 原理。,原料消耗量測(cè)定法：生產(chǎn)過程消耗礦質(zhì)元素量。,放射性標(biāo)記物測(cè)定法,放射性元素以碳酸鹽的形式，放入含有自然水體浮游植物的樣瓶中，沉入水中經(jīng)過一定時(shí)間，濾出浮游植物，干燥后在計(jì)數(shù)器測(cè)定放射活性，確定光合作用固定的碳量。,葉綠素測(cè)定法,植物定期取樣，丙酮提取葉綠素，分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素濃度，每單位葉綠素的光合作用是一定的，通過測(cè)定葉綠素的含量計(jì)算取樣面積的初級(jí)生產(chǎn)量。,22,二、次級(jí)生產(chǎn),次級(jí)生產(chǎn)的生產(chǎn)過程,次級(jí)生產(chǎn)量測(cè)定,23,（一）次

10、級(jí)生產(chǎn)過程及其效率,次級(jí)生產(chǎn)是指生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)以外的生物有機(jī)體的生產(chǎn)，是消費(fèi)者和分解者利用初級(jí)生產(chǎn)所制造的物質(zhì)和貯存的能量進(jìn)行新陳代謝，經(jīng)過同化作用轉(zhuǎn)化成自身物質(zhì)和能量的過程。,初級(jí)消費(fèi)者(草食動(dòng)物)營(yíng)養(yǎng)級(jí),二級(jí)消費(fèi)者(肉食動(dòng)物)營(yíng)養(yǎng)級(jí),動(dòng)物合成效率（,同化效率,）,A的范圍通常在0.4-0.8之間。一般獸類為0.6-0.7，但鳥類換羽毛時(shí)只有0.06。,生長(zhǎng)效率,P/A,為20-40%。,24,不同生態(tài)效率特點(diǎn),消費(fèi)效率,浮游動(dòng)物利用的凈初級(jí)生產(chǎn)量（浮游植物）比例最高。,食草動(dòng)物對(duì)植物凈生產(chǎn)量的利用,草本植物維管束少，能提供較多的凈初級(jí)生產(chǎn)量,植物種群增長(zhǎng)率高，世代短，更新快，利用率高；,

11、同化效率,草食、碎食動(dòng)物同化效率低，肉食動(dòng)物高。,生產(chǎn)效率,不同動(dòng)物類群的生長(zhǎng)效率不同，無脊椎動(dòng)物生產(chǎn)效率較高，可達(dá)40%,25,（二）次級(jí)生產(chǎn)力測(cè)定,同化量-呼吸消耗攝食量-糞尿量-呼吸消耗,Ps=A-R=C-FU-R,其中 R-respiration A-assimilation FU-feces urine,26,三、生態(tài)系統(tǒng)中的分解,概念,過程,影響因素,27,28,1.概念,：,死有機(jī)物質(zhì)的逐步降解過程。還原為無機(jī)物，釋放能量。,2.分解的過程,碎化,把尸體分解為顆粒狀的碎屑。,異化,有機(jī)物在酶的作用下，進(jìn)行生物化學(xué)分解，從聚合體變成單體（如纖維素降解為葡萄糖）進(jìn)而成為礦物成分（如葡

12、萄糖降為,CO,2,和H,2,O）。,淋溶,可溶性物質(zhì)被水淋洗出，完全是物理過程。,29,3.影響分解過程的因素,分解者生物的種類,待分解資源的質(zhì)量,分解時(shí)的理化環(huán)境條件,30,分解者生物,微生物,細(xì)菌和真菌是主要的分解者,主要分解對(duì)象是氨基酸和糖類,動(dòng)物類群,小型土壤動(dòng)物:包括線蟲、輪蟲、螨。,不能碎裂枯枝落葉，屬粘附類型。,中型土壤動(dòng)物：包括蟬尾目昆蟲、原尾蟲、螨類、線蚓類、雙翅目幼蟲和一些小型鞘翅目昆蟲,調(diào)節(jié)微生物種群的大小和對(duì)大型動(dòng)物糞便進(jìn)行處理加工,大型和巨型土壤動(dòng)物：主要包括各種取食枯枝落葉的節(jié)肢動(dòng)物，如,千足類,、等足類、端足類的蝸牛、蚯蚓等。,是碎裂植物殘葉和翻動(dòng)土壤的主力。對(duì)

13、分解和形成土壤結(jié)構(gòu)有明顯影響。,31,資源質(zhì)量與分解作用,32,理化環(huán)境與分解作用,溫度、濕度數(shù)值與有機(jī)物分解速率成正比。,分解生物在不同區(qū)域的相對(duì)作用,低緯度熱帶地區(qū)主要是大型土壤動(dòng)物，其分解作用明顯高于溫帶和寒帶；,高緯度寒溫帶和凍原地區(qū)多為中、小型動(dòng)物，它們對(duì)物質(zhì)分解起的作用很小。,無脊椎動(dòng)物在地球上的分布隨緯度的變化呈現(xiàn)地帶性的變化規(guī)律。,33,四、生態(tài)系統(tǒng)的能流分析,能量流動(dòng)的特點(diǎn),普適能流模型,能流分析,森林經(jīng)營(yíng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)能量的影響,34,1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)特點(diǎn),單一方向，不可逆,沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐級(jí)減少,質(zhì)量（濃度）逐級(jí)提高,太陽(yáng)能（輻射能）,植物（化學(xué)能）,動(dòng)物（機(jī)械能）,能量流動(dòng)

14、的基本規(guī)律,熱力學(xué)第一定律,能量可從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，但能量即不能增加也不會(huì)減少。,熱力學(xué)第二定律,自然界中任何形式的能最終歸宿是熱能，且不可逆。,任何一種能量的轉(zhuǎn)換，總有一些能量損失掉，一種形式的能絕不會(huì)全部轉(zhuǎn)換成另一種形式的能。,35,太陽(yáng),輻射能,有機(jī)物質(zhì)的合成過程，即生產(chǎn)者（綠色植物）吸收太陽(yáng)能量形成初級(jí)生產(chǎn)量。,熱 能,化學(xué)能,熱 能,機(jī)械能,活有機(jī)物質(zhì)被各級(jí)消費(fèi)者（動(dòng)物）消費(fèi)的過程。,死有機(jī)物質(zhì)（動(dòng)植物殘?bào)w和排泄物）被腐生物分解的過程。,生態(tài)系統(tǒng)中能量的流動(dòng)特點(diǎn),能量流動(dòng)特點(diǎn)：,1“,越流越細(xì)”，能量在流動(dòng)過程中逐漸耗散。,2,單向流動(dòng)，不可逆。,37,2.普適的生態(tài)系統(tǒng)能

15、流模型,Odum 1959,兩個(gè)能量,輸入,通道（,日光和有機(jī)質(zhì),）,三個(gè)能量,輸出,通道：1.光合作用中,未被固 定的日光能,2.生態(tài)系統(tǒng)中生物的,呼吸,3.現(xiàn)成,有機(jī)物質(zhì)的流失,其中有,五個(gè)隔室,表示各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)和儲(chǔ)存庫(kù),用粗細(xì)不等的能量通道相聯(lián)接，表示其中的能流數(shù)量的多少，,箭頭是流動(dòng)方向,。,38,呼吸,光,合,作,用,植,食,動(dòng),物,有機(jī)質(zhì)輸出,肉,食,動(dòng),物,頂,位,肉,食,分解者,入,射,日,光,能,貯存,輸,出,普適的生態(tài)系統(tǒng)能流模型,39,3.能流分析及其理論,生態(tài)系統(tǒng)能流分析,研究對(duì)象：水生生態(tài)系統(tǒng)（湖泊、河流、溪水等）？,Cedar Bog,（杉木沼澤）,Silver spring,（銀泉）,小生態(tài)瓶,（模擬淡水生態(tài)系統(tǒng)）,40,Cedar Bog,湖和銀泉（,Silver spring,）個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的能流比較,41,賽達(dá)伯格湖,Cedar Bog,的能流圖解,一個(gè)人工林生態(tài)系統(tǒng)的能流分析,43,D,DOM,C,NPP,R,D,DOM,C,NPP,R,D,DOM,C,NPP,R,森林,草地,海洋、湖泊浮游生物,河流,D,DOM,C,NPP,R,分解者和消費(fèi)者在能流中的相對(duì)作用,C-,消費(fèi)者,D-,分解者,DOM-,死有機(jī)質(zhì),44,4.森林經(jīng)營(yíng)對(duì)能流的影響,森林生物量的再分配,腐生食物網(wǎng)能量流的變化,草牧食物網(wǎng)能量流的變化,