23_生态学_生态系统中的能量流动.ppt

第二节 生态系统中的能量流动一、能量流动的概念能量流动(energyflow)自然生态系统首先接收来源太阳辐射的能量，太阳辐射能依靠绿色植物生产者的光合作用进行吸收、固定，再经过动物消费者与微生物分解者的不断转化，归还于自然环境之中，从而形成了能量在生态系统中的变化过程，即能量流动。生态系统中的能量流动，不同于自然界的一般物理系统的能量动态变化，由于有生物的参与作用，能量流动在形成、固定与转化方面有其特殊性。能量在生态系统中的流动过程能量流程的起始源于太阳辐射能，太阳是作为地球上任何生态系统能量的基本能源或基本驱动力量太阳辐射能源于太阳的光量子，以波的形式直接传播，透过地球的大气层，到达植物群落及植物体表面。太阳从其表面辐射出的能量约为38×1028J/s，相当于115×109T标准煤燃烧释放的全部能量。能量流经的营养级：第一个营养级——绿色植物通过叶绿素进行光合作用，将太阳辐射能转变成化学能，以有机化合物的形式进行能量的固定贮存。这一过程的效率依赖于绿色植物个体以及群落的吸收与同化能力。第二个营养级——草食动物采食绿色植物，经消化道被切碎、消化、吸收，完成有机物的同化，将植物的生物化学能转变成动物化学能。第三个、第四个营养级的能量转化过程与第二个营养级类似，但能量在每一个营养级的运转过程中，都有动物或微生物的呼吸代谢消耗与不可利用部分的损失。能量流动有三个基本过程：第一能量过程是能量的固定与消费转化过程，即太阳辐射能转化为生物化学能的过程；第二个能量过程是还原或腐化过程，主要由分解者微生物与土壤小动物完成，各营养级的生物残体经过分解者的转化和分解，一直到还原成水、二氧化碳等简单无机化合物。第三个能量过程是贮存与矿化过程，各营养级的生物体可能有一部分转入长期储存与矿化过程，例如，树木被埋入地下矿化成煤。三、能量流动特点能量流动特点（1）能量传递与转化服从热力学第一定律，即能量在自然界中既不能产生，也不能完全消失，只能从一种形态转化到另一种形态——能量守恒。（2）能量传递过程中遵从热力学第二定律，包括生态系统在内的封闭系统，在能量传递与转化过程中除了一部分可以表现为自由能而用于作功(变成新的潜能)之外，还有一部分只能以热的形成不断消散，进而导致系统的熵和无序性增加，系统的稳定性下降。（3）能流在生态系统中由“粗”变“细”，逐渐减少，每经过一个营养级都有相部分能量或以热量形式耗散，或没有被利用而不能继续转化。所以能量流动中可为生物利用的能量逐级减少。（4）能量流动的另一个特点(也是符合热力学第二定律)是单向不可逆性。从太阳辐射能到生物化学能，以及生物化学能到热能、机械能的转化过程看，能量转化过程的取向在任何生态系统中都是一致的，不可能发生逆转。四、生态效率1.生态效率(ecologicalefficiency)生态系统含有多个营养级，每一营养级内与各个营养级之间的能量与物质转化或传递的效率。摄取量(ingestion,I)：指营养级中生物所摄取的能量或数量，对植物来说是通过光合作用吸收的光能量；对动物来说是被吃进的食物能量。同化量(assimilation,A)：指营养级中生物同化的数量，对植物来说是光合作用中所固定的能量；对动物来说是消化道中吸收的食物能量。呼吸量(respiration,R)：指营养级中生物在新陈代谢(包括呼吸)和其它各种活动中所消费的全部能量。净生产量(netproduction,NP)：指营养级中去除生物呼吸消耗后的净同化量，也称作可利用生产量。净生产量NP=A-R2.同化效率(assimilationefficiency,AE)指在某一个营养级上被生物固定或同化的能量比率不同营养级中生物的同化效率高低差异较大一般地，植物与动物的同化效率在60-70%，而昆虫同化效率具有30%左右。3.生产效率(productionefficiency,PE)是指形成新生物量的生产能量占同化量的百分比?由于在较高营养级中相对于同化量的净生产量减少(植物光合能量中约有40%用于呼吸，而动物同化能量中约有65%用于呼吸)，所以，生态系统中营养级越低，生产效率越高。植物的生产效率大于动物小型动物的生产效率大于大型动物寿命短的生物比寿命长