北京林业大学森林生态学5生态系统ppt课件

1第二节生态系统的能量流动初级生产次级生产分解生态系统的能流分析\n2一、生态系统的初级生产基本概念地球上初级生产力的分布生产效率初级生产量的限制因素*初级生产量的测定方法\n3（一）基本概念生产量生产力（初级、次级）生物量与现存量生产力与生物量的关系\n41.生产量production指一定时间内，某一特定种群、某一营养级或者整个生态系统的有机物质增加的总重量。单位：g/m2·a不仅包括终期所保留下来的有机物质，而且还应将过去生产而后期损失掉的有机物质计算在内。Ｐ＝收获+未收获+不能收获+转移。\n5总生产量grossproduction指某一时期增加的有机物质，加上呼吸损失的部分。指总生产量减去呼吸损失的部分。对于绿色植物来说，生产量称为初级净生产量NPP（netprimaryproduction）净生产量netproduction\n62.生产力productivity指单位时间（通常为一年）单位面积的生产量，即生产的速率。可以分为总生产力和净生产力，NPP=GPP-R生产量与生产力可看作同义词：单位相同，后者更强调速率，使用广泛。前者在次级生产中使用。\n73.生物量biomass指任一时间（调查时）单位面积上（种群、营养级或生态系统）积累的有机物质的总重量。以干重kg/hm2或g/hm2或能量以KJ/m2表示。现存量（standingcrop）：是指单位面积上当时所测得的生物体的总重量。通常现存量=生物量但森林生态系统中：现存量为活立木的重量，而生物量为森林中全部生物的重量，包括活的与死的生物。\n84.净生产力和生物量的关系NPP=0，生物量稳定不变；NPP<0，生物量随时间减少，生态系统衰退NPP>0，积累生物量。\n9（二）全球初级生产力的分布陆地比水域的初级生产量大。陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势。海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐降低。全球初级生产量可划分为三个等级：极低的区域：净初级生产力250g/m2.yr或者更少。大部分海洋和荒漠属于这类区域。辽阔的海洋缺少营养物质，荒漠主要是缺水。中等区域：净初级生产力250-2000g/m2.yr。许多草地、沿海区域、深湖和一些农田属于这类区域。这些地区的生产量居于中等水平。高区域：净初级生产力2000-3000g/m2.yr或者更多。大部分湿地生态系统、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林和精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落等属于这类区域。\n10\n11地球上水体生态系统的净初级生产力g/m2.a\n12（三）初级生产的生产效率呼吸消耗、凋落物消耗等使初级生产的效率低下湖泊生态系统生产效率低的原因？随年龄增长，初级生产效率降低\n13总光合效能%净光合效能%最大量54平均有利条件10.5生物圈平均0.20.1总光合效能和净光合效能\n14各陆地生态系统总初级生产量损失于呼吸的能量生态系统总初级生产量损失于呼吸的能量％净生产效能（净生产量/总生产量*100％弃耕地玉米地苜蓿地欧洲人工林松栎林热带雨林450年花旗松林152338395571938577626145297\n15最适条件下初级生产量的估计效率（大卡/米2.天）能量输入能量损失所占百分数总入射日光能5000100不能被植物色素吸收部分2780-55.8可被植物色素吸收部分222044.2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181536.1在有机物合成中未利用的能量1633-32.5总初级生产量（GP）1823.6呼吸消耗（R）61-1.2净初级生产量（NP）1212.4\n16生物量在植物体内的分配根、径、叶、花、果实为什么森林群落生物环境最稳定？\n17光合作用(生物量)取食CO2H2O光营养O2+温度GPNPR（四）初级生产量的限制因素\n18思考：不同生态系统初级生产量限制因子陆地（森林）草原？海洋淡水\n19全球变化对初级生产力的影响结果表明：中国自然植被的净第一性生产力在气温增加2-4°C，降水量有增加的条件下均有不同程度的增加。其中湿润地区增加幅度较大，而干旱及半干旱地区增加幅度较小。对农业生态系统来说，未来全球气候变化形势是有利的。尽管水涝灾害可能增多。除华南以外，其余地区的粮食单产都将增加。这与CO2本身促进光合作用及水热条件更为适宜都有一定关系。\n20全球变化对中国森林生产力影响未能改变中国森林初级生产力的地理分布格局，即从东南向西北森林生产力递减趋势不变，但不同区域增加程度不同。热带、亚热带的绝大部分地区森林生产力增1%，部分（北部热带）2%，但在滇南地区增加7%-8%，高原南缘湿润区增10%中国暖温带湿润和亚湿润区增2%，暖温带干旱地区和亚湿润区的渭河区增4%-5%温带绝大部分地区增5%-6%，其中小兴安岭和长白山区增加6%-8%，寒温带大兴安岭地区增加10%\n21*（五）初级生产力测定的方法收获法O2法CO2法PH测定法原料消耗测定法同位素标记法叶绿素测定法收获量测定法定期收获植被，烘干至恒重。干物质重量/a.m2氧气测定法——黑白瓶法黑瓶、对照瓶、白瓶。二氧化碳测定法透明罩：测定净初级生产量；暗罩：测定呼吸量。pH测定法：水中二氧化碳含量增加改变酸碱度原理。原料消耗量测定法：生产过程消耗矿质元素量。放射性标记物测定法放射性元素以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，确定光合作用固定的碳量。叶绿素测定法植物定期取样，丙酮提取叶绿素，分光光度计测定叶绿素浓度，每单位叶绿素的光合作用是一定的，通过测定叶绿素的含量计算取样面积的初级生产量。\n22二、次级生产次级生产的生产过程次级生产量测定\n23（一）次级生产过程及其效率次级生产是指生态系统初级生产以外的生物有机体的生产，是消费者和分解者利用初级生产所制造的物质和贮存的能量进行新陈代谢，经过同化作用转化成自身物质和能量的过程。初级消费者(草食动物)营养级二级消费者(肉食动物)营养级动物合成效率（同化效率）A的范围通常在0.4-0.8之间。一般兽类为0.6-0.7，但鸟类换羽毛时只有0.06。生长效率P/A为20-40%。\n24不同生态效率特点消费效率浮游动物利用的净初级生产量（浮游植物）比例最高。食草动物对植物净生产量的利用草本植物维管束少，能提供较多的净初级生产量植物种群增长率高，世代短，更新快，利用率高；同化效率草食、碎食动物同化效率低，肉食动物高。生产效率不同动物类群的生长效率不同，无脊椎动物生产效率较高，可达40%\n25（二）次级生产力测定＝同化量-呼吸消耗＝摄食量-粪尿量-呼吸消耗Ps=A-R=C-FU-R其中R-respirationA-assimilationFU-fecesurine\n26三、生态系统中的分解概念过程影响因素\n27\n281.概念：死有机物质的逐步降解过程。还原为无机物，释放能量。2.分解的过程碎化——把尸体分解为颗粒状的碎屑。异化——有机物在酶的作用下，进行生物化学分解，从聚合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物成分（如葡萄糖降为CO2和H2O）。淋溶——可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。\n293.影响分解过程的因素分解者生物的种类待分解资源的质量分解时的理化环境条件\n30分解者生物微生物细菌和真菌是主要的分解者主要分解对象是氨基酸和糖类动物类群小型土壤动物:包括线虫、轮虫、螨。不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型。中型土壤动物：包括蝉尾目昆虫、原尾虫、螨类、线蚓类、双翅目幼虫和一些小型鞘翅目昆虫调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理加工大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食枯枝落叶的节肢动物，如千足类、等足类、端足类的蜗牛、蚯蚓等。是碎裂植物残叶和翻动土壤的主力。对分解和形成土壤结构有明显影响。\n31资源质量与分解作用\n32理化环境与分解作用温度、湿度数值与有机物分解速率成正比。分解生物在不同区域的相对作用低纬度热带地区主要是大型土壤动物，其分解作用明显高于温带和寒带；高纬度寒温带和冻原地区多为中、小型动物，它们对物质分解起的作用很小。无脊椎动物在地球上的分布随纬度的变化呈现地带性的变化规律。\n33四、生态系统的能流分析能量流动的特点普适能流模型能流分析森林经营对生态系统能量的影响\n341.生态系统的能量流动特点单一方向，不可逆沿营养级逐级减少质量（浓度）逐级提高太阳能（辐射能）植物（化学能）动物（机械能）\n能量流动的基本规律热力学第一定律能量可从一种形式转换成另一种形式，但能量即不能增加也不会减少。热力学第二定律自然界中任何形式的能最终归宿是热能，且不可逆。任何一种能量的转换，总有一些能量损失掉，一种形式的能绝不会全部转换成另一种形式的能。35\n太阳辐射能有机物质的合成过程，即生产者（绿色植物）吸收太阳能量形成初级生产量。热能化学能热能机械能活有机物质被各级消费者（动物）消费的过程。死有机物质（动植物残体和排泄物）被腐生物分解的过程。生态系统中能量的流动特点能量流动特点：1“越流越细”，能量在流动过程中逐渐耗散。2单向流动，不可逆。\n372.普适的生态系统能流模型Odum1959两个能量输入通道（日光和有机质）三个能量输出通道：1.光合作用中未被固定的日光能2.生态系统中生物的呼吸3.现成有机物质的流失其中有五个隔室表示各个营养级和储存库用粗细不等的能量通道相联接，表示其中的能流数量的多少，箭头是流动方向。\n38呼吸光合作用植食动物有机质输出肉食动物顶位肉食分解者入射日光能贮存输出普适的生态系统能流模型\n393.能流分析及其理论生态系统能流分析研究对象：水生生态系统（湖泊、河流、溪水等）？CedarBog（杉木沼泽）Silverspring（银泉）小生态瓶（模拟淡水生态系统）\n40CedarBog湖和银泉（Silverspring）个生态系统的能流比较\n41赛达伯格湖CedarBog的能流图解\n一个人工林生态系统的能流分析\n43DDOMCNPPRDDOMCNPPRDDOMCNPPR森林草地海洋、湖泊浮游生物河流DDOMCNPPR分解者和消费者在能流中的相对作用C-消费者D-分解者DOM-死有机质\n444.森林经营对能流的影响森林生物量的再分配腐生食物网能量流的变化草牧食物网能量流的变化