第10章、生态系统中的能量流动.ppt

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1、第十章、生态系统中的能量流动生态系统过程：1能量流动2物质循环3信息传递第一节、能量流动遵循的规律一．能量的基本概念能量（Energy），在物理学上指的是物质具有作功的能力.能量的形态：机械能、化学能、辐射能、势能、电能、动能、核能、热能存在形式：潜能和动能潜能是静态能量，它是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在动力，生态系统中有机物质的化学结合能是潜能的一种。能量的量度单位是焦耳（J）。焦耳（J）与热量单位卡（Cal）的换算：1J=0.239Cal或1Cal=4.18J二．生态系统中能量的主要来源能量是生态系统的动力基础，生命活动过程存在着能量的流动和转化。太阳能是生态系统中能量的最主

2、要来源。占99%太阳能总辐射能的光波长在：0.15—4um范围内，包括约50%的可见光（0.4—0.7um），约43%的红外线（>0.76um）和约7%的紫外线（<0.4um）。红外线产生热效应，有助于形成生物生长的热量环境。紫外线具有较强的组织穿透能力和破坏能力，能提高植物组织中蛋白质及纤维素含量，还会杀死微生物。可见光是绿色植物进行光合作用的生理辐射，其中红橙光为植物叶绿素最容易吸收部分，是光合作用的主要能源。植物一般只能将其中的一小部分生理辐射转化为化学能，并贮存在有机物里，一般对太阳能的利用率在1%—5%左右（理论），实际在0.5%—3.0%。生态系统中含有其他形式的自然能量：如风能

3、、潮汐能、地热能、水流能、降雨能等，这些能量对生态系统的食物链能量转化与传递起辅助作用——生态系统的自然辅助能。在生态系统中投入人力、畜力、燃料、电力、机械和肥料、农药、农用薄膜等——生态系统的人工辅助能。三．能量流动遵循的基本热力学定律在生态系统中，能量的流动和转化，同样服从基本的势力学定律。1、热力学第一定律——能量守恒定律△U=Q-W式中：△U为系统的内能变化；Q为系统吸收的热量；W为系统对外所作的功2、热力学第二定律——能量效率和能流方向定律自然界的所有自发过程，能量的传递均有一定方向，而且任何的能量转换，其效率不可能达到100%。序（有序），指事物的一种有规则的状态。由热力学第二定

4、律可知，世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地走向于无序。要维持有序状态，必须使系统获得更多的潜能支做功，以消除不断产生的无序，重新建立有序。熵（entropy）的概念：是一个热力学函数，是对系统或事物无序性的量度，其定义为“从绝对零度无分子运动的最大有序状态向某种含热状态变化过程中每一度（温度变化）的热量（变化）。△S=(△H-△F)/T=△Q/T△H为系统总能的增加，△F为系统自由能的增加，T为绝对温度。可用熵来表达热力学第二定律（熵增原理）：封闭系统的熵总是不断增加到最大值才停止。也就是说一切自发的过程总是沿着熵增加的方向进行，系统从有序走向无序。熵增加，这是一个自发的过程，不需要

5、外加能量；相反的熵减方向就必须外加能量的推动，而且外加能量的效率必然小于100%。生命个体和生态系统均需要不断地摄入能量维持自身的有序状态，并向环境耗散热能（无序）。系统内熵能量（负熵）向环境耗散热能（无序）3、普里高津的耗散结构理论很多现象表明，开放系统是不断从无序走向有序，从低有序的状态走向高有序的状态，生物的进化从低级向高级进化就是一个例子。所谓耗散结构，是指开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。普里高津的耗散结构理论表明：一个远离平衡状态的开放系统，通过与外界环境进行物质和能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，

6、使系统的熵减少。远平衡态平衡态第二节、初级生产中的能流绿色植物光合作用固定太阳能生产有机物的过程，是最主要的初级生产，是生态系统能量流动的基础。一．初级生产的能量效率与生产力不同的植物、不同的生态系统类型，其初级生产的能量效率有较大的差异，也就是说初级生产力具有时空分异的特点。根据植物光合作用的生长路径的不同，可把植物分为C3和C4植物，净光合速率不一样：C4植物：玉米4.6—6.3g/m2.h，甘蔗：4.2—4.9，苋：5.5，高梁：5.8，单位：g/m2.hC3植物：烟草：1.6—2.1，菠菜：1.6，小麦：1.7—3.1，水稻：1.2—3.0g/m2.h不同植物群落生物量（t/hm2）

7、和初级生产力（t/hm2.年）了也有很大的不同：草地：10（生物量），7.6（初级生产力）灌木林：31（生物量），9.7（初级生产力）30年生常绿阔叶林：249（生物量），24.6（初级生产力）100年生常绿阔叶林：396（生物量），16.3（初级生产力）二．地球主要生态系统的初级生产力生物圈初级生产力的多少是决定地球对人口及动物承载能力的重要依据。据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生产量为