生态学第10章 生态系统中的能量流动与信息流

第二节 生态系统的生产力-初级生产
一、初级生产
（一）基本概念
1.初级生产量(primary production)：生态系统中绿色植物通过 光合作用，吸收和固定太阳能，由无机物合成、转化成复杂 的有机物。亦称第一性生产量。
2.净初级生产量(net primary production) ：在初级生产过程中， 植物固定的能量有一部分被植物自己的呼吸（respiration）消 耗掉，剩下的用于植物自身生长和生殖。
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2.水
光合作用的原料，缺水显著抑制光合速率。
Fig. Change in net productivity along a precipitation gradient.
3.温度
温度升高，总光合速率升高，但超过最适温度则又转 为下降；而呼吸速率随温度上升而呈指数上升；结果使净 生产量与温度呈峰型曲线。
（4）Cedar Bog湖
总初级生产量与入射日光能的比值为0.10%，呼吸占总初级生 产量的21.00%。
初级生产量的限制因素有哪些？
哪些因素会影响你家水稻产量？
三、初级生产量的限制因素
（一）陆地生态系统：
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1.光
光强升高，光合速率直线上升，达到光饱和点； 光照时间长，提高产量。
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2. 陆地上初级生产量有随纬度增加逐渐降低的趋势
陆地生态系统类型中，以热带雨林生产力为最高，平均为 2200g/m2.yr。由热带雨林向常绿林、落叶林、北方针叶林、 稀树草原、温带草原、寒漠依次减少。初级生产量从热带至 亚热带、经温带到寒带逐渐降低 。
3. 海洋中初级生产量由河口湾向大陆架和大洋区逐渐 降低。
4.营养元素
5.二氧化碳
6. Fire 刺激生长与繁殖
（二）水域生态系统
1. 光
Ryther, J. H
P=R/K*C*3.1
P：浮游植物的净初级生产力 R：相对光合率 K：光强度随水深度而减弱的衰变系数 C：水中的叶绿素含量
5.生物量(biomass): 是指某一时刻调查时单位面积上积存的有机 物质(g/m2)。以鲜重(fresh weight, FW)或干重(dry weight， DW)表示。
（二）全球初级生产量概况及分布特点（重点）
1. 陆地比水域的初级生产量大。
陆地生态系统约占地球表面1/3，而初级生产量约占全球 的2/3。主要原因是占海洋面积最大的大洋区缺乏营养物质， 其生产力很低，平均仅125g/m2.yr，有“海洋荒漠之称”。
6.全球初级生产量可划分为三个等级：
①生产量极低的区域。生产量1000大卡/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。
②中等生产量区域。生产量为1000-10000大卡/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。
河口湾由于有大陆河流的辅助输入，它们的净初级生产力 平均为1500 g/m2.yr，产量较高。但所占的面积不大。而大洋 区净生产量平均为125 g/m2.yr。
NET PRIMARY PRODUCTIVITY
Average net primary productivity in grams of organic material per square meter per year of some terrestrial and aquatic ecosystems.
③高生产量的区域。生产量大约为10000-20000大卡 /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。
二、初级生产的生产效率
生产效率=被固定的光能/入射光能
结论：NP不仅仅是受光合作用固有的转化光能的能力所限制，还受 其他生态因素限制。
例：不同生态系统类型初级生产效率 （1）玉米地
总初级生产量与入射日光能的比值为1.6%，呼吸占总初级生产量 的23.4%。
（2）荒地
总初级生产量与入射日光能的比值为1.2%，呼吸占总初级生产量 的15.1%。
（3）Mendota湖
总初级生产量与入射日光能的比值为0.40%，呼吸占总初级 生产量的22.30%。
3.总初级生产量(gross primary production)： GP=NP+R
4.初级生产力(primary productivity)：植物群落在一定空间一定 时间内所生产的有机物质积累的速率称为生产率(productivity rate)，或生产力(productivity, g/m2.a)。
第十章 生态系统的能量流动与信息流
你看到这些图片， 会想到哪些能量 问题？
第一节 生态系统中的能量与能量环境
一、生态系统中的能量
During photosynthesis, plants capture the energy of sunlight and store it in ATP, sugar, and other high-energy carbohydrates synthesized from carbon dioxide and water. Oxygen is released as a byproduct.
4. 陆地和水体生态系统的生产量垂直变化
如森林不同层次生产量的排序为：乔木层>灌木层>草被层。 水体也有类似的规律，因阳光直射，但生产量最高的不是
水面处。 趣味：人体呢？
5. 生态系统的初级生产量随群落的演替而变化
早期植物生物量很低，初级生产量不高；随演替进行， 生物量逐渐增加，生产量也提高；森林一般在叶面积指数为 4时，净初级生产量最高；系统到达顶极时，生物量接近最 大，但净生产量反而降低。
二、能量环境
太阳辐射进入地球大气层后，经过云层、空气和水汽 等的反射、散射和吸收后强度显著减弱，辐射到地球的太 阳热量中30%的热量反射回太空，20%热量被大气层吸收， 50%通过大气层到达地面。也就是说，大概只剩下4亿分 之一的太阳热量达到地面。
三、生态系统中的热力学
热力学的两个定律。 第一定律：A = B + C 第二定律：C < A