第三节生态系统的能量流动优秀课件
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• 在生态系统中，所有异养生物需要的能量都来自 自养生物合成的有机物质，这些能量是以食物形 式在生物之间传递的。
• 能量流动的起点是生产者通过光合作用所固定的 太阳能。流入生态系统的总能量就是生产者通过 光合作用所固定的太阳能的总量。
• 当能量由一个生物传递给另一个生物时，大部分 能量被降解为热而散失，其余的则用以合成新的 原生质，从而作为潜能贮存下来。
食入物质的焓； E 为消化物质的焓， R 为净呼吸热量损失。
生态系统中能流特点：
➢单向流动：是指生态系统的能量流动只能从第 一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的 各个营养级。一般不能逆向流动。这是由于动 物之间的捕食关系确定的。如狼捕食羊，但羊 不能捕食狼。
➢逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能 百分之百地流人后一个营养级，能量在沿食物 链流动的过程中是逐级减少的。能量在沿食物 链传递的平均效率为10%～20%，即一个营养 级中的能量只有10%～20%的能量被下一个营 养级所利用。
• 相反，对于很多淡水(尤其是浅水)生态系统来说，碎屑线路在能量传递中往 往起着主要的作用。
营养级
• 绿色植物所提供的食物能通过生物的摄食和 被摄食而相继传递的特定线路称之为食物链。
• 每一条食物链由一定数量的环节组成，最短 的包括两个环节，如藻类→鲢、水草→草鱼 等，而最长的通常也不超过4—5个环节。
• 因此，对于包含能量转化的任何系统来说，能量的输入 与输出之间都是平衡的。即进入系统的能量等于系统内 储存的能减去所释放的能。
热力学第二定律
• 热力学第二定律表明，在能量传递的过程中，总有一部 分能量会转化成不能利用的热能，以致于任何能量传递 过程都没有100％的效率。
• 生物体、生态系统和生物圈都具有基本的热力学特征， 即它们能形成和维持高度的有序或“低熵”状态(熵)是 系统的无序或无用能的度量)。低墒状态系由高效能量 (如光或食物)不断地降解为低效能量(如热)而达到。
• 能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字 塔表示。
一个营养级的生物所同化着的能 量一般用于4个方面：
• 一是呼吸消耗； • 二是用于生长、发育和繁殖，也就是贮
存在构成有机体的有机物中；
• 三是死亡的遗体、残落物、排泄物等被 分解者分解掉；
• 四是流入下一个营养级的生物体内。
牧食链和腐质链
• 生态系统中的能量流动，是通过牧食食物链和碎屑食物链共同实现的。由于 这些食物链彼此交联而形成网状结构，其能量流动的全过程非常复杂。
第三节生态系统的 能量流动
一、能量流动的基本原理
• 其他名称：能流
• 从太阳能被生产者(绿色植物)转变为化学能开始, 经过食草动物、食肉动物和微生物参与的食物链 而转化，从某一营养级向下一个营养级过渡时部 分能量以热能形式而失掉的单向流动。
• 能量流动是生态系统的主要功能之一。
• 在生态系统内，能量流动与碳循环是紧密联系在 一起的。
• 把热力学定律应用于生态学能量流动中意义重大。
• 生物体是开放的不可逆的热力学系统。它和外界 环境有焓的变换（H)，要固定热能（TS）和外 界摩擦生热（Q)。而呼吸作用损耗仅是Q的一部 分热交换而不是TS。热力学定律表示了能量的守 恒、转换和耗散。
• 据此，可以准确地计算一个生态系统的能量收支。
• 碎屑消费者所利用的能量，除了一部分直接来自碎屑物质之外，大部分是通 过摄食附着于碎屑的微生物和微型动物而获得的。
• 因此，按照上述的营养类别，碎屑消费者不属于独立的营养级，而是一个混 合类群。由于不同生态系统的碎屑资源不同，碎屑线路所起的作用也有很大 的差别。
• 在海洋生态系统中，初级消费者利用自养生物产品的时滞很小，因此通过牧 食线路的能量流明显地大于通过碎屑线路的能量流。
• 食物链愈短，或者距食物链的起点愈近，生 物可利用的能量就愈多。
• 在生物群落中，不同食物链上相应的环节代表着同一个 营养级，位于同一营养级上的生物是通过数量相同的环 节从植物获得能量的。
• 这样，绿色植物所占据的是第一营养级，食草动物是第 二营养级，初级食肉动物(吃食草动物)是第三营养级， 次级食肉动物(吃初级食肉动物)是第四营养级，位于再 上一级的消费者生物是第五营养级。
• 就所述的两类能量线路来看，虽然二者以类似的形式而结束，但是它们的起 始情况却完全不同。
• 简单地说，一个是牧食者对活植wk.baidu.com体的消费，另一个是碎屑消费者对死亡有 机物质的利用。
• 这里所讲的碎屑消费者，是指以碎屑为主要食物的小型无脊椎动物，如猛水 蚤类、线虫、昆虫幼虫、软体动物、虾、蟹等，它们是很多大型消费者的摄 食对象。
二、生态系统中能量流动的渠道
• 能量流动的渠道是食物链和食物网 。
• 流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生 物所同化的能量。
• 能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消 费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。
• 牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代 谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要 的食物链联系起来。
• 在生态系统中，由复杂的生物量结构所显示的“有序”， 是通过可以不断排除“无序”的总群落呼吸来维持的。
表达式
• △H = Qp + Wp——热力学第一定律 • △H = △G + T△S ——热力学第二定律 • 式中：△H是系统中焓的变化；Qp,Wp为
净热净功，各自独立的外界环境发生交 换。在常压下，△G是系统内自由能的变 化，T是绝对温度（K）, △S为系统内的 熵变。
Wiegert(1968)方程式
• △H=H1 – H2 – QSR – WSR • 生物能量学预算：P= I – E – R – WSR • 式 物 Q界S中质净R为：的功与焓的△外含交H界为量换净系；；热统PH量为2的的为生焓交输成变换出物化；物质；质W的H的1S焓R为为焓，输与含I入外量为；
生态系统能量流动规律
• 生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的 传递、转换遵循热力学的两条定律：
热力学第一定律
• 能量在生态系统中的流动和转化是服从热力学定律的。 按照热力学的概念，能量是物体做功的本领或能力。能 量的行为可以用热力学定律来描述。
• 热力学第一定律（即能量守衡定律）指出，能量既不能 创造也不会被消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。
• 能量流动的起点是生产者通过光合作用所固定的 太阳能。流入生态系统的总能量就是生产者通过 光合作用所固定的太阳能的总量。
• 当能量由一个生物传递给另一个生物时，大部分 能量被降解为热而散失，其余的则用以合成新的 原生质，从而作为潜能贮存下来。
食入物质的焓； E 为消化物质的焓， R 为净呼吸热量损失。
生态系统中能流特点：
➢单向流动：是指生态系统的能量流动只能从第 一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的 各个营养级。一般不能逆向流动。这是由于动 物之间的捕食关系确定的。如狼捕食羊，但羊 不能捕食狼。
➢逐级递减是指输入到一个营养级的能量不可能 百分之百地流人后一个营养级，能量在沿食物 链流动的过程中是逐级减少的。能量在沿食物 链传递的平均效率为10%～20%，即一个营养 级中的能量只有10%～20%的能量被下一个营 养级所利用。
• 相反，对于很多淡水(尤其是浅水)生态系统来说，碎屑线路在能量传递中往 往起着主要的作用。
营养级
• 绿色植物所提供的食物能通过生物的摄食和 被摄食而相继传递的特定线路称之为食物链。
• 每一条食物链由一定数量的环节组成，最短 的包括两个环节，如藻类→鲢、水草→草鱼 等，而最长的通常也不超过4—5个环节。
• 因此，对于包含能量转化的任何系统来说，能量的输入 与输出之间都是平衡的。即进入系统的能量等于系统内 储存的能减去所释放的能。
热力学第二定律
• 热力学第二定律表明，在能量传递的过程中，总有一部 分能量会转化成不能利用的热能，以致于任何能量传递 过程都没有100％的效率。
• 生物体、生态系统和生物圈都具有基本的热力学特征， 即它们能形成和维持高度的有序或“低熵”状态(熵)是 系统的无序或无用能的度量)。低墒状态系由高效能量 (如光或食物)不断地降解为低效能量(如热)而达到。
• 能量在各营养级之间的数量关系可用生态金字 塔表示。
一个营养级的生物所同化着的能 量一般用于4个方面：
• 一是呼吸消耗； • 二是用于生长、发育和繁殖，也就是贮
存在构成有机体的有机物中；
• 三是死亡的遗体、残落物、排泄物等被 分解者分解掉；
• 四是流入下一个营养级的生物体内。
牧食链和腐质链
• 生态系统中的能量流动，是通过牧食食物链和碎屑食物链共同实现的。由于 这些食物链彼此交联而形成网状结构，其能量流动的全过程非常复杂。
第三节生态系统的 能量流动
一、能量流动的基本原理
• 其他名称：能流
• 从太阳能被生产者(绿色植物)转变为化学能开始, 经过食草动物、食肉动物和微生物参与的食物链 而转化，从某一营养级向下一个营养级过渡时部 分能量以热能形式而失掉的单向流动。
• 能量流动是生态系统的主要功能之一。
• 在生态系统内，能量流动与碳循环是紧密联系在 一起的。
• 把热力学定律应用于生态学能量流动中意义重大。
• 生物体是开放的不可逆的热力学系统。它和外界 环境有焓的变换（H)，要固定热能（TS）和外 界摩擦生热（Q)。而呼吸作用损耗仅是Q的一部 分热交换而不是TS。热力学定律表示了能量的守 恒、转换和耗散。
• 据此，可以准确地计算一个生态系统的能量收支。
• 碎屑消费者所利用的能量，除了一部分直接来自碎屑物质之外，大部分是通 过摄食附着于碎屑的微生物和微型动物而获得的。
• 因此，按照上述的营养类别，碎屑消费者不属于独立的营养级，而是一个混 合类群。由于不同生态系统的碎屑资源不同，碎屑线路所起的作用也有很大 的差别。
• 在海洋生态系统中，初级消费者利用自养生物产品的时滞很小，因此通过牧 食线路的能量流明显地大于通过碎屑线路的能量流。
• 食物链愈短，或者距食物链的起点愈近，生 物可利用的能量就愈多。
• 在生物群落中，不同食物链上相应的环节代表着同一个 营养级，位于同一营养级上的生物是通过数量相同的环 节从植物获得能量的。
• 这样，绿色植物所占据的是第一营养级，食草动物是第 二营养级，初级食肉动物(吃食草动物)是第三营养级， 次级食肉动物(吃初级食肉动物)是第四营养级，位于再 上一级的消费者生物是第五营养级。
• 就所述的两类能量线路来看，虽然二者以类似的形式而结束，但是它们的起 始情况却完全不同。
• 简单地说，一个是牧食者对活植wk.baidu.com体的消费，另一个是碎屑消费者对死亡有 机物质的利用。
• 这里所讲的碎屑消费者，是指以碎屑为主要食物的小型无脊椎动物，如猛水 蚤类、线虫、昆虫幼虫、软体动物、虾、蟹等，它们是很多大型消费者的摄 食对象。
二、生态系统中能量流动的渠道
• 能量流动的渠道是食物链和食物网 。
• 流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生 物所同化的能量。
• 能量流动以食物链作为主线，将绿色植物与消 费者之间进行能量代谢的过程有机地联系起来。
• 牧食食物链的每一个环节上都有一定的新陈代 谢产物进入到腐屑食物链中，从而把两类主要 的食物链联系起来。
• 在生态系统中，由复杂的生物量结构所显示的“有序”， 是通过可以不断排除“无序”的总群落呼吸来维持的。
表达式
• △H = Qp + Wp——热力学第一定律 • △H = △G + T△S ——热力学第二定律 • 式中：△H是系统中焓的变化；Qp,Wp为
净热净功，各自独立的外界环境发生交 换。在常压下，△G是系统内自由能的变 化，T是绝对温度（K）, △S为系统内的 熵变。
Wiegert(1968)方程式
• △H=H1 – H2 – QSR – WSR • 生物能量学预算：P= I – E – R – WSR • 式 物 Q界S中质净R为：的功与焓的△外含交H界为量换净系；；热统PH量为2的的为生焓交输成变换出物化；物质；质W的H的1S焓R为为焓，输与含I入外量为；
生态系统能量流动规律
• 生态系统是一个热力学系统，生态系统中能量的 传递、转换遵循热力学的两条定律：
热力学第一定律
• 能量在生态系统中的流动和转化是服从热力学定律的。 按照热力学的概念，能量是物体做功的本领或能力。能 量的行为可以用热力学定律来描述。
• 热力学第一定律（即能量守衡定律）指出，能量既不能 创造也不会被消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。