生态学课件第十章

生物地理的 贫营养的 中营养的 富营养的 大型水生植物
11.0 27.4 9.1 1.0
总计
48.5
热带雨林 17.8 落叶阔叶林 1.5 针阔混交林 3.1 常绿针叶林 3.1 落叶针叶林 1.4 稀树草原 16.8 多年生草地 2.4 阔叶灌木 1.0 苔原 0.8 荒漠 0.5 栽培田 8.0 56.4
4.生物量 (biomass) ：指在某一特定调查时刻单 位面积上积存的有机物质量。 单位：干重g／m2或J／m2。 B ： 某一时间段内 Pn 积累量 ，

对一个自然生态系统中某一营养级来说，总生 物量不仅因生物呼吸而消耗，也由于受更高营 养级动物的取食和生物的死亡而减少，所以， 某一特定时刻观测到的 B 是存活植物体的总量： B – H – D， 其中，H：被植食性动物取食的量/ m2 ， D：死亡的量/ m2 ，
B≈ Sc

6.周转（ turnover ）：轮回(Odum) 周转率（turnover rate ）：在特定时间阶段中， 新加入的生物量（或数量、N、P等元素的量）占 总生物量（或数量）的比率。 周转期（turnover time ）：它表示现存总量完全 改变一次，或周转一次的时间。 周转期是周转率的倒数，两个现存量相等，而wk.baidu.com 转率不同的两个生态系统很能说明周转的含义。

2、次级生产量的分布特点：陆地、海洋中动 物的次级生产 1）次级生产量的比较 2）海洋生态系统次级生产的特征 上区生产力最高，开阔海洋最低，沿岸居中 食物链长度：开阔海洋>沿岸区>上涌区 植物个体：上涌区>沿岸区>开阔海洋 植物个体越大，食物链越短，有机质鱼类的 营养级的数目越少 海洋不同温度带，食物链不同
2.水体和陆地生态系统的生产量都有垂直变化。

森林，一般乔木层最高，灌木层次之，草被层更低，而地下 部分反映了同样情况。 水体也有类似的规律，不过水面由于阳光直射，生产量不是 最高，最高的是深数m左右，并随水的清晰度而变化。

3、陆地与海洋生态系统的生产量分布

1、全球初级生产力的分布格局：
1）初级生产力的分布特点： 2）初级生产力在全球的分布特点：
光合器官，提高光能利用率。
5、植物水分的蒸发、蒸腾量：太阳辐射、
温度、降雨量的综合作用的指标，和叶片 的大小温度、湿度都有关系。
（二）、不同生态系统的主要限制因子：

沙漠：水分； 海洋：光强、营养物质； 陆地：光照时间、降水、营养物质；
热带雨林：光照、养分、降水
植被类型 土壤和地下水深度的变化导致 短距离内的植被差异
5.现存量(standing crop)：某一特定观测时刻、某 一空间范围内现有的有机体的多少，它可用单位面 积或单位体积的个体数量、重量或能量来表示（单 位：干重g／m2或J／m2 ）。
即：Sc = B – H – D = GP – R – H – D即：
dB／dt＝GP - R - H – D = NP - H - D 对生物量和现存量概念的认识： 有人称之为现存的生物量，或实际的生物量。 通常，野外实际测定时获得的生物量数据：
3.生物圈主要生态系统净初级生产力的年和季节变化
生物圈主要生态系统的年和季节净初级生产力 海洋的 (单位 1015 g) 陆地的
季节的 V-VI 月 VII-IX 月 X-XII月 I-III 月
10.9 13.0 12.3 11.3
15.7 18.0 11.5 11.2



三、初级生产者的生产效率
1.地球接受到的太阳能的多少
2植物能利用的太阳能 3.植物吸收后能固定的能量
4.初级生产效率在全球分布的一般特征
5.讨论初级生产效率应注意的一些问题
植物只利用入射光的1/2 考虑全年入射日光——忽略季节差异
日光穿透水层时有衰减的能力被忽略
季节的转变，降水、光照、温度的配比关系；
讨论：Pg、Pn、B 和 R 间的变化关系
Pn用于植物的生产和生殖（体积的增大， 数量的增多，繁殖器官的形成），但用于 生长时，各部分的分配比例不同：
地上，地下生物量的比值，根冠（茎）比； 营养器官和繁殖器官的比值，叶面积指数； 植物生长的补偿机制，等等 。
啃食地区草的生物量增加，未 啃食地区草的生物量减少。
我国陆地植被净初级生产力及其季 节变化，根据遥感信息和地面气候资料 的模型初步估计，年总净初级生产力约 为2.645×109 t C （孙睿、朱启疆， 2000）。
2. 地球上初级生产力的分布
陆地 湿地和沼泽 热带森林 温带森林 北方针叶林/泰加林 撒王那/ 热带(或亚热带)稀树大草原 耕地 灌丛地 温带草原 苔原和高山 沙漠灌丛 水体 海藻层和暗礁 河口湾/海湾 湖泊河流 大陆架 开阔的海洋
3. dP/dT 表示instataneous production rate，即 瞬时生产率。 4.生产力的单位, 以能量作单位：千卡/m2/d或a等， 以用干物质重量表示：g/m2/d 或a 。
7. 生态系统中的有机物质生产

生态系统中的有机物质生产过程中，从生 产力来说，大致分处四个水平，即： 总初级生产力：PG ：代表生态系统中自 养生物的总生产量； 净初级生产力：PN ：是代表生态系统中 自养生物的净生产量；
生态系统的初级生产量，还随群落的演替而变化。
• 早期由于植物生物量很低，初级生产量不高。 • 一般森林在叶面积指数达到4时，净初级生产量最高 • 但当生态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然生物量 接近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而 最小。 NP随生态系统的发育变化， 若生态系统达到顶级稳定，则NP=0，GP最大。
3）依据第一性生产力的水平通常把生态
系统大致分为三类
①相对低产 ≤1000大卡/m2a 阔海洋（氧分） 荒漠（水分）
开
②中等生产力水平 1000—10000大卡/m2a 半干旱区、浅水湖泊、旱作农业、干旱森 林、近海域
③高生产力水平 10000—20000大卡 /m2a 浅水系统、河口湾、沼泽、湿地、 热带雨林。

在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植 物自己的呼吸消耗掉，剩下的可用于植物生长和生 殖，这部分生产量称为净初级生产量，即：植物除 去呼吸消耗而余下的有机物积累速率。

三者之间的关系是： GP = NP + R 式中：GP—总初级生产量，J／(m2· a)； NP—净初级生产量，J／ (m2· ； a) R — 呼吸所消耗的能量，J／ (m2· a)
第十章 生态系统的能量流动
第一节 生态系统中的初级生产 第二节 生态系统中的次级生产 第三节 生态系统中的分解 第四节 生态系统中的能量流动 第五节 异养生态系统的能流分析 第六节 生态系统能流模型 第七节 生态系统中的信息及传递
第一节 生态系统中的初级生产
生产力的研究是生态系统理论中最重要的研究领 域之一，生产力生态学(productivity ecology ）首 先应区分的三个概念是：
在一定时间阶段中，现存量的变化，还不是生产量。
主要涉及到：Pg、Pn、 和 R间的变化。
生产量是时间上积累起来的数值，它反映了种群或 生态系统中的个体数量（或生物量）的增加与减少 的连续过程；现存量的改变只反映改变的最后结果。
Pg=Pn+ R
1966年IBP在巴黎的会议上建议：
1.P 表示 production ，即生产量，指任何某时间 阶段中的生产量；但如果要用方程式来平衡能流， 必定要给以明确的时间单位。 2.P/T 表示 production rate，即生产率，指单位 时间的生产量；
初级生产力（gross primary productivity ）：速率，表示单
位面积、单位时间内所固定的能量。
单位：有机物干重 g/m2.a ,有机物含能值 J/m2.a 。
初级生产量也可称为初级生产力，它们的计算单位是
完全一样的，但在强调“率”的概念时，应当使用生 产力。
3.净初级生产量( NP,Pn,net primary production， 净初级生产力)
围栏内未被 啃食的草
草 的 生 物 量 鲜 重 野牛啃食后的草
野牛经过后的天数
Growth response by grasses grazed by wildebeest (date from McNaughton 1976).野牛啃食后草的生长响应
见生态学：概念与应用 P423

在将野牛放入研究区的一个月间，围栏内草 的生物量减少，而围栏外草的生物量增加。
二、地球上初级生产力的分布
1.全球初级生产力的分布概述
全球陆地净初级生产总量的估计值为年产115x109 t 干物质，
全球海洋净初级生产总量为年产55x109 t干物质。 海洋面积约占地球表面的2／3， 但其净初级生产量只占全球的l／3。
全球净初级生产力在沿地球纬度分布上有 三个高峰： 第一高峰接近与赤道 第二高峰出现在北半球的中温带 第三高峰出现在南半球的中温带。
能量换算存在误差。
三、初级生产量的限制因素 （一） 1、主要限制因素：光照、水、CO2、O2、 营养、温度.

2、等值：生态因素的组合不同。可以产
生等值的生产量——生态因素的补偿性。
3、最适条件下，单一因素常可成为限制
因子，影响程度的大小看偏离最适环境的 距离。
4、生态系统能否形成最大生物量来形成
1.
2.
3.
次级生产力（secondary productivity）P ： 消费者营养级上能量积累的比率。
4.群落净生产力（net community productivity）：PNC： PN中的能量为生态 系统中除自养生物以外的全部生物所消耗 和利用（即异养呼吸RH），把后者扣除， 剩余的部分就成为整个生态系统中生物成 员的净生产量，所以： PNC= PN - RH 群落净生产力 =净初级生产力 - 异养呼吸
净初级生产量
全球陆地净初级生产量的分布 由热带雨林向温带常绿林、落叶林、北方针叶 林、稀树草原、温带草原、寒漠和荒漠依次减 少。 在陆地上，热带雨林是生产量最高的，平均 2200g／ m2· ， a 沼泽和某些作物栽培地是属于高生产量的(表 10—1)。
全球海洋净初级生产量的分布 1.珊瑚礁和海藻床是高生产量的，年产干物质超过 2000g／ m2· ； a 2.河口湾由于有河流的辅助能量输入、上涌流区域 也能从海底带来额外营养物质，它们的净生产量比 较高；但是这几类生类系统所占面积不大。 3.大洋区占海洋面积最大，但其净生产量相当低， 平均仅125g／ m2· ，被称为海洋荒漠，这是海洋净 a 初级生产总量只占全球的l／3左右的原因。 4.在海洋中，由河口湾向大陆架到大洋区，单位面 积净初级生产量和生物量有明显降低的趋势。
NP是时间的函数，一定时间内的能量储存量， 称为生态系统的生物量。实际上这就是生态 系统积累的总净初级生产量。 生态系统中的净初级生产量可看成是某一时 间范围内，生物量的变化率： △ B/△T ，dB／dt Pn= dB／dt = GP -(R+H+D)

改错：面向21世纪课程教材，李博主编《生态学》，高教出 版社，第1版，P209
放牧增加了许多种类草的生长率，
即对放牧的一种响应——补偿生长。
潜在的补偿生长机制包括由于较低植物生物量引起
的较低的呼吸速率，缩减自疏现象和改善由于叶面 积缩小的水分平衡。
Pg=Pn+ R Pg=∆B + R
讨论：Pg、Pn、B 和 R 间的变化关系
生物量和生产量的概念不同：
生产力高的生态系统，不一定生物量就大； 反之，生产力低的生态系统，不一定生物量就小。
现存量（standing crop,或叫生物量biomass）、 生产量( production )
周转(turnover)。
它使我们进一步深入到自然现象的经济学过程之中。
一、初级生产的基本概念
1.初级生产：第一性生产，指生态系统中绿色植物通 过光合作用积累有机质的过程。 2.总初级生产量（GPP, GP，Pg，gross primary production ） 指在一定时间内，生产者在植物光合作用过程中 固定的太阳能或所制造的有机物质总量。即包括呼吸 消耗在内的全部生产量 。