生态学：第十章生态系统的能流
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分能量使系统的熵和
无序性增加。
9
第二节 生态系统中的初级生产
1
初级 生产 的基 本概
念
2
初级 生产 的生 产效
率
3
初级 生产 量的 限制 因素
4
初级 生产 量的 测定 方法
13
一、 初级生产的基本概念
Βιβλιοθήκη Baidu
生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对 太阳能的固定。因为这是生态系统中第一次能量固定，所以 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或 第一性生产量(primary production)。
• 1、陆地(占地球初级生产量67.6%)比水域(占地球初级生 产量32.4 %)初级生产量大；
• 2、陆地上初级生产量有随纬度增加逐步降低的趋势； • 热带雨林2200g/m2a>亚热带常绿林1300 g/m2a > 温带
落叶阔叶林1200 g/m2a >北方针叶林800 g/m2a • 3、海洋中初级生产量有从河口湾向大陆架和大洋区逐步
• 海南岛黎母岭山地雨林
• 层次 生物量(t/ha) %
• 乔木层 572.85
97.63
• 下木层
13.86
2.36
• 草本层
0.08
0.01
• 合计
586.79
100.00
22
地下生物量（g/m2）的垂直分布
• 深度 草地 % 深度 灌木林 % • 0-15 272 88.0 0-20 911 78.7 • 15-30 26 8.4 20-40 182 15.7 • 30-45 11 3.1 40-60 64 5.6 • 合计 309 100 合计 1157 100
1.4
• 沼泽和沼泽湿地 1.3
1.6
3.5
•
…
• 大陆
100
100
100
17
地球上主要生态系统的生物量和净生产量
• 生态系统类型 面积（%）生物量（%）净生产量（%）
• 大陆
29.2 99.8
67.6
• 海洋
70.8
0.2
32.4
• 全球
100.0 100.0 100.0
18
地球初级生产量的分布
第十章
生态系统的能量 流动
1
1 第一节 生态系统中的能量与能量环境 2 第二节 生态系统中的初级生产 3 第三节 生态系统中的次级生产 4 第四节 生态系统中的分解 5 第五节 生态系统中的能量流动 6 第六节 生态系统中的信息流动
2
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 二、能量环境 三、生态系统中的热力学
4
二、能量环境
地球外的太阳辐射以2克卡的比率到达生物圈，但当它通过大 气时按指数地衰减；当它通过云层、水和植被时，太阳辐射能进 一步衰减，而且其能量的光谱分布状况也有很大的改变。
在生态系统中不同层以及地球表面的不同季节、不同地点内， 总能流的变异是很大的，因此，有机体的个体分布也相应地不同。
6
三、生态系统中的热力学
包括呼吸消耗在内的全部生产量，称为总初级生产量(gro ss primary production)。三者之间的关系是：
GP＝NP十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)
14
生物量和生产量
• 生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机 体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量） 或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。
地球上主要生态系统的生物量和净 生产量
• 生态系统类型 面积（%） 生物量（%） 净生产量（%）
• 热带雨林
11.4
41.6
32.5
• 温带常绿林
3.4
9.5
5.6
• 温带落叶林
4.7
11.4
7.3
• 热带稀树草原 10.1
3.3
11.7
• 温带草原
6.0
0.8
4.7
• 荒漠和半荒漠 12.1
0.7
生态系统中的能量转换和
传递过程，都可以根据热
力学第一定律进行定量计
算，并列出平衡式和编制
能量平衡表 .
8
热力学第二定律是对能量传递和转化的一个重要 概括，通俗地说就是：在封闭系统中，一切过程都 伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中， 除了一部分可以继续传递和做功的能量（自由能） 外，总有一部分不能继续传递和做功，而以热的形 式消散，这部
23
生态系统的初级生产量还随群落的演替而变化。群落演替 的早期由于植物生物量很低，初级生产量不高；随时间推移， 生物量逐渐增加，生产量也提高。
降低的趋势；
19
地球初级生产量的分布
•
全球生产量可分为3个等级：
• （1）生产量极低区域，大部分海洋，荒漠
• （2）生产量中等区域：许多草地、沿海区域、深湖和一些农田；
• （3）高生产量的区域：大部分湿地、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林、 精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落。
21
生态系统的生物量垂直变化
时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生
产力(productivity)和生产率(production rate)视为同义语，有的则分别
给予明确的定义。
•
• 生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系1统6 所 积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。
3
一、生态系统中的能量
在生态系统中生命的各种表现都是和能量转变 分不开的。
进入地球表层的能量被离开地球的能量所平衡， 在生态学中，我们基本上关注的是光和生态系统的 关系以及在生态系统内能量转换的情况。
能量在生态系统中的行为可以称为能流，因为 就我们所见，能量转换是“单向”的，与物质的循 环行为是不同的。
能量是生态系统的动力，是一切生命活动 的基础。
能量流动是生态系统的重要功能之一，而 热力学就是研究能量传递规律和能量形式转 换规律的科学。
能量在生态系统内的传递和转化规律服
从热力学的两个定律。
7
热力学第一定律可以表述如下：“在自然 界发生的所有现象中，能量既不能消失也不能 凭空产生，它只能以严格的当量比例由一种形 式转变为另一种形式。”因此热力学第一定律 又称为能量守恒定律。
•
现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平
均每平方米生物体的干重(g·m-2)或平均每平方米生物体的热值来表示
(J ·m-2 )。
•
生产量(production): 是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所
新生产出的有机体的数量、重量(g·m-2·a-1)或能量(J ·m-2·a-1 )。它是
无序性增加。
9
第二节 生态系统中的初级生产
1
初级 生产 的基 本概
念
2
初级 生产 的生 产效
率
3
初级 生产 量的 限制 因素
4
初级 生产 量的 测定 方法
13
一、 初级生产的基本概念
Βιβλιοθήκη Baidu
生态系统中的能量流动开始于绿色植物通过光合作用对 太阳能的固定。因为这是生态系统中第一次能量固定，所以 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质称为初级生产量或 第一性生产量(primary production)。
• 1、陆地(占地球初级生产量67.6%)比水域(占地球初级生 产量32.4 %)初级生产量大；
• 2、陆地上初级生产量有随纬度增加逐步降低的趋势； • 热带雨林2200g/m2a>亚热带常绿林1300 g/m2a > 温带
落叶阔叶林1200 g/m2a >北方针叶林800 g/m2a • 3、海洋中初级生产量有从河口湾向大陆架和大洋区逐步
• 海南岛黎母岭山地雨林
• 层次 生物量(t/ha) %
• 乔木层 572.85
97.63
• 下木层
13.86
2.36
• 草本层
0.08
0.01
• 合计
586.79
100.00
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地下生物量（g/m2）的垂直分布
• 深度 草地 % 深度 灌木林 % • 0-15 272 88.0 0-20 911 78.7 • 15-30 26 8.4 20-40 182 15.7 • 30-45 11 3.1 40-60 64 5.6 • 合计 309 100 合计 1157 100
1.4
• 沼泽和沼泽湿地 1.3
1.6
3.5
•
…
• 大陆
100
100
100
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地球上主要生态系统的生物量和净生产量
• 生态系统类型 面积（%）生物量（%）净生产量（%）
• 大陆
29.2 99.8
67.6
• 海洋
70.8
0.2
32.4
• 全球
100.0 100.0 100.0
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地球初级生产量的分布
第十章
生态系统的能量 流动
1
1 第一节 生态系统中的能量与能量环境 2 第二节 生态系统中的初级生产 3 第三节 生态系统中的次级生产 4 第四节 生态系统中的分解 5 第五节 生态系统中的能量流动 6 第六节 生态系统中的信息流动
2
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 二、能量环境 三、生态系统中的热力学
4
二、能量环境
地球外的太阳辐射以2克卡的比率到达生物圈，但当它通过大 气时按指数地衰减；当它通过云层、水和植被时，太阳辐射能进 一步衰减，而且其能量的光谱分布状况也有很大的改变。
在生态系统中不同层以及地球表面的不同季节、不同地点内， 总能流的变异是很大的，因此，有机体的个体分布也相应地不同。
6
三、生态系统中的热力学
包括呼吸消耗在内的全部生产量，称为总初级生产量(gro ss primary production)。三者之间的关系是：
GP＝NP十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)
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生物量和生产量
• 生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有有机 体的量，它可以用单位面积或体积的个体数量、重量（狭义的生物量） 或含能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。
地球上主要生态系统的生物量和净 生产量
• 生态系统类型 面积（%） 生物量（%） 净生产量（%）
• 热带雨林
11.4
41.6
32.5
• 温带常绿林
3.4
9.5
5.6
• 温带落叶林
4.7
11.4
7.3
• 热带稀树草原 10.1
3.3
11.7
• 温带草原
6.0
0.8
4.7
• 荒漠和半荒漠 12.1
0.7
生态系统中的能量转换和
传递过程，都可以根据热
力学第一定律进行定量计
算，并列出平衡式和编制
能量平衡表 .
8
热力学第二定律是对能量传递和转化的一个重要 概括，通俗地说就是：在封闭系统中，一切过程都 伴随着能量的改变，在能量的传递和转化过程中， 除了一部分可以继续传递和做功的能量（自由能） 外，总有一部分不能继续传递和做功，而以热的形 式消散，这部
23
生态系统的初级生产量还随群落的演替而变化。群落演替 的早期由于植物生物量很低，初级生产量不高；随时间推移， 生物量逐渐增加，生产量也提高。
降低的趋势；
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地球初级生产量的分布
•
全球生产量可分为3个等级：
• （1）生产量极低区域，大部分海洋，荒漠
• （2）生产量中等区域：许多草地、沿海区域、深湖和一些农田；
• （3）高生产量的区域：大部分湿地、河口湾、泉水、珊瑚礁、热带雨林、 精耕细作的农田、冲积平原上的植物群落。
21
生态系统的生物量垂直变化
时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生
产力(productivity)和生产率(production rate)视为同义语，有的则分别
给予明确的定义。
•
• 生物量和生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系1统6 所 积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生态系统中积存的生物量。
3
一、生态系统中的能量
在生态系统中生命的各种表现都是和能量转变 分不开的。
进入地球表层的能量被离开地球的能量所平衡， 在生态学中，我们基本上关注的是光和生态系统的 关系以及在生态系统内能量转换的情况。
能量在生态系统中的行为可以称为能流，因为 就我们所见，能量转换是“单向”的，与物质的循 环行为是不同的。
能量是生态系统的动力，是一切生命活动 的基础。
能量流动是生态系统的重要功能之一，而 热力学就是研究能量传递规律和能量形式转 换规律的科学。
能量在生态系统内的传递和转化规律服
从热力学的两个定律。
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热力学第一定律可以表述如下：“在自然 界发生的所有现象中，能量既不能消失也不能 凭空产生，它只能以严格的当量比例由一种形 式转变为另一种形式。”因此热力学第一定律 又称为能量守恒定律。
•
现存的数量以N表示，现在的生物量以B表示。现存生物量通常用平
均每平方米生物体的干重(g·m-2)或平均每平方米生物体的热值来表示
(J ·m-2 )。
•
生产量(production): 是在一定时间阶段中，某个种群或生态系统所
新生产出的有机体的数量、重量(g·m-2·a-1)或能量(J ·m-2·a-1 )。它是