生态学课件.pptx

2 生态系统的生物生产生态系统的生物生产生物生产的基本概念生物生产的基本概念生物生产生物生产生物量与生产量生物量与生产量初级生产初级生产总初级生产与净初级生产总初级生产与净初级生产影响初级生产的因素影响初级生产的因素初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法次级生产次级生产次级生产的基本特点次级生产的基本特点次级生产量的测定方法次级生产量的测定方法 生物生产生物生产生物生产：生物生产：是生态系统重要功能之一。生态系统不是生态系统重要功能之一。生态系统不断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、断运转，生物有机体在能量代谢过程中，将能量、物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统物质重新组合，形成新的产品的过程，称生态系统的生物生产。的生物生产。生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太生态系统中绿色植物通过光合作用，吸收和固定太阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于阳能，从无机物合成、转化成复杂的有机物。由于这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因这种生产过程是生态系统能量贮存的基础阶段，因此，绿色植物的这种生产过程称为此，绿色植物的这种生产过程称为初级生产初级生产（primary production），或第一性生产。），或第一性生产。生物量和生产量生物量和生产量生物量生物量（biomass）:某一特定观察时刻，某一空间范围内，现有某一特定观察时刻，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）或能量来表示，因此它是一种现存量物量）或能量来表示，因此它是一种现存量(standing crop)。现存的数量现存的数量以以N表示，表示，现在的生物量现在的生物量以以B表示。表示。现存生物量现存生物量通常通常用平均每平方米生物体的干重用平均每平方米生物体的干重(gm-2)或平均每平方米生物体的热值来或平均每平方米生物体的热值来表示表示(J m-2 )。生产量生产量(production):(production):是在一定时间阶段中，某个种群或生态系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、重量或能量。它是时间上积累的概念，统所新生产出的有机体的数量、重量或能量。它是时间上积累的概念，即含有速率的概念。有的文献资料中，即含有速率的概念。有的文献资料中，生产量、生产力生产量、生产力(production rate)和和生产率生产率(productivity)视为同义语，有的则分别给予明确的定义。视为同义语，有的则分别给予明确的定义。生物量生物量和和生产量生产量是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，是不同的概念，前者到某一特定时刻为止，生态系统所积累下来的生产量，而后者是某一段时间内生生态系统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。态系统中积存的生物量。总初级生产与净初级生产总初级生产与净初级生产初级生产过程可用下列方程式概述：初级生产过程可用下列方程式概述：光能光能 6CO26H2O C6H12O6 6O2 叶绿素叶绿素总初级生产总初级生产(gross primary production,GP)与与净初级生净初级生产产(net primary production,NP)：植物在单位面积、单位：植物在单位面积、单位时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产时间内，通过光合作用固定太阳能的量称为总初级生产(量量)，常用的单位：，常用的单位：J m-2 a-1；植物总初级生产（量）；植物总初级生产（量）减去呼吸作用消耗掉的能量（减去呼吸作用消耗掉的能量（R），余下的有机物质即为），余下的有机物质即为净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：净初级生产（量）。二者之间的关系可表示如下：GPNP+R ；NPGPR影响初级生产的因素：影响初级生产的因素：NPRCO2光光H2O营养营养取食取食O2温度温度陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物陆地生态系统中，初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质质(物质因素物质因素)、氧和温度、氧和温度(环境调节因素环境调节因素)六个因素决定的。六个因素决定的。污染物污染物光合作用光合作用生物量生物量GP初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法产量收割法：产量收割法：收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间收获植物地上部分烘干至恒重，获得单位时间内的净初级生产量。内的净初级生产量。氧气测定法：氧气测定法：总光合量净光合量呼吸量总光合量净光合量呼吸量二氧化碳测定法：二氧化碳测定法：用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作用特定空间内的二氧化碳含量的变化，作为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。为进入植物体有机质中的量，进而估算有机质的量。pH测定法：测定法：水体中的水体中的pH值随着光合作用中吸收二氧化碳和值随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化，根据pH值变化估算初值变化估算初级生产量。级生产量。叶绿素测定法：叶绿素测定法：叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，叶绿素与光合作用强度有密切的定量关系，通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。通过测定体中的叶绿素可以估计初级生产力。放射性标记测定法：放射性标记测定法：把具有把具有14C的碳酸盐的碳酸盐(14CO32-)放入含有天放入含有天然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中，经过一定时间的培养，滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固滤出浮游植物，干燥后，测定放射性活性，确定光合作用固定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收定的碳量。由于浮游植物在黑暗中也能吸收14C.因此，还要因此，还要用用“暗吸收暗吸收”加以校正。加以校正。黑白瓶法黑白瓶法黑瓶黑瓶（呼吸作用呼吸作用）白瓶白瓶(净光合作用净光合作用)放放置置于于水水样样深深度度处处一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量一定时间后，测各瓶的含氧量变化，求初级生产量全球初级生产量分布的特点全球初级生产量分布的特点:(1)陆地比水域的初级生产量大陆地比水域的初级生产量大;(2)陆地的陆地的NPP随纬度升高而降低随纬度升高而降低;(3)海洋海洋NPP由河口湾向大陆架、大洋区逐渐降低；由河口湾向大陆架、大洋区逐渐降低；(4)(4)全球全球NPP可可 划分为三个等级：划分为三个等级：a.生产量极低区域生产量极低区域;b.中等生产量区域中等生产量区域;c.高生产量区域高生产量区域.全球初级生产量的估算全球初级生产量的估算估算全球生态系统估算全球生态系统NPP:a.根据实测数据计算生产量根据实测数据计算生产量平均值平均值分布面积分布面积,得到这一类型的总值得到这一类型的总值.各类型生各类型生产量的总和为全球的估算值产量的总和为全球的估算值;b.用与气候因素相关联的生产量模型来估算用与气候因素相关联的生产量模型来估算,包括包括:经验回归模型和较为复杂的机制性过程模型经验回归模型和较为复杂的机制性过程模型.估算全球初级生产量的三种模型估算全球初级生产量的三种模型:a.Miami模型模型(Lieth,1972):NPPt=30001+e1.315-0.1196t;NPPr=30001-e-0.000664R该模型估算的结果可靠性仅达该模型估算的结果可靠性仅达:66%75%.b.Thornthwaite Memorial 模型模型(Lieth,1974):NPPe=30001-e-0.0009695(E-20)该模型对植被初级生产量的估算较为合理该模型对植被初级生产量的估算较为合理.c.Chikugo 模型模型(日本内岛日本内岛,1985):NPP=0.29e-0.216(RDI)2Rn 该该模模型型是是一一种种半半理理论论半半经经验验的的方方法法,综综合合考考虑虑了了诸诸因因素素的的作作用用,所所以以该该模模型型是是估估算算自自然然植被净初级生产力较好的方法植被净初级生产力较好的方法.初级生产以外的生态系统生产，即消费者和分解者初级生产以外的生态系统生产，即消费者和分解者利用初级生产所制造的物质和贮存的能量进行新陈利用初级生产所制造的物质和贮存的能量进行新陈代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质和能代谢，经过同化作用形成异养生物自身的物质和能量的过程，称为量的过程，称为次级生产次级生产（secondary production），或第二性生产。），或第二性生产。次级生产的概念次级生产的概念次级生产的基本特点次级生产的基本特点次级生产过程模型次级生产过程模型食物食物资源资源未采食未采食拒食拒食未食未食粪便粪便(Fu)呼吸呼吸(R)分解分解被采食被采食可利用可利用食用食用(C)同化同化(A)动物产品动物产品产生能量产生能量(P)潜潜在在能能量量保持能量保持能量损损失失能能量量C=A+FuA=P+RC=P+Fu+RP=C-Fu-R次级生产量的测定方法次级生产量的测定方法按已知同化量按已知同化量A和呼吸量和呼吸量R，估计生产量，估计生产量P P=C-Fu-R，Fu-尿粪量尿粪量根据个体生长或增重的部分根据个体生长或增重的部分Pg和新生个体重和新生个体重Pr，估计估计P P Pg Pr根据生物量净变化根据生物量净变化B和死亡损失和死亡损失E，估计，估计P PB E 全球各类生态系统的次级生产量全球各类生态系统的次级生产量(1)(1)各类生态系统中各类生态系统中,次级生产量总要比初级生次级生产量总要比初级生产量少得多产量少得多;(2)(2)海洋生态系统中植食动物有着高的摄食效海洋生态系统中植食动物有着高的摄食效率率,约相当于陆地动物利用植物效率的约相当于陆地动物利用植物效率的5倍倍;而海洋的初级生产量约为陆地初级生产量而海洋的初级生产量约为陆地初级生产量的的1/3;但海洋次级生产量总和却比陆地高得但海洋次级生产量总和却比陆地高得多多.因此因此,从人类的未来而言从人类的未来而言,研究海洋的次级研究海洋的次级生产量具有重要意义生产量具有重要意义.