生态体系功能的调整概要.pptx

Chap.13 Chap.13 生態體系功能的調整生態體系功能的調整 Ecology 鄭先祐 製作Ecology 2000.Ecology 2000Ecology 20002 2生態體系功能的調整生態體系功能的調整13.1 13.1 生態學者經由實驗、比較研究、和數學模型，生態學者經由實驗、比較研究、和數學模型，來瞭解生態體系。來瞭解生態體系。13.2 13.2 淡水和海洋生態體系有相互不同的氮和磷的淡水和海洋生態體系有相互不同的氮和磷的調整。調整。13.3 13.3 營養有限的生態體系，可能受到物理性傳送營養有限的生態體系，可能受到物理性傳送過程的影響。過程的影響。13.4 13.4 生產量並沒有直接隨著營養循環而同等的改生產量並沒有直接隨著營養循環而同等的改變。變。13.5 13.5 系統模型以一組轉換互動功能，來描述生態系統模型以一組轉換互動功能，來描述生態體系的功能和結構。體系的功能和結構。Ecology 2000Ecology 20003 3生態體系功能的調整生態體系功能的調整13.6 水域生態體系的營養循環模型，包含於水體中的氮之轉換。13.7 陸域生態體系的營養循環，包含土壤、植物質量、和碎屑的部門。13.8 生產量可能會受到草食動物影響而增加，或減少。13.9 生態體系的調整是從上至下(top down)，或是由下至上(bottom up)。Ecology 2000Ecology 20004 413.1 13.1 生態學者經由實驗、比較研究、生態學者經由實驗、比較研究、和數學模型，來瞭解生態體系。和數學模型，來瞭解生態體系。生態體系研究的三種方法：(1)experimental manipulations in the field or in the laboratorynutrient addition experimentsnutrient addition experimentsbioassay experimentsbioassay experiments(2)comparative ecosystem studies(3)mathematical modelingEcology 2000Ecology 20005 513.2 13.2 淡水和海洋生態體系有相互淡水和海洋生態體系有相互不同的氮和磷的調整。不同的氮和磷的調整。水域生態體系的浮游藻類是基礎生產量的主要來源。於這些藻類體內的C：N：P的比率是106：16：1。這個比率稱為 Redfield ratio。N：P=16：1 成為一個指標。假若環境的營養N：P比率小於16，那就代表N 是限制因素。若是大於16，那就是磷營養是限制因素。Ecology 2000Ecology 20006 6Phosphorus limitation in fresh waterPhosphorus limitation in fresh water大部份的溪流生態體系，限制因素通常是磷元素。但是乾旱的和半乾旱地區的溪流可能有例外的情況。另外，大部份的河口地區和廣大的海洋地區，N：P比率都很低，所以是受限於氮營養。Ecology 2000Ecology 20007 7Fig.13-1 An experimental lake demonstrating crucial role of phosphorus in eutrophication.下邊的湖，只有加入碳(sucrose)和氮(nitrates)肥。上邊的湖，除了碳和氮肥外，還加入磷(phosphate)肥。中間用塑膠隔板，分開上下邊兩個湖。Ecology 2000Ecology 20008 8Fig.13-2 粗光合作用生產率。Kuparuk river(Alaska)加磷肥後，生產量顯著的增加。Ecology 2000Ecology 20009 9N N和和P P的相互限制的相互限制於加磷肥的上游，水域的Redfield ratio在13:1至78:1範圍間。加磷處理後，Redfield ratio下降到4.4:1至7.6:1。這個數值代表有氮是limiting。許多的湖泊，單加N或P所產生藻類增生的效果，都不如N和P一起加入。Ecology 2000Ecology 20001010Nitrogen limitation in marine ecosystemsNitrogen limitation in marine ecosystemsFig.13-3 bioassay exp.測海水的葉綠素含量。氮和磷加入的效果最為顯著。其次是加氮的效果。Ecology 2000Ecology 20001111海域的營養限制海域的營養限制於27個河口區，有21個的N:P比率遠低於16:1，因此 nitrogen limitation is widespread in the estuaries.有些海洋區域，比率高於30:1。Open-water marine ecosystems 的生產量，受到氮的含量。因此，生產量最高量發生在淺水區，以及有強烈湧升流的地區。有些海域，雖然有N和P，但生產量仍未提高，可能還受限於鐵和矽元素。Ecology 2000Ecology 20001212Fig.13-4 Maps of the southern ocean(a)高生產量和洋流的方向 (b)矽、磷和氮的分佈Ecology 2000Ecology 20001313HNLCHNLC區域區域Fig.13-4 雖然這個海域有湧升流，N和P的含量很高，但是高浮游植物的區域卻是相當的有限。這可能是受限於其它營養。Over 20%of the open oceans appears to have abundant nitrogen and phosphorus,but low densities of phytoplankton.High-nutrient Low-chlorophyll(HNLC)區域Ecology 2000Ecology 20001414淤泥和固氮的重要性淤泥和固氮的重要性(Fig.13-5)Fig.13-5)碎屑淤泥Ecology 2000Ecology 2000151513.3 13.3 營養有限的生態體系，可能營養有限的生態體系，可能受到物理性傳送過程的影響。受到物理性傳送過程的影響。Fig.13-6 Hypothetical interaction of nutrient uptake by plants,nutrient mobility,concentration gradients.低營養狀態高營養狀態Ecology 2000Ecology 20001616Luxury consumptionLuxury consumptionUnder condition of high nutrient concentrations,phytoplankton can take up more nitrogen than they need for growth.This ability to store nitrogen,called luxury consumption.這可讓植物保握短暫的營養豐盛的時期，貯存營養。Ecology 2000Ecology 2000171713.4 13.4 生產量並沒有直接隨著營養生產量並沒有直接隨著營養循環而同等的改變。循環而同等的改變。Fig.13-7 乾重的生產量，對氮和磷的進出量的關係。NUE：nutrient use efficiency(營養使用效率)氮的影響力，較為顯著。Ecology 2000Ecology 2000181813.5 13.5 系統模型以一組轉換互動功能，系統模型以一組轉換互動功能，來描述生態體系的功能和結構。來描述生態體系的功能和結構。outputinputcompartmentFig.13-8 單一個部門的模型。dX1/dt =J0-J1Ecology 2000Ecology 20001919Fig.13-9 單一部門的模型。Input 量和output 量的大小差異。(a)J0=k0 J1=k1 X1(b)equilibrium point(c)若是 k0 大，進水量大，平衡點上升。(d)假若 出水口的洞洞加大，相關線往下。Ecology 2000Ecology 20002020Fig.13-10 Diagram of a two-compartment system.Ecology 2000Ecology 20002121Fig.13-11 水蒸氣的濃度，等於蒸發速率和凝結速率的平衡點。(two-compartment system)凝結速率蒸發速率Ecology 2000Ecology 20002222Fig.13-12 A diagram of Lotkas system of three compartments.Ecology 2000Ecology 2000232313.6 13.6 水域生態體系的營養循環模型，水域生態體系的營養循環模型，包含於水體中的氮之轉換。包含於水體中的氮之轉換。Fig.13-13 Ontario湖的nitrogen cycling之模型(model)。First order system(單次元體系)DON：dissolved organic nitrogen(溶解有機氮)溶解有機氮(DON)於冬季和夏季間有顯著的差異。(table 13-1)Ecology 2000Ecology 20002424造成X1(Nitrate)縮小Ecology 2000Ecology 2000252513.7 13.7 陸域生態體系的營養循環，包含陸域生態體系的營養循環，包含土壤、植物質量、和碎屑的部門。土壤、植物質量、和碎屑的部門。Fig.13-14 陸域生態體系的nitrogen cycling。A second-order(二次元)systems modelEcology 2000Ecology 20002626植物體土壤Fig.13-15 溫帶和熱帶樹林地的氮和磷的分佈與循環。溫帶松林熱帶混合林土壤Ecology 2000Ecology 2000272713.8 13.8 生產量可能會受到草食動物生產量可能會受到草食動物影響而增加，或減少。影響而增加，或減少。Bottom-up control(由下而上的調整)Ecologists refer to the control of ecosystem Ecologists refer to the control of ecosystem function by nutrient flux and the condition of the function by nutrient flux and the condition of the physical environment as bottom-up control.physical environment as bottom-up control.top-down control(由上而下的調整)regulation by consumptionregulation by consumptionproductivity of ecosystems is often enhanced by herbivory.(範例，參閱課本p.265)Ecology 2000Ecology 2000282813.9 生態體系的調整是從上至下(top down)，或是由下至上(bottom up)。Fig.13-16 a trophic cascade(營養瀑布)的圖。Ecology 2000Ecology 20002929Fig.13-17 於不同的營養添加狀態下，蝸牛的草食對 periphyton 植物生產量的影響。當 N 和 P 都添加上，植物生產量最高。Grased 或ungrazed都最高。Ecology 2000Ecology 20003030Suggested readingsSuggested readingsCarpenter,S.R.and J.E.Kitchell(1988)Carpenter,S.R.and J.E.Kitchell(1988)Consumer control of lake productivity.BioScience Consumer control of lake productivity.BioScience 38:764-769.38:764-769.Perry,D.A.,M.P.Amaranthus,J.G.Borchers,S.Perry,D.A.,M.P.Amaranthus,J.G.Borchers,S.L.Borchers,and R.E.Brainerd(1989)L.Borchers,and R.E.Brainerd(1989)Bootstrapping in ecosystems.BioScience 39:230-Bootstrapping in ecosystems.BioScience 39:230-237.237.Vitousek,P.M.(1984)Litterfall,nutrient cycling Vitousek,P.M.(1984)Litterfall,nutrient cycling and nutrient limitation in tropical forests.Ecology and nutrient limitation in tropical forests.Ecology 65:285-298.65:285-298.Ecology 2000Ecology 20003131問題與討論問題與討論問題與討論問題與討論Y 請提出請提出問題問題！