森林生态学基础—森林生态系统的能量流动(教案)

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1、第九章森林生态系统的能量流动［本章提要］本章着重讨论能量在生态系统中转化、流动的特点，所遵循的规律，分析能量在生态系统的流通途径及在不同环节的损耗，分析不同生态系统的能量效率及生产力。生态系统的能量流动是生态系统的基木功能Z—。世界上的一切生命系统无不伴随着能量的转化、利用和耗散，也伴随着能量流动的过程。9.1生态系统的初级生产9.1.1初级生产的基本概念牛态系统屮的能量流动开始于绿色植物的光合作川对于太阳能的固定，这是卞态系统屮第一次能量固定。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(primaryprodu

2、ction)。在初级生产过程中，植物固定的能量有一部分被植物口己的呼吸消耗掉，剩下的可用于卅i物生长和生殖，这部分生产量称为净初级生产量(netprimaryproduction),而包括呼吸消耗在内的全部生产量，称为总初级生产量(grossprimaryproduction)。总初级生产量(GP)、呼吸所消耗的能量(R)和净初级生产量(NP)3者Z间的关系是：GP二NP+RNP=GP-R净初级牛产量是可捉供牛态系统屮其他牛•物(主要是各种动物和人)利丿IJ的能量。牛产量通帘川每年每n?所生产的有机物质干重［g/(n?・小］或所固定的

3、能量值［J/(m2-a)］表示。所以初级生产量也对称为初级生产力，它们的计算单位是完全一样的，但在强调率的概念时，应当使用牛产力。牛产力和牛物量(biomass)是两个不同的概念，生产力含有速率的概念，是指单位时间单位面积上的有机物质生产量，而牛•物量是指在某一定时刻调查时单位面积上积存的有机物质量，单位是干重g/m?或J/m2o对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牛物的死亡而减少，所以dB/dt=NP-R-II-D式中dB/dt——某一时期内牛物量的变化；II——被较高营养级动物所

4、取食的牛物量；D——因死亡而损失的生物量。9.1.2地球上初级生产力的分布地球上各级生态系统的生产力和生物量的调查，许多国家都进行了研究。按Whittaker（1975）估计，全球陆地净初级生产总量为年产115X109t于物质，海洋的为55X109t-e物质。海洋约占地球表面的2/3,但净初级生产量只占T/3。在海洋中，珊瑚礁和海藻床是高生产量的，年产干物质超过2000g/m2；河口湾由于冇河流的辅助能量输入，上涌流区域也能从海底带來额外营养物质，它们的净生产量比较高，但是所占面积不大。占海洋面积最大的大洋区，其净生产量相当低，年平均

5、仅125g/m2,被称为海洋荒漠，这是海洋净初级生产总量只占全球的1/3左右的原因。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冇趋于降低的明显趋势。在陆地匕湿地（沼泽和盐沼）生产量是授高的,年平均可超过2500g/nA热带雨林生产量也是很高的，年平均2200g/m2,荒漠灌从年平均为71g/m2o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（表9-1）oField等（1998）以卫星遥感资料为基础，估计了全球净初级生产力，其估计公式是：NP=APARX£式中APAR光合吸收活

6、性辐射（absorbedphotosyntheticallyactivesolarradiation）；£——平均光利用效率，他们的佔计值是104.9X1015g,其中，海洋净初级生产力占46.2%（4&5X10方g）,陆地的占53.8%（56.4X1015g）。全球净初级生产力在沿地球纬度分布上冇三个高峰。第一高峰接近赤道，第二高峰出现在北半球的中温带，而第三高峰出现在南半球的中温带。海洋净初级生产力的季节变动是中等程度的，而陆地生产力的季节波动则很大，夏季比冬季净初级生产力平均高60%。根据遥感信息和地面气候资料的模型初步估计，全

7、球年总净初级生产力约为2.645X109t碳（孙睿和朱启疆，2000）o综合研究和估计全球海洋和陆地初级生产力，对于了解地球的功能是I•分重要的，因为它是碳和营养物动态的中心问题，与生物地球化学循环冇密切关系，并与当前人类关心的全球气候变化也冇联系。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；随时间推移，生物量渐渐增加，生产量也捉高；一般森林在叶面积指数达到4时,净初级住产量最高；但当牛态系统发育成熟或演替达到顶极时，虽然牛物量接近最大，系统由于保持在一动态平衡中，净生产量反而最小。由此可见，从

8、经济效率考虑，利川再生资源的生产量，让主态系统保持在“青壮年期”是最有利可图的，不过从持续发展和保护生态着眼，人类还需从多目标间做合理的权衡。水体和陆地生态系统的生产量都冇垂直变化，例如森林，一般乔木层最高，灌木层次Z,