第10章、生态系统中的能量流动说课讲解.ppt

2. 初级生产力测定和潜力估算 初级生产力测定的方法很多，主要分为直接测定和间接测定。 直接测定是测定初级生产者的生物量。 间接测定是通过测定初级生产者的代谢活动情况，如测定O2或CO2的浓度变化等，再对初级生产力进行推（估）算。使用光合作用测定仪测定和利用遥感（卫星）技术间接测定则是比较先进的方法。 ①???? 直接收获法：定期或一次性收获植物体的全部，包括地上地下部和枯枝落叶落花（果）等，然后称重。 ②?? 黑—白瓶法：测定水体中浮游植物的初级生产力常用此法，“白瓶”透光能进行光合作用和呼吸作用，“黑瓶”不透光，无光合作用，而只有呼吸作用，通过计算光合作用和呼吸作用引起CO2含量的变化，推算出浮游植物生产力的大小。 ③?? 叶绿素测定法：根据叶绿素含量或叶绿体内与光合作用强度有关的生物活性物质的含量，估算初级生产力。 ④ 同位素标记法：应用同位素测定植物对CO2吸收同化能力。 作物生产潜力的估算： ①?? 光能生产潜力 Y1=f(Q) ②?? 光温生产潜力 Y2=f(Q)f(T) ③? 气候生产潜力 Y3=f(Q)f(T)f(W) ④土?地生产潜力 Y4=f(Q)f(T)f(w)f(S) 第十章、生态系统中的能量流动 生态系统过程： 1 能量流动 2 物质循环 3 信息传递 第一节、能量流动遵循的规律 一．能量的基本概念 能量（Energy），在物理学上指的是物质具有作功的能力. 能量的形态：机械能、化学能、辐射能、势能、电能、动能、核能、热能 存在形式：潜能和动能 潜能是静态能量，它是存在于物体内部的化学能量，具有作功的潜在动力，生态系统中有机物质的化学结合能是潜能的一种。 能量的量度单位是焦耳（J）。焦耳（J）与热量单位卡（Cal）的换算：1J=0.239Cal或1Cal=4.18J 红外线产生热效应，有助于形成生物生长的热量环境。 紫外线具有较强的组织穿透能力和破坏能力，能提高植物组织中蛋白质及纤维素含量，还会杀死微生物。 可见光是绿色植物进行光合作用的生理辐射，其中红橙光为植物叶绿素最容易吸收部分，是光合作用的主要能源。 植物一般只能将其中的一小部分生理辐射转化为化学能，并贮存在有机物里，一般对太阳能的利用率在1%—5%左右（理论），实际在0.5%—3.0%。 生态系统中含有其他形式的自然能量：如风能、潮汐能、地热能、水流能、降雨能等，这些能量对生态系统的食物链能量转化与传递起辅助作用——生态系统的自然辅助能。 在生态系统中投入人力、畜力、燃料、电力、机械和肥料、农药、农用薄膜等——生态系统的人工辅助能。 三．能量流动遵循的基本热力学定律 在生态系统中，能量的流动和转化，同样服从基本的势力学定律。 1、热力学第一定律——能量守恒定律 △U=Q-W 式中：△U为系统的内能变化；Q为系统吸收的热量；W为系统对外所作的功 2、热力学第二定律——能量效率和能流方向定律 自然界的所有自发过程，能量的传递均有一定方向，而且任何的能量转换，其效率不可能达到100%。 序（有序），指事物的一种有规则的状态。由热力学第二定律可知，世界上一切有序的结构、格局、安排都会自然地走向于无序。要维持有序状态，必须使系统获得更多的潜能支做功，以消除不断产生的无序，重新建立有序。 熵（entropy）的概念：是一个热力学函数，是对系统或事物无序性的量度，其定义为“从绝对零度无分子运动的最大有序状态向某种含热状态变化过程中每一度（温度变化）的热量（变化）。 △S=(△H-△F)/T=△Q/T △H为系统总能的增加，△F为系统自由能的增加，T为绝对温度。 可用熵来表达热力学第二定律（熵增原理）：封闭系统的熵总是不断增加到最大值才停止。也就是说一切自发的过程总是沿着熵增加的方向进行，系统从有序走向无序。熵增加，这是一个自发的过程，不需要外加能量；相反的熵减方向就必须外加能量的推动，而且外加能量的效率必然小于100%。 生命个体和生态系统均需要不断地摄入能量维持自身的有序状态，并向环境耗散热能（无序）。 系统内熵 能量（负熵） 向环境耗散热能（无序） 3、普里高津的耗散结构理论 很多现象表明，开放系统是不断从无序走向有序，从低有序的状态走向高有序的状态，生物的进化从低级向高级进化就是一个例子。 所谓耗散结构，是指开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。 普里高津的耗散结构理论表明：一个远离平衡状态的开放系统，通过与外界环境进行物质和能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。 远平衡态 平衡态 第二节、初级生产中的能流 绿色植物光合作用固定太阳能生产有机物的过程，是最主要的初级生产，是生态系统能量流动的基础