《农业生态学》参赛-能量流动_图文

生态系统的功能- 能量流动 主讲:**** 本章纲要 能量流动的基本规律 初级生产中的能流 次级生产中的能流 生态系统中的能量关系 第一节 能量流动遵循的规律 一、能量转移及其有关概念 二、生态系统中能量的主要来源 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 一、能量转移及其有关概念 (一)能的概念 潜能是存在于有机体中的化学结合能, 是一种静态的能量,具有作功的能力。 动能是物体本身具有的能量,包括热 能和辐射能,可在物体之间传递,并 可转化为潜能。 1焦耳(J)=0.239卡(cal), 1cal=4.18J 一、能量转移及其有关概念 (一)能的概念 生态系统中能量的主要形式 日光能 化学能 热能 动能 化学能:以有机物质形式存在。 二、生态系统中能量的主要来源 1.太阳能 ? 占 99% 以上。一般对太阳辐射能利用率在1-5%,植 物实际0.5-3.0%。 2.自然辅助能 ? 如风能,水流能,降雨能,地热能、潮汐能、核能等 占 <1% ,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。 3. 人工辅助能 ? 在人工驯化生态系统中,人们通过投入人畜力、燃料、 电力、肥料、农药等以太阳能为起点的食物链能量转 化,称为生态系统的人工辅助能。 太阳辐射光谱分布图 紫外线(<400 nm ):7%,具较强的组织穿透能力和破坏能力;提高植物组织中的 蛋白质和纤维素含量,杀死微生物; 可见光(400~700 nm): 50% 红外线(>700 nm):43%,产生热效应,有助于形成生物生长的热量环境 生态系统中能量来源类型 太阳能 自然辅助能 人工辅助能 除绿光外,其他光都 能被植物吸收; 红橙光是植物叶绿素 最易吸收部分; 红橙光是光合作用主 要能源 风 能 水流能 地热能 潮汐能 降雨能 人力 畜力 燃料 电力 机械 饲(肥)料 农(兽)药 农用薄膜 能量转移 植物利用太阳能,通过光合作用生 产食物能,食物能通过食物链和食 物网,从一个营养级传递到另一个 营养级。 太阳能 绿色植物 食肉动物 食草动物 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 (一)热力学第一定律——能量守恒定律 (二)热力学第二定律——能量效率和能流方向定律 (三)普里高津的耗散结构理论 (四)热力学定律在农业生态系统中的应用 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 (一)热力学第一定律 又称能量守恒和转化原理,即能量既不能创造又 不能消灭,能量的形式是可以转化的。 各种形式的能量之间严格的按一定比例由一种形 式转变为另一种形式,如热能和动能的转化关系 为: 1卡=4.184焦耳 一个系统内能的变化(U)等于系统吸收的能量 (Q)减去系统对环境所作的功(W), U=Q–W 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 (二)热力学第二定律 1.能流是单向流动 2.能流是能量不断递减的过程 3.能量流动的途径和渠道是食 物链和食物网。 生态系统的能流 ?能流特征 单向流动; 逐级递减。 能量流动的方向和量度 自由能:系统总能中用来做功的能量。 熵:系统总能中不能用来作功的能量,是系统 无序性的量度。 在封闭的系统中,自发过程总是向自由能减少、 熵值增加的方向进行。 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 (三)耗散结构理论 普里高津耗散结构理论 ? 指开放系统在远离平衡态的非平衡态下,系统可 能出现的一种稳定的有序结构。 ? 表明:一个远离平衡态的开放系统,通过与外界 环境进行物质、能量不断交换,能克服混乱状态, 维持稳定状态并且还可能不断提高系统的有序性, 使系统的熵减少。 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 (四)热力学定律在农业生态系统中的应用 1.根据热力学第一定律,可对农业生态系统的能量流进 行定量研究 。 2.根据热力学第二定律,应尽量减少能量无谓消耗,提 高能量的化效率 3. 能流方向不可逆,能量只能转化或转移,不能循环。 4.为维持生态系统稳定,应向系统输入能量,减少熵。 第一节 能量流动遵循的规律 小结 一、能量转移及其有关概念 二、生态系统中能量的主要来源 三、农业生态系统遵守能量流动的基本规律 第二节 初级生产的能量转化 一、初级生产中的能量平衡; 二.不同种类植物的光合能力差异较大; 三、初级生产力的分布;4点 四、提高农业初级生产力的途径 基本概念 ? 初级生产:是指自养生物利用无机环境中 的能量进行同化作用,在生态系统中首次 把环境的能量转化成有机体化学能,并贮 存起来的过程。 ? 奠定生态系统能量流动的基础。 ? 自养生物(初级生产者):包括绿色植物 和化能合成细菌 初级生产力 定义:也称第一性生产,初级生产积累能量或 物质的速率称为初级生产力。(primary productivity) 以每年每平方米合成的干物质克数或积累的能 量千卡数来表示,g/m2.a或 kal/m2.a. 一、初级生产中的能量平衡 ? 净初级生产量(NP)=总初级生产量(GP)-呼吸量(R) ? NP=GP-R ? 净初级生产量:在初级生产过程中,植物固定的 能量有一部分被植物自己呼吸消耗掉,剩下的可 用于植物生长和生殖的这部分生产量。 ? 总初级生产量:包括呼吸消耗在内的全部生产量。 二.不同种类植物的光合能力差异较大 (1)小球藻净光合效率高达3.5%; (2)多年生牧草光合效率在1%-2%;高的可达5%; (3)植物根据光合作用的生化路径不同,分为C3,C4 和CAM三类。 C3(小麦水稻烟草菠菜):光饱和点低、光呼吸明显; C4(玉米高粱甘蔗):饱和点高、呼吸少 三、初级生产力的分布 1.农业生态系统的初级生产力 2.初级生产力测定的方法 3.作物生产力估算模型 4.初级生产力的限制因素 初级生产力是制约因子? ? 生物圈初级生产力的多少是决定地球

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