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物质生产与能量流动

生態系の物質生産とエネルギーの流れ

IX 生態と環境 / 生態系の物質生産と物質循環
一句话结论

能量沿食物链逐级递减、单向流动,最终以热的形式散失;相邻营养级之间的传递效率大约为 10%~20%。生产者:总生产量=净生产量+呼吸量;消费者:同化量=摄食量-不消化排出量。

草原上植物铺天盖地,吃草的动物少一些,吃肉的动物更少,处在最顶端的猛禽寥寥无几。这不是巧合:每往上走一个营养级,能量都要被打一个大折扣。这一节教你把这个「折扣」算清楚。

为什么是这样

生物群落与它周围的非生物环境合起来叫生态系统(生態系)。生产者(植物等)通过光合作用把光能转成有机物中的化学能;消费者直接或间接取食生产者;分解者(细菌、真菌等)把遗体和排泄物中的有机物分解成无机物。生产者、一次消费者、二次消费者……这样的层级叫营养级(栄養段階),吃与被吃的链叫食物链,实际交织成食物网。

能量为什么越往上越少?每个营养级得到的能量,有一大部分在呼吸中用掉并以热的形式散失,还有一部分没被下一级吃掉(枯死、死亡后交给分解者)或吃了没消化(排出),真正传到下一级的只是一小部分。热不能再被生产者利用,所以能量是单向流动、不能循环的;循环的是碳、氮等物质。

把各营养级的量从下往上堆起来就是生态金字塔(生態ピラミッド)。按单位时间内获得的能量画的生产力金字塔永远下宽上窄;个体数金字塔可能倒置,如一棵树上生活着许多昆虫;海洋中浮游植物繁殖快、某一时刻的现存量小,生物量金字塔也可能倒置。

生产力(能量)金字塔与相邻营养级的能量传递效率生产者一次消费者约 10~20%二次消费者约 10~20%三次消费者约 10~20%能量单向流动各级都有大量能量经呼吸以热散失;宽度为示意,非比例。生产力金字塔不会倒置;个体数金字塔可能倒置。

定量表达

生产者:光合作用固定的总量叫总生产量,减去自身呼吸量得净生产量(G=N+R)。净生产量再分成三块:一段时间内自身增加的生长量、被一次消费者吃掉的被食量、枯死掉落的枯死量(N=ΔB+C+D)。

消费者:吃进去的叫摄食量,其中未被消化而排出的叫不消化排出量,余下真正吸收的叫同化量(A=I−F)。同化量减呼吸量得生产量,生产量又分为生长量、被下一级吃掉的被食量和死亡量。生产者的被食量就是一次消费者的摄食量。

能量传递效率=某营养级的同化量 ÷ 前一营养级的同化量 × 100%,生产者的同化量取总生产量。相邻消费者之间大约为 10%~20%;生产者对照射到的太阳光能的利用率则很低,通常只有百分之几甚至更低。

E=A2A1×100
E
能量传递效率[%]
A2
该营养级的同化量
A1
前一营养级的同化量(前一级是生产者时取其总生产量)
适用条件
  • 分子分母都用同化量,不用摄食量
  • 两者单位相同,且是同一段时间、同一面积内的量

怎么用

物质收支题先判断给的是哪个营养级、哪个量:生产者没有摄食量,它的「同化量」就是总生产量;消费者要先由摄食量减不消化排出量得到同化量,再往下算。图上所有的块都是同一时间、同一面积内的量,可以直接加减。

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