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森林的能量过程

标签: 生态系统 太阳能

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森林的能量过程

  能量流动是生态系统的主要功能之一。能量在系统中具有转化、做功、消耗等动态规律,其流动主要通过两个途径实现:其一是光合作用和有机成分的输入;其二是呼吸的热消耗和有机物的输出。在生态系统中,没有能量流动就没有生命,就没有生态系统;能量是生态系统的动力,是一切生命活动的基础。

  生态系统最初的能量来源于太阳,绿色植物通过光合作用吸收和固定太阳能,将太阳能变为化学能,一方面满足自身生命活动的需要,另一方面供给异养生物生命活动的需要。太阳能进入生态系统,并作为化学能,沿着生态系统中生产者(producers)、消费者(consumers)、分解者(decomposers)流动,这种生物与生物间、生物与环境间能量传递和转换的过程,称为生态系统的能量流动。在生态系统中,能量流动服从于热力学第一定律和第二定律。

  生态系统中能量流动特征,可归纳为两个方面,一是能量流动沿生产者和各级消费者顺序逐步被减少,二是能量流动是单一方向,不可逆的。能量在流动过程中,一部分用于维持新陈代谢活动而被消耗,一部分在呼吸中以热的形式散发到环境中,只有一小部分做功,用于形成新组织或作为潜能贮存。由此可见,在生态系统中能量传递效率是较低的,能量愈流愈细。一般来说,能量沿绿色植物向草食动物再向肉食动物逐级流动,通常后者获得的能量大约只为前者所含能量的10%,即1/10,故称为“十分之一定律”。这种能量的逐级递减是生态系统中能量流动的一个显著特点。

  目前森林能量过程的研究多以干物质量作为指标,这对深入了解生态系统的功能、生态效率等具有一定的局限性。研究生态系统中的能量过程最好是测定组成群落主要种类的热值或者是构成群落各成分的热值。能量值的测定比干物质测定能更好地评价物质在生态系统内各组分间转移过程中质和量的变化规律;同时,热值测定对计算生态系统中的生态效率是必需的。

  能量现存量(standing crop of energy,SCE)指单位时间内群落所积累的总能量。包括生态系统中活植物体与死植物体的总能量,是根据系统各组分样品的热值和对应的生物量或枯死量所推算的。由于能量贮量与生物量正相关,生物量大,能量现存量也愈大。生物量主要取决于年生产量和生物量净增量,乔木层不但干物质生产量较大,而且每年绝大部分生产量用于自身生物量的净增长,年凋落物量很小,其现存量较大。下木层和草本层年生产量小,特别是林冠层郁闭度过大的林分,加之大部分能量以枯落物形式存在,其现存量较低。对于整个生态系统,要获得最大的能量积累,必须合理调配乔、灌、草的空间结构,提高系统对能量的吸收和固定。

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