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? 水生生态系统的能量格局 ? 营养关系 ? 生态锥体 ? 生态效率
? 水生生态系统的能流过程
生态系统能流分析的方法 ? 直接观察法 ? 肠胃法 ? 血清技术
? 同位素示踪分析法
稳定同位素法对生态系统进行能流分析 ? 元素、核素、同位素、稳定同位素 ? 许多化学元素有几种稳定同位素，如C的稳定同位素包括 和12C和 13C，N的稳定同位素包括15N和14N，S的稳定同位素包括34S和32S，它们在不同的环境以及不同的生物体中的含量不同。
? 用稳定同位素进行能流分析的原理：由于不同的生物的稳定同位素来源不同、对稳定同位的选择性利用，因此，所含的轻重稳定同位素的比例不同。如生物在蛋白质合成过程中，轻的N同位素被选择性地排出，结果体内的15N相对于食物较高，因而当物质从一个营养级进入下一个营养级，组织中的15N浓度变得较为丰富。生态系统中，最高的营养级15N的相对浓度最高，最低的营养级15N的相对浓度最低。由于C4植物含有相对高的13C ，因此，稳定同位素分析可以物种食物中的C3和C4的相对浓度。 稳定同位素浓度的计算公式
? 稳定同位素通常用较重的同位素相对于某个标准的偏离值，单位为偏离值（±）的千分之一（±‰）。偏离值的计算公式为： δx= [ (R样品/ R标准)-1] ×103 δ = ±
x = 较重同位素的相对浓度，如13C、15N、34S的‰
R样品＝样品中稳定同位素的比，如13C: 12C 、15N: 14N R标准＝标准的稳定同位素的比，如13C: 12C 、15N: 14N
? 用作C、N、S标准的参照物是大气氮的15N: 14N比；PeeDee 石灰岩中的13C: 12C比，Canyon Diablo 陨石中的 34S:32S比。
? 如果δx ＝0，那么，样品和参照物中稳定同位素比相等；如果 δx= － x ‰，那么样品中较重的稳定同位素的浓度较低；如果δx= ＋ x ‰，那么，样品中较重的稳定同位素含量较高。由于生态系统中不同的组成部分这些比值是不同的，因此，生态学家可以用稳定同位素的比值来研究生态系统的结构及其过程。 肋螺不同食物中的稳定同位素比率 肋螺体内稳定同位素的空间变化
北美东部土著人骨骼中的13C浓度变化
美国明尼达州塞达波格湖的能流分析－－波格湖生态系统各类有机体之间的营养关系 美国明尼达州塞达波格湖的能流分析 －－营养动态学说
? 营养动态学说是生态系统能量流动研究的基础
? R.L.Lindeman将生态系统中的各类生物按其在营养级中所处的位置不同划分为若干营养级。用Λn表示各营养级的能量含量，浮游植物通过光合作用将一部分太阳辐射能转化为自
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身能量 Λ1 ，浮游动物取食浮游植物中的能量，为初级消费者，其能量含量为Λ2，其余 Λ3、 Λ4 依次类推。并定义λn 为从Λn-1 到Λn 正的能量流动速率，λn’ 为从Λn到Λn+1负的能量流动速率；Rn为各营养级呼吸速率。因此，某一营养级Λn的能量含量变化速率可表达为：d Λn /dt= λn+ λn’ 美国明尼达州塞达波格湖的能流分析 －－波格湖生态系统营养动态简图
λn 为从Λn-1到Λn的能量贡献速率，λn'为从Λn到Λn-1的能量损耗率 美国明尼达州塞达波格湖的能流分析 －－波格湖生态系统营养动态简图 能量单位：cal ? cm-2 ? a –1 。
呼吸29.3+未利用78.2+分解3.5＝总初级生产量111.0，能量守恒 美国明尼达州塞达波格湖的能流分析 －－波格湖生态系统能量金字塔 森林生态系统的能流
课堂讨论题：试用能量生态学原理，从环境保护的角度，论述秸杆的充分利用。 ? 原理：能量沿生态系统的食物链或食物网定向逐级流动并被各级营养级上的生命有机体逐级利用。
? 生态工程设计：能量多层分级利用 第二节 参考文献
? 祖元刚。能量生态学引论。长春：吉林科学技术出版社，1990。 ? 蔡晓明。生态系统生态学。北京：科学出版社，2000，39－55。
第二节 思考题 ? 名词解释： ? 同化效率 ? 生态效率 ? 林德曼效率
? 生物量金字塔、数量金字塔和能量金字塔 ? 生态金字塔 ? 问答题
? 简述生态系统的基本结构和功能。
? 简述生态系统的基本组成及各功能类群的基本功能。 ? 简述次级生产力的测定方法。 ? 在常见的三种金字塔中，生物量金字塔和数量金字塔在某些生态系统中可以呈现倒金字塔形，但能量金字塔却无论如何不会呈倒金字塔形。试解释其中的原因。 ? 试比较三类生态金字塔的优缺点。 预习内容
? 第五章 第三节 生态系统的物质循环 阅读：
? 《普通生态学》第五章 生态系统 第六节 生态系统中的物质循环 ? 《生态系统生态学》第九章 生态系统的物质循环 第五章 生态系统生态学
? 第一节 生态系统的一般特征 ? 第二节 生态系统的能量流动
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? 第三节 生态系统的物质循环 ? 第四节 自然生态系统
第三节 生态系统的物质循环 ? §1 生物地化循环的概念 ? §2 水循环 ? §3 气体型循环 ? §4 沉积型循环
? §5 有毒物质的迁移和转化 ? §6 放射性核素循环
? §7 生物地化循环与人体健康 §1 生物地化循环的概念 ? 生物地化循环
? 生物地化循环的特点 ? 生物地化循环的类型
生物地化循环(biogeochemical cycle)
? 矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环(cycling of material) 。
生物地化循环的特点
? ①物质循环不同于能量流动，后者在生态系统中的运动是循环的； ? ②生物地化循环可以用库和流通率两个概念来描述。库是由存在于生态系统某些生物或非生物成分中一定数量的某种化学物质所构成的，可分为贮存库和交换库。前者的特点是库容量大，元素在库中滞留的时间长，流动速率小，多属于非生物成分；交换库则容量较小，元素滞留的时间短，流速较大。物质在生态系统单位面积(或单位体积)和单位时间的移动量称流通率。
? ③生物地化循环在受人类干扰以前一般是处于一种稳定的平衡状态。 ? ④元素和难分解的化合物常发生生物积累、生物浓缩和生物放大现象。 生物积累、生物浓缩和生物放大
? 生物积累(bioaccumlation): 指生态系统中生物不断进行新陈代谢的过程中，体内来自环境的元素或难分解的化合物的浓缩系数不断增加的现象。
? 生物浓缩(bioconcentration): 指生态系统中同一营养级上许多生物种群或者生物个体，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物富集。
? 生物放大(biomagnification): 指生态系统的食物链上，高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。生物放大的结果使食物链上高营养级生物体中该类物质的浓度显著超过环境中的浓度。 生物地化循环的类型 ? 水循环 ? 气体型循环 ? 沉积型循环
§2 水循环(aquatic cycle) ? 水循环的意义：
? 水是所有营养物质的介质； ? 水对物质是很好的溶剂；
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? 水是地质变化的动因之一。 ? 水循环的途径
? 人类活动对水循环的影响： ? 空气污染和降水； ? 改变地面，增加径流； ? 过度利用地下水； ? 水的再分布。 水循环示意图
§3 气体型循环(gaseous cycle) ? 氧循环 ? 碳循环 ? 氮循环
氧循环(oxygen cycle) 碳循环(carbon cycle) 氮循环(nitrogen cycle)
§4 沉积型循环(sedimentary cycle) ? 磷循环 ? 硫循环
磷循环（phosphorus cycle） 沉积型循环
硫循环（sulfur cycle）
§5 有毒物质的迁移和转化 ? 有毒物质的类型
? 有毒物质的迁移和转化
? 有毒物质循环的典型代表----汞循环 有毒物质的类型
? 有毒物质(toxic substance)又称污染物(pollutant)，按化学性质分两类。无机有毒物质主要指重金属、氟化物、和氰化物；有机有毒物质主要有酚类、有机氯药等。 ? 按污染物的作用分一次污染物和二次污染物。前者由污染源直接排入环境的，其物理和化学性状未发生变化的污染物，又称原发性污染物；后者是由前者转化而成，排入环境中的一次性污染物在外界因素作用下发生变化，或与环境中其它物质发生反应形成新的物理化学性状的污染物，又称继发性污染物。 有毒物质的迁移和转化
? 迁移(transport)是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；
? 转化(transformation)主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。
汞循环(mercury cycle) §6 放射性核素循环
? 放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集。
? 放射性核素通过核试验或核作用物进入大气层，然后，通过降水、尘埃和其他物质以原原子状态回到地球上。
? 人和生物既可直接受到环境放射源危害，也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。