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固相萃取儀同時還決定著食物鏈的環節

時間:2020-04-18     瀏覽:29

它要保持穩定,就必須有負熵的不斷 輸入,固相萃取儀 即不 斷輸 入物 質和能 量,并不 斷排 出 熵,熵就是不能用于有效工作的能量。太陽是生態系統能量流動的第一推動者, 因此,生態系統要維持正常的功能,就必 須永遠 有太 陽能 的輸入,用 來平 衡各 營 養級生物維持生命活動的消耗,能量流動見圖 2 9。 熱力學定律可以很好地解釋生 態系 統中的 能量 傳遞 和轉化,決 定著 生態 系 統利用能量的限度,同時還決定著食物鏈的環節、營養級數以及各級數上生物的 數量。 (2)生態系統中能流的特點 ① 單向性:生態系統內能量單向流動。主要表現在三個方面: a.太陽能以光能的形式輸入生態系統以后,不再以光能的形式返回; b.自養生物被異樣生物 攝食后,能 量就 由自養 生物 流到 異養 生物 體內,也 不能再返回給自養生物; c.從總的能流途徑而言,能量只是一次性流經生態系統,是不可逆的。 ② 遞減


性:經過各個營養級的能量逐級遞減,根據通過各營 養級的能 流量, 由低到高就構成了一個能量錐體或能量金字塔(pyramidofenergy)(圖 2 10)。 ③ 能量的質量逐漸提高:能量流動的另一個趨勢是把低 質量能轉 化為高 質 量能,從太陽能固定到生態系統后能流 的過 程實 際上就 是一 個低質 能向 高質 能 36 第 2章 自 然 環 境 圖 2 9 能量流動圖 (引 自 EngerED和 SmithBF.,2004) 圖 2 10 能量金字塔 (引自 EngerED和 SmithBF,2004) 轉化的過程。 ④ 變動性:與物理系統不同,生態系統的能量是不斷變化的,它取 決于輸 入 端和輸出端消化率與新生物量的產生速度等因素,因此,處于動態變化中。 (3)能量轉化效率 利用生態效率(ecologicalefficiencies),能夠 說明 生 態系 統中 能量 傳遞 與 轉 2.3 自然環境中的能量流動、物質循環與信息傳遞 37 化的程度,并進一步說明生態系統的生產能力或效率。所謂生態效率,就是指各 能量參數在各營養級 之間 及內 部傳 遞 與轉 化的 效率。 一般 用攝 取 量 (I)、同 化 量(A)、呼吸量(R)、生產量(P)這四個參數來計算生態系統中能流的生態效率。 ① 攝取量表示生物所攝取 的能量,對 植物 來說是 所 吸收 的光 能量,對 動 物 來說是所攝入的食物能量。 ② 同化量是生物在所攝入的食物中吸收的食物能量,對 植物來說 是光合 作 用所固定的能量,對動物來說是消化道中吸收的食物能量,對分解者來說是細胞 外產物的吸收。 ③ 呼吸量(R)指生物在新陳代謝等各種活動中所消耗的全部能量。 ④ 生產量(P)指生物呼吸消耗后所凈 剩的 同化能 量。對 植物來 說,就是 凈 初級生產量(NP),對動物來 說,是同 化量減 去呼 吸量 剩下的 能量。各 營養 級 之 間的生態效率用來衡量

營養級之間 的轉 化效率 和能 流通 道的大 ??;營養 級內 部 的生態效率則可以揭示同化能量的有效程度。 研究表明,能 量 從 一 個 營 養 級 向 另 一 個 營 養 級 的 轉 化 效 率 大 致 在 5% ~ 30%之 間。一 般來說,植 物到 草食動 物的 轉化 效率大 約是 10%,草 食動 物到 肉 食動物的轉化效率大約是 15%。  2.3.4 信息傳遞 生態系統還有一個重要 的功 能———信息傳 遞,表現 在系 統中各 生命 成分 之 間存在著各種信息流通,在 信息 傳 遞過 程中 伴 隨著 一 定的 物 質 和能 量 的消 耗。 正是有了信息流,生態系統才具有了自我調節的能力。 (1)信息傳遞的特點 生態系統中的信息傳遞具有以下幾個特點: ① 信息傳遞的雙向性:信息傳遞往往是雙向的,有信息的輸 入,也 有信息 的 反饋。 ② 生態系統傳遞的信息多 樣性:生態 系統 中的生 物 種類 繁多,所 包含 的 信 息也復雜多樣,信息來自植物、動物、人等不同的生物,同時生物又以不同的方式 進行著信息通訊,如有的從外貌上顯示其引誘或驅避的作用;有的傳遞著警報或 配偶的信息。 綠色卡片 信息的傳遞 生態系統中生物所 包含 的 信息 量 非常 龐 雜,信 息來 源 于植 物、動 物、微 生物和人等不同類群的生物,還包括 大量 的非 生物信 息,此外,信 息的 性質、 形態以及內容也是相當豐富的。 38 第 2章 自 然 環 境 (1)植物與動物間的化學信息 有些金絲桃屬植物能分泌一 種引起 光敏 性和 刺激皮 膚的 化合物———海 棠素,使誤食的動物變 盲 或致 死,從而 使 多數 動 物 會避 開 這種 植 物,但 葉甲 卻利用這種海棠素作為引誘劑以找到食物之所在。 (2)動物間的化學信息 有些動物在遭到天 敵迫 害 時,會釋 放 報 警信 息 素,通 知同 類 逃跑,如七 星瓢蟲捕食棉蚜蟲時,被捕食的蚜蟲 會迅速 釋放 一種報 警信 息素,周 圍的蚜 蟲收到信息以后,迅速跌落,避免被捕食。 (3)聲信息 動物中蝙蝠和鯨主 要 就是 依靠 聲信 息來 進 行 定位,植物 中 也有 感 受聲 信息的例子,如跳舞草 聽 到優 美的 旋律 即 會 隨著 音 樂擺 動 葉片,據實 驗,當 植物接收到聲刺激,其生物電位會發生變化,從而會有一定的行為表現。 ③ 信息量大:科學家發現每種微生物、動物和植物遺傳密碼中都有大約 100 萬到 100億比特的信息,都是幾千年或幾百萬年進化過程中存留下來的。 (2)生態系統中的信息種類 生態系統中主要有物理信息、化 學信息、行 為信 息及 營養信 息四 大信息,這 四類信息又分別包含子信息(圖 2 11)。 圖 2 11 信息分類 生物的物理信息是以物理過程作為傳遞形式的,如聲信息,每一種鳥都能從 其他鳥的聲音中得到信息,可能是警報信息,也可能是求愛信息。生態系統的各 個層次都伴隨有化學物質的參與,因此 化學 信息 的傳遞 是生 物間的 重要 的交 流 過程,有動植之間的化學信息、動動之間 的化 學信息 以及 植植 之間的 化學 信息。 許多動植物的異常行為也在傳遞著信息,以 蜜蜂 為例,當 蜜蜂發 現蜜 源時,就 用 2.3 自然環境中的能量流動、物質循環與信息傳遞 39 各種舞蹈動作告訴其他蜜蜂去采蜜,蜜源較近時,跳圓周舞;蜜源較遠時,跳擺尾 舞。生態系統中生物的食物鏈和食 物網 就是生 物的 營養 信息系 統,各種 生物 通 過營養信息關系構成了一個有機的整體。  2.4 自然環境的地帶性規律 受地理位置(緯度、經度)、氣候以及 土壤等因 素的影 響,自 然環境呈 現出 地 帶性規律。18世紀末,德國地理學家 A.Von洪 堡就 提出 了地球 上的 氣候、植 物 和動物按緯度方向呈 帶狀分布的規律,1893年俄國土壤學家 道庫恰耶夫提出 了 “自然地帶學說”,指出地球上的所有自然現 象都遵循 緯度地帶 性和垂 直帶性 規 律。地帶性規律包括水平地帶性和垂直帶性。地帶性是由于氣溫和熱量隨緯度 變化以及與之相伴隨的其他自然地 理特 征的帶 狀變 化;而由 海陸分 布及 地形 等 引起的自然地理特征的空間變化屬非地帶性現象。  2.4.1 陸生生態系統分布規律 (1)水平地帶性 由于熱量沿緯度變化,生態系統也隨之發生有規律的更替,從赤道向北極依 次出現了熱帶雨林、常綠闊葉林、落葉 闊葉林、北方針 葉林 與苔原。 由于 水分 沿 經度變化,生態系統也發生了經度更替,如北美大陸和歐亞大陸由沿海濕潤區的 森林,經半干旱的草原到干旱區的荒漠。應該注意的是,緯度地帶性是一種普遍 的嚴格的自然地理規律。 各國學者都對陸 地生態系統的水平 分布規律進行過 研究,1968年德國生 態 學家 H.Walter就在總結前人工作的基礎上 

提出了 較為 全面的 “均 衡大 陸(averagecontinent)” 植被模式圖,Walter在 不 改變 緯度 的前 提下,把地 球上 所有 的 大 陸合在一起,列出世界的植被類型,發現南半球沒有和北半球相對應的寒溫帶針 葉林與苔原,兩個半球 的植 被帶 大致 與緯 線 平 行,從 而證 實 了緯 度 地帶 性 的 存 在,此外,還發現,由于信風的 影響,在北 緯 40°和南 緯 40°之 間的 東西 兩側 是 不 對稱的。 我國共有 10個植 被型組,29個植 被型,560多個 群系。東部 季風區 從南 到 北依次出現熱帶雨林和季雨林、亞熱 帶常綠 闊葉 林、暖溫 帶落葉 闊葉 林、溫帶 針 闊混交林、寒溫帶針葉林等多種森林植被類型,緯度地帶性明顯。 (2)垂直地帶性 由于氣溫和水分隨海拔高度的 變化 而發生 規律 性的 變化,因而 整個 生態 系 統也呈現出不同的垂直變 化———垂直 帶。不同 自然 地帶 的山地,其 垂直 帶譜 是 40 第 2章 自 然 環 境 圖 2 12 垂直帶分布圖 不同的,垂直帶 譜 大致 反 映 了 不 同生 態 系 統 類 型沿 緯 度 方 向 交 替 分 布 的 規 律 (圖 2 12)。研究山地的垂直帶譜時,特別要注意基帶(即垂 直帶譜最 下面的 第 圖 2 13 垂直帶與水平帶關系圖 2.4 自然環境的地帶性規律 41 一個垂直帶)的類型和性質,可以說,一個 山地的 垂直帶 譜的 性質與 結構 取決 于 該山地所在基帶即水平地帶的類型和性質,自基帶向上,各垂直帶的組合類型即 排列次序,往往表現出與次山地所在水 平地 帶向 高緯度 方向 的更替 方式 有很 大 的相似性,垂直帶與水平帶的關系如圖 2 13所示。山地只要具有足夠的海拔高 度,就會在所在水平地帶基礎上,依次出現相當于從該山地到極地的所有類似垂 直帶,其垂直帶依存于它所處的水平帶,即垂直帶是在水平地帶的基礎上形成和 發育起來的。以我國東北的長白山 為例,它 所

處 的水平 地帶 為溫帶 濕潤 地區 針 闊葉混交林 暗棕壤地帶,這就是長白山垂直帶譜的基帶。在其上面,海拔 1100 ~1800m為針葉林 棕色針葉林土帶,海拔 1800~2100m為岳樺林 生草森林 土帶,海拔 2100m以上則為高山苔原帶。  2.4.2 水生生態系統分布規律 水域生態系統同樣 也存 在著 垂直 分 布的 規 律,只 是由 于 水體 受 到 季節、陽 光、溫度、食物和含氧量等因素的影響,因此,分布特征不如陸生生態系統那么明 顯。下面以海洋和湖泊生態系統為例來說明水域生態系統的分布規律。 海洋生態系統包括 河口 生態 系統、淺 海 生 態系 統 以及 深 海生 態 系 統,如 圖 2 14所示。 圖 2 14 海洋生態系統 (引自 EngerED和 SmithBF,2004) 河口是水陸生態系統的過渡區,在河口主要有各種藻類和海草、階段性浮游 動物等。淺海域是太陽光線能夠透 入的 區域,位 于海濱 低潮 帶以下 的潮 下帶 至 深度 200m左右的大陸架邊緣之間,主要有浮游植物以及各種浮游動物,此外

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