生態系統中的能量流動

下圖是生態系統中一條食物鏈內能量流動的模式圖。圖中的L代表照射到這條食物鏈內的太陽總輻射能量。從圖中可以看出,L中大約有一半左右的太陽輻射能量是植物體內葉綠素不能吸收利用的(葉綠素主要吸收波長為640~660nm的紅光和波長為430~450nm的藍紫光),在葉綠素能夠吸收的那部分太陽輻射能量中,又有大部分轉變成熱而散失掉了(對陸生植物來說,這主要用於蒸騰作用)。因此,真正被植物體光合作用固定下來的太陽輻射能量就不是很多了。

生產者能夠固定的這部分太陽輻射能量(或者說是生產者生產出來的有機物的量)叫做初級生產量。在單位時間(如1a或1d)里,生產者所固定的全部太陽輻射能量,就叫做總初級生產量(PG)。在光合作用的產物中,有一部分能量直接為生產者自身的呼吸作用所消耗,消耗掉的這部分能量叫做呼吸量(R)。總初級生產量(PG)中扣除生產者自身的呼吸量(R),剩下的就是淨初級生產量(PN)。PG=PN+R

上面分析的是這條食物鏈中生產者這一營養級的能量流動情況。食物鏈中各級消費者的能量流動情況具有各自的一些特點。以初級消費者為例,雖然初級消費者是以生產者作為食物的來源,但是並非全部的淨初

級生產量PN都被初級消費者利用:有許多綠色植物是植食性動物未觸動的,即使是被觸動過,也並不都被利用。以鼠類危害麥田裡的小麥為例:首先,儘管麥田裡有鼠類危害,但麥田裡的小麥植株並不一定全都遭到鼠類的咬食;第二,一些小麥植株雖然被鼠類咬斷,但是鼠類食用的主要是其中的子粒;第三,被鼠類咬食的子粒,通常並不都被鼠類吃光,這是因為在一般情況下,消費者收集到的食物的量總要超過其需要的量。因此,我們把植食性動物真正吃掉的那一部分綠色植物叫做消耗量(C),把因上述種種原因而未被吃掉的那部分綠色植物叫做未利用物質(NU)。消耗量C中的大部分被初級消費者同化了,這部分就叫做同化量(A);消耗量C中的小部分未被消費者同化,而是通過消費者的消化系統和排泄系統排出體外,這部分則叫做糞尿量(FU)。

植食性動物的生產量屬於次級生產量。單位時間(如1a或1d)里植食性動物的同化量(A)叫做總次級生產量。總次級生產量中扣除了植食性動物的呼吸量(R),餘下的就是淨次級生產量(P)。淨次級生產量就是植食性動物用於自身生長、發育、繁殖等的那部分能量。

次級消費者(肉食動物)和三級消費者(大型肉食動物)體內能量流動的情況,與初級消費者的情況大致相同。由於生態學上一般不使用“三級生產量”、“四級生產量”這樣的術語,所以次級消費者和三級消費者的生產量都包括在次級生產量之內。

能量在食物鏈內流動的過程中,損失掉的部分包括生產者和各級消費者的呼吸量R以及各級消費者的未利用物質NU和糞尿量FU。NU和FU最終又被分解者所利用。總之,這些消耗掉的能量的總和是相當大的,以至能量在兩個營養級之間的傳遞效率大約只占10%~20%。

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