Chap.10 Energy flow in Ecosystems

1. Chap.10 Energy flow in Ecosystems 鄭先祐 製作 Ecology 2000

2. Energy flow in Ecosystems • 10.1 植物靠光合作用來 assimilate 能量。 • 10.2 於不同的棲息地和成長型測定植物生產量的方法。 • 10.3 隨著光度、溫度、和水份與營養量的變動，光合作用速率也會變動。 • 10.4 陸域和水域生態體系的生產力，受到不同的生態因素之影響。 • 10.5 「生態效率」(efficiencies)是食物鏈能量循流的特質。 Ecology 2000

3. Energy flow in Ecosystems • 10.6 食物鏈各個連結是營養結構的基本單位。 • 10.7 Assimilation (吸收) 和 production(生產) 效率，決定「生態效率」。 • 10.8 陸域生態系是以碎屑(detritus)式食物鏈為主。 • 10.9 能量循流過生態体系的時間？ • 10.10 能量轉換和累積描述生態體系的結構與功能。 • 10.11 食物鏈的長度受限於「生態效率」。 Ecology 2000

4. 10.1 植物靠光合作用來 assimilate 能量。 • Gross primary production (粗基礎生產量) • net primary production (淨基礎生產量) • productivity (生產力) • net ecosystem production Ecology 2000

5. 10.2 於不同的棲息地和成長型測定植物生產量的方法。 熱卡計 Ecology 2000

6. Fig.10-2 海底4公尺深的溫度和葉綠素含量的關係。 Ecology 2000

7. Fig.10-3 衛星影象，顯現Galapagos島嶼附近海面的浮游植物的pigment濃度之分佈變化。 Ecology 2000

8. Fig. 10-4 加洲外海 (6/15/1981) ,黃色的部份顯示藻類的分佈 Ecology 2000

9. Fig.10-4 大西洋沿岸(6月1984)。淡色代表暖流。 Ecology 2000

10. 10.3 隨著光度、溫度、和水份與營養量的變動，光合作用速率也會變動。 • Fig. 10.5 淨光合作用速率，與葉面溫度和光度的關係。 • 3種不同的光度。 • R ：呼吸量 • Tc：compensation point Ecology 2000

11. Fig.10-6 年生產量與夏季雨量的關係。 Ecology 2000

12. Fig. 10.7 Chaparral 灌木對N和P肥的反應。 C 是控制組。 Ecology 2000

13. 10.4 陸域和水域生態體系的生產力，受到不同的生態因素之影響。 Ecology 2000

14. 10.5 「生態效率」(efficiencies)是食物鏈能量循流的特質。 生態效率 Fig. 10-8 An ecological pyramid. Ecology 2000

15. 10.6 食物鏈各個連結是營養結構的基本單位。 進食 消化吸收 碎屑食物鏈 成長和生殖 草食食物鏈 Fig. 10-9 食物鏈每個連結(link)的能量allocation。 Ecology 2000

16. 10.7 Assimilation (吸收) 和 production (生產) 效率，決定「生態效率」。 吸收效率 粗生產效率 生態效率 Ecology 2000

17. 10.7 Assimilation (吸收) 和 production (生產) 效率，決定「生態效率」。 草食動物： • 吃種子，可以有60-70%吸收效率。 • 吃嫩葉，可有高達80%吸收效率。 • 但一般是30-40%(大象、牛、蚱蜢)。 • 馬陸(千足虫)吃腐木，其只有15%的吸收效率。 • 同一種草食動物(mountain hares)對不同的植物有不同的吸收效率，其對不同營養物質的吸收效率，也各自不同。(Fig. 10-10) Ecology 2000

18. Fig. 10-10 於籠子內的山兔，對其食物內的不同營養物的吸收效率。 Ecology 2000

19. 10.7 Assimilation (吸收) 和 production (生產) 效率，決定「生態效率」。 • 動物質的食物，比植物質的食物，較容易消化。 • 一般吸收效率約在60%-90%間。 • Insectvores(食虫類)的吸收效率約在70-80%。Carnivores(食肉類)則可高達90%。 • 溫血動物的net production 效率很低。(1-6%) • 冷血動物的net production 效率可高達75%。 Ecology 2000

20. Fig. 10-11 吸收效率與淨生產效率的關係。 Ecology 2000

21. 10.8 陸域生態系是以碎屑(detritus)式食物鏈為主。 • 於plankton-dominated 水域體系，草食(掠食)食物鏈比較重要，但在陸域體系，detritus feeders 是佔較大份量。 • 於溫帶落葉林，草食動物只消耗1.5-2.5%森林的淨生產量，於荒地則耗用12%。 • 水域的草食動物耗用則是高達60-99%。 Ecology 2000

22. Fig. 10-12 mechanical 切碎植物體的重要。 小開口(0.5mm)的收集袋，plant litter的分解速率很慢。 大開口(7mm)的收集袋，plant litter 的分解速率可以快很多。 Ecology 2000

23. 10.9 能量循流過生態体系的時間？ • Residence time , or transit time • the longer the residence time, the greater the accumulation of energy • Residence time(年) = (biomass貯存的能量) / (淨生產力) • 濕熱帶林淨生產力是1,800 g /m2yr • 平均生物質量是42,000 g /m2 • 因此其 residence time = 42,000/1,800 = 23年 Ecology 2000

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25. 落葉的 residence time • 落葉的 residence time = (落葉累積量) / (每年的落葉量) • 於森林，平均落葉的 turnover time 約在 3個月(濕熱帶) 、1-2年(乾與山區熱帶)、4-16年(美國東南區)、超過100年(溫帶山區和boreal 區)。 Ecology 2000

26. 10.10 能量轉換和累積描述生態體系的結構與功能。 • Minshall (1978) 對水域生態系的研究結果： • 大河和湖泊，因為有較大量的浮游植物，所以是以autochthonous 生產為主。 • 小溪在樹林的遮陰下，主要是allochthonous inputs 為主。 • 但近來的研究發現於大河和湖泊，allochthonous inputs 也是佔有很大的份量。 Ecology 2000

27. 10.10 能量轉換和累積描述生態體系的結構與功能。 Ecology 2000

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29. 10.10 能量轉換和累積描述生態體系的結構與功能。 Kozlovski (1968)的結論： • (1) 營養層愈高，吸收效率愈增加。 • (2) 但淨生產效率反而會愈低。 • (3) 同時，粗生產效率也下降。 • (4) 生態效率則是保持 constant，相鄰兩個營養層間的生態效率約在10%左右。 Ecology 2000

30. 10.11 食物鏈的長度受限於「生態效率」。 • Kozlovski的10%通則，並不是個定律。 • Odum(1957)測定生產者與草食動物間的生態效率是17%，但是在草食動物與肉食動物間則只有5%。 • 一般陸域的生態效率較低，營養層次只有3個。水域的效率較高，營養層次可以有4-5個 levels。 Ecology 2000

31. Ecology 2000

32. Suggested Readings • Berner, R. A. and A. C. Lasaga (1989) Modeling the geochemical carbon cycle. Scientific American 260:74-81. • Grassle, J. F. (1985) Hydrothermal vent animals: distribution and biology. Science 229:713-717. • Grassle, J. F. (1986) The ecology of deep sea hydrothermal vent communities. Advances in Marine Biology and Ecology 23:30-362. Ecology 2000

33. 問題與討論 • 請提出問題！ Ecology 2000