生态资源：能量流动与循环

能量来源

生态系统的能量来源主要包括太阳辐射能和辅助能两大部分。

太阳辐射能是生态系统能量的主要来源。太阳辐射能在生态系统中的效应因波长不同而异。在占太阳辐射能99％的主要波长（0.15～4微米）范围内，波长0.4～0.76微米为可见光，约占总辐射量的50％；波长大于0.76微米为红外线，约占总辐射量的43％；波长小于0.4微米为紫外线，约占总辐射量的1％。其中，红外线的主要作用是产生热效应，形成生态系统中生物的自然热量环境；紫外线具有消毒灭菌的生物学效应，能为优势生物提供自然的健康保护环境；由于光是由7种不同波长的单色光所组成，除绿光外，其余都是绿色植物进行光合作用的生理辐射需要，因此它是生态系统中一切生物化学能的源泉。

能量来源之一——太阳辐射

除太阳辐射能外，对生态系统所补加的一切其他形式的能量统称辅助能。在自然生态系统中，辅助能的作用不明显，输入量小到可以忽略不计的程度。但是，在半自然生态系统，特别是人工生态系统中，人类为了达到特定的目的，往往需要人为地引入大量辅助能，包括人工输入的各种物化能（输入系统中的有机物质或无机物质所含能量）和动力能（使用有机或无机动力所直接消耗的能量）。研究表明，农业生态系统辅助能输入量已达到整个系统能量输入总量的42.1％，高的可达61.8％。辅助能在生态系统中的作用是多方面的，概括起来主要有3项：①维持部分生物的生命。②改善生物的生活环境。③改变生态系统中的各种生物组分的比例关系。

能量流动途径

生态系统的能量流动，通常是沿着生产者—消费者—分解者进行单方向流动，在能量流动过程中，由于存在呼吸消耗、排泄、分泌和不可食、未采食和未利用等“浪费”现象，从而使生态系统中上一营养级的能量只有一小部分能够流到下一营养级，形成下一营养级的有机体。实际上，在生态系统中，某一营养级的采食“浪费”部分，基本上进入腐生食物链由分解者还原，并以热能的方式返回环境。

生态系统不仅能量来源有太阳辐射能与辅助能之别，而且不同来源的能量在生态系统中的流动途径也有区别。

太阳辐射能路径：照射在生态系统绿色植物上的日光能，大约有一半可为光合机制吸收，这部分能量的1％～5％可转变为食物能（生物化学能），其余能量以热的形式离开生态系统。在植物制造的食物能中，一部分用于植物自身的呼吸消耗并以热量形式从系统中丢失；一部分作为产品输出；还有部分作为动物或微生物的能量来源，参与系统部分能量不完全循环流动。(www.xing528.com)

无机能流动路径：无机辅助能以农药、化肥、农膜、农机具及其动力等形式输入到生态系统，进入生态系统中的无机辅助能一般不能直接转化为生物化学潜能，所以大多在做功之后以热能形式散失。

能量流动基本定律

生态系统能量转化的实质就是动植物利用自己的生物学特性，固定、转化太阳辐射能为动植物产品中化学潜能的生物学过程。在转化过程中，能量不断地消耗与输出，使能量逐级减少，其转化遵循热力学第一定律、热力学第二定律和十分之一定律。

热力学第一定律（又称能量守恒定律）认为，能量可以在不同的介质中被传递，在不同的形式中被转化，但数量上既不能被创造，也不能被消灭，即能量在转化过程中是守恒的。在生态系统中，能量的转化也同样遵从热力学第一定律。例如，在绿色植物光合作用过程中，每固定1摩CO2大约要吸收2.093×105焦的日光能，而光合产物中只有0.469×106焦的能量以化学潜能的形式被固定下来，其余的1.624×106焦的能量以热能的形式消耗在固定1摩CO2时所做的功中。在这个过程中，日光能分别被转化为化学潜能与热能两种形式，但总量既没被创造，也没有被消灭。被固定的光合产物的化学潜能，一部分用于植物自身的呼吸消耗，一部分成为生态系统中其他生物成员的能量来源，这些化学潜能在食物链的传递过程中，又分别被转化为动能、热能等形式。尽管能量的形式不断地变化，但都可以根据热力学第一定律进行定量分析。

热力学第二定律（又称能量衰变定律或熵定律）认为，自然界的所有自发过程都是能量从集中型转变为分散型的衰变过程，而且是不可逆的过程。由于总有一些能量在转化过程中要变为不可利用的热能，所以任何能量的转化率都不可能达到100％，生态系统中的能量转化同样遵循这一定律。始于太阳辐射的一系列能量转化过程，只有少量的能量转化为植物体或动物体的化学潜能，大部分则以热能的形式消耗在维持动植物生命活动或微生物的分解过程中。这些以热能形式散发的能量是一种毫无利用价值的能量形式，因此，生态系统的能量流动是单向的、不可逆的。

十分之一定律是指在生态系统中营养级之间的能量转化，大致1/10转移到下一营养级，以组成生物量；9/10被消耗掉，主要是消费者采食时的选择浪费，以及用于呼吸和排泄。这一规律是著名的美国生态学家林德曼在明尼苏达赛达·伯格湖的研究中发现的。这一规律说明，生态系统中的营养级之间具有稳定的数量关系。正是这种数量关系的存在，使能量在生态系统中的流动沿着生产者—草食动物—一级肉食动物—二级肉食动物的方向逐渐减少，即能量的流量越流越细。由于生态系统中的能量转化过程服从十分之一定律，从而决定了一个生态系统的营养级数目一般只有4～5级。

生态金字塔

生态金字塔是生态学研究中用以反映食物链各营养之间生物个体数量、生物量和能量比例关系的一个图解模型。由于能量沿食物链传递过程中的衰减现象，使得每一个营养级被净同化的部分都要大大地少于前一营养级。因此，当营养级由低到高，其个体数目、生物现存量和所含能量一般呈现出基部宽、顶部尖的立体金字塔形，用数量表示的称为数量金字塔，用生物量表示的称为生物量金字塔，用能量表示的称为能量金字塔。在这三类生态金字塔中，能较好地反映营养级之间比例关系的是能量金字塔。前两者在描述一些非常规形式食物链中个别营养级的比例关系时，就会出现生态金字塔的倒置现象或畸形现象。如用数量金字塔表示“树木—昆虫—鸟类”食物链的营养关系时，一棵树上就可能有成千上万个昆虫以树为生，又可能有数只鸟以这些昆虫为生。这样如用数量表示就是一个两头小中间大的畸形金字塔。用生物量金字塔表示海洋中“浮游植物—浮游动物—底栖动物”的食物链营养关系时，由于浮游植物的个体小，它们以快速的代谢和较高的周转率达到较大的输出，但生物现存量却较少，从而出现倒置的金字塔。