城市生态与环境：能量流动规律及特点

能量流动是生态系统的最主要功能之一。没有能量流动，就没有生命、没有生态系统。能量是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。地球上所有生态系统最初的能量，来源于太阳。

太阳光能辐射到地球表面被绿色植物吸收和固定，将光能转变为化学能，这个过程就是光合作用。在光合作用过程中，绿色植物在光能的作用下，吸收二氧化碳和水，合成碳水化合物；同时，也把吸收的光能固定在光合产物分子的化学键上。贮藏起来的化学能，一方面满足植物自身生理活动的需要，另一方面也供给其他异养生物生命活动的需要。太阳光能通过绿色植物的光合作用进入生态系统，并作为高效的化学能，沿着生态系统中的生产者、消费者、分解者流动。这种生物与环境之间、生物与生物之间的能量传递和转换过程，就是生态系统的能量流动过程。

绿色植物

生态系统中的能量流动和转换，是服从于热力学第一、第二定律的。热力学第一定律就是能量守恒定律，即在自然界发生的所有现象中，能量既不能消灭也不能凭空产生，只能以严格的当量比例，由一种形式转变为另一种形式。例如，当绿色植物吸收光能后，可将光能转化为化学能，而当绿色植物被草食动物采食后，又可将化学能转化为机械能或其他形式的能量，在转换过程中尽管有热量的耗散，但其总量是不变的。

根据热力学第二定律，即一切过程都伴随着能量的改变，在能量的传递和转换过程中，除了一部分可以继续传递和做功的能量（自由能）外，总有一部分不能继续传递和做功，而以热的形式消散，这部分能量使熵和无序性增加。在生态系统中当能量从一种形式转换为另一种形式的时候，转换效率绝不能是100%。这是因为：

①绿色植物在自然条件下，光能利用率很低，仅有1%左右。然而，绿色植物所获得的能量，也根本不可能被草食动物全部利用，因为它的根、茎杆和果壳中的坚硬部分以及枯枝落叶都是不能被草食动物全部利用的。(www.xing528.com)

②即使在已经采食的食物中，也有一部分不能消化，作为粪便排出体外。由于这一系列原因，草食动物利用的能量，一般仅仅等于绿色植物所含总量的5%～20%。同样的道理，肉食动物所利用的能量，也要小于草食动物的能量。

不难看出，生态系统中的能量流动，具有2个显著的特点：

（1）能量在生态系统中的流动，是沿着生产者和各级消费者的顺序逐级被减少的。能量在流动过程中，一部分用于维持新陈代谢活动而被消耗，同时在呼吸中以热的形式散发到环境中去；只有一小部分做功，用于合成新的组织或作为潜能贮存起来。因此在生态系统中能量的传递效率是很低的。所以，能流也就愈流愈细。

一般来说，能量沿着绿色植物→草食动物→一级肉食动物→二级肉食动物逐级流动。通常，后者所获得的能量大体上等于前者所含能量的十分之一，称为“十分之一定律”。这种层层递减是生态系统中能量流动的一个显著特点。

（2）能量流动是单一方向的。这是因为，能量以光能的状态进入生态系统后，就不能再以光能的形式，而是以热能的形式逸散于环境之中；被绿色植物截取的光能，绝不可能再返回到太阳中去；同样，草食动物从绿色植物所获得的能量，也绝不能再返回绿色植物，所以，能量流动是单程的，只能一次流过生态系统，因而是非循环的，能量在生态系统中的流动是不可逆的。