李海彬
【中圖分類號(hào)】Q493.8
生態(tài)系統(tǒng)的功能之一是能量流動(dòng),能量流動(dòng)沿著食物鏈流動(dòng),那么能量沿食物鏈流動(dòng)時(shí)有什么樣特征?根據(jù)這些特征,我們?nèi)绾稳ビ?jì)算在某一食物鏈中某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量和物質(zhì)分別是多少呢?要解決這個(gè)問題,我們首先要清楚能量流動(dòng)的過程。
關(guān)于能量流動(dòng)的過程我們可以用以下的簡(jiǎn)圖表示:
從能量流動(dòng)的過程可以看出能量流動(dòng)有以下特點(diǎn):能量流動(dòng)的起點(diǎn)是太陽能。流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生態(tài)系統(tǒng)所有生產(chǎn)者固定的全部太陽能。流經(jīng)每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量除了用于每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物個(gè)體的同化作用和異化作用外,還有一部分能量要流向下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí),另外植物留下的殘枝敗葉和動(dòng)物的排泄物以及尸體被分解者分解后有一部分能量回到無機(jī)自然環(huán)境中,當(dāng)然動(dòng)物的排泄物也散失了部分能量。總之,每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體都在消耗能量,流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量在逐漸減少,而且能量只能從高營(yíng)養(yǎng)級(jí)而向低營(yíng)養(yǎng)級(jí)流動(dòng),也就是說能量在生態(tài)系統(tǒng)中是單向流動(dòng)逐級(jí)遞減的。既然能量流動(dòng)是逐級(jí)遞減的,那么能量的傳遞效率是多少呢?根據(jù)生態(tài)學(xué)家林曼對(duì)天然湖泊 賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)進(jìn)行的定量分析,我們知道能量的傳遞效率是10%~20%,也就是說能量在生態(tài)系統(tǒng)中最高的傳遞效率是 ,最低的傳遞效率是 。清楚了能量流動(dòng)的特點(diǎn)以及能量的傳遞效率,關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)中能量的計(jì)算也就不是什么難題了。我們看下面 的實(shí)例:
例1:在下列這條食物鏈中,牧草 兔 狼 獅,第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物 牧草固定100KJ的能量,那么獅子固定的能量最多是多少?最少是多少?
分析:這是一個(gè)已知低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量求較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最多是多少、最少是多少的問題,根據(jù)能量傳遞效率所包含的意義,求較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最多是多少。我們就按照最高的傳遞效率 來計(jì)算,求較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最少是多少,我們就按最低的傳遞效率 來計(jì)算。先來看這條食物鏈中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體所處的營(yíng)養(yǎng)級(jí)級(jí)別及消費(fèi)者級(jí)別。
假設(shè)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體 牧草固定的能量為A1,第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)、第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量為A2、A3、A4,則根據(jù)能量傳遞效率的包含的意義,則有A2最少= A1× ;A3最少= A1× × = A1× ;A4最少= A1× × × = A1× ,不難推導(dǎo)出第n營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量:An最少= A1× ,同理第n營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量An最多= A1× ,在這里需要注意的是n代表營(yíng)養(yǎng)級(jí)級(jí)別,而不是消費(fèi)者級(jí)別。則:A4最少=100× =0.1(KJ);A4最多=100× =0.8(KJ)。
例2:在下列這條食物鏈中,牧草 兔 狼 獅,第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體 獅固定100KJ的能量,則:第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體 牧草最少要固定多少千焦的能量?最多要固定多少千焦的能量?
分析:這是一個(gè)已知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量,求較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最少是多少、最多是多少的問題,也就是例1的逆問題。同樣,我們假設(shè)第n營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量為An,則根據(jù)對(duì)例1的分析以及能量傳遞效率所包含的意義,我們不難推導(dǎo)出An=A1最少× ,則A1最少=An×5n-1,同理A1最多= An×10n-1,則:A1最少=100×54-1=1.25×104(KJ),A1最多=100×104-1=1×105(KJ)
從對(duì)例1和例2的分析,我們可清楚知道:如果已知較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量,求較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物個(gè)體固定的能量最少是多少,我們就按最低的傳遞效率 來計(jì)算,求較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最多是多少,就按照最高的傳遞效率 來計(jì)算。如果已知較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量,求較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最少是多少我們就按最高的傳遞效率 來計(jì)算,求較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體固定的能量最多是多少,我們就按最低的傳遞效率 來計(jì)算。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是以上推導(dǎo)出的四個(gè)公式:An最少= A1× ;An最多= A1× ,A1最少=An×5n-1;A1最多=An×10n-1,不僅符合能量的問題的計(jì)算,也符合物質(zhì)問題的計(jì)算。因?yàn)槲镔|(zhì)循環(huán)伴隨著能量流動(dòng)進(jìn)行。
總之,能夠很好理解生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的特點(diǎn)及傳遞效率所包含的意義,對(duì)我們處理能量流動(dòng)的問題提供很多的便捷途徑。endprint