生态系统中的能量流动:三、营养级和生态金字塔

作者:国庆喜主讲    文章来源:生态空间    点击数:    更新时间:2004-12-6
    食物链和食物网是物种和物种之间的营养关系,这种关系错综复杂,无法用图解的方法完全表示,为了便于进行定量的能流和物质循环研究,生态学家提出了营养级(trophic level)的概念。
    一个营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物种的总和。例如,作为生产者的绿色植物的所有自养生物都位于食物链的起点,共同构成第一营养级。所有以生产者(主要是绿色植物)为食的动物都属于第二营养级,即植食动物营养级。第三营养级包括所有以植食动物为食的肉食动物。依此类推,还可以有第四营养级(即二级肉食动物营养级)和第五营养级。
    生态系统中的能流是单向的,通过各个营养级的能量是逐级减少的,减少的原因是:(1)各营养级消费者不可能不可能百分之百地利用前一营养级的生物量,总有一部分会自然死亡和被分解者所利用;(2)各营养级的同化率也不是百分之百的,总有一部分变成排泄物而留于环境中,为分解者生物所利用;(3)各营养级生物要维持自身的生命活动,总要消耗一部分能量,这部分能量变成热能而耗散掉,这一点很重要。生物群落及在其中的各种生物之所以能维持有序的状态,就得依赖于这些能量的消耗。这就是说,生态系统要维持正常的功能,就必须有永恒不断的太阳能的输入,用以平衡各营养级生物维持生命活动的消耗,只要这个输入中断,生态系统便会丧失功能。
    由于能流在通过各营养级时会急剧地减少,所以食物链就不可能太长,生态系统中的营养级一般只有四五级,很少有超过六级的。
    能量通过营养级逐级减少,如果把通过各营养级的能流量,由低到高画成图,就成为一个金字塔,称为能量锥体或金字塔(pyramid of energy)。同样如果以生物量或个体数目来表示,就能得到生物量锥体和数量锥体。3类锥体合称为生态锥体(ecological pyramid)。
    一般说来,能量锥体最能保持金字塔形,而生物量锥体有时有倒置的情况。例如,海洋生态系统中,生产者(浮游植物)的个体很小,生活史很短,根据某一时刻调查的生物量,常低于浮游动物的生物量。这样,按上法绘制的生物量锥体就倒置过来。当然,这并不是说在生产者环节流过的能量要比在消费者环节流过的少,而是由于浮游植物个体小,代谢快,生命短,某一时刻的现存量反而要比浮游动物少,但一年中的总能量还是较浮游动物多。数量锥体倒置的情况就更多一些,如果消费者个体小而生产者个体大,如昆虫和树木,昆虫的个体数量就多于树木。同样,对于寄生者来说,寄生者的数量也往往多于宿主,这样就会使锥体的这些环节倒置过来。但能量锥体则不可能出现倒置的情形。



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