质疑:生态效率和林德曼效率是一种关系吗?摄食量、同化量、呼吸量和生产量区分不了?

发布于 2021-09-06 07:49

生态效率和林德曼效率是一种关系吗？

摄食量、同化量、呼吸量和生产量区分不了？

生物印记
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问题的提出：2021年6月选考试题中，当群落演替到顶极群落时，群落的总生物量将保持相对稳定，其原因是      。答案有许多，要获得高分需要理清生态学中的许多概念。
正确的参考答案：①群落的总初级生产量与总呼吸量相等（或相平衡）；②GP=R（总呼吸量）；③生产者固定的太阳能（或有机物）等于所有生物的呼吸量；④净初级生产量等于次级生产者的呼吸消耗量；⑤流入该生态系统的总能量都用于群落的呼吸消耗；⑥净生产量=0；⑦总（或净）初级生产量被消耗完。
常见的错误答案：①植物的总初级生产量等于呼吸消耗量（需要讲清楚所有生物的呼吸）；②植物的总初级生产量等于呼吸消耗量（需要考虑所有生物，因为是群落）；③植物的总初级生产量等于各营养级的消耗量（各营养级考虑的是消费者，没有考虑分解者）；④生产量等于消耗量（未说明具体的生产量和消耗量）。
导读：生态学中还需要增加相关的概念。
 典型试题解析 
试题：（2021年名校协作模拟试题）沿着一个食物链流动据图分析下列说法正确的是（    ）
A.图中“呼吸”是指细胞呼吸释放的能量
B.图中“①未利用”的能量大于生产者流向分解者的能量
C.图中“可利用太阳能”约10%转化为化学能贮存在第一营养级中
D.鼠为次级生产者，“鼠类利用部分”的能量属于次级生产量
解析：
图中“呼吸”是指细胞呼吸过程中以热能散失的能量，并非细胞呼吸释放的全部能量，有一部分能量转移到了ATP，A错误；“①未利用”的能量包括流向分解者和暂未利用的能量，故其大于生产者流向分解者的能量，B正确；据研究，植物（第一营养级）只能把照射到植物体上太阳能的1%-2%转化为化学能贮存下来，C错误；鼠为次级生产者，其次级生产量等于同化量减去呼吸量，D错误。故答案为B。
生态效率和生产量 
在生产量生态学研究中，估计各个环节的能量传递效率是很有用的。能流过程中各个不同点上能量之比值，可以称为传递效率。
银泉生态系统定量测定者奥多姆(E.P.Odum，1913～2002)曾称之为生态效率，但一般把赛达湖生态系统定量测定者林德曼（R.L.Lindeman，1915～1942）效率称为生态效率。
由于对生态效率曾经给过不少定义，而且名词比较混乱，生态学家Kozlovsky（1969）曾加以评述，提出最重要的几个，并说明其相互关系。
摄食量（I）：表示一个生物所摄取的能量；对植物来说，它代表光合作用所吸收的日光能；对于动物来说，它代表动物吃进的食物的能量。
同化量（A）：对于动物来说，同化量表示消化道后吸收的能量（吃进的食物不一定都能吸收）；对分解者来说是指细胞外的吸收能量；对植物来说是指在光合作用中所固定的日光能，即总初级生产量（GP）。
呼吸量（R）：指生物在呼吸等新陈代谢和各种活动中所消耗的全部能量。
生产量（P）：指生物在呼吸消耗后净剩的同化能量值，它以有机物质的形式累积在生物体内或生态系统中。对植物来说，它是净初级生产量（NP）；对动物来说，它是同化量扣除维持呼吸量以后的能量值，即P=A-R。
利用以上这些参数可以计算生态系统中能流的各种效率。最重要的是下面3个：
1．同化效率：指植物吸收的日光能中被光合作用所固定的能量比例，或被动物摄食的能量中被同化了的能量比例。
同化效率=被植物固定的能量/植物吸收的日光能
或同化效率=被动物消化吸收的能量/动物摄食的能量
2．生产效率：指形成新生物量的生产能量占同化能量的百分比
生产效率=n营养级的净生产量/n营养级的同化能量
有时人们还分别使用组织生长效率（即前面所指的生长效率）和生态生长效率，则生态生长效率=n营养级的净生产量/n营养级的摄入能量
3．消费效率：指n+1营养级消费（即摄食）的能量占n营养级净生产能量的比例。
消费效率=n+1营养级的消费能量/n营养级的净生产量
所谓林德曼效率是指n+1营养级所获得的能量占n营养级获得能量之比，相当于同化效率、生长效率与消费效率的乘积。但也有学者把营养级间的同化能量之比值视为林德曼效率。高中生物教材中指的就是同化能量比值。
一般说来，大型动物的生长效率要低于小型动物，老年动物的生长效率要低于幼年动物。肉食动物的同化效率要高于植食动物。但随着营养级的增加，呼吸消耗所占的比例也相应增加，因而导致在肉食动物营养级净生产量的相应下降。从利用效率的大小可以看出一个营养级对下一个营养级的相对压力，而林德曼效率似乎是一个常数，即10％，生态学家通常把10％的林德曼效率看成是一条重要的生态学规律。
但近来对海洋食物链的研究表明，在有些情况下，林德曼效率可以大于30%。对自然水域生态系统的研究表明，在从初级生产量到次级生产量的能量转化过程中，林德曼效率大约为15～20%；就利用效率来看，从第一营养级往后可能会略有提高，但一般说来都处于20～25%的范围之内。这就是说，每个营养级的净生产量将会有75～80%通向碎屑食物链（一般指腐屑食物链）。
生态效率的概念也可用于物种种群的研究。
例如，非洲象种群对植物的利用效率大约是9.6%，即在3.1×106J/m2的初级生产量中只能利用3.0×105J/m2；草原田鼠种群对食料植物的利用效率大约是1.6%，而草原田鼠营养环节的林德曼效率却只有0.3%，这是一个很低的值。我们通常认为是很重要的一些物种，最终发现它们在生态系统能量传递中所起的作用却很小。
例如，1970年，G．C．Varley曾计算过栖息在 Wytham森林中的很多脊椎动物的利用效率，这些动物都依赖栎树为生，其中大山雀的利用效率为0.33%，鼩鼱的利用效率为0.10%，林姬鼠为0.75%，即使是这里的优势种类，也只能利用该森林净初级生产量的1%。
草原生态系统中的植食动物通常比森林生态系统中的植食动物能利用较多的初级生产量。在水生生态系统中，食植物的浮游动物甚至可以利用更高比例的净初级生产量。
1975年，Whittaker对不同生态系统中净初级生产量被动物利用的情况提供了一些平均数据，这些数据表明，热带雨林大约有7%的净初级生产量被动物利用，温带阔叶林为5%，草原为10%，开阔大洋40%和海水上涌带35%。可见，在森林生态系统中，净生产量的绝大多数都通向了碎屑食物链。

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