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初级生产

1997年9月至2000年8月的全球初级生产量分布。

初级生产(英语:primary production),又称初级生产量,是指从大气中或水中的二氧化碳等无机分子合成有机化合物的一个总和量,数值越高代表合成能力就越强。以生物消费者观点直观地说就是最基础自营性生物的产生多寡。

它主要是通过光合作用的过程,利用光作为能量来源;但它也是通过化能合成,其使用化学化合物的氧化或还原作为能量来源。这是生态系统中最基本的能量固定,所以具有奠基石的作用,所有消费者分解者都直接或间接地依赖初级生产为生,因此没有初级生产量就不会有消费者和分解者,也不会有生态系统。负责初级生产的生物被称为初级产品生产者或自养生物,并构成了食物链的基础。在陆地生态区域,这些主要是植物;而在水生生态区藻类负有主要责任。

初级生产区分为两种:净初级生产 与 总初级生产;前者含有生产过程损失,如细胞呼吸作用,在计算中必须减去;而后者不含有。所以,净初级生产量 = (总初级生产量 - 光合作用期间因呼吸作用所消耗量)。

初级生产量的计算

在初级生产中,有一部分是被植物自己的呼吸作用消耗了,只有剩下的部分才能用于植物的生长和繁殖,这部分就是“净初级生产量”(net primary production , NPP),包括呼吸消耗在内的全部生产量称为“总初级生产量”(Gross primary production, GPP)。它们三者的关系是:

NPP = GPP - [植物自己的]呼吸作用

NPP亦代表着植物可供给动物和人利用的能量。初级生产量通常是用克干重/米2·年(g/m2·a1)或焦耳/米2·年(J/m2·a1)的单位表示。

与生物量的关系

由于初级净生产主要是用于植物自身的生长和繁殖,因此随着时间的推移,植株越长越大,株数越来越多,而构成植物体的有机物质(根、茎、叶、花、果、食等)也就越积越多。逐渐积累下来的这些净生产量可称为生物量(biomass),可见生物量实际上就是净生产量的积累量。生物量的单位通常是用克干重/米2(g/m2)或J/米2(J/m2)表示。

  • 若GP-R>0,则生物量增加——这通常是正在向顶级演替群落所具有的特征
  • 若GP-R<0,则生物量减少——这通常是正在衰落的群落所具有的特征
  • 若GP-R=0,则生物量不变——这通常是顶级群落所具有的特征

生物量的概念也可用于动物,通过动物生物量的计算可以推算各类动物在生态系统中的重要性。

初级净生产量的分布

地球各地的净初级生产量和生物量随温度和雨量的不同而有很大差异。耕地是人类处理过的环境,例如水生植物农作稻米的产量高,干旱地区的谷物则较低一些,特殊型态的生产,例如鱼菜共生因类似湿地,生产力也会是人工系统最高的,但都比不上自然森林,更不用说沼泽,近代以来人类的耕地改造会使陆地的总生产量降低,引发生物摄取不到营养而大量死亡,形成生态破坏与失衡。

陆地生态系统

一棵橡树是一个典型的现代陆生自养生物。

陆地初级净生产量约占地球总初级净生产量的53.8%。陆地生产力的季节波动很大,夏季比冬季平均高60%。

生态系统[1] 初级净生产量(g·m-2·a-1)
木本和草本沼泽 2500+
热带林 2200
温带林 1300
北方针叶林 750
稀树草原 700
耕地 700
灌丛 600
温带草地 500

海洋生态系统

海洋硅藻浮游生物微藻的一个例子。

海洋初级净生产量约占地球总初级净生产量的46.2%。然而,占海洋大部分面积的大洋区,初级净生产量约为125g/m2,仅比陆地沙漠略高,被称为“海洋荒漠”。

参见

参考资料

  1. ^ 孙儒泳. 《基础生态学(第二版)》. : 219页. ISBN 9787040225167.

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