麻省理工大学：《生态学基础》课程教学课件（双语版）森林生态系统的生产力

森林生态系统的生产力 单位:克干物质米年 绿色 固定的总量 CO2+HO、物+O2+(CHO)+12千卡 GPP 2650 Rn650 输入 储存50 生物量克米 树木10,000 放牧 叶和 落叶1,600 腐殖质 存 腐殖质470

储存 50 过滤 腐殖质 4,700 落叶 1,600 树木 10,000 生物量 克米-2 放牧 腐殖质 落叶和根 储存 输入 CO2 + H2O O2 + [CH2O]+112 千卡 绿色植物 森林生态系统的生产力 单位：克干物质米-2年-1 固定的总量

NPP和平均作物现存量 ′ABR藻床和藻礁FW淡永湖泊和河流TF温带长绿林 BF北方针叶林 OO开阔大洋 TG温带草原 CL耕地 S热带稀树草原 TRF热带雨林 CS大陆架 SM湿地和沼泽 TSF热带季节性森林 DSD荒漠和半荒漠TA苔原和高山 UW海水上涌区 E河口 TDF温带落叶林 WS林地和灌木丛 20 ABR 10 森林 o UW NPP CS● 水城) 陆地 PB比=周转分数=/MRT 0.01 000200050010020050.10.20.512 生物量(千克米2) 生物量(B)

NPP 和平均作物现存量 ABR 藻床和藻礁 FW 淡水湖泊和河流 TEF 温带长绿林 BF 北方针叶林 OO 开阔大洋 TG 温带草原 CL 耕地 S 热带稀树草原 TRF 热带雨林 CS 大陆架 SM 湿地和沼泽 TSF 热带季节性森林 DSD 荒漠和半荒漠 TA 苔原和高山 UW 海水上涌区 E 河口 TDF 温带落叶林 WS 林地和灌木丛 生物量(千克米-2) 森林 陆 地 水 域 净初级生产 力 克 米-2 年-1 NPP (P) P/B 比=周转分数=1/MRT 生物量 (B)

年青的和成熟的森林的比较 幼年成熟 生物量(千克米2)97 58 NPP(克米2年)1060 1300 各部分质量% 木材 80 树叶 根 19 周转时间(年) 8.5 3.5 树龄(年) 40-45 150400 呼吸/GPP 0.80 1.00 改编自: Begon,1996

年青的和成熟的森林的比较 幼年 成熟 生物量 (千克米-2) 9.7 58 NPP (克米-2 年-1) 1060 1300 各部分质量% 木材 60 80 树叶 10 1 根 30 19 周转时间 ( 年) 8.5 43.5 树龄 ( 年) 40–45 150–400 呼吸/GPP 0.80 1.00 改编自：Begon,1996

表23.1 世界生态系统的净初级生产量和植物生物量 均每单位面积的世界净初级生产每单位面积的平 生态系统(按生产力面积 净初级生产量量(10°吨干重/均生物量(千克 排列) (10千米2) (克/米/年 大陆 热带雨林 17.0 20000 44.00 热带季节性森林7.5 1500.0 36.00 温带常绿林 5.0 1300.0 640 温带落叶林 7.0 1200.0 840 北方针叶林 12.0 800.0 950 热带稀树草原 15.0 700.0 040 耕地 14.0 6440 9.10 1.10 林地和灌丛 8.0 600. 6.80 温带草原 9.0 5000 4.40 苔原 8.0 144.0 1.10 0.67 沙漠灌丛 18:0 710 1.30 0.67 岩石、冰面和沙地240 0.09 湿地沼泽 2.0 25000 湖泊河流 00.0 陆地总计 1490 720.0 海洋 藻床和藻礁 0.6 河口 14 1800.0 2.40 海水上涌区 500.0 0.67 大陆架 26.6 360.0 960 0.01 开阔大洋 332.0 127.0 4200 0.003 海洋总计 153.0 全球总计 5100 320.0 16241 来源

表 23.1 世界生态系统的净初级生产量和植物生物量 生态系统（按生产力 排列） 面积 （106千米2） 平均每单位面积的 净初级生产量 （克/米2/年） 世界净初级生产 量（109 吨干重/ 年） 每单位面积的平 均生物量（千克/ 米2） 大陆 热带雨林 17.0 2000.0 34.00 44.00 热带季节性森林 7.5 1500.0 11.30 36.00 温带常绿林 5.0 1300.0 6.40 36.00 温带落叶林 7.0 1200.0 8.40 30.00 北方针叶林 12.0 800.0 9.50 20.00 热带稀树草原 15.0 700.0 10.40 4.00 耕地 14.0 644.0 9.10 1.10 林地和灌丛 8.0 600.0 4.90 6.80 温带草原 9.0 500.0 4.40 1.60 苔原 8.0 144.0 1.10 0.67 沙漠灌丛 18.0 71.0 1.30 0.67 岩石、冰面和沙地 24.0 3.3 0.09 0.02 湿地沼泽 2.0 2500.0 4.90 15.00 湖泊河流 2.5 500.0 1.30 0.02 陆地总计 149.0 720.0 107.09 12.30 海洋 藻床和藻礁 0.6 2000.0 1.10 2.00 河口 1.4 1800.0 2.40 1.00 海水上涌区 0.4 500.0 1.30 0.67 大陆架 26.6 360.0 9.60 0.01 开阔大洋 332.0 127.0 42.00 0.003 海洋总计 361.0 153.0 55.32 0.01 全球总计 510.0 320.0 162.41 3.62 来源：Smith,2001

50 与 植被 TM 5 TM 7 TM TM TM 30 裸露的土地 20 040.60.81.01.21416182.02224um 可见 近红外 波长 太阳光谱的一部分,图中显示的是土地(-)和叶子(-)表面的典型反射,以及通过 LAND-SAT卫星测定的光谱的一些部分。 改编自: Schlesinger,1997

可见 近红外 大气吸收 大气吸收 裸露的土地 植被 反射 波长 太阳光谱的一部分，图中显示的是土地 (-----) 和 叶子(- - - -)表面的典型反射，以及通过 LAND-SAT卫星测定的光谱的一些部分。 改编自：Schlesinger, 1997

8 5 年=1.92×03 R2=0.91 024681012141618 叶表面指数(m2/m2)

年=1.92×(0.583) R2=0.91 近红外 /红光 反射 叶表面指数(m2 /m2)

改编自: Schlesinger,1997 1500 R1000 R 500 15 20 LAI 对美国西北部的森林来说NPP直接 与叶面积指数(LA)直接相关

改编自：Schlesinger, 1997. 净初级生产力 （克米-2年-1） LAI 对美国西北部的森林来说 NPP 直接 与叶面积指数(LAI)直接相关

初级生产量,现存生物量和入射辐射的分布 与降雨和温度的关系 全球气温变化会如何改变这些分界? 热带雨林 太阳辐射(千卡/米2/年 P:10-50 P=初级生产量(吨/公顷) B:250400 B=生物量(吨/公顷) 冬季落叶林 200 P:3.5-10 B:70-250 针叶林:泰加林 R:1.8 R:2. 大草原R:24 P:4-20 P:3.5.5 P;-4 B.2570 B:53 B:=8 P:0.1·4 P:(-2.5 年平均气温(℃ 改编自: Smith,2001

初级生产量，现存生物量和入射辐射的分布 与降雨和温度的关系 全球气温变化会如何改变这些分界？ 针叶林：泰加林 热带雨林 冬季落叶林 大草原 稀树草原 荒漠 太阳辐射（千卡/米2/年） 初级生产量（吨/公顷） 生物量（吨/公顷） 年平均降水量（cm） 年平均气温(℃) 改编自：Smith,2001

3000 悦2000 叶 1000 020040060080010001200 水分的实际蒸发蒸腾量(mm) 改编自: Krebs

每年地上净初级生产力（克/米2 ） 水分的实际蒸发蒸腾量(mm) 改编自：Krebs

700x荒漠草本 ¤弃耕地草本 Δ落叶丛林灌木丛 600·常绿丛林灌木丛 +南非灌木丛 500 400 茶z a。。°x 300 200 A 100 2.0 3.0 4.0 叶片含量(毫摩·克)

荒漠草本 弃耕地草本 落叶丛林灌木丛 常绿丛林灌木丛 南非灌木丛 叶片含氮量(毫摩·克-1) NPP（纳摩尔CO 克 2 -1 秒-1 ）