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森林生态系统生产量

森林在单位面积和单位时间内同化和积累的有机物质的速率。也称森林生产力(见)或森林生产率。通常以单位面积或单位时间积累的干物质重量或能量表示,有时则利用同化的碳的数量表示。类型森林生态系统的生产量可分为第一性生产量(或称初级生产量),和第二性生产量(或称次级生产量)。

森林在单位面积和单位时间内同化和积累的有机物质的速率。也称森林生产力(见)或森林生产率。通常以单位面积或单位时间积累的干物质重量或能量表示,有时则利用同化的碳的数量表示。

类型

森林生态系统的生产量可分为第一性生产量(或称初级生产量),和第二性生产量(或称次级生产量)。前者是指生态系统中绿色植物借助于太阳能同化二氧化碳和制造有机物质的数量;后者是指各种草食动物、肉食动物以及各种真菌、细菌和某些原生动物等异养有机体利用第一性产品而转化形成的次级生物生产量。

第一性生产量

分为总生产量、净生产量和生态系统净生产量三种不同的类型。①总生产量:又称粗生产量。指单位面积和单位时间内绿色植物制造的全部有机物质或固定的总能量。②净生产量:总生产量去掉呼吸作用消耗的有机物质剩余下来的部分。③生态系统生产量:又称群落生产量。指单位面积和单位时间内(通常以年为单位)生态系统的净生产量,减去枯损部分而实际增加的产量。森林是地球表面上分布很广的一种生态系统,每年提供的净生产量约为65~80×109吨干物质,约占陆地生态系统净生产量的60%以上。森林的净生产量具有明显的地理分布规律,愈接近赤道,森林的净生产量愈高,随着纬度的增加和森林类型的变化净生产量逐渐降低。例如热带雨林净生产量平均为2000克/平方米/年,热带季雨林为1500克/平方米/年,温带常绿林为1300克/平方米/年,温带阔叶林为800克/平方米/年,其他疏林灌丛为600克/平方米/年,而荒漠灌丛则只有70克/平方米/年。即使在同一个地理区域内,森林的生产量也因森林的组成、结构和立地条件的差异而有明显的区别。森林净生产量随林分年龄而发生变化。一般在幼年时期,生产量随年龄的增加而增加。随着林冠的郁闭,森林中下木和草本活地被物的生产量逐渐减少。当森林材积连年生长量达到最高点后,森林的净生产量达到最高点后,森林的净生产量逐年下降。当森林进入成熟阶段,森林的净生产量相对稳定地保持在一个较低的水平上。森林的总生产量与净生产量的空间和时间的变化有着类似的规律。森林的总生产量的绝对值则显著超过净生产量,净生产量与总生产量的比值可达1∶3以上。森林群落生产量与森林净生产量有密切关系。在森林发育的初期群落生产量与净生产量比较接近,随着年龄的增加,森林中天然枯损增加,群落生产量明显低于净生产量。森林进入成熟阶段,森林净生产量与枯损量接近平衡,此时群落生产趋于零,在有些过熟林中,群落生产量甚至会出现负值。

第二性生产量

指绿色植物以外的其他有机体的生产,即消费者和还原者利用第一性生产量进行同化作用而生产的产量。由于一部分第一性生产物不可食或不得食,消费者种群密度低等原因,净生产量只有一部分被利用。即使已取食的,也有相当一部分不能被消化吸收,而以粪便或发酵气体等形式排出体外。在已同化的部分又有一部分消耗于呼吸作用。因此,第一性生产量仅仅有很小的一部分用于消费者的第二性生产。第二性生产还包括还原者的生产量。对森林生态系统来说,净生产量被消费者转化为第二性生产量的一般不超过10%,其余90%以上被还原者分解。

测定方法

第一性生产量的测定方法,概括起来有以下三种:①收获量方法:是以传统的测树学的方法计算生物生产量。但为了研究森林的生物生产量尚需在测定生物生产量的基础上,配合树干解析技术求出分别年度的生产量。在进行一次性测定时,此方法只能计算出群落生产量,只有辅以定位的观测森林植物的枯损量,才能计算出森林的净生产量,但利用这种方法不可能得出森林总生产量。②生理生态学方法:通过测定森林群落的光合作用和呼吸作用计算生物生产量,通常需测定单株植物或部分叶子的光合作用,并求出在不同环境条件下变化规律,然后根据森林群落的组成和结构的模型,结合环境因素变化的条件,利用数学模型推算森林生态系统的生物生产量。此方法可以测定出总生产量和净生产量。如果辅以枯损量的定位观测,亦可求出群落生产量。这种方法从理论上讲是比较理想的,但是由于测定技术比较复杂,在实际工作中应用尚有一定困难。③空气动力学方法:利用在森林中不同高度和层次设立的测点,测定大气湍流交换,计算森林群落中二氧化碳的代换量。这种方法只能求出森林的净生产量,且只适用于组成和结构比较简单的森林生态系统中。

第二性生产量的研究和测定比第一性生产量更为困难,且现有的材料也较少。第二性生产量的研究可以在不同的水平上进行。一种是从个体的水平上研究其生长模式和速率。另一种是收集各种动物种,确定每个种的生产量特点,再将这些资料推算整体。也可用测定动物代谢作用,再根据代谢作用与生产量的相关曲线推算消费者的第二性生产量。还原者在森林生态系统中的数量多,但它们的个体小,繁殖快,第二性生产量更难准确测定。