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Energy Flow in Ecosystems - YouTube
Channel: Bozeman Science
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大家好，我是安德森，这是环境科学课第八集，生态系统中的能量流动。
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上一个视频，我们讲了生产者产生食物给消费者的重要性，
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但是我们没讲食物中的能量来源。
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地球上第一大能源是什么？当然是太阳。
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这个图并没有显示在各层时的热损耗。更好的模型图是一个生态“金字塔”。
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生产者就是金字塔的一环，产生食物使能量能被利用。
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可他们的能量源自哪里？它来自太阳或化学物质。
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植物能够利用光合作用，从太阳获取光能并转换成食物的化学能。
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一些化学合成细菌，把化学物质（如硫化氢）同样转换成可用的化学能，
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之后通过呼吸作用使用。
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所有其他消费者（金字塔上下）也可以通过呼吸作用使用能量。
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有两种方式可测量系统的能量转换率： 初级生产量与净初级生产量。
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初级生产量是所有能量转换的总和，
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而净初级生产量是除去呼吸所消耗的能量后，植物得到的净能量。
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食物链的每一级都被称作为“营养级”，
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每升一个营养级就有能量损耗，金字塔模型能很好的体现。
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换句话说，生态效率就是有多少能量被传输到了下一个营养级。
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我们还可以测量每一个营养级的能量或者它的生物量(物质的所有量)。
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热力学是一门研究能量传递过程的，如从太阳到生物。
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在这其中，最重要的一步当属光合作用了，
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光合作用把空气中的二氧化碳，水，能量和光照。 转化为氧气和葡萄糖。
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如果你对光合作用的公式不熟悉，我劝你现在仔细看看
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像光合作用的反应物（in）和生成物（out）是什么。
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这个过程很重要：光合作用的逆过程即为细胞的呼吸作用，也是你现在在干的事情。
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你吸入由植物产生的氧气，摄入食物中的糖.
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并把他们转化成二氧化碳和水。这些原料可以一直被植物回收，
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基本上这就是我们如何将能量从植物到食物，再到我们可以利用的过程。
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有一点要澄清，植物也在进行呼吸作用。
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产生自己的糖来获得能量，
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另一种和光合作用过程非常相似的过程是化学合成，
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一个例子是海洋深处的热液喷口。
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那不仅产生热量，也产生硫化氢（甲烷也会被同样使用）。
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所以在那的细菌做化学作用。这过程和光合作用很相似：
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利用硫化氢之间的键能来产生葡萄糖，释放水和硫。
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这个方程很像光合作用的方程。
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具体发生的就是化学合成的细菌周围的东西可以吸收葡萄糖和用氧气来进行细胞呼吸，
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这是一个完全不同的系统， 由在化学物质内部的能量支撑。
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总之，无论能量从何而来， 我们都可以用生产率来测量被生产者所利用的能量。
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坏消息就是这种能量很难被植物吸收。
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百分之九十九的能量会消耗，植物得不到这些能量，
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只有百分之一的能量实际被生产者吸收了，叫初级生产力总量，
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为什么要能量呢？
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植物总得生存，所以他们通过呼吸来生存，大多数能量被植物用来了呼吸，
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百分之一里的小部分能量作为了净初级生产力，
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指的是减去了用来呼吸的能量后，植物得到的能量，
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坏消息是植物吸收不了大部分能量，好消息呢？太阳包含的能量太多，它们平时不用担心
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如果我们看下地球上，不同的陆地和水生物群落的生产力，
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从热带雨林（表最上面）－
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它的生产力最强，而生产力皆是用每年每平方米物质的量测量。
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－到生产力最弱的沙漠，which几乎没有生产什么。
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有趣的是农田生产力也不是很高。
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它和水生系统，比如珊瑚礁，作比较，珊瑚礁生产效率就高多了。
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群落生产力甚至会随着时间而变：这里是净初级生产力，这些是陆栖动植物，
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来看看这11年间发生了什么，
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你可以看到这些陆栖动植物在来回移动，从南半球到北半球，
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你可以看到有大量沙漠的地区没有生产率，
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是什么造成的这个变化呢？原因就在于季节的变化，
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夏季的时候我们有更强的生产率因为夏季阳光充沛，
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精确的测量能量效率模型是一个环境金字塔。
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我们刚才讲的变成净初级生产力，即在这个层级的能量。
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从生产者开始，假设实际百分比是100％
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多少百分比会进入到下一个层级呢？
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由于生物生存呼吸散热，每个层级都会失去能量。
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总的来说，下个层级只得到生产者10％的能量。
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再下一个层级呢？上一层的10%。
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现在能量降到了1％
那再下一层级呢？同理。
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所以每一层级上去都有巨大的能量损失，
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因此，三级消费者比生产者要少很多。
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能量金字塔能帮助我们研究这点。
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让我们来看看佛罗里达州银泉的能量金字塔。
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我们在这里看到的能量以cal/m²·年为测量单位。
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开始是20,000kcal。那么能量分布在哪里？ 看这张图。
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主要要都被树吸收了。那么多少能量到下一阶层呢？
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这份研究表明是这么多。接下来，生态效率是多少？
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你可以直接做除法。
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最后是16％的能量进入到下一层级。
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二级消费者的利用率大概是10％。
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三级消费者的利用率大概是5％
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所以生态效率应该在5％到26％之间，取决于个别生态系统的构造。
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但这个能量图表不包括分解者。
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它们也会用掉很多能量。
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另一个测量能量的办法是生物量，即有多少物质被创造。
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不同的是，我们不在某一时间段内测量它，
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而是测量所谓的资源量，皆任意某一时间点的生物量。
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我们会发现，即使在威斯康辛湖，或者一个田野和珊瑚礁，
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生产者中的生物量要远远超过上层级的生物量。
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所以你学会这些了吗?现在会填这些空白处吗? 暂停一下。
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我提示一下。能量通过生化合成从化学物质当中进入到了生产者中.
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我们可以测量总初级生产量，或净初级生产量来衡量生产力。
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我们怎么利用的能量? 呼吸作用，散热等。
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营养级是供给能量的层级。生态金字塔衡量系统的效率。 我们也可以测量生物量。
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我希望这对你们有帮助 ：）
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翻译：Bella，珈润，Gloria 编辑：Jerry
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