领衔主演丨疯子
范文一：生态系统模型
第三节 生态系统模型
生态系统模型(Model)是研究、分析和描述生态系统的基本方法。它是从系统基本成分、结构、行为出发，简要描绘出生态系统最本质的特性和行为。Odum(1989)提出的生态系统模型是一个较为全面、内涵丰富的模型(图5—16-2) 。图中显示了生态系统要素内部结构及主要功能等。充分表明生态系统是个功能单元（function unit），体现出它的专一性(obligatory yelationship) 、相互依存性（interdependence ）和因果关系（causal relationship）。
Anderson , J。 M 。（1981）从环境科学的事业描绘出一个生态系统模型（图5-16-3）。图显示出生态系统是一个开放系统，外界环境中的CO 2、无机营养元素可以不断地输入和输出；生态系统划分为三个亚系统（subsystem ），即自养生物、消费者和分解者亚系统；三个亚系统之间，每个亚系统内部及其内部与环境间都有一定的关连。
图5-16-2 一个生态系统图解(引自OdumEP 1989)
图5-16-3 生态系统划分为三个亚系统（引自Anderson J M 1981）
Price ，P ．W ．(1997)从昆虫生态学的视野描绘出一个生态系统模型(图5—16-4) 。图中显示各种昆虫扮演着不同角色：有的昆虫在为植物传花粉；有的寄生在蝗虫体内；有的是些植食者，如叶甲、蓟马；还有的是寄生者和捕食者等等。
图5-16-4 一个以昆虫为主的生态系统（Price P W 1997）
OdumH ．T ．(1983)从农作物的视野描绘出农田生态系统模型(图5—16—5) 。图中显示一个人工生态系统的特点；适量资源的投入。
图5-16-5 农田生态系统(引自Odum H T 1983)
Leemans ，R ．(1997)从大尺度的视野描绘出全球生态系统模型(图5—16—6) 。图中显示作为地球生命支持系统的生物圈是一个高度复杂的动态系统。全球生态系统是在人类活动产生巨大和深刻影响的背景下形成的。涉及全球范围的大气圈、地圈、水圈和生物圈等。 图5-16-6 全球生态系统(引自Leemans R 1997)
范文二：生态系统服务模型
1.2.8生态系统服务评估模型（ecosystem services model）
生态系统服务及其价值评估已成为了生态学和生态经济学研究的热点（Daily, 1997; Costanza et al., 1997; De Groot et al., 2002）。国外生态系统服务功能价值的评估研究可以追溯到1925年比利时的Drumarx 首次以对野生生物游憩的费用支出作为野生生物的经济价值。1941年，美国的Dafdon 首次用费用支出法核算出森林和野生生物的经济价值。1947年，美国的Flotting 提出可根据旅行费用计算出其消费者剩余，并以消费者剩余作为游憩区的游憩价值;1959年，美国的Clawson 修改旅行费用评估法;1964年，J. L. Knetch 再次修改并完善了旅行费用评估法。同年，美国的Davis 在研究湎因州森林的游憩价值时，首次提出并运用了条件价值法的报价技术。1972年，日本林业厅估算了全日本森林提供的生态功能价值。1973年，Nordhau 和Tobin 提出用“经济福利准则”修改国民生产总值，由此引发了对环境资源进行估算的国际关注，许多学者先后提出多种方案来估算环境资源的价值（刘玉龙等，2005）。1991年国际科学联合会环境委员会召开了讨论如何开展生物多样性的定量研究的会议，促进了生物多样性的研究及其价值评估方法的发展。1993年联合国有关机构止式出版了《综合环境与经济核算手册》临时版本(简称SEEA) ，对此前各国环境与经济综合核算的研究成果进行了较全面总结，并提供了环境与经济核算的总体思路与框架以及一些生态价值的核算方法(张建国, 杨建洲. 福建森林综合效益计算与评价[J].生态经济，1994,(5):1-6.)。1997年Costanza 等人对全球主要类型的生态系统服务功能的价值进行了评估，揭开了生态系统服务功能价值研究的序幕。1997年，由Gretch Daily等人编著的《生态系统服务功能》一书，系统地阐述了生态系统服务功能的内容与评价方法，同时还分析了不同地区森林、湿地、海岸等生态系统服务功能价值评价的近20个实例(Daily G C. Natures Science: Societal Dependence on Natural Ecosystems[M]. Washington D C: Island Press, 1997.) ，具有较高的学术价值。
生态系统服务评估方法因评估功能的类型不同有所差异，主要的评估方法如下表所示（）：
表1主要生态系统服务功能价值评估方法的比较
Tab.1 Contrast of major assessment methods on valuation of ecosystem service function 分类
评估方法 费用支出法
优点
生态环境价值可以得到较为粗略的量化 评估比较客观，争议较少，可信度较高
比较客观全面地体现了资源系统的生态价值 可通过生态恢复费用或防护费用量化生态环境 可以将难以直接估算的生态价值用替代工程表示出来
可以对难以量化的生命价值进行量化 可以核算生态系统游憩的使用价值，可以评价
缺点
费用统计不够全面合理，不能真实反映游憩地的实际游憩价值 数据要求高：全面，数据量足够大 资源必须具有稀缺性 评估结果为最低的生态环境价值
替代工程非唯一性，替代工程时间、空间性差异较大
违背伦理道德，效益归属问题以及理论上尚存在缺陷
不能核算生态系统的非使用价值，可信度低于
主要文献 彭建,2005; 范芳玉,2011
王伟，2005; 王凤珍，2011
Bernard ，2006； B.A. Bryan ，2011 徐俏,2003; Rute ，2010；
Luis Diaz-Balteiro ，2008；陈朝祖，2009； Xuan Wang，2010 Catarina,2010; Ram,2002;
C.Meghan,2004;
市场价值法 机会成本法
直接市场法
恢复和防护费用法 影子工程法
人力资本法
替代市场法 旅行费用法
无市场价格的生态环境价值。
享乐价格法
直接市场法 Christopher,2008
模拟市场法 条件价值法
主观性较强，受其它因
通过侧面的比较分析可
素的影响较大，可信度
以求出生态环境的价值
低于直接市场法
适用于缺乏实际市场和
替代市场交换的商品的实际评价结果常出现重价值评估，能评价各种大的偏差，调查结果的生态系统服务功能的经准确与否很大程度L 依济价值，适宜于非实用赖于调查方案的设计和价值占较大比重的独特被调查的对象等诸多因景观和文物古迹价值的素，可信度低于替代市评价 场法
表2主要生态系统服务功能价值评估模型的比较
Stephanie,2008; Ibon,2011
Arrow K,1993; 刘玉龙，2005； E.J. Sattout 2007
评估方法 优点
把握了较好的总体格局，并体现了人类活动对生境的威胁程度和影响范围, 有多个子模型（水量模型，水质净化模型，土壤保持模型，水电模型等）可供选择。 客观反映人类对生态系统（生态基础设施）的需求与供给之间的矛盾，指示自然资源的压力状态。
可用于城市森林（小区域如一个公园、一个社区范围，大区域整个市区）进行结构分析与生态效益评价，同时将结果以报告形式输出。
缺点 主要文献
InVEST 模型（Integrated Valuation of
Ecosystem Services and Tradeoffs）
对数据变化十分敏感，生物多样性保护评估结果不能以经济价值
表示。
Erik Nelson,2009;
周彬,2010
生态足迹模型
CITYgreen 模型
产量因子存在偏差, 计算结果有高估地区生态状态的可能，只涉及自然资源，对于人类可持续发展的其他方面难以测算。 基于GIS 软件ArcView 开发，对遥感图像要求较高。
Gossling, 2002; Hubacek,2003; 曹宝,2007
胡志斌,2003; Solecki,2005; 占珊,2008
将生态服务价值的定量化与生态风险分析
VER 模型（Ecological 的数学模型相结合，Value at Risk） 可以进行基于生态服
务价值的生态风险分析研究。 要求数据量较大，数学模型是借鉴金融分析市场组合的V AR 方法，并设定了假设条件，如系统各部分价值服从正态分布
Philippe, 2001; 刘强，2006
等。
国内外存在各种各样的生态系统服务功能及价值评估，目前，国内多数相关研究仅某区域的生态系统服务功能的概述式评估，多数套用现成公式计算服务功能，少数以地理信息系统为技术支撑对区域生态服务功能进行了定量评估，表明新技术与方法正逐渐被用于区域生态系统服务功能评估，评估越来越定量化、精细化、模型化，并且将生态系统服务评估与决策相结合已成为生态系统服务功能的总体发展方向。准确、有效的定量评估城市城市生态基础设施的生态服务价值，利于规划者和政府对植被的生态效益的经济价值有更直观的、新的认识和了解，为其提供一些辅助决策的参考信息，成为当地区域规划部门的重要决策工具。
评估方法参考文献（从上至下）：
费用支出法：彭建，王仰麟，陈燕飞，等．城市生态系统服务功能价值评估初探—— 以深圳市为例[J]．北京大学学报(自然科学版) ，2005，41(4)：594---604．
范芳玉, 葛颜祥, 郭志建. 大汉河流域生态服务价值评估研究[J]山东农业大学学报（社会科学版）.2011(10):77-81
市场价值法：王伟，陆健健. 三垟湿地生态系统服务功能及其价值[J]生态学报2005,25 (3):404-407
王凤珍, 周志翔, 郑忠明. 城郊过渡带湖泊湿地生态服务功能价值评估——以武汉市严东湖为例[J] 生态学报2011, 31( 7 ) : 1946-1954.
机会成本法：Bernard van den Berg, Werner Brouwer, Job van Exel, Marc Koopmanschap, Geertrudis A.M. van den Bos, Frans Rutten.Economic valuation of informal care: Lessons from the application of the opportunity costs and proxy good methods [J].Social Science & Medicine, 2006, 62( 4) :835-845.
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Stephanie A. Snyder, Michael A. Kilgore, Rachel Hudson, Jacob Donnay. Influence of purchaser perceptions and intentions on price for forest land parcels: A hedonic pricing approach [J]Journal of Forest Economics, 2008, 14(1):47-72.
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E.J. Sattout, S.N. Talhouk, P.D.S. Caligari. Economic value of cedar relics in Lebanon: An application of contingent valuation method for conservation [J]Ecological Economics, 2007, 61(2–3):315-322.
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InVEST 模型：
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周彬, 余新晓, 陈丽华, 等. 基于InVEST 模型的北京山区土壤侵蚀模拟[J]水土保持研究.2010, 6: 9-13. 生态足迹：
Gossling S, Hansson C B, Horstmeier O, et al. Ecological footprint analysis as a tool to assess tourism sustainability[J]. Ecological economics, 2002, 43:199-211.
Hubacek K, Giljum S. Applying physical input-output to estimate land appropriation (ecological footprint) of international trade activities[J]. Ecological economics, 2003, 44:137-151.
曹宝，秦其明，王秀波，朱琳. 生态足迹改进模型在可持续评价中的应用研究[J]生态环境.2007,16(3):968-972. VER ：
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Costanza R, d ’Arge R, de Groot R S, et al. The Value of the World ’s Ecosystem Services and Natural Capital[J]. Nature, 1997,(387):253-260.
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刘玉龙, 马俊杰, 金学林, 等. 生态系统服务功能价值评估方法综述[J].中国人口·资源与环境.2005, 15(1): 88- 92.
范文三：解读生态系统的数学模型
解读生态系统的数学模型
江苏省沭阳高级中学（223600） 陈卫东
本文刊登在《考试报》2012年12月刊
所谓数学模型，就是将客观的物理学的或生物学的现象和概念翻译成一套数学关系，用数学的符号和方程式来表示这些现象和概念，并将由此得到的数学系统进行运算和操作，以作出预言。这个数学系统，就称之为数学模型。高中生物新教材种生态系统相关内容中，有几个涉及数学模型的内容，现予以归纳：
1．植物种群密度样方调查：
背景问题：在要调查的生物群落中，确定一个或数个范围相对较大的区域作为样地，在样地中随机选取若干个样方，计数各样方中某种生物的全部个体数量；最后，计算全部样方单位面积某种生物个体数量的平均数，通过数理统计，对种群密度进行估计。 数学模型：N=（N1+N2+N3+??+Nn）/（n ·S ）
模型中各参数意义：N1、N2、??Nn 表示各个样方的调查实际数量，n 表示所取的总样方数，S 表示每个样方的面积，N 表示调查对象的种群密度。
【例题】某小组学生观察到某大麦田中长有许多狗尾草，还有食草昆虫、青蛙、食虫 鸟和蛇类等动物活动，决定调查农田中大麦与狗尾草的种群密度，并探究各生物之间的关系。调查种群密度时，所取样方为长和宽各1m 的正方形，各样方的统计株数如下表：
根据上表数据，可计算出该农田生态系统中大麦的种群密度估计值为 株/m；狗尾草的种群密度估计值为 株/m2。
【解答】利用上述数学模型不难计算出该农田中大麦密度估计值为147株/m2；狗尾草密度估计值为6. 5株/m2。
2．动物标志重捕：
背景问题：标志重捕法是一个有比较明确界限的区域内，捕捉一定量生物个体进行标记，然后放回，经过一个适当时期（标记个体与未标记个体重新充分混和分布后），再进行重捕。根据重捕样本中标记者的比例，估计该区域的种群总数。
数学模型：N ：M=n：m ?N=Mn／m
模型中各参数意义：N 为该区域某种群总数；M 为第一次捕获后标记总数，n 为第二次捕获总数，m 为第二次捕获个体中已经被标记过的个体数。
【例题】“标志(记) 重捕法”是动物种群密度调查中的一种常用取样调查法：在被调查种群的生存环境中，捕获一部分个体(M)全部进行标记后释放，经过一段时间后进行重捕，根据重捕中标记个体数(m)占总捕获数(n)的比例，
估计该种群的数量(N)。某研究机构对我国北方草原一种主要害鼠——布氏田鼠进行了调查。调查样方总面积为2hm 2。(1hm2=10000m2) ，随机布设100个鼠笼，放置l 夜后，统计所捕获的鼠数量、性别等，进行标记后放归；3日后进行重捕与调查。所得到的调查数据如下表。
⑴假定重捕取样中标记比例与样方总数中标记比例相等，写出样方中种群总数(N)的计算公式 。
⑵该草地布氏田鼠的平均种群密度为 只／hm 2。事实上田鼠在被捕捉过一次后更难捕捉，上述计算所得的平均种群密度与实际种群密度相比可能会偏 。
【解答】⑴N=Mn／m ；⑵144 高
3．种群“J ”型增长的：
背景问题：：在食物和空间条件充裕，气候适宜，没有敌害等条件下，种群的数量每年以一定的倍数增长，第二年（代）的数量是第一年（代）的λ倍。
数学模型：N t =N0λt
模型中各参数意义：N 0为该种群的起始数量，t 为时间（代），N t 表示t 年（代）后该种群的数量，λ表示该种群数量是前一年（代）种群数量的倍数。
【例题】在营养和生存空间等没有限制的理想条件下，某细菌每20min 就分裂繁殖一代。现将该细菌种群（m 个个体）接种到培养基上（资源、空间无限），Th 后，该种群的个体总数是_________。
【解答】此题中N 0=m，由于细菌为二分裂，即一个产生两个，因此λ为2，Th 后共繁殖了T×60/20=3T代，该种群个体总数N t = m ?23T 。
4．能量流动：
背景问题：能量在各个营养级之间流动时，是逐级递减，单向不循环的。能量在各个营养级之间能量传递是按照一定比例进行的。
数学模型：Q n+1=λQ n
模型中各参数意义：Q n+1表示n+1营养级同化的能量；λ表示从n 营养级到n+1营养级的能量传递效率；Q n 表示n 营养级同化的能量。
【例题】有5个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加1kg ，理论上至少要消耗第一营养级的生物（ ）
A ．25kg B ．125kg C ．625kg D ．3125kg
【解答】所谓至少消耗，即是按照最高的效率（20%）传递。设需消耗第一营养级生物x kg，则有（20%）4x=1，不难选出正确答案为C 项。
范文四：生态系统模型_思考题答案
作物生长模拟(一)
1. 举例说明什么是状态、速率和驱动变量。
状态变量(State variable):指系统的总量,如生物量、土壤中总含水量等
驱动变量或驱动方程(Driving variable):系统外部因子或描述系统外部因子影响的方程,如太阳辐 射、气温、降水 .
速率变量 (Rate variable) :特定时刻单位时间内状态变量的变化量。
例如人口增长速率 :State (t+Δt) = State (t) + Rate (t)·Δt ,用 Rate (t) = State (t)(t 时间时人口数) *constant (人口增长率)
2. 简要说明各产量水平的主要影响因子。
一.作物产量的决定因素:作物性状、光、 CO2、温度
(1)作物生理性状:如 CO2的同化能力、生育期长度、收获指数、叶面积指数,等等 . 以及作物类 型,如 C3和 C4作物,像小麦是 C3作物,玉米是 C4作物,玉米比小麦的最大单叶光合能力要强; 谷类作物、根茎作物、豆科作物、油料作物的作物产量也不相同。
(2)光照:是光和作用的能量来源,形成叶绿素的必要条件;影响光和作用的重要因素。光强 -光合 曲线中有光补偿点、光饱和点。植物光合作用达到最大值时的光照强度,称为该种植物的光饱和点。 光合作用和呼吸作用相等时的光照强度称为光补偿点。 一般来说, 光补偿点高的植物其光饱和点也高:草本 >木本植物; C4>C3植物; 阳生 >阴生植物。 即随着有效光强的不断增加, 光合速率也不断增加, 当有效光强达到光饱和点时,光合速率不再增加
(3) CO2:是光合作用的主要原料, CO2浓度增加,作物的光合速率提高,但是到达饱和点,光合数 量从降低。 C4植物的 CO2补偿点和饱和点均低于 C3植物。增加 CO2浓度可提高植物的光合能力, 尤其对 C3植物效果明显。 CO2浓度增加, 气孔导度下降, 蒸腾速率降低, 植物的水分利用效率提高。
(4)温度:作物有三基点温度:最低温度,最高温度,最适温度。低温导致叶绿体结构破坏和酶的 钝化, 影响光合作用; 高温下光呼吸和暗呼吸加强, 净光合速率下降。 温度不仅影响作物的光合速率, 还影响生育期长度,当温度升高时,作物的生育期反而降低。
二.作物产量的限制因素:水、养分。对作物生长的影响符合 Liebig 的最大限制因素法则,即作物产 量决定于水肥等生长要素亏缺最重的一个。
(1)水分是光合作用的主要原料之一和植物体的主要成分(70-90%)。缺水使:
气孔导度下降,导致进入叶肉内的 CO2减少,光合速率降低
光合产物输出变慢 → 在叶片中积累 → 光合作用产生反馈抑制
光合机构受损 → 光合速率下降
叶片死亡 → 光合面积减少
湿度:在一般自然条件下,湿度对光合的影响并不明显。空气饱和水汽压差越大,大气蒸发力越 强,引起叶片失水,气孔关闭, CO2供应不畅而导致光合速率下降。
(2)养分:是植物细胞结构物质的组成成分。例如,氮:蛋白质的主要成分(16-18%);氮过多不 利于同化物向子粒分配, 缺氮则引起叶功能早衰。 磷:促进光合作用和有机物的运输, 促进蔗糖合成。 钾:促进糖分转变成淀粉;有利于有机物运输 .
三.作物产量的减产因素:病虫害、杂草、污染物
(1)病虫害:降低作物叶片的光合能力
(2)杂草:与作物竞争光、热、水和养分
(3)污染物:重金属; SO2,氮氧化物(NO2, NO)等,进入叶肉组织,很容易被吸收,破坏叶绿 体
3. 简要说明影响作物生长的因素。
1)潜在生长条件 — 潜在产量
水分、养分充分供应,无病虫害、杂草危害;
作物生长和产量仅决定于太阳辐射、温度和作物性状
2)限制生长条件 — 可获得(限制)产量
除上述因子外,在作物生长季节至少部分阶段出现缺水;或作物生长受到养分或同时水 分短缺的影响;
在无灌溉、无病虫害和杂草危害,以及养分充分满足的条件下,作物可能实现的产量, 称为雨养潜力。
3)实际生长条件 — 实际产量
作物生长受到减产因子病虫害、杂草、污染等影响。
4. 一般来讲, C3作物的净光合效率(生长率)要低于 C4作物,豆类作物要低于谷类作物,为什么? 净光合作用 =总光合作用 -呼吸作用消耗。净光合率(dw/dt , kg DM ha-1 d-1):等于总同化量减 去维持呼吸和生长呼吸消耗。净光合速率公式 :
1) CVF = 碳水化合物转化为干物质系数(kg DM kg-1 CH2O),与作物类型即淀粉、蛋白质和脂 肪含量有关,其中谷类作物 CVF = 0.7,豆类 CVF= 0.65,所以豆类转化成干物质量(CVF ) 低于谷类作物,因此 C3作物的净光合效率(生长率)比 C 作物低。
2) 并且在 , 式子中,谷类作物的 MC = 0.015,豆类 = 0.025,豆
类维持正常呼吸消耗量比较大, 即 C3作物的维持系数 (MC ) 比 C4大; 并且 C3作物的 Tref=20℃, C4作物的 Tref=25℃,因此 C3作物的温度校正系数(TC )比 C4的大,综上 C3作物的维持 呼吸(Rn )比 C4作物的高。那么 C3作物的净光合效率(生长率)比 C 作物低。
3) 适宜温度条件下, C3和 C4作物在生长发育期的最大 E 值分别为 70和 90 kg CO2 ha-1/(MJ m-2), C3作物的 E 值比 C4小,因此 C3作物的 CO2同化量(Ag )比 C4作物的低, 因此 C3作物的净光合效率(生长率)比 C 作物低。
5. 提高大气中 CO2的浓度可提高作物的光合效率,简要说明原因。
(1) CO2的流通速率 P (光合速率)可表示为:
由公式可以看出,光合效率与 CO2浓度成正比,当 CO2的浓度(Ca )增加时,因此作物光合速 率也增加。
(2)暗反应阶段需要 CO2, CO2是植物体内合成有机物的原料。增加 CO2含量,增强暗反应,也 就增强光反应的原料来源。当大气中 CO2大量增加时,气孔只要微微张开,就可以吸收到足够 的 CO2,当 CO2浓度比较大的时候,在空气中扩散阻力小,进入细胞内的阻力也比较小,因此 能提高作物的光合效率。
(3)实际上,大气中的 CO2浓度小,现在大气中 CO2的浓度约为 350ppm ,农作物光合作用 CO2的最适浓度一般约为 1000ppm ,因此提高大气中的 CO2浓度,有利于提高作物的光合效率。 (4)空气中的二氧化碳含量一般占体积的 0.033%(即 0.65mg /L , 0℃, 101kPa) ,对植物的光合作
用来说是比较低的。如果二氧化碳浓度更低,光合速率急剧减慢。当光合吸收的二氧化碳量等于 呼吸放出的二氧化碳量,这个时候外界的二氧化碳数量就叫做二氧化碳补偿点 (CO2compensation point) 。 水稻单叶的二氧化碳补偿点是 55mg /LCO2(25℃, 光照>10klx) , 其变化范围随光照强度 而异。光弱,光合降低比呼吸显著,所以要求较高的二氧化碳水平;才能维持光合与呼吸相等, 也即是二氧化碳补偿点高。当光强,光合显著大于呼吸,二氧化碳补偿点就低。作物高产栽培的 密度大,肥水充足,植株繁茂,吸收更多二氧化碳,特别在中午前后,二氧化碳就成为增产的限 制因子之一。植物对二氧化碳的利用与光照强度有关,在弱光情况下,只能利用较低的二氧化碳 浓度,光合慢,随着光照的加强,植物就能吸收利用较高的二氧化碳浓度,光合加快。
6. 简要说明计算净光合率(生长率)的步骤。
吸收的总有效光:
总同化量:
TC 为温度(T )校正系数:
维持呼吸消耗:
作物生长率:
MC (kg CH2O kg-1 DM)是标准温度(20 oC , C3作物; 25 oC , C4作物)时维持系数,即维 持作物的正常生长需要消耗的碳水化合物量; = 作物太阳辐射反射率(0.1 - 0.2); I0 = 太阳 总辐射(MJ m-2 d-1); k = 作物消光系数(多在 0.4 - 0.7); L = 作物叶面积指数; E = 作物 CO2同化效率 (CO2 ha-1/(MJ m-2); T = 日均温
Q10 一般等于 2
Tref = 20 oC (温带, C3作物) , 谷类作物的 MC = 0.015, 豆类 = 0.025, 油料作物 = 0.030; Tref = 25 oC (热带, C4作物)
CVF = 碳水化合物转化为干物质系数(kg DM kg-1 CH2O),与作物类型即淀粉、蛋白质和脂 肪含量有关
作物生长模拟(二)
1. 作物在早期阶段,生物量一般成指数增长,而在中期阶段则成线性增长,为什么 ?
作物在早期是指数生长阶段;一般生物量低于 100 g m-2(1000 kg ha-1) 时,作物生物量呈指数增
长。 生物量的相对增长率(rm )(g g-1 d-1) :取决于温度、光照和作物品种,因此早期阶
段,作物的生长率一直都在增加,作物成指数增长。而当作物生长率达到最大的时候,新增生物量不 增加作物生长率, 因此作物从指数转变为线性增长。 比如人口增加的生育能力一直在增加, 才会有指 数增长;当人口生育能力达到最大,不在增加了,生育能力不变,是一个常数,因此人口增长就成线 性增加。
2.简要说明长日照和短日照植物的主要差别
按不同植物光周期类型,可分为三类:长日性、短日性和光期钝感三类 .
(1)短日照作物:只有在光照时间长度小于某一时段才能开花,加长光照时数,就不会开花结实。 水稻、大豆、玉米,高粱、谷子、棉花、甘薯等原产于热带亚热带的植物。
(2)长日照植物:只有在光照长度大于某一时数后才能开花,缩短光照时数就不开花结实。小麦、 大麦、燕麦、豌豆、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、洋葱、蒜、菠菜等原产于高纬度地区的植物。
3.简要说明影响作物发育速度的因素
作物发育速度:取决于有效温度和日照长度
一.日照长度对作物发育速度的影响:
1)日照长度与光合系数 Fpr 的关系(图 P9):对于长日照植物,低于 10h 时, Fpr 小,作物不正 常发育;高于 10h , Fpr 增加,作物开始正常发育,到 12h , Fpr=1,作物正常发育,而短日照 刚好相反。
2)按对光长的敏感程度,可分为感光性强、中、弱三种类型。
感光性很强:植物当光长超过或小于临界光长时,就不能进行花芽分化,如水稻晚熟种、大豆 等。
感光性中等:在满足其临界光长要求时能明显促进花芽分化,提早开花;反之,在不适宜的光 长条件下,虽然能进行花芽分化,但开花所需天数明显增加。一般多为中熟品种。
感光性很弱:光照长短对促进开花的效果不显著,而其中对光反应极迟钝的,多为早熟和特早 熟种。
3)按不同植物光周期类型,可分为三类:长日性、短日性和光期钝感三类:
短日照作物:只有在光照时间长度小于某一时段才能开花,加长光照时数,就不会开花结实。水 稻、大豆、玉米,高粱、谷子、棉花、甘薯等原产于热带亚热带的植物。
长日照植物:只有在光照长度大于某一时数后才能开花,缩短光照时数就不开花结实。小麦、大 麦、燕麦、豌豆、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、洋葱、蒜、菠菜等原产于高纬度地区的植物。
中间性植物:开花不受光照时间长度的影响。如西红柿、大豆中的某些特早熟品种,时间长度一 般为 12-14小时。
二.温度对作物发育速度的影响:
1)植物生长发育对温度非常敏感。例如,作物的开花期与平均气温呈很好的相关性。温度低的时 候,开花期长,温度高的时候开花期短;温度与作物的生长期成正相关,温度升高,作物生长期 延长;开花期与纬度成正相关,纬度高的地方开花期长。(因为纬度高的地方温度低)。
2)温度对生物的作用可分为最低温度、最适温度和最高温度,即生物的三基点温度。当环境温度在 最低和最适温度之间时,生物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快,代谢活动加强,从 而加快生长发育速度;当温度高于最适温度后,参与生理生化反应的酶系统受到影响,代谢活动 受阻,势必影响到生物正常的生长发育。当环境温度低于最低温度或高于最高温度,生物将受到 严重危害,甚至死亡。不同生物的三基点温度是不一样的,即使是同一生物不同的发育阶段所能 忍受的温度范围也有很大差异。 另外温度对生物发育 (尤其是植物) 的影响还存在有效积温法则。
4.简要说明不同发育阶段干物质的分配特点
作物发育速度决定了同化物质在各器官间的分配 (leaves, stems, roots, storage organs)
作物出苗后,在指数生长期,大部分的同化物质转化为叶和根,然后是茎,此时作物进入灌浆 期,主要是在线性生长期将干物质分配给茎。大致在开花期同化物停止分配给根
之后的线性生长期以及衰老阶段大部分的同化物分配给生殖器官,如籽粒。
课件 P10图。
5.一般来讲,作物 CO2实际同化量与潜在同化量的比等于实际蒸腾量与潜在蒸腾量的比(即 A/Ap = Ta/Tp), 请简要说明原因
主要是由于叶片与大气进行 CO2的交换与 H2O 的蒸发是经过同一个气孔的。因为蒸腾是水分通 过作物的气孔散失到大气中的过程, 同时 CO2和氧气也通过作物气孔进行气体交换, 为了避免干燥, 作物必须从土壤中吸收水分以弥补蒸腾损失, 因此蒸腾作用和同化过程是相互关联的。 当土壤供水不 足时, 作物通过调节气孔大小 (减小) 来减少蒸腾, 气孔关闭, 阻力变大, 结果使大气与作物的 CO2 和 O2交换减少,导致 CO2同化降低。因此蒸腾量与同化量都降低,都与气孔关闭或者大小有关。而蒸 腾作用的水分从气孔散失,而光合作用同样也从该气孔吸收二氧化碳,是用的同一个气孔, T 和 Ag 基本是相等的,因此作物 CO2实际同化量与潜在同化量的比等于实际蒸腾量与潜在蒸腾量的比。
6、简要说明影响作物蒸腾量的因子
蒸腾是水分通过作物(气孔)散失到大气的过程。影响作物蒸腾量的因子主要有:气候因子、土壤 因子、作物本身。
一.气候因子:光照、温度、湿度、风速、气压等。
(1)光照光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放,减少气孔阻力,从而增强蒸腾作用。其次, 光可以提高大气与叶子的温度,增加叶内外蒸气压差,加快蒸腾速率。
(2)温度温度对蒸腾速率的影响很大。当大气温度升高时,叶温比气温高出 2~10℃,因而气孔下 腔蒸气压的增加大于空气蒸气压的增加,使叶内外蒸气压差增大,蒸腾速率增大;当气温过高 时,叶片过度失水,气孔关闭,蒸腾减弱。
(3)湿度在温度相同时,大气的相对湿度越大,其蒸气压就越大,叶内外蒸气压差就变小,气孔下 腔的水蒸气不易扩散出去,蒸腾减弱;反之,大气的相对湿度较低,则蒸腾速率加快。
(4)风速风速较大,可将叶面气孔外水蒸气扩散层吹散,而代之以相对湿度较低的空气,既减少了 扩散阻力,又增加了叶内外蒸气压差,可以加速蒸腾。强风可能会引起气孔关闭,内部阻力增 大,蒸腾减弱。
二.土壤因子:土壤质地,孔隙度,土壤含水量。
蒸腾作用的水是通过膨压从根部吸的水,因此土壤含水量是影响蒸腾作用的重要因素。土壤中的 水分含量高,水势梯度大,作物能吸收更多的水分,蒸腾作用强;相反如果土壤质地不好,孔隙度 比较大,土壤水分含量少,根部在土壤中吸收的水分少,气孔关闭,蒸腾减弱。
三.作物因子:气孔、作物密度、冠层郁闭度、叶面积指数
(1)气孔:气孔关闭,植物整腾作用几乎停止,这是植物为了保持体内水分的一种适应。气孔大小气孔直径较 大,内部阻力小,蒸腾快。气孔下腔气孔下腔容积大,叶内外蒸气压差,蒸腾快。气孔开度气孔开度大,蒸 腾快;反之,则慢。
(2)叶面积指数:叶面积越大,蒸腾作用越强。
7、影响土壤水分平衡的主要因子有哪些?
S = R + CR + SS – SR - (E+T) – PC
S = 土壤有效水量 R = 降水量 SS = 地表储水量 SR = 地表径流量 E = 地面蒸发量 T = 作物蒸 腾量
PC = 水分渗漏到根层以下的量 CR = 通过毛细管上升到根层水量
生态系统模型 -生态学水文过程及其模拟
蒸发:水由液态转为气态的过程,通常指未饱和空气流经湿润表面时,水分逸出到空气的过程。蒸 散是水平衡的重要分量、 水循环的关键驱动机制,由大气需求、土壤水分有效性、植被状况等因 子控制。
一.对于土壤而言:
1、覆盖保墒:一是薄膜覆盖。在春播作物上应用可增温保墒,抗御春旱。二是秸秆覆盖。即将作物 秸秆粉碎, 均匀地铺盖在作物或果树行间, 减少土壤水分蒸发, 增加土壤蓄水量, 起到保墒作用。 2、深耕深松:以土蓄水,深耕深松,打破犁底层,加厚活土层,增加透水性,加大土壤蓄水量,减
少地面径流,更多地储蓄和利用自然降水。玉米秋种前深耕 29厘米加深松到 35厘米,其渗水速 度比未深耕松地快 10— 12倍,较大降水不产生地面径流,使降水绝大部分蓄于土壤。据测定,活 土层每增加 3厘米,每亩蓄水量可增加 70— 75立方米。加厚活土层又可促进作物根系发育,提高 土壤水分利用率。
3、防旱保墒:用中耕和镇压保蓄土壤水分。
4、利用抗旱保水剂,延长土壤水分持续供应。抗旱保水剂可直接改善土壤理化性质,明显提高土壤 水分含量,在旱作大田上,全生育期土壤水分平均可高出 5 个百分点以上,在灌溉地上,可明显 可提高土壤抗旱能力,延缓灌水时间,减少灌水 1— 2次。
5、增施有机肥:可降低生产单位产量用水量,在旱作地上施足有机肥可降低用水量 50%— 60%,在 有机肥不足的地方要大力推行秸秆还田技术,提高土壤的抗旱能力。合理施用化肥,也是提高土壤 水分利用率的有效措施。
二.对于作物而言:选用节水高产的良种 因地制宜选用节水高产作物良种, 合理安排作物布局与品 种搭配是作物节水、 增产、 低耗的重要环节。不同作物和品种对环境条件要求和适应力都有一系 列的生理生态和形态 的差异。因此,只有环境条件充分满足或适应作物品种的生理生态和遗传特 性的要求时, 才能充分发挥其优良特性与产量潜力; 另一方面, 根据地区的自然条件、 栽培水平、 耕作 制度以及自然灾害等特点选用适宜良种, 合理安排作物布局和品种搭配, 才能合理利用资 源, 趋利避害,发挥资源的生产潜力。
1、根据不同地区土壤特点,选耐旱优良品种。通过一些耕作措施,减缓干旱时期的旱情如延长蹲苗 时间以错过旱情期; 在限水灌溉条件下, 磷肥集中深施效果最好。 有地表水源的地区, 限额灌溉, 以水防旱。
2、选用抗旱品种:称为作物界骆驼的花生等作物抗旱性强,在缺水旱作地区应适当扩大种植面积。 就可以减少灌水,达到节约用水。同一作物的不同品种间抗旱性也有较大差异。
3、关键时期灌水:在水资源紧缺的条件下,应选择作物一生中对水最敏感对产量影响最大的时期灌 水,如禾本科作物拔节初期至抽穗期和灌浆期至乳熟期,大豆的花芽分化期至盛花期等。
4、 保水剂:能在短时间内吸收其自身重量几百倍至上千倍的水分,将保水剂用作种子涂层,幼苗醮 根, 或沟施、 穴施、 或地面喷洒等方法直接施到土壤中, 就如同给种子和作物根部修了一个小水库。 使其吸收土壤和空气中的水分,又能将雨水保存在土壤中,当遇旱时,它保存的水分能缓慢释放出 来,以供种子萌发和作物生长需要。
5、抗旱剂:属抗蒸腾剂,叶面喷洒,能有效控制气孔的开张度,减少叶面蒸腾,有效地抗御季节性 干旱和干热风危害。喷洒 1次可持效 10— 15天。还可用作拌种、浸种、灌根和蘸根等,提高种子 发芽率,出苗整齐,促进根系发达,可缩短移栽作物的缓苗期,提高成活率。
遥感在生态模型中的应用
1、生态系统模型为什么需要尺度扩展?
1) 、 变量和过程之间的非线性关系; 地表过程特征参数的空间变异性; 过程之间的复杂相互作用。 生态过程有时空尺度,因此研究生态系统需要尺度扩展。
2) 、 空间尺度的变化实际上是研究对象和针对问题的变化, 可以导致模型的输入和输出是不同的。 空间的变化带来的是反馈关系的变化。分析问题的前提是界定问题的时间和空间尺度。由于时间 尺度和空间尺度的变化可以导致结论的不同,甚至相反。因此需要尺度扩展。
3)、某些生态过程不好直接研究,可以经过尺度扩展来说明该过程,如可以用叶片与光合的关系 研究全球陆地植被的蒸腾。可以根据林分群体边材分布规律 , 完成林分群体蒸腾耗水的尺度转换。 还可以实现由单木水平到群体水平耗水的尺度扩展。
4)、地球空间信息科学异于一般意义上信息科学的主要特点在于其研究对象的特殊性。地球表面 空间是一个复杂的巨系统而且与人类的关系极为密切。 因而我们所需要的地表空间信息在时间上 和空间上的分辨率都有极大的跨度 , 在某一尺度上人们观察到的性质 ,总结出的原理或规律 ,在另 一尺度上可能仍然有效 ,可能相似 ,也可能需要修正。 不同尺度的系统之间存在着物质、 能量和信 息的交换与联系 ,正是这种联系为尺度转换提供了客观依据。遥感的空间尺度转换主要包括两个 方面 :尺度上推 ( up scaling) ,从高分辨率向低分辨率转化的过程 ; 尺度下推 ( downscaling) ,从低分 辨率向高分辨率转化的过程。
2、哪些地表特征参数可由遥感信息反演?
一、植被遥感能够为生态系统模拟研究提供:
1)充实 GIS 背景数据:地理位置、 DEM
2)气象数据:气温、地面温度、海水温度、辐射、降水、云
3)土壤水分:土壤质地;植被覆盖
4)植被动态变化数据:植被覆盖 NDVI, LAI , NPP , snow cover
二、 RS 估计与植被的信息
⑴ RS 估计与植被有关的信息:从遥感影像中划分植被覆盖区域,植被类型
从遥感数据中发,如 LAI ,估算与光合作用有关的量,如蒸腾量,叶面温度,光合作用强度等 ⑵ RS 反演植被参数,如 LAI , FPAR ,生物量,植被高度,叶角等
– 反射率反演,目前较活跃的研究内容
-通过植被指数 VIs 间接估计植被参数
经验半经验关系的建立:NDVI-LAI , NDVI-biomass
三、 RS 与土壤信息
土壤信息 – 理论上有些土壤参数可以由 RS 得来。 RS 可直接获取的土壤信息
? 土壤质地 – 不同矿物组成的土壤具有不同的光谱吸收特性
? 土壤水分 – 不同含水量的土壤具有不同的光谱吸收特性,土壤水分含量越高,反射率越低
? 土壤有机质 – 有机质含量越高,土壤对能量的吸收越高
? 土壤阳离子含量 – 例如,含氧化铁的土壤对红光反射率脚高,而对蓝绿光则吸收增强
? 土壤粗糙度 – 土壤表面越是平整,对光的反射越强
但是由于植被覆盖土壤 C 和 N 不能由 RS 估计,只能大致估计地表几个厘米的土壤含水量。 就这, 还取决于覆盖度大小地表粗糙度、表面土壤水分和植被密度信息, using passive and active microwave sensors 但如何更好地利用这些技术还在探索之中
3、植被指数是指什么?它为什么能反映植被的变化?它有何局限性?
一、当人们用不同波段的植被 -土壤系统的反射率因子,以一定的形式组合成一个参数时,发现它 与植被特性参数间的函数关系,比单一波段值更稳定、可靠,该类组合统称为植被指数。
二、在一定程度上,植被指数能定量化地反映植被的生长状况,因此各类植被指数得到了很大的发 展。 植被指数是由传感器不同波段的反射率组合而成, 常见的植被指数如 NDVI , RDVI 、 wDvI 、 PVI 、
SAVI 等。
植物在不同生育阶段对 VIS 会让 NIR 波段反射率的不同, 形成了 NDVI 的季相变化, NDVI 的季相变化特征就可以反应地表植被的动态变化过程。
植被在可阶段反射差别不大,但是在远红外和近红外的吸收有很大的区别,而每一个植被指数都与 该波长和波段有关。 不同的生育阶段对不同波段的吸收和反射都不一样, 植被叶片中的叶绿素含量不 一样,吸收也不一样,因此植被指数可以反映这一变化过程。
三、除植被自身生长状况外,植被指数还受太阳辐射、植被类型、土壤、大气及传感器等外部条件的 影响。 由于云的污染、 大气变异性、 双向反射的影响, 植被指数常受扰动。 植被指数的比较研究表明, SAVI 适合于中密度以下地区的植被监测; MSAVI 考虑了裸土土壤线, 能最大限度地抵消土壤背景的 影响, 对于低植被覆盖比 NDVI 有更好的指示作用; 并且多时相植被指数的累加值能较好地反映植被 的分布
4、光能利用率模型的基本原理是什么?它与遥感信息如何结合 ?
课件 P8的公式即是原理,得出需要遥感所需要要测定的量,即也与遥感信息的结合。
基于站点观测的传统生态学研究方法,在大区域 NPP 估算中存在局限性。由于遥感在获取大尺度数 据方面的优势,很多 NPP 模型已经引入了遥感数据。这些模型利用遥感数据进行土地覆盖和植被分 类,计算植被指数、叶面积指数 (Leaf Area Index, LAI) 等陆表参数和生物物理参数,或采用基于利用 光能利用效率等原理来估算 NPP 。
5、遥感蒸散模型的基本原理是什么?
太阳辐射是地表能量交换的基础, 其经大气衰减到达地表后的净辐射能量主要分配到三个部分, 即 :潜热通量 (用于水分的蒸发凝结 ) 、 显热通量 (用于大气升温 ) 、 土壤热通量 (用于下垫面升温 ) , 另外还有 一小部分用于生物量的增加,由于这部分能量较少,一般可忽略。因此,地表能量平衡原理可用如下 方程式表示 R n =LE+H+G式中:R n 为地表的净太阳辐射通量 (w/m2) ; LE 为潜热通量 (w/m2) , 即下垫面 与大气间水汽的热交换,其中 E 为蒸散量 (mm), L 为水的汽化热当量 (w/m3) ; H 为显热通量,也称感 热通量 (w/m2) ; G 为土壤热通量,即下垫面土壤中的热交换 (w/m2) 。根据地表能量平衡原理即可得到 决定区域地表蒸散发的潜热通量 LE :LE= Rn -G-H
由此可利用遥感数据可见光、 近红外与热红外波段对区域地面特征参数进行反演, 即可得到每个像 元在卫星过境时刻的瞬时净辐射通量 R n 、土壤热通量 G 、感热通量 H ,然后计算出潜热通量 LE ,并 将其转化成瞬时蒸散量 E ,最后根据瞬时蒸散量与日蒸散量的关系得到区域日蒸散发量。
课件 P5图和遥感蒸散方法 ;蒸散与植被指数的结合 P6-7
6. 植物如何响应气候变化?
气候变化具有多种不同的时空尺度 ,相应的植被响应也存在差异 。植被系统对外界环境的 响应可大 致分为瞬时、中期和长期三种时段 。瞬时响应系指植物叶片 、根 、茎等器官与环境间水分、热量和 气候交换等过程随环境改变而产生的响应;中期响应则是指生长于某一地区的植被群落 内部各组分 与气候状况相协调的过程; 长期响应是指宏观气候环境的改变导致新的植被群落产生并逐步替代原有 群落的过程 。森林对未 来全球变化的 响应 森林是地球上所有生态系统中受人类活动影响相对较小, 但同时对人类社会经济活动有重要贡献的一个。 作为全球气候系统的组成部分之一, 森林对现在及未 来的气候变化和碳平衡都具有着重要意义。
1热带森林对全球变化的 响应 . 关于全球变化将导致热带森林面积增加还是减少 ,各位学者的 研 究结果相差较大。但大多数研 究认为雨带的迁移必然对这一地 区森林的面积、分布及生产力构成 影响。 热带常绿阔叶雨 林的 更新将加快, 而有些地 区降水的减少又将加速干旱森林 向稀林草原。 但
同 时有些地区降水量的增加和水资源利用率的提高又将使森林面积扩大并促进农林业的 发展 。 全球 变化 , 特别是降水量的变化对不同地 区热带森林生产力的影响是不 同的。 总而言之 , 由于温度增 加 造成呼吸作用增强 以及 云的增加导致光合效率下降 , 热带常绿 阔叶林 的 第一性生产力将有所下 降。
2温带森林对全球变化的 响应 . 随 着温带地区农业粮食单产的 稳定 提高 ,使更多的土地可甩于植 树造林。 气候变化将使温带森林向极地方迁移, 但是在干旱的大陆性气候区, 由于频繁不断的减少的 夏 季 干旱 的 影响 , 温带 森林 的面 积也 将 减少 。 而 这些 地 区 生物 量和 碳 的减 少率 将 大大 超 过 新 增林 地 生 大气C O 浓度增加 、气温上 升 以及土壤 矿化 率的提 高 ,温带森林 的净 初 级 生产力 (P ) N P 将进一步提高 。当然 ,也有 学 者认 为 ,温带 森 林中可能增加的那一部 分净生 产力因土壤 呼 吸作 用 的加 强 而耗 损 ,使 总 的碳 净贮 量 的变 化 不 大
3北方森林对全球变化的响应:全球变暖有可能加速土壤有机质的分解而促进生境条件较好的北方森 林净初级生产力 的提 高 ,但 净 初级 生 产力 的提 高 并不 意 味着森 林 碳净贮 量 的增加 ,因 为 气温 升高也 将 提 高碳 的分 解 率 。在 生境 条 件较差 ,特 别是水 分 供给 不 足 的地 区 , 北 方 森林 的生 产 力将 有 所下 降 , 并 成为 全球 碳 的源。 在 森林 一 苔原交 错 地带 , 气温 升 高将 提高 种子 的发 芽 和 生长 能力 而 使森林 覆 盖 面积 有 可能扩大
1. GPP 和 NPP 的定义与主要差别是什么?
2. 简要说明 GPP/NPP光能利用率模型的方法与步骤
方法:
(1) GPP 等于植物吸收的光合有效辐射 APAR 和光合效率或光能利用率 ε的乘积。光能利用率 ε受温度、水分、水汽压亏缺的影响; APAR 取决于太阳辐射强度和植物对有效辐射的截获率 FPAR 。
(2) NPP 是 GPP 扣除植物自身呼吸所消耗的同化产物后的生物量,即 NPP=GPP ﹣ Ra 。
步骤:
(1) 估算光能利用率 ε
(2) 利用气候观测数据,计算太阳有效辐射 PAR
(3) 计算有效辐射截获率 FPAR (NDVI 方法、 EVI 方法)
(4) GPP=PAR×FPAR ×ε,计算 GPP
(5) 计算 NPP (两种方法)
3. 简要说明影响光合效率的胁迫因子与估算方法
胁迫因子:温度、水分、水汽压
(1) 温度胁迫因子:两种方法
(2) 水分胁迫因子:三种方法(实际蒸散 / 潜在蒸散, δθ, LSWI 地表水分指数)
(3) 水汽压亏缺的胁迫洗漱:GLO-PEM 模型的计算方法
通过影像直接估算光能利用率(PRI 指数)
4. 对比 NPP/GPP统计模型因素的异同
(1) 迈阿密模型仅考虑了环境因子中的温度和降水量, 实际上植物的净第一性生产力还受其它气候
因子的影响,用该模型估算的结果可靠性仅为 66%-75%。
(2) Thornthwaite Memorial 模型利用实际蒸散来估算生产力。 实际蒸散由于受太阳辐射、 温度、 降
水量、饱和水汽压差、气压、风速等一系列气候因素的影响,因此能把水量平衡联系在一起, 是反应一地区综合水热状况的指标; 同时, 蒸散是蒸发与蒸腾的总和, 而蒸腾与植物的光合作 用有关,通常蒸散量越大,光合作用也越强,植物的产量也越高。由此看来,该模型包含的因 子较全面,因而对植物净第一性生产力的估算较为合理。但是,迈阿密模型和 Thornthwaite Memorial 模型都缺乏理论基础。
(3) Chikugo 模型是植被生理生态学和相关统计方法相结合的产物,它综合考虑了诸因子的作用,
是较好地估算自然植被 NPP 的方法。但是,该模型在推导过程中是以土壤水分供给充分、植 物生长很茂盛条件下的蒸散来估算自然植被 NPP 的,这对于世界上广大干旱半干旱地区,该 条件得不到满足,同时该模型没有包括草原与荒漠的植被资料。
(4) 周广胜模型在干旱和半干旱区域的模拟精度优于 Chikugo 模型, 该模型实际只考虑了温度和降
水两个参数。
5. 在 GPP/NPP估算模型中,常用的植被指数有哪些?主要用于获取哪些数据或参数?
(1) EVI :可用于估算最大光能利用率。也可用于计算 FPAR 。
(2) NDVI :可用于计算 FPAR (有效辐射截获率)
CASA
模型:
GLO-PEM2模型 :
FPAR = 1.67 ·NDVI-0.08
范文五：种群群落生态系统 模型建构学案
种群、群落与生态系统——模型建构
一、概念模型
1、请尝试用集合形式构建生物圈、生态系统、生物群落、无机环境、种群、个体等相关概念之间的 模型。
2、请尝试用知识树形式构建生态系统、生态系统的结构、生态系统的功能、生产者、消费者、分解 者、非生物的物质和能量、物质循环、能量流动、信息传递、食物链和食物网等概念模型。
二、物理模型
1、生态系统能量流动模型 1
下图表示能量流经某生态系统Ⅱ营养级的变化示意图, 若 A 表示该营养级摄入的全部能量, a ~g 表 示能量值。请据图作答:
(1) B 表示 ,
(2) F 最可能表示 。 (3)若生产者所固定的太阳能总量为 y ,则营养级Ⅰ、Ⅱ 间的能量传递效率是 (用图中所给字母表示,提示答案有多种可能 ) 。 2、生态系统能量流动模型 2
下图 1表示某草原生态系统中能量流动图解,①~ ④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确 的是
A .①是输入兔的总能量
B .分解者分解动植物遗体释放出来的能量,可供绿色植物再利用 C. 图中② /①的比值代表 “ 草→兔 ” 的能量传递效率 D .③和④分别属于草和兔同化量的一部分
图 1中的①和②表示 、图 2中的①和②表示 。
3、生态系统能量流动模型 3
人工鱼塘需投喂饲料,单位:kJ/m2·y
(1)该生态系统中肉食动物同化的总能量是 2·y 该生态系统中植食动物同化的总能量是 kJ/m2·y 该生态系统中生产者固定的总能量是 kJ/m2·y (2)由植食动物输入给肉食动物的总能是 2·y 由生产者输入给植食动物的总能量是 2·y
4、生态系统碳循环模型 1
甲是 已是 丙是 丁是
5、生态系统碳循环模型 2
A 是 B 是 C 是 D 是 E 是 F 是
图
1 图
2
下图是生态系统中某元素循环模式图,这种元素是按箭头方向循环。 根据此图,回答下列问题: (1)这是什么元素的循环?
(2)上图中缺少了一个非常重要的箭头,它是? (3)A、 C 、 D 各是什么生物 ?
(4)参与过程⑤的生物种类是?这些生物的新陈代谢类型, 从同化作用方式看,应属于? 从异化方式看,应属于?
A .寄生细菌 B.腐生细菌、真菌 C.腐生动物
D .自养型 E.异养型 F.需氧型 G.厌氧型 (5)请说出①~⑥的名称。
三、数学模型
1、数学模型 1
假定当年种群数量是一年前种群数量的 λ倍,下图表示 λ值随.时间的变化曲线示意图。请完成相
关分析:
0~a 年,种群数量 _____,其年龄组成是 _________. a~b 年,种群数量 _____,其年龄组成是 _________.
b~c 年,种群数量 ______________.
c~d 年,种群数量 ______,其年龄组成是 ________.
2、数学模型 2
已知在如下所示的食物网中, C 生物同化的总能量
为 x ,其中由 A 生物直接供给 C 的比例为 a ,则按最高
的能量传递效率计算,需要 A 生物的总能量(y )与
x 的函数关系式为 ____________。
必做作业
1、如图是描述生命现象的模型(部分) ,以下相关叙述正确的是:( ) A .若 A 代表人体 B 淋巴细胞, a 为抗原刺激,则 b 、 c 可分别代表浆细胞和记忆细胞
B .若 A 代表人体下丘脑, a 为血浆渗透压下降,则 b 、 c 可分别代表产生渴觉和尿液减少 C .若 A 代表棉铃虫种群, a 为诱捕雄虫,则 b 、 c 可分别代表性别比例失调和种群密度升高 D .若 A 图代表草原, a 为过度放牧,则 b 、 c 可分别代表土地荒漠化和生物多样性升高
2、课外拓展 生命活动调节模型示意图
(1)若图表示人体内水平衡的调节,可理解为 a 表示下丘脑,它的渗透压感受器感知渗透压的变化, 合成抗利尿激素,并由 b(垂体 ) 释放,作用于 c(肾小管和集合管 ) 。
(2)若图表示反射弧结构模式图, a 表示感受器, b 表示神经中枢, c 表示效应器。兴奋在其中的传递 形式是神经冲动 (电信号 ) 、神经递质和特异性受体结合 (化学信号)
(3)若图表示预防接种后的体液免疫,若 c 为抗体,则 a 表示 B 细胞, b 表示浆细胞;若图表示一段时间 后的二次体液免疫,若 c 为抗体,则 a 表示记忆细胞, b 表示浆细胞。
(4)若图表示血糖调节途径,若 a 为胰岛,则 b 是胰岛素和胰高血糖素, c 表示相应的靶细胞,当血糖 水平升高时, a 的反应及调节的结果是胰岛 B 细胞分泌胰岛素增加, 胰岛 A 细胞分泌胰高血糖素分泌减 少,使血糖维持正常水平。
3、尝试用本节课所学知识建立血糖调节过程动态变化模型。
选作作业 课外活动:准备好 15张糖卡, 2张胰岛素卡、 2张胰高血糖素卡。要求:不同颜色的纸片。 3人一组,
模拟血糖调节过程。 (下节课前展示)
