生態(tài)系統是個(gè)熱力學(xué)系統

   生態(tài)系統中能量傳遞（energy transfer）和轉換（transformation）是遵循了熱力學(xué)的兩條定律：

   第一定律：△H=Qp+Wp                      （8.1）

   第二定律：△H=△g+T△S                    （8.2）

   式中：△H是系統中焓的變化；Qp、Wp為凈熱凈功，各自獨立的和外界環(huán)境發(fā)生交換。在常壓下，△g是系統內自由能的變化，T是絕對溫度（K），△S為系統內的熵變。

   式（8.1）為能量守恒定律，即能量可由一種形式轉化為其他形式的能量。進(jìn)入系統的能量等于系統內儲存的能減去所釋放的能。能量既不能消滅，也不能憑空創(chuàng )造。

   式（8.2）闡述了任何形式的能（除了熱）轉到另一種形式能的自發(fā)轉換中，不可能100%被利用，總有一些能量作為熱的形式被耗散出去，熵就增加了。所以，熱力學(xué)第二定律又稱(chēng)熵律（Law of Entropy）。

   把熱力學(xué)定律應用于生態(tài)學(xué)能量流動(dòng)中是項極為有意義的工作。生物體是開(kāi)放的不可逆的熱力學(xué)系統。它和外界環(huán)境有焓的變換（H），要固定熱能（TS）和外界摩擦生熱（Q）。而呼吸作用損耗僅是Q的一部分熱交換而不是TS。熱力學(xué)定律表示了能量的守恒、轉換和耗散。據此，可以準確地計算一個(gè)生態(tài)系統的能量收支。

   Wiegert（1968）發(fā)展了熱力學(xué)的方程式。

   第一定律（在一個(gè)開(kāi)放系統）△H=H1-H2-Qsr-Wsr                     （8.3）

   生態(tài)學(xué)能量預算：P=i-E-R-Wsr                                （8.4）

   式中：△H：系統的焓（enthalpy即熱涵）；H1：輸入物質(zhì)的焓含量；H2：輸出物質(zhì)的焓含量；Qsr：和外界凈熱量的交換；Wsr：和外界凈功的交換；P：生成物質(zhì)的焓；i：食入物質(zhì)的焓；E：消化物質(zhì)的焓；R：凈呼吸熱量損失。

   能量在生態(tài)系統中流動(dòng)的特點(diǎn)：

一、能流在生態(tài)系統中是變化著(zhù)的

   能流在生態(tài)系統中和在物理系統中不同。能流和以下兩項相關(guān)。①一定的摩擦損失或遺漏的能量；②一定系統的傳導性或傳導系數。在非生命的物理系統中（電、熱、機械等）是復雜的，但是從原則上說(shuō)是有規律的，可以用直接的形式來(lái)表達。并且，對一定的系統來(lái)說(shuō)又是一個(gè)常數。例如，在一定的溫度下，銅導線(xiàn)中的電流在每時(shí)每刻都是相同的（10V）。在生態(tài)系統中，能流是變化的，以捕食者-被食者為例，力為被食者單位能量的含量和捕食者單位的產(chǎn)出能量。流（假定為捕食者所消化并轉化為新的生物量）取決于輸入端的消化率和輸出端捕食者的新生物量產(chǎn)生速度的因素。無(wú)論是短期行為，還是長(cháng)期進(jìn)化都是變動(dòng)的。

二、能量是單向流

   生態(tài)系統能量的流動(dòng)是單一方向的（one way flow of energy）。能量以光能的狀態(tài)進(jìn)入生態(tài)系統后，就不能再以光的形式存在，而是以熱的形式不斷地逸散于環(huán)境之中。熱力學(xué)第二定律注意到宇宙在每一個(gè)地方都趨向于均勻的熵。它只能向自由能減少的方向進(jìn)行而不能逆轉。所以，從宏觀(guān)上看，熵總是日益增加。

   能量在生態(tài)系統中流動(dòng)，很大一部分被各個(gè)營(yíng)養級的生物利用。與此同時(shí)，通過(guò)呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統中參與流動(dòng)。因為至今尚未發(fā)現以熱能作為能源合成有機物的生物。

   能流的單一方向性主要表現在三個(gè)方面：①太陽(yáng)的輻射能以光能的形式輸入生態(tài)系統后，通過(guò)光合作用被植物所固定，此后不能再以光能的形式返回；②自養生物被異養生物攝食后，能量就由自養生物流到異養生物體內，也不能再返回給自養生物；③從總的能流途徑而言，能量只是一次性流經(jīng)生態(tài)系統，是不可逆的。

   物質(zhì)在生態(tài)系統中做循環(huán)式運動(dòng)。也就是說(shuō)，任何一個(gè)元素、一種物質(zhì)可以一而再，再而三地被利用。

   能量以物質(zhì)作為載體，同時(shí)又推動(dòng)著(zhù)物質(zhì)的運動(dòng)。能量流與物質(zhì)流是不能截然分開(kāi)的。

三、能量在生態(tài)系統內流動(dòng)的過(guò)程，就是能量不斷遞減的過(guò)程

   從太陽(yáng)輻射能到被生產(chǎn)者固定，再經(jīng)植食動(dòng)物，到食肉動(dòng)物，再到大型食肉動(dòng)物，能量是逐級遞減的過(guò)程。這是因為：①各營(yíng)養級消費者不可能百分之百地利用前一營(yíng)養級的生物量；②各營(yíng)養級的同化作用也不是百分之百的，總有一部分不被同化。③生物在維持生命過(guò)程中進(jìn)行新陳代謝?？偸且囊徊糠帜芰?。

四、能量在流動(dòng)中，質(zhì)量逐漸提高

   能量在生態(tài)系統中流動(dòng)有一部分能量以熱能耗散外，另一部分的去向是把較多的低質(zhì)量能轉化成另一種較少的高質(zhì)量能。從太陽(yáng)能輸入生態(tài)系統后的能量流動(dòng)過(guò)程中，能的質(zhì)量是逐步提高和濃集的。

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——摘自科學(xué)出版社·蔡曉明編著(zhù)·《生態(tài)系統生態(tài)學(xué)》·第二篇 生態(tài)系統功能·第八章 第一節