[科普中国]-第一性生产者

简介

绿色植物，能用无机物制造营养物质的自养生物，这种功能就是光合作用，也包括一些化能细菌(如硝化细菌)，它们同样也能够以无机物合成有机物，生产者在生态系统中的作用是进行初级生产或称为第一性生产，因此它们就是初级生产者或第一性生产者，它所固定的太阳能或所制造的有机物质的数量就称为初级生产量或第一性生产量。生产者的活动是从环境中得到二氧化碳和水，在太阳光能或化学能的作用下合成碳水化合物(以葡萄糖为主)。因此太阳辐射能只有通过生产者，才能不断的输入到生态系统中转化为化学能力即生物能，成为消费者和分解者生命活动中唯一的能源。1

主要类型在淡水生态系统中第一性生产者主要是浮游植物-藻类，以及一些生长在浅水中的有根植物或漂浮植物(淡水生态系统中的植物分为：浮水植物、挺水植物、潜水植物)。森林和草地生态系统中的第一性生产者是绿色植物如草本植物、灌木和乔木。在深海和其他类似生态系统中，第一性生产者是可以利用还原态无机物如硫化氢的化能合成细菌(硫细菌)。1

生产过程（1）生产者通过光合作用合成复杂的有机物质，使得植物的生产量（包括个体数量和生长）增加；

（2）消费者摄食植物已经制造好的有机物质（包括直接的取食植物和间接的取食食草动物和食肉动物），增加动物的生产量。

生产量的测定方法(一)收割法 (harvest method)

即定期地把所测植物收割下来并对它们进行称重(干重)。植物被收割的部分要依据研究目的而定，草本植物通常只收割地上部分，水生植物也常常是这样。但最近的研究表明：忽视对植物根的测定往往会造成很大的误差，特别是树木和很多水生植物其根系往往很发达。因为有机物质的转移主要是发生在植物的地上部分和地下部分之间，所以只对植物体的某些部分进行取样就难免产生较大误差。

收割法用于野生植物时常常需要进行多次收割，对现存量至少要进行两次测定，一次在生长季开始时，一次在生长季结束时。

用连续收割的方法也可以精确地测定森林的净初级生产量，但这种工作是很费力的，也是非常困难的,在实际操作中受到一定限制。

（二）二氧化碳同化法

在陆地生态系统中，植物在光合作用中所吸收的二氧化碳和在呼吸过程中所释放的二氧化碳都可利用红外气体分析仪加以测定。把植物的叶或枝放入一个已知面积或体积的透光容器内，用红外气体分析仪便可测定二氧化碳进入和离开这个密封容器的数量。所测得的数据实际上是短期间的净初级生产量。如果我们设置一个不透光的容器作比较，该容器内只有植物的呼吸过程而没有光合作用，因此在一定时期内所释放出来的二氧化碳量可作为植物呼吸量的一个测度。此值加上在透光容器内所测得的值就可以大体代表该系统的总初级生产量上面所说的那种把树木的枝叶放入密封室中的小取样测定显然有其局限性，比密封室的方法更先进一点的方法是空气动力法(aerodynamic method)。这种方法是在生态系统的垂直方向按一定间隔安置若干二氧化碳检测器，这些检测器可定期对不同层次上的二氧化碳浓度进行检测。自养生物层内(有光合作用)的二氧化碳浓度与自养生物层以上(无光合作用)二氧化碳浓度之差便是净初级生产量的一个测度。1

限制因素影响第一性生产者生产量的因素除了日光外，还有三个重要的物质因素(水，二氧化碳和营养物质)和二个重要的环境调节因素(温度和氧气)。可以说初级生产量是由光、二氧化碳、水、营养物质、氧和温度六个因素决定的，六种因素各种不同的组合都可能产生等值的初级生产量，但是在一定条件下，单一因素可能成为限制这个过程的最重要因素。

在全球范围内，决定陆地生态系统初级生产力的因素往往是日光、温度和降水量，但在局部地区，营养物质的供应状况往往决定着某些陆地生态系统的生产力。例如，施用氮、磷、钾肥的农作物往往能够获得高产，试验表明：施肥玉米的生产量可高达1050g/m2.a，而不施肥玉米的生产量则只有410g/m2.a。

淡水生态系统中，水体中温度是同光强度密切相关的，因此很难作为一个独立因子对它进行分析，但营养物对湖泊的初级生产量有明显影响，植物的生长需要氮、磷、钾、钙、硫、氯、钠、镁、等多种元素。这些营养元素并不是都能单独起作用的，因此很难分析每一种元素的具体作用。

海洋生态系统中，光对于初级生产量有着重要影响。海水很容易吸收太阳辐射能，在距海洋表面1米深处，便可有一半以上的太阳辐射能被吸收掉(几乎包括全部红外光能)，即使是在清澈的水域，也只有大约5～10%的太阳辐射能可到达20米深处， 同陆地相比，海洋的生产力明显偏低，原因也主要是海水中缺乏营养物质。肥沃的土壤可含5%的有机物质和多达0.5%的氮，但在海洋中，富饶的海水也只含有0.00005%的氮。而在深水中虽然含有高浓度的营养物质，但光线又不足。