初级生产和分解

初级生产设定了生态系统的能量预算，而分解则通过分解死亡物质并将养分重新循环来完成这个循环。

Definition

初级生产是自养生物合成有机物的过程，分解是异养生物分解有机物的过程；它们共同决定了生态系统中碳和养分的储存和周转。

Scope

本主题涵盖了控制生态系统碳和养分的两个相反的通量：初级生产，即自养生物固碳及其限制因素，以及分解，即碎食动物和微生物对死亡有机物的分解。它涉及总初级生产和净初级生产、光照、水分、温度和养分的控制、分解速率和凋落物质量，以及土壤有机质的形成和周转。

Core questions

• 在不同生态系统中，什么限制了初级生产的速率？
• 总初级生产和净初级生产有何不同？
• 什么控制着死亡有机物分解的速率？
• 生产和分解如何共同调节碳和养分的储存？

Key theories

生产的资源限制

初级生产受光照、水分、温度以及特别是氮和磷等限制性养分供应的制约，因此最限制性的资源设定了碳固定的上限。

分解的控制因素

分解速率受气候、凋落物的化学质量和分解者群落的影响，低温、涝渍或难分解的凋落物会减缓分解并促进有机物的积累。

Mechanisms

自养生物在光合作用过程中将二氧化碳固定为有机化合物，其速率（总初级生产）由光捕获决定，并受水分、温度和养分有效性的限制；减去植物呼吸作用后得到净初级生产。死亡的植物和动物材料被碎食动物分解，并被真菌和细菌酶解，释放二氧化碳并将养分矿化为植物可重复利用的形式。当分解滞后于生产时——由于寒冷、缺氧或难分解的凋落物——有机碳会以土壤有机质或泥炭的形式积累。

Clinical relevance

生产和分解控制着土壤肥力、土壤和植被中的碳储存、农业产量以及碳循环对土地利用和气候变化的响应。这属于教育背景，而非管理处方。

History

初级生产的定量测量在20世纪60年代和70年代通过国际生物学计划得到扩展，分解研究将凋落物质量与养分循环联系起来。卫星遥感后来实现了陆地和海洋净初级生产的全球估算，如菲尔德及其同事在1998年所综合的那样。

Key figures

• Eugene Odum
• F. Stuart Chapin
• Peter Vitousek
• Christopher Field

Seminal works

• chapin2011
• field1998
• begon2006

Frequently asked questions

什么是净初级生产？

净初级生产是生产者在减去自身呼吸作用所消耗的能量后，所创造和保留的有机物量；它代表了生态系统其余部分可利用的新生物量。

为什么有些土壤中会积累有机质？

当寒冷、涝渍或低质量凋落物等条件使分解速率低于生产速率时，死亡有机物的积累速度快于其分解速度，从而形成肥沃的土壤或泥炭。