第 3 章 生态系统中的能量 汇报人：郑庆寰 2015 年 1 月 24 日

思考 为什么要研究生态系统的能量及能量流 动？它对我们认识生态系统有何意义？ 能量及相关规律是普适的吗？在社会及 金融生态系统中，可以直接运用能量规 律吗？ 研究金融系统的能量流动有何意义？如 何加以研究？

3.1 基本概念 能（能量）：做功的能力。 热力学第一定律：能量守恒定律。 热力学第二定律，也即熵定律（ Law of Entropy ）： 一种能量形式转化为另一种能量形式过程中会发生 能量衰减；熵就是度量能量衰减的无序状态（从有 序状态到耗散状态） 生态系统及生物有机体是一个开放的、非平衡的热 力学系统，该系统持续地和周围环境进行能量和物 质交换，以此来降低自身的熵值，并使外界的熵值 增加。 能量的传递及熵值的大小决定了生态系统的种群数 量、结构、功能及进化。

3.2 太阳辐射和能量环境 总的太阳能辐射流决定了有机体的生存条件，其中， 达到自养层的直接太阳光辐射总量对生产力和营养 物质的循环有重要意义，推动生态系统的运转。 没有进入生物圈中的太阳能，转换成热能、蒸汽、 降水、风等其他形式。形成了生命依赖的气候系统 和水循环。 (1) 曾建中等. 论金融生态系统提出的理论渊源及其假设 条件 [J]. 财经科学， 2007 （ 8 ） 生命主体假设：可持续发展 物质流：货币资金循环 能量流：信用流动 (2) 葛敏. 金融产业生态系统及其和谐性研究 [D].2008 能量流：货币资金循环

3.3 生产力的概念（能量转化速率） 初级生产力 净初级生产力 总初级生产力 净群落生产力 次级生产力 总能流与初级生产力大体相同 生产力和生产速率可以互换

能量补给 —— 胁迫梯度 辅助能流（能量补给）可以起到补给太阳能的作用， 使植物可以储存或传送更多的光合作用产物。如风、 降雨、潮汐、矿物燃料等。 能量补给过高的情况下，就变成能量消耗（ energy drain ）或胁迫（ stress ）

源 —— 汇能量学（ SOURCE - SINK ENERGETIC ) 是指一个生态系统生产有过剩的有机产物（源）， 输出到另一个低生产力的生态系统（汇）。 一个生态系统的生产力 = 系统生产力 + 输入能量 — 输 出能量 法国巴黎的恐 怖袭击事件

自然的、低能量补给的生态系统，是可持续发展的系 统

生产力和生物多样性的双向关系（ TWO WAY ） 当生物多样性提高的时候，生产力或许会提高；但 生产力提高后，总是使生物多样性降低。 富营养环境会带来害虫、有毒野草和害病生物。 联系到金融生态系统

生态金字塔

能量流模型

3.4 食物链及食物网中的能量分配 食物链越短，种群获得的能量越多 食物链越长，能量的品质或浓度在传递中增加 两种形式：牧食食物链、碎食食物链

次贷证券化运行框架 债务人 次级贷款 发放人 次级贷款 发放人 投资者投资者 投资 银行 投资 银行 特殊目的机 构（ SPV ） 特殊目的机 构（ SPV ） 支付价款 发行收入 发行次贷债券 销售次贷债券 出售次贷组合 抵押住房抵押住房 发放贷款发放贷款 信用 评级 机构 信用 评级 机构 现金流 信用评级信用评级 保险保险

报偿反馈（ reward feedback ）：当能量流中的 “ 下游 ” 生物对它的 “ 上游 ” 食物来源有正面影响时，也就是说 一个消费生物（例如食草生物或寄生虫）的某些习 性对维持它的食物资源（植物或寄主）的生存有一 定作用。 生态效率（ ecological efficiencies ）：食物链不同点 间的能量流动比率 能流自上而下控制和自下而上控制

3.5 能质：能值 能值（ emergy ）：可用的被直接或间接用于创造服 务或产品的能量总量。 能值可以用来比较和连接市场上的货物与服务价值 和自然资本（非市场）的货物与服务价值。

M ASS -E NERGY F LOWS AND U RBAN M ETABOLISM Odum, H. T. (1996). Environmental accounting: EMERGY and environmental decision making. New York: John Wiley & Sons, Inc. Odum, H. T. (1998). EMERGY evaluation. Paper presented at the International Workshop on Advances in Energy Studies: Energy flows in ecology and economy. Odum, H. T., & Odum, E. C. (2006). The prosperous way down. [doi: DOI: /j.energy ]. Energy, 31(1), 沈传河等. 区域金融生态风险及其评价 [J]. 金融发展研究， 2010 （ 3 ） 杨海波. 基于生态学能量流动理论的区域创新系统研究 杨海波. 基于生态学能量流动理论的区域创新系统研究 [D],2012 郝林静 郝林静. 能量势差下供应链金融生态系统核心企业的能量 扩散效应 [D],2013

3.6 个体大小与新陈代谢： 3/4 幂法则 食物链中能量稳定流动所提供的现存生物量不仅仅 取决于它在食物链中的位置，同时取决于个体大小。 生物越小、生物量越低，越容易得到一个特定营养 级的支持。 反之，生物越大，现存生物量越大，越不容易维持。 通常，动物个体的新陈代谢率以它们体重的 3/4 次幂 增加。

3.7 复杂系统理论、能量学尺度及收益递减 规律 规模收益递增（规模经济）：系统复杂性增加时， 抗干扰和稳定性增加。 规模收益递减（规模不经济）：系统复杂性增加时， 需要更多的能量来维持系统结构和功能。 当生态系统变得越来越复杂时，群落呼吸占总生产 力的比率增加，用于进一步增长的能量比率会降低。

3.8 承载力及可持续性 承载力（ carrying capacity ）：所有可用的输入能量 用以维持所有基础结构和功能的状态，即 P （生产量） =R （呼吸消耗），此时的总生物量为最大承载力 （ maximum carrying capacity ）。 最适承载力（ optimum carrying capacity ）小于最 大承载力，在面对环境的不确定性时能长时间维持 生态系统稳定。 葛敏. 金融产业生态系统及其和谐性研究 [D].2008

3.9 净能 净能（ net energy ）：生产能量大于维持转换系统的 能量耗费。

3.10 以能量为基础的生态系统分类

参考文献 Odum, H. T. (1996). Environmental accounting: EMERGY and environmental decision making. New York: John Wiley & Sons, Inc. Odum, H. T. (1998). EMERGY evaluation. Paper presented at the International Workshop on Advances in Energy Studies: Energy flows in ecology and economy. Odum, H. T., & Odum, E. C. (2006). The prosperous way down. [doi: DOI: /j.energy ]. Energy, 31(1), 沈传河等. 区域金融生态风险及其评价 [J]. 金融发展研究， 2010 （ 3 ） 杨海波. 基于生态学能量流动理论的区域创新系统研究 杨海波. 基于生态学能量流动理论的区域创新系统研究 [D],2012 郝林静 郝林静. 能量势差下供应链金融生态系统核心企业的能量 扩散效应 [D],2013 葛敏. 金融产业生态系统及其和谐性研究 [D].2008

练习题 1. 名词解释 能量及热力学第一、第二定律 各级生产力 报偿反馈 能值 生态承载力和可持续性 源 — 汇能量学 2. 简述 ①简述生产力和生物多样性的关系 ②简述食物链（食物网）中的能量如何分配 3. 案例应用 请结合具体产业，在第一章生态学模型基础上，构建能流模型，界定某产业中，什么是能量， 是否符合自然界的热力学定律、如何流动，对该产业系统会产生何种影响等。