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？

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

2 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 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。

4 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

5 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

6 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 ）

7 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

8

9 自然的、低能量补给的生态系统，是可持续发展的系 统

10 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

11 生态金字塔

12 能量流模型

13 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

14 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

15 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

16 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。

17 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: 10.1016/j.energy.2004.05.012]. Energy, 31(1), 21-32. 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

18 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。

19 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。

20 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

21 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。

22 3.10 以能量为基础的生态系统分类

23 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: 10.1016/j.energy.2004.05.012]. Energy, 31(1), 21-32. 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

24 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。