第2节生态系中的能量流动

1、生态系统的功能：能量流动生态系统的功能：能量流动 物质循环物质循环 信息传递信息传递生物体的能生物体的能 （1）生命（生物体）中的能是何种形式的能？）生命（生物体）中的能是何种形式的能？ 生命（生物体）中的能贮存在何处？生命（生物体）中的能贮存在何处？ （2）生命（生物体）中的能是如何从非生物界中的能转换）生命（生物体）中的能是如何从非生物界中的能转换来的？来的？ 它又是如何转换为非生物界中的能？它又是如何转换为非生物界中的能？ （3）生命（生物体）中的能是如何在生物之间转换的？）生命（生物体）中的能是如何在生物之间转换的？化学能化学能 有机物中有机物中 光能光能 光反应光反应 H2O有机物中

2、的化学能有机物中的化学能 植物的光合作用植物的光合作用 CO2 暗反应暗反应 ATP有机物中的化学能有机物中的化学能 动植物、微生物的动植物、微生物的呼吸作用呼吸作用 热能热能 ATP各项生命活动各项生命活动 遗体不被利用遗体不被利用煤、石油等化学能煤、石油等化学能 还有其它生物吗？还有其它生物吗？一、能量流动的概念和过程一、能量流动的概念和过程 生态系统中能量的生态系统中能量的输入、输入、传递、转化和散失传递、转化和散失的过程。的过程。1.概念概念生产者生产者消费者消费者分解者分解者无机环境无机环境生态系统的能量流动生态系统的能量流动生态系统中能量的生态系统中能量的输入、传递、转化、散失输入

3、、传递、转化、散失的过程的过程输输入入散散失失散散失失散散失失传递传递、转化转化光合作用光合作用 化能合成作用化能合成作用呼吸作用呼吸作用食物链食物链 食物网食物网2.生态系统能量的流动过程生态系统能量的流动过程输入：输入：生产者所生产者所固定固定的全部太阳能的全部太阳能生产者生产者1%光合作用光合作用 （起点）（起点） 能不能从动物开始，为什么能不能从动物开始，为什么？太阳能太阳能（化学能）（化学能）(存在有机物中存在有机物中) 分解者分解者生态系统能量的流动过程生态系统能量的流动过程传递、转化：传递、转化：（起点）（起点） 途径途径食物链和食物网食物链和食物网生产者生产者(植物植物)初级消

4、费者初级消费者(植食动物植食动物)次级消费者次级消费者(肉食动物肉食动物)三级消费者三级消费者(肉食动物肉食动物)呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸分解者分解者呼吸呼吸散失散失呼吸作用，热能散失，呼吸作用，热能散失， 不可循环不可循环能量流动过程：能量流动过程：生产者生产者呼吸作用呼吸作用初级消费者初级消费者第一营养级第一营养级第二营养级第二营养级分解者分解者生产者生产者初级消费者初级消费者摄食摄食所所固定固定的的 太阳能太阳能热能热能散失散失去路去路储存在储存在 有机物中有机物中生长发育繁殖生长发育繁殖等生命活动等生命活动残枝落叶残枝落叶能量的传递：能量的传递： 有损失有损失呼吸作用消耗呼吸作

5、用消耗 被分解者利用被分解者利用未被利用未被利用 初级消费者初级消费者摄入摄入用于生长用于生长发育和繁殖发育和繁殖次级消费者次级消费者摄入摄入呼吸呼吸散失散失遗体遗体残骸残骸初级消费者初级消费者同化同化分解者利分解者利用用粪便粪便呼吸呼吸散失散失.能量流经第二营养级能量流经第二营养级示意图示意图1.1.能量的输入能量的输入(2)(2)流入生态系统的总能量：生产者固定的太阳能总量。流入生态系统的总能量：生产者固定的太阳能总量。(1)(1)源头源头几乎所有的生态系统几乎所有的生态系统太阳能太阳能深海热泉生态系统深海热泉生态系统氧化无机物产生的化学能氧化无机物产生的化学能2.2.能量的流动能量的流动

6、(1)(1)能量流动中的能量转化形式：太阳光能能量流动中的能量转化形式：太阳光能生物生物体内有机物中的化学能体内有机物中的化学能热能，即主要通过食物关系热能，即主要通过食物关系进行，而热能是能量流动的最终点，分解者将流入生进行，而热能是能量流动的最终点，分解者将流入生态系统的能量最终以热能形式散失态系统的能量最终以热能形式散失。注意以下几点：注意以下几点：（3）能量流动起点：生产者（第一营养级）能量流动起点：生产者（第一营养级） （2）能量传递形式：有机物中的化学能）能量传递形式：有机物中的化学能(3)(3)能量流动的途径：食物链和食物网。能量流动的途径：食物链和食物网。(4)(4)流动过程（

7、如图所示）：流动过程（如图所示）：同化量：生物将从外界所摄取的物质转化为同化量：生物将从外界所摄取的物质转化为 自身的组成物质的生理过程。自身的组成物质的生理过程。能量从上一个营养级流入下一个营养级的量能量从上一个营养级流入下一个营养级的量是指被下一个营养级同化的能量即同化量，是指被下一个营养级同化的能量即同化量，并不是摄入量。因为有一小部分能量存在并不是摄入量。因为有一小部分能量存在于动物排出的粪便中未被利用，最终流向于动物排出的粪便中未被利用，最终流向分解者。因此，真正流入下一营养级的能分解者。因此，真正流入下一营养级的能量应是该级生物的同化量，即流入某一营量应是该级生物的同化量，即流入某

8、一营养级的能量养级的能量=该营养级的同化量该营养级的同化量=该营养级该营养级的摄入量的摄入量该营养级的粪便量。该营养级的粪便量。 如羊吃草，不能说草中的能量都流入如羊吃草，不能说草中的能量都流入了羊体内，流入羊体内的能量应是指了羊体内，流入羊体内的能量应是指被羊消化吸收后转变成羊自身的组成被羊消化吸收后转变成羊自身的组成物质中所含的能量，而未被消化吸收物质中所含的能量，而未被消化吸收的食物残渣（粪便）未进入羊体内，的食物残渣（粪便）未进入羊体内，不能算流入羊体内的能量。某一营养不能算流入羊体内的能量。某一营养级粪便中的能量属于上一营养级生物级粪便中的能量属于上一营养级生物的同化量。即该级生物同

9、化量还应包的同化量。即该级生物同化量还应包括下一营养级生物的粪便量。括下一营养级生物的粪便量。一个营养级所同化的能量，有四个去向：一个营养级所同化的能量，有四个去向：a.呼吸作用消耗；呼吸作用消耗；b.被下一营养级同化（食物链的最后一个营被下一营养级同化（食物链的最后一个营养级除外）；养级除外）；c.遗体、残骸等被分解者分解（流向分解者遗体、残骸等被分解者分解（流向分解者的量）。的量）。d.未被利用。未被利用。光合作用光合作用（5 5）能量的转化）能量的转化生产者：光能生产者：光能 有机物中的化学能有机物中的化学能消费者：食物化学能消费者：食物化学能 自身化学能自身化学能（6 6）能量的散失）

10、能量的散失形式：热能，是能量流动的最后形式。形式：热能，是能量流动的最后形式。主要途径：呼吸作用。主要途径：呼吸作用。过程：有机物（化学能）过程：有机物（化学能） ATPATP：用于生物的各项生命活动：用于生物的各项生命活动 热能：散失热能：散失（热能不能被生物群落重复利作，即能量流动无法循环）（热能不能被生物群落重复利作，即能量流动无法循环）特殊途径：动、植物遗体形成的煤炭、石油等特殊途径：动、植物遗体形成的煤炭、石油等 热能。热能。消化、吸收消化、吸收合成合成生产者、消费者、分解者生产者、消费者、分解者呼吸作用呼吸作用能量能量工业工业燃烧燃烧1.单向流动单向流动（1）食物链各营养级的顺序是

11、不可逆转的，）食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。这是长期自然选择的结果。 能量之所以单向流动即能量只能从第一营能量之所以单向流动即能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面各养级流向第二营养级，再依次流向后面各个营养级，既不能逆向流动，也不能循环个营养级，既不能逆向流动，也不能循环流动，这是因为生物之间的捕食关系是一流动，这是因为生物之间的捕食关系是一定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流。不能逆流。（2）各营养级的生物在细胞呼吸时产生的热能，）各营养级的生物在细胞呼吸时产生的热能，全部被散失掉了，这些能量是不能再利用的

12、。全部被散失掉了，这些能量是不能再利用的。 由于太阳能是生态系统能量的源头，生产者只有由于太阳能是生态系统能量的源头，生产者只有通过光合作用，才能将太阳能固定在它所合成的通过光合作用，才能将太阳能固定在它所合成的有机物中并输入到生态系统的第一营养级。而当有机物中并输入到生态系统的第一营养级。而当能量沿食物链流动时，每个营养级的生物都进行能量沿食物链流动时，每个营养级的生物都进行呼吸作用释放一部分热能，这部分热能一旦散失，呼吸作用释放一部分热能，这部分热能一旦散失，生产者是不能固定的。因此，能量不能循环流动。生产者是不能固定的。因此，能量不能循环流动。由此可见，生态系统是一个开放的能量耗散系统，

13、由此可见，生态系统是一个开放的能量耗散系统，太阳能必须不断地输入生态系统，才能满足各营太阳能必须不断地输入生态系统，才能满足各营养级生物对能量的需求。但是，生态系统从属于养级生物对能量的需求。但是，生态系统从属于“物理系统物理系统”，其能量流动照样遵循能量守恒定，其能量流动照样遵循能量守恒定律。律。林德曼效率：一个营养级的同化量与上林德曼效率：一个营养级的同化量与上一个营养级的同化量的比值，又称为一个营养级的同化量的比值，又称为能量传递效率。能量传递效率。传递效率传递效率下一营养级的同化量下一营养级的同化量本营养级的同化量本营养级的同化量传递效率的相关计算：传递效率的相关计算：（计算下面的能量

14、传递效率）（计算下面的能量传递效率）赛达伯格湖的能量流动图赛达伯格湖的能量流动图49753949707413.5传递传递20传递传递0.1输入输入能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约只有能量在相邻的两个营养级间的传递效率大约只有_10%2020.73060 逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、未被下一个营养级利用。者分解、未被下一个营养级利用。.即在一生态系统的营即在一生态系统的营养级间能量流动中，传递效率最小为养级间能量流动中，传递效率最小为10%（可小于（可小于10%），最大为），最大为20%（不能超过（不能超过20%）由单位时间内各营养级所得

15、到的能量数值由单位时间内各营养级所得到的能量数值由低到高由低到高绘制的图形叫做绘制的图形叫做能量金字塔能量金字塔. 说一说说一说能量金字塔可以说明能量金字塔可以说明什么问题？什么问题？在一个生态系统中，营养级在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动的过程中越多，在能量流动的过程中消耗的能量就越多，能量流消耗的能量就越多，能量流动是单向、逐级递减的。动是单向、逐级递减的。5-95-9你知道吗？你知道吗？ 生态系统中的能量流动一般不超生态系统中的能量流动一般不超过过4 45 5个营养级。为什么？个营养级。为什么？第一营第一营养级养级第二营第二营养级养级第三营第三营养级养级第四营第四营养级养级第五营

16、第五营养级养级第六营第六营养级养级A A1 15 5A A1 12525A A1 1125125A A1 1625625A A1 131253125A A( 0 )0.00032 A Content1.1.为什么说为什么说“一山不容二虎一山不容二虎”？2.2.任何生态系统都需要不断得到来自任何生态系统都需要不断得到来自 的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。由于虎是较高营养级的生物，每个个体，由于虎是较高营养级的生物，每个个体，所需要的能量较多，因而所需食物较多，所需要的能量较多，因而所需食物较多，所占据的区域较大。所占据的区域较大。系统外系统外学以致

17、用：学以致用：假设你像鲁滨逊那样流落在不毛假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，只有的荒岛上，只有15kg玉米和一玉米和一只母鸡可以食用，那么只母鸡可以食用，那么使自己活使自己活的最长的最长的办法是的办法是 : 1 1、先吃鸡，再吃玉米。、先吃鸡，再吃玉米。2 2、先吃玉米，同时用一部分玉米喂、先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。 为了让你维持更长的时间来等待为了让你维持更长的时间来等待救援，我们应选择救援，我们应选择策略策略1:1:食物链中营养级的呈现形式（书写食物链的食物链中营养级的呈现形式（书写食物链的几种标准）：几种标准）：（1）以金字塔

18、图形形式呈现：）以金字塔图形形式呈现：如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘成图，可形成一个金字塔图形，叫能由低到高绘成图，可形成一个金字塔图形，叫能量金字塔。量金字塔。 第二营养级第二营养级第一营养级第一营养级第三营养级第三营养级第四营养级第四营养级低低高高能量能量高高低低营养级营养级能量金字塔毎一台阶分别代表食物链中毎一营养级生物所含能量能量金字塔毎一台阶分别代表食物链中毎一营养级生物所含能量多少。其形状表明能量沿食物链流动过程具有逐级递减的特征。多少。其形状表明能量沿食物链流动过程具有逐级递减的特征。能量金字塔能量金字塔数量金字

19、塔数量金字塔生物量金字塔生物量金字塔形状形状特点特点正金字塔形正金字塔形一般为正金字塔形，有时一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形，如树会出现倒金字塔形，如树上昆虫与鸟的数量关系上昆虫与鸟的数量关系正金字塔形正金字塔形象征含义象征含义能量沿食物链流动过程中能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性具有逐级递减的特性生物个体数目在食物链中生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减随营养级升高而逐级递减生物量（现存生物有机生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链物的总质量）沿食物链流动，逐级递减流动，逐级递减每一阶每一阶含义含义食物链中每一营养级生物食物链中每一营养级生物所含能量的多少所含能量的

20、多少每一营养级生物个体的数每一营养级生物个体的数目目每一营养级生物的总生每一营养级生物的总生物量物量项目项目类型类型生态系统中的金字塔包括能量金字塔、数量金字生态系统中的金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。塔和生物量金字塔。自然条件下，能量金字塔永远是正金字塔，不会出现倒置的情况；但数量金字塔可能会出现倒置的情况，如一棵树上生活着多只鸟和许多昆虫，其数量金字塔如图所示： 树树虫虫鸟鸟原因是前一营养级的生物个体较大，后一营原因是前一营养级的生物个体较大，后一营养级的生物个体较小。养级的生物个体较小。（2 2）以曲线图或柱形图的形式呈现）以曲线图或柱形图的形式呈现以曲线图形式呈现：以曲

21、线图形式呈现：乙乙丙丙甲甲相对数量相对数量时间时间分析：以上图所反应的食物链为：乙分析：以上图所反应的食物链为：乙 丙丙 甲甲以柱形图形式呈现：以柱形图形式呈现： 有机物总量有机物总量甲甲乙乙丙丙以上柱形图反应的食物链为：丙以上柱形图反应的食物链为：丙 甲甲 乙乙（3 3）以表格数据形式直接或间接呈现）以表格数据形式直接或间接呈现: : 生物富集作用：是指环境中的一些污染物生物富集作用：是指环境中的一些污染物如重金属、化学农药通过食物链在生物体如重金属、化学农药通过食物链在生物体内大量积聚的过程。内大量积聚的过程。 因为这些污染物一般具有化学性质稳定，因为这些污染物一般具有化学性质稳定，而不易

22、分解，在生物体内积累而不易排出而不易分解，在生物体内积累而不易排出等特点，所以，生物富集作用随食物链的等特点，所以，生物富集作用随食物链的延长而不断加强，食物链越长，营养级越延长而不断加强，食物链越长，营养级越高，生物富集作用量越大（富集量在高，生物富集作用量越大（富集量在1010倍倍以内为同一营养级）。以内为同一营养级）。如某生态系统中生物体内残留有机汞的情况如下表：生物体ABCDE有机汞浓度（ppm) 0.0570.51680.39此表所呈现的食物链为：此表所呈现的食物链为： ACEBD1 1、帮助人们科学规划、设计人工生态系统，、帮助人们科学规划、设计人工生态系统， 使能量得到最有效的利

23、用。使能量得到最有效的利用。如如:生态农业生态农业(桑基鱼塘桑基鱼塘)桑基鱼塘“桑基鱼塘桑基鱼塘”的设计理念的设计理念是从人类所是从人类所需出发，通需出发，通过能量多级过能量多级利用，充分利用，充分利用流经各利用流经各营养级的能营养级的能量，提高生量，提高生产效益。产效益。粪便粪便秸秆秸秆农作物农作物人人牲畜牲畜燃烧燃烧污染环境、影响飞机污染环境、影响飞机起降等。起降等。研究能量流动的实践意义1 1、使能量得到最有效的、使能量得到最有效的利用。利用。饲料饲料沼气池沼气池粪便粪便燃料燃料沼渣沼渣农田农田生态系统生态系统2、帮助人们合理地调整生态系统中的能量、帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动

24、关系，使能量持续高效地流向对人类最流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。有益的部分。如如:草场放牧草场放牧牧民草原如何放牧，才能达到产畜量高牧民草原如何放牧，才能达到产畜量高又不会导致草场退化？又不会导致草场退化？合理确定载畜量，灭鼠、灭虫合理确定载畜量，灭鼠、灭虫 如果你承包了某一草场，那在该草如果你承包了某一草场，那在该草场上放养多少头羊经济效益最好呢？场上放养多少头羊经济效益最好呢？有人认为放养的数目越多经济效益就越好。有人认为放养的数目越多经济效益就越好。有人认为放养的数目少经济效益就好。有人认为放养的数目少经济效益就好。载畜量载畜量=牧草光合作用固定的太阳能牧草光合作用固

25、定的太阳能20% 四、能量流动的计算：四、能量流动的计算：1、根据规定的能量流动效率直接计算：、根据规定的能量流动效率直接计算：例例1.如果一个人食物有如果一个人食物有1/2来自绿色植物，来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传来自羊肉，假如传递效率为递效率为10%，那么该人毎天增加，那么该人毎天增加1千克体千克体重，约消耗植物多少千克？重，约消耗植物多少千克？（先画出有关的食物网：（先画出有关的食物网：植物植物人人羊羊小型肉食动物小型肉食动物1/21/41/4答案：答案：280千克千克例例2.假如一个人在代谢过程中的增重量假如一个人在代谢过程中的增重量1

26、/2来来自植物，自植物，1/4来自牛肉和牛奶，来自牛肉和牛奶，1/4来自小型来自小型肉食动物，并且能量在各营养级之间的传肉食动物，并且能量在各营养级之间的传递效率均为递效率均为10%。现共有植物。现共有植物G克，如果不克，如果不计人呼吸作用所消耗的能量，此人体重最计人呼吸作用所消耗的能量，此人体重最多能增加多少克？多能增加多少克？(先写出食物网：先写出食物网：植物植物牛牛人人植食动物植食动物小型肉食动物小型肉食动物1/21/41/4答案：答案：1/280G克克例例3.某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是量分别是W1和和W2，当下列哪种情况发生

27、时，最，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏？有可能使生态平衡遭到破坏？ A. W1W2 B. W15W2 C. W110W2 D.W15W22、根据隐含的能量传递效率进行计算：、根据隐含的能量传递效率进行计算：例：在某生态系统中，已知例：在某生态系统中，已知1只只2千克的鹰要吃千克的鹰要吃10千千克的小鸟，克的小鸟，0.25千克的小鸟要吃千克的小鸟要吃2千克的昆虫，而千克的昆虫，而100千克的昆虫要吃千克的昆虫要吃1000千克的绿色植物。若各千克的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全部转化成能理，那么营养级生物所摄入的食物全部转化成能理，那么这只鹰转化绿色植物的百分比应为多少这

28、只鹰转化绿色植物的百分比应为多少? A.0.05% B.0.5% C.0.25% D.0.025%(答案：答案：D）答案：答案：D3、根据变化的能量流动效率计算：、根据变化的能量流动效率计算：例：已知在下图所示的食物网中，例：已知在下图所示的食物网中，C生物同生物同化的总能量为化的总能量为a，其中，其中A生物直接供给生物直接供给C生生物的比例为物的比例为x，则按最低的能量传递效率计，则按最低的能量传递效率计算，需要算，需要A生物的总能量（生物的总能量（y）与）与x的函数关的函数关系式是什么？系式是什么？ABCx(答案：y=100a-90ax)生生产产者者选最选最_食物链食物链选最选最_传递效率

29、传递效率_最少消耗最少消耗最多消耗最多消耗获得最多获得最多选最选最_食物链食物链选最选最_传递效率传递效率_获得最少获得最少消消费费者者短短高高20长长低低104、根据特定的能量流动要求计算：、根据特定的能量流动要求计算：例1.在右图食物网中，若人的体重增加1千克，最少消耗水藻 千克，最多消耗水藻 千克。水藻水藻水蚤水蚤虾虾小鱼小鱼大鱼大鱼人人（解析：第（解析：第1问用问用20%计算，选最短的食物链。第计算，选最短的食物链。第2问选最长的食物链按问选最长的食物链按10%计算。答案：计算。答案：125，100000。）。）例例2.在在“藻类藻类 甲虫甲虫 虾虾 小鱼小鱼 大鱼大鱼”食物食物链中，

30、（链中，（1）若有藻类植物）若有藻类植物G克，大鱼最多能克，大鱼最多能增重多少克？（增重多少克？（2）若小鱼要增重）若小鱼要增重N克，最少克，最少需要甲虫多少克需要甲虫多少克?(第一问：按第一问：按20%计算，计算，G（1/5）4=1/625G,第二问：按第二问：按20%计算为计算为25N克。）克。）例例3.有一食物网，如图有一食物网，如图所示，设所示，设E种群干物种群干物质量为质量为5.8109KJ，B种群干物质量为种群干物质量为1.3108KJ，则，则A种种群干物质量的值至少群干物质量的值至少为多少？为多少？EDBC A 解析：由于E种群的干物质的最终去向有B和A，所以要使A种群所得干物质

31、的量最少，只有B种群从E获得的干物质量最多（即在E种群以最低的传递效率10%传给B（即已知B。求E最多消耗按10%计算）。（即已知E求A获得最少量按10%计算）。B种群干物质量为1.3108KJ,从理论上讲，至多消耗E种群干物质为1.3108KJ10%=1.3109KJ。所以E剩余的干物质量为：5.8109KJ1.3109KJ=4.5109KJ。设E传给C的平均物质的比例为x，则传给D的比例为1x，所以，A种群干物质量的值至少为：4.5109x10%10%+4.5109(1x) 10%10%=4.5107KJ 或4.510910%10%=4.5107KJ。1、下列四个生态系统中，绿色植物所固定的太阳能相、下列四个生态系统中，绿色植物所固定的太阳能相等。如果物种甲是人类所需要的资源，那么能提供甲最等。如果物种甲是人类所需要的资源，那么能提供甲最多的生态系统是多的生态系统是 （ ）太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能A A2、流经生态系统的总能量是（、流经生态系统的总能量是（ ）A生态系统范围内辐射的全部太阳能生态系统范围内辐射的全部太阳能B照到植物体上的全部太阳能照到植物体上的全部太阳能C消费者得到的全部化学能消费者得到的全部化学能D全部生产者固定的太阳能全部生产者固定的太阳能3、在一