第2节生态系统的能量流动(上课)

1、 生态系统中能量的生态系统中能量的和和的过程，的过程，称为生态系统的能量流动。称为生态系统的能量流动。生态系统的能量流动生态系统的能量流动生产者生产者初级消费者初级消费者次级消费者次级消费者第一营养级第一营养级第二营养级第二营养级第三营养级第三营养级草的能量是怎样得来的草的能量是怎样得来的光合作用光合作用( (太阳能太阳能 化学能化学能) )呼吸作用散失呼吸作用散失分解者分解分解者分解供下一营养级摄入供下一营养级摄入草的能量的去向草的能量的去向生产者固定的太阳能生产者固定的太阳能呼吸作用呼吸作用散失散失用于用于生长、生长、发育、繁殖发育、繁殖残枝败叶等残枝败叶等分解者分解者利用利用初级消费者摄

2、入初级消费者摄入能量在第一营养级中的变化能量在第一营养级中的变化被食草动物摄食利用的这一部被食草动物摄食利用的这一部分，称为分，称为摄入量摄入量; ; 摄入量中大部分被消化吸收，这摄入量中大部分被消化吸收，这一部分称为一部分称为同化量同化量.兔子的摄入量就是兔兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？子的同化量吗？同化量同化量= =摄入量摄入量粪便量粪便量兔子的能量到哪里去了兔子的能量到哪里去了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作用呼吸作用散散失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用分解者利用粪便粪便呼吸作用呼吸作用散失散失

3、.能能量量在在第第二二营营养养级级中中的的变变化化生态系统的能量流动图解生态系统的能量流动图解: :生产者生产者(植物植物)呼吸作用呼吸作用植食动物植食动物呼吸作用呼吸作用肉食动物肉食动物呼吸作用呼吸作用分分 解解 者者呼吸呼吸作用作用肉食动物肉食动物呼吸作用呼吸作用 能量沿着能量沿着食物链食物链流动流动, ,在这个过程中每一个在这个过程中每一个营养级都有能量的营养级都有能量的输入、传递、转化和散失输入、传递、转化和散失。1.能量流动的起点：能量流动的起点： 3.生态系统能量流动的渠道：生态系统能量流动的渠道： 总结总结2.流经生态系统的总能量：流经生态系统的总能量：4.生态系统能量的散失：生

4、态系统能量的散失： 在生态系统中，能量的形式不断转换，在生态系统中，能量的形式不断转换，如太阳辐射能通过绿色植物的光合作用转变如太阳辐射能通过绿色植物的光合作用转变为储存于有机物中的化学能；动物通过消耗为储存于有机物中的化学能；动物通过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、飞、游自身体内储存的化学能变成爬、跳、飞、游的机械能。在这些过程中，能量既不能凭空的机械能。在这些过程中，能量既不能凭空产生，也不会消灭，只能由一种形式转变为产生，也不会消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。因此，对于生态系统中的能量另一种形式。因此，对于生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定转换和传递过程，都

5、可以根据热力学第一定律进行定量计算。律进行定量计算。 输入某营养级的总能量输入某营养级的总能量自身呼吸作用消自身呼吸作用消耗的能量耗的能量分解者利用的能量分解者利用的能量下一营养级下一营养级利用的能量利用的能量+ +未利用未利用 能量在生态系统中的流动，很大部分能量在生态系统中的流动，很大部分被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热能的形式散失。以热能的形式散失。散失到空间的热能不散失到空间的热能不能能再回到生态系统参与流动。再回到生态系统参与流动。分析分析”塞达伯格湖的能量流动图解塞达伯格湖的能量流动图解”62.813.52%12.620.06%1.1.用

6、表格的形式，将图中的数据进行整理用表格的形式，将图中的数据进行整理2.2.计算计算“流出流出”该营养级的能量占该营养级的能量占“流入流入”该营养级能量的百分比该营养级能量的百分比? ?营养级营养级流入能量流入能量流出能量流出能量（输入后一（输入后一个营养级）个营养级）出入比出入比生产者生产者464.6464.6植食性动物植食性动物肉食性动物肉食性动物. .一部分通过该营养级的一部分通过该营养级的呼吸作用散失呼吸作用散失了。了。一部分作为遗体或残枝败叶而被一部分作为遗体或残枝败叶而被分解者所分解分解者所分解。还有一部分未进入下一营养级还有一部分未进入下一营养级（未被捕食（未被捕食） 。所以，流入

7、某一营养级的能量不所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。可能百分之百地流到下一营养级。2流入某一营养级的能量，为什么不是流入某一营养级的能量，为什么不是百分百地流到下一营养级？百分百地流到下一营养级？ 生态系统能量流动的生态系统能量流动的特点特点： 逐级递减逐级递减: :单向流动单向流动: :生产者生产者次级消费者次级消费者三级消费者三级消费者初级消费者初级消费者不循环，不可逆不循环，不可逆能量在沿食物链流动的能量在沿食物链流动的过程中是逐渐减少的过程中是逐渐减少的 在相邻两个营养级中的在相邻两个营养级中的传递效率传递效率大约是大约是10%10%20%20% 假设你像小说中

8、的鲁滨逊一样，流落到一个不假设你像小说中的鲁滨逊一样，流落到一个不毛的荒岛上，那里除了有能饮用的水之外，几乎没毛的荒岛上，那里除了有能饮用的水之外，几乎没有任何食物，你随身携带的食物只有有任何食物，你随身携带的食物只有1 15 5千克玉米千克玉米和和一只母鸡一只母鸡。你认为哪种生存策略能让你维持更长的。你认为哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？（）时间来等待救援？（） A.A.先吃鸡，然后吃玉米。先吃鸡，然后吃玉米。 B.B.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。的蛋，最后吃鸡。鸡鸡人人玉米玉米玉米玉米人人鸡鸡假如你流落到荒岛上

9、，只假如你流落到荒岛上，只有一只母鸡、有一只母鸡、kgkg玉米玉米先吃鸡，再吃玉米？先吃鸡，再吃玉米？先吃玉米，同时用一部分玉米先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋？喂鸡，吃鸡产下的蛋？增加了食物链的长度，增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人能量逐级递减，最后人获得的能量较少。获得的能量较少。能量金字塔能量金字塔 如果把各个营如果把各个营养级的生物数量养级的生物数量关系，用绘制能关系，用绘制能量金字塔的方式量金字塔的方式表达出来，是不表达出来，是不是也是金字塔形？是也是金字塔形？想一想：想一想：数量金字塔数量金字塔有没有例外的有没有例外的情况？情况？想一想：想一想： 在一片树林中，

10、树、昆虫和食在一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如下图所示：虫鸟的个体数比例关系如下图所示：鸟鸟树树昆虫昆虫昆虫昆虫树树鸟鸟数量比例图数量比例图能量金字塔能量金字塔 成千上万只昆虫生活在一株大树上，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。该数量金字塔的塔形也会发生倒置。 例如，在海洋生态系统中，由例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当物的量可能低于浮游动物的量。当然

11、，总的来看，一年中流过浮游植然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的物的总能量还是比流过浮游动物的要多。要多。加工厂加工厂桑基桑基蔗基蔗基有有机机物物质质甘蔗甘蔗蔗叶蔗叶塘泥塘泥蚕茧蚕茧蚕粪蚕粪塘泥塘泥鱼鱼鱼塘鱼塘 人们虽然不能改变能量流动的客观规律，人们虽然不能改变能量流动的客观规律，但可设法但可设法合理调整能量流动关系，使能量合理调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。持续高效地流向对人类最有益的部分。桑基桑基鱼塘鱼塘 “桑基鱼塘桑基鱼塘”的设计理念是从人类的设计理念是从人类所需出发，通过所需出发，通过能量多级利用能量多级利用，充，充分利用流经各营养级

12、的能量，提高分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。生产效益。三三. .研究能量流动的意义研究能量流动的意义生态系统中能生态系统中能量的输入、传递、转化量的输入、传递、转化和散失的过程和散失的过程。1.单向流动单向流动：生产者：生产者 初级消费者初级消费者调整生态系统中的能量流动关系，使能量调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。持续高效地流向对人类最有益的部分。1.能量的源头：太阳能能量的源头：太阳能2.流经生态系统的总能量：流经生态系统的总能量：生产者固定生产者固定3.渠道：渠道：食物链、食物网食物链、食物网2.逐级递减逐级递减：传递效率为：传递效率为10%

13、20%的太阳能的总量的太阳能的总量。次级消费者次级消费者概念：概念：过程过程特点特点意义：意义：生态系统的能量流动生态系统的能量流动 根据生态系统中能量流动逐级递减的根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律，营养级越高，可利用的能量特点和规律，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度。因此，老虎的数量将已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故是很少的。故“一山不容二虎一山不容二虎”有一定的有一定的生态学道理。生态学道理。1.1.为什么说为什么

14、说“一山不容二虎一山不容二虎”? ? 从能量传递的数量和效率看，能量流从能量传递的数量和效率看，能量流经各营养级是逐级递减的，单向不循环的，经各营养级是逐级递减的，单向不循环的，传递效率为传递效率为10102020。 所以所以, ,食物链一般不超过五个营养级，食物链一般不超过五个营养级，到第五营养级时，可利用的能量已减少到到第五营养级时，可利用的能量已减少到不能维持其生存的程度了。因为能量每流不能维持其生存的程度了。因为能量每流经一级都要丢失一大部分，所以食物链越经一级都要丢失一大部分，所以食物链越长，能量流失就越多。长，能量流失就越多。2.2.食物链一般不超过五个营养级食物链一般不超过五个营

15、养级? ?1. 1. 根据能量流动效率直接计算根据能量流动效率直接计算例例1 1 某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏（ ） A. B. C. D. 2110WW 215WW 215WW 2110WW 215WW 解析解析 生态系统的能量流动效率为10%20%，即一般情况下上一营养级传递给下一营养级的能量不超过自身同化量的20%，如，则说明初级消费者和次级消费者之间的能量流动效率已经高于20%，初级消费者、食物链和生态系统的稳定性都受到了破坏，影响了生物的可持续性发展，因而最有可能使生态平衡遭到破坏。答案选D项。 例例2

16、2 有有5 5个营养级的一条食物链，若第五营养个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加级的生物体重增加1kg1kg，理论上至少要消耗第一，理论上至少要消耗第一营养级的生物（营养级的生物（ ） A. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kgA. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kg 解析解析 这是最为简单的一种计算题型。这是最为简单的一种计算题型。所谓至少消耗，即是按照最高的效率所谓至少消耗，即是按照最高的效率（20%20%）传递。设需消耗第一营养级生）传递。设需消耗第一营养级生物物x kgx kg，则有，则有(20%)4x=1(20%)4

17、x=1，不难选出正，不难选出正确答案为确答案为C C项。项。 2. 2. 根据隐含的能量流动数量关系进根据隐含的能量流动数量关系进行计算行计算 例例3 3 在某生态系统中，已知1只2kg的鹰要吃10kg的小鸟，0.25kg的小鸟要吃2kg的昆虫，而100kg的昆虫要吃1000kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，这只鹰转化绿色植物的百分比应为（ ） A. 0.05% B. 0.5% C. 0.25% D. 0.025%解析解析 该题中能量流动效率不仅用重量表示，而且其数值在各营养级之间都不一样，但以植物为基准，在食物链的基础上可推出它们间的数量转化关系： 植物 昆虫

18、 小鸟 鹰 1000kg 100kg 12.5kg 2.5kg 这样，鹰转化绿色植物的百分比即为2.5/1000，也就是0.25%。 3. 根据规定的能量流动效率计算根据规定的能量流动效率计算例例4 4 有一食物网如图1所示。假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g体重，最多消耗植物多少克？解析 据题意，猫头鹰的食物可来源于三条食物链，直接来源于三种不同的生物：兔、鼠、蛇，如要使其增重20g，则这种食物食用后必须使其分别增加8g、8g、4g。这样可得到图2。 考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为800

19、g、800g、4000g，共消耗植物5600克。 考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。 例例5 5 在如下图3所示的食物网中，已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则丁每增加10千克生物量，需消耗生产者多少千克？解析解析 据题意，与丁食物来源相关的食物链有三条：戊庚丁，戊甲丁，戊己甲丁。丁以甲和庚为食，则按能量传递效率10%计算：各需甲、庚10kg10%250kg。甲要增长50kg需摄食己和戊共50kg10%500kg，则己、

20、戊各250kg，己要增长250kg则需摄食戊250kg10%2500kg，庚要增长50kg则需戊50kg10%500kg。共需戊：50025002503250kg。 4. 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例6 6 已知在如下图4所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量（y）与x的函数关系式为_。 5. 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7 有一食物网如下图5所示，设E种群干物质量为5.8109kJ，B种群干物质量为1.3108kJ，则A种群干物质量的值至少是_。 解析解析

21、 本题首先要搞清楚：由于能量寓于物质之中，所以计算干物质量的值也就是计算能量的量值；其次，由于E种群的干物质的最终去向有B和A，所以要使A种群所得干物质的量最少，只有在E种群以最低的传递效率传给B（这时E种群剩余干物质最少），E剩余部分再以最低的传递效率传给A时才可能发生。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1.3108kJ/10%1.3109kJ，由于A与E相隔一个营养级，因而A种群干物质量的值至少为（5.81.3）109kJ10%10%4.5107kJ。生态系统中能量的输入、传递、转化生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。和散失的过程。1、单向流动：

22、生产者、单向流动：生产者 初级消费者初级消费者调整生态系统中的能量流动关系，使能量调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。持续高效地流向对人类最有益的部分。1、能量的源头：太阳能、能量的源头：太阳能2、流经生态系统的总能量：生产者固定、流经生态系统的总能量：生产者固定3、总渠道：食物链或食物网、总渠道：食物链或食物网2、逐级递减：传递效率为、逐级递减：传递效率为10% 20%的太阳能的总量。的太阳能的总量。次级消费者次级消费者概念：概念：过程过程特点特点意义：意义：生态系统的能量流动生态系统的能量流动反馈练习：反馈练习：1、在一个处于平衡状态的封闭的生态系、在一个

23、处于平衡状态的封闭的生态系统内，要使其中的动物能够长时间存活，统内，要使其中的动物能够长时间存活，必须提供（必须提供（ ）Ao2 BH2oC有机物有机物 D太阳能太阳能BD2、在一条食物链中，第二营养级能量最、在一条食物链中，第二营养级能量最多有多少流入到第五营养级（多有多少流入到第五营养级（ ）A. 1/5 B.1/125 C.1/25 D.1/6253、肉食动物不可能是一条食物链中的第几、肉食动物不可能是一条食物链中的第几 营养级（营养级（ ）A第五第五 B第二第二C第三第三 D第四第四4、对水稻、对水稻鼠鼠蛇蛇鹰这条食物链的错误鹰这条食物链的错误 描述是（描述是（ ）A.水稻是生产者水稻

24、是生产者 B.鼠是初级消费者鼠是初级消费者 C.蛇是次级消费者蛇是次级消费者 D.鹰属于第三营养级鹰属于第三营养级BD5.下面有关生态系统能量流动的表述，不正确的是（）下面有关生态系统能量流动的表述，不正确的是（） A .能量流动是单向流动，逐级递减的能量流动是单向流动，逐级递减的 B.食物链越短，可供消费者的能量越多食物链越短，可供消费者的能量越多 C .初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少 D .营养级越多，散失的能量越多营养级越多，散失的能量越多6.假设一个生态系统的总能量为，按最高传递假设一个生态系统的总能量为，按最高传递效率计算，第三营养级

25、和三级消费者所获得的能量应为效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为（ ） A.和和B.和和. C .和和. D.和和CC7.识图作答：下图表示生态系统的能量识图作答：下图表示生态系统的能量流动，请据图回答：流动，请据图回答：（1）将）将A、B、C、D各营养级的名称依次各营养级的名称依次 写在图中：写在图中： A_ B_ C_ D_生产者生产者 初级消费者初级消费者 次级消费者次级消费者三级消费者三级消费者 （2）图中）图中a1代表代表（3）图中）图中a2代表代表 （4）a3a2的原因是的原因是（5）从生态系统能量传递效率上看，一个）从生态系统能量传递效率上看，一个 营养级的能量，流到下一个营养级只营养级的能量，流到下一个营养级只 有有_ 因此，一个食物链一般不因此，一个食物链一般不 能超过能超过_生产者所固定的太阳能生产者所固定的太阳能 从第一营养级流动到第二营养级的能量从第一营养级流动到第二营养级的能量 初级消费者呼吸作用消耗了大初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有部分的能量，只有10-20的能量传递给次级消费者，的能量传递给次级消费者，所以所以a3a2； 1020 五个营养级五个营养级 生态系统的能量流动过程图解生态系统的能量流动过程图解生产者生产者(植物植物)呼吸呼吸初级消费者初级消费者(植食动物植食动物)呼吸呼吸次