生态系统的能量流动 高二上学期生物人教版选择性必修2

第2节

生态系统的能量流动问题探讨假设你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,那里除了有能饮用的水,几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15kg玉米。方案1方案2讨论：你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援?1.先吃鸡,再吃玉米。2.先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡,吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。关键看为人提供的能量有多少这些生物能量最初来自哪里？请绘制两种生存策略的食物关系简图玉米中能量的去路有哪些？能量流动的定义生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。思考：能量输入、传递、转化和散失的过程如何？“输入”—绿色植物通过光合作用固定太阳能是能量输入主要途径“传递”—能量沿食物链和食物网的营养级逐级传递“散失”—通过呼吸作用以热能形式散失“转化”—太阳能

有机物中的化学能

热能光合作用呼吸作用科学方法：研究能量流动的基本思路能量流经一个种群的情况，如果以个体为研究，图示如下：能量输入个体1个体2个体3……储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。如果以种群为研究对象，则可以概括成下图形式：种群能量储存能量散失能量输入能量流动的渠道为食物链，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。将某营养级看做一个整体，可以更精确测量每个营养级的输入输出。某一个营养级能量储存能量散失能量输入科学方法：研究能量流动的基本思路一、能量流动的过程1.生态系统能量最初的主要来源？如何输入生态系统？太阳能1×1019KJ大约只有1%的光被吸收2.照射到地面上的太阳能都被生产者吸收了吗？3.输入一个生态系统的总能量是：生产者光合作用固定的总能量生产者输入第一营养级的能量有哪些去路？如何传递到第二营养级生产者固定的太阳能(同化)初级消费者(摄入)分解者利用残枝败叶呼吸作用散失呼吸作用散失…用于生长、发育和繁殖一、能量流动的过程第一营养级的能量去路:用于生长、发育和繁殖遗体残骸呼吸作用散失呼吸作用散失初级消费者(摄入)初级消费者(同化)分解者利用粪便次级消费者(摄入)…能量在第三、第四营养级的变化，与第二营养级的情况大致相同。一、能量流动的过程第二营养级的能量分析:摄入量

=同化量+粪便量输入该营养级的总能量：初级消费者同化量上一个营养级同化的能量粪便中的能量是谁的能量？初级消费者同化量去路有哪些？呼吸作用、用于生长发育和繁殖的能量流向分解者、流向下一营养级消费者摄入量消费者同化量消费者粪便量分解者利用的能量下一营养级摄入量下一营养级同化量下一营养级粪便量用于生长发育繁殖的能量自身呼吸作用散失一、能量流动的过程一、能量流动的过程生态系统中的能量流动，可概括为如图所示：输入生态系统的总能量：生产者固定的太阳能能量传递的形式与途径：能量转化过程：呼吸作用以热能形式散失有机物中的化学能；食物链和食物网能量散失的途径和形式：太阳能有机物中化学能热能流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来?在生态系统中能量流动是单向的。思考不能。能量在生态系统中的流动，通过呼吸作用、分解者分解作用产生的热能散失到无机环境中。散失的热能不能再回到生态系统参与流动。因为至今尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物。

RaymondLindeman美国生态学家林德曼（1915-1942）赛达伯格湖—定量分析结构简单，边界明确，封闭性强，便于计算能量的输入输出。二、能量流动的特点分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论图中数字为能量数值，单位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年）。图中“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。1.用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量）。营养级流入能量流出能量（输入下一个营养级）生产者植食性动物肉食性动物

营养级流入能量流出能量（输入下一个营养级）出入比生产者464.662.8植食性动物62.812.6肉食性动物12.6

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2.计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论13.52%20.06%能量传递效率=上一营养级同化量该营养级同化量3.从能量传递效率上看，能量为什么不能百分之百从一个营养级流到下一个营养级？各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；一部分未被下一营养级利用（无法100%被采食）；一部分被分解者分解。×100%遵循，能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统（生物体有机物）中，而另一部分被利用、散失至无机环境中，两者之和与流入生态系统的能量相等。4.生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？5.通过以上分析，你能总结出能量流动有什么规律？生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。分析赛达伯格湖的能量流动思考·讨论1.单向流动能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后后面的各个营养级，不可逆转、也不能循环流动。2.逐级递减一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%—20%的能量能够流动下一个营养级。即：能量在相邻两个营养级之间的传递效率是10%—20%。营养级数量：一般不超过5个营养级二、能量流动的特点任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。能量分析生产者植食性动物肉食性动物输入能量赛达伯格湖的能量流动数据分析464.662.812.6除了用数字表示之外，还有什么方法可以表示生态系统中能量流动逐级递减的特征？肉食性动物12.6植食性动物62.8生产者464.6如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值转换成相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔三、生态金字塔类型能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状象征含义特殊形状能量逐级递减一般生物个体数量在食物链中随营养级的升高而减少一般生物量随食物链中营养级的升高而减少自然情况下，不会倒置如一棵树与树上昆虫的数量关系如某一时刻浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量四、研究能量流动的实践意义1.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。有哪些措施能增加流入农田生态系统的总能量？间作套种等立体农业2.研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，实现能量的多级利用，提高能量的利用效率。能量永远不能循环利用，能量传递效率永远不能被提高。四、研究能量流动的实践意义3.研究能量流动还可以帮助人们合理地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。及时去除农田中杂草的意义是什么？除草可以调整农田生态系统中能量流动关系，使能量可以持续高效地流向对人类最有益的部分。四、研究能量流动的实践意义分析和处理数据思维训练

1926年，美国一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。1.这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中，通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。3.1kg葡萄糖储存1.6×104

kJ能量。4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。请根据以上数据计算：①这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？储存的能量为：6687.5×1.6×104=1.07×108KJ葡萄糖为：（12+18）/12×2675=6687.5kg分析和处理数据思维训练②这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？这些玉米呼吸作用消耗的能量：2045×1.6×104KJ=3.272×107KJ③这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？呼吸消耗能量占固定太阳能的比例为：3.272×107/1.3972×108=23.4％④这块玉米田的太阳能利用效率是多少？利用效率=1.3972×108/8.5×109=1.64%玉米太阳能（1.64%）散失呼吸作用消耗（23.4%）用于生长、发育和繁殖的能量（76.6%）这些玉米固定的太阳能总量=呼吸消耗的+用于生长发育繁殖的能量（储存的能量）生态系统的能量流动概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程过程特点单向流动：逐级递减：沿食物链方向由低营养级流向下一营养级生态金字塔：能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率10%~20%。研究意义1.增大流入生态系统的总能量；2.实现对能量的多级利用，提高能量的利用率；3.