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(主要功能之一)
生态系统的能量流动
温故而知新
1.生态系统的结构包括哪两方面?
2.生态系统的成分有哪些?
3.生态系统的营养结构是什么
4生态系统的什么是沿着食物链和食物网进行的?
生态系统的成分,生态系统的营养结构
生产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量
食物链和食物网
能量流动和物质循环
生产者
消费者
分解者
无机环境
一、生态系统的能量流动概念
1、概念:生态系统中能量的输入、传递、转化、散失的过程称为生态系统的能量流动。
输入
散失
散失
散失
传递、转化
光合作用 化能合成作用
呼吸作用
食物链 食物网
2、能量流动分析:流经一个种群的情况
能量输入
个体2
个体1
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
种群
能量储存
能量散失
生态系统的能量流动是以“营养级”为单位
能量流动的概念
2、输入:
起点:
流入生态系统的总能量:
生产者固定的太阳能
主要是生产者固定的太阳能的总量
3、传递:
渠道:沿食物链和食物网
生产者
初级 消费者
次级 消费者
三级 消费者
相关生理过程:
主要是光合作用
1、源头:
几乎都是太阳能
形式:
有机物中的化学能
二、能量流动的过程
1、第一营养级
能量来源(生产者固定的太阳能)
生产者(第一营养级)
呼吸作用以热能的形式散失
自身生长、发育和繁殖等生命活动,储存在植物体的有机物中
被分解者分解(呼吸作用)
被下一营养级摄入
未利用
去向
①
②
②
③
④
一来二去
(三去
或四去)
初级消费者
摄入
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
呼吸
散失
遗体
残骸
初级消费者
同化
分解者利用
粪便
呼吸
散失
...
2、第二营养级
1.流入初级消费者的能量是多少?
2.流入初级消费者的能量的去路有哪些?
3.摄入量、同化量和粪便量之间的关系?
4.初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量?
能量流动的概念
1、输入:
起点:
输入数量:
从生产者固定太阳能开始
生产者固定的太阳能的总量
2、传递:
渠道:沿食物链和食物网
3、转化:
4、散失:
生产者、消费者、分解者的呼吸作用
生产者
初级 消费者
次级 消费者
三级 消费者
光能—生物体有机物中的化学能—
热能
ATP
(1)当狼吃掉一只兔子时,就获得了兔子的全部能量( )
(2)初级消费者的粪便量属于第二营养级能量( )
×
×
(3)同化量≠用于生长发育和繁殖的能量( )
√
(4)呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散失( )
×
(5)分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的( )
√
一个池塘中有生产者(浮游植物)、初级消费者(植食性鱼类)、次级消费者(肉食性鱼类)、分解者(微生物)。其中生产者固定的全部能量为a,流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d,下列表述正确的是( )
A. a=b+d
B. a>b+d
C. aD. aB
知识回顾
2、输入:
起点:
流入生态系统的总能量:
生产者固定的太阳能
主要是生产者固定的太阳能的总量
3、传递:
渠道:
相关生理过程:
主要是光合作用
1、源头:
几乎都是太阳能
形式:
有机物中的化合物
沿食物链和食物网
4、转化:
光能—生物体有机物中的化学能—
热能
ATP
5、散失:
生产者、消费者、分解者的呼吸作用
(1)能量a=b+e+i ( )
√
(2)箭头a代表生产者的同化量,方框②代表初级消费者的摄入量( )
×
×
(4)流经该生态系统的能量能够重新再回到这个生态系统,被重复利用( )
(3)能量a =b ﹢c + d ( )
×
赛达伯格湖的能量流动图解
三.能量流动的特点
1.由图可知,能量流动的方向是________,只能从______一个营养级流向____一个营养级,不可逆转,也不能循环流动。原因是:
单向的
上
下
(1)经过长期的自然选择,食物链中各营养级的顺序是不可逆转的。即各营养级的能量流动顺序是不可逆转的;(2)各营养级通过呼吸产生的热能散失,不能被生物群落再利用。
2.将各营养级的能量“输入”和“输出”填入下表。(“输出”指流入到下一营养级的能量)
464.6
62.8
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
(1).由上数据可知,输入个营养级的能量不可能百分之百流入下一营养级,能量在沿食物链流动过程中是__________。
其原因是:
逐级递减的
①各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量
②各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物所利用
③还有少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传递给了分解者
(2)由计算可知,能量在相邻两个营养级间的传递率大约是________.
10%~20%
注:传递率=
×100%
【注】 ①“未利用”能量。如多年生植物上一年自身生长发育的净积累量;未来得及分解,被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量等。
②能量传递效率是指相邻营养级之间,而不是种群,更不是个体。
【判断】一种蜣螂专以大象粪为食,则该种蜣螂能获取大象所同化能量的10%( )
×
四、生态金字塔
1. 生态金字塔包括:
能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。
2. 能量金字塔
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层含义
特点
象征意义
单位时间内,食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少
自然生态系统
一定为正金字塔
能量在流动过程中总是逐级递减
单位时间内,每一营养级生物的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少
每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
四. 生态金字塔
思考:生物量金字塔在什么情况下,可能是上宽下窄的金字塔形呢?
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。如果一个生态系统在一段较长时间内没有能量(太阳能或现成的有机物)输入。这个生态系统就会崩溃。
思考:右图为某城市生态系统能量金字塔,为什么呈倒置状态也能维持生态系统的正常运行?
从生态系统外输入大量的有机物
思考3:人类位于食物链的顶端,从能量金字塔来看,人口数量日益增长,这会对地球上现有的生态系统造成什么影响?
答案:人口数量日益增长,会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级,也就是说,人类所需要的食物会更多,将不得不种植或养殖更多的农畜产品,会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
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。
例如: 间作套种、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
五. 研究能量流动的实践意义
2. 研究生态系统的能量流动,可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。
例如: 秸秆用作饲料喂牲畜,可获得肉、蛋、奶等;用牲畜的粪便生产沼气,沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。实现了对能量的多级利用,从而大大提高能量的利用率。
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
能量利用率≠能量传递效率
3. 研究生态系统的能量流动,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。
例如: 合理确定草场的载畜量,稻田除草、除虫等。
思维训练 分析和处理数据
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少?这些葡萄糖储存的能量是多少?
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少?
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?
这块玉米田的太阳能
利用效率是多少?
(12+18)/12×2675=6687.5kg
EG=MGx1.6×104=1.07×108kJ
△E呼=△MGx1.6×104=3.272×107kJ
23.4%
η=1.3972×108/8.5×109=1.64%
E固=EG+△E呼=1.3972×108kJ
练习与应用
二、拓展应用
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料,都与图b相同。
(1)分析这两幅图,完成这两个生态系统的能量流动图解。
练习与应用
二、拓展应用
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料,都与图b相同。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用?为什么?
【答案】图b所示生态系统中流向分解者的能量,还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用,因此,该生态系统实现了能量的多级、充分利用,提高了能量的利用率。
练习与应用
二、拓展应用
2.将一块方糖放入水中,方糖很快就会溶解,消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗?为什么?
生活在水中的硅藻,它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳,而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少,仅有百万分之几,这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢?
通过以上事例,你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识?
【答案】不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。
练习与应用
一、概念检测
1.下图是一个农业生态系统模式图,关于该系统的叙述,错误的是 ( )
A.沼气池中的微生物是该生态系统的分解者
B.微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
C.沼渣、沼液作为肥料还田,使能量能够循环利用
D.多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率
C
练习与应用
一、概念检测
2.在自然生态系统中,物质是能量的载体,下列叙述正确的是 ( )
A.能量可驱动物质循环
B.物质和能量可循环利用
C.能量只能在食物链中流动
D.能量金字塔和生物数量金字塔均可倒置
A
练习与应用
二、非选择题
1.将以下概念之间的关系分别用概念图的形式表示出来。
生态系统、食物链、食物网、生产者、消费者、分解者、生物群落、初级消费者、次级消费者、三级消费者、第一营养级、第二营养级、第三营养级、第四营养级。
【提示】
能量流动的最值计算:
例 在“藻类→甲虫→虾→小鱼→大鱼”食物链中:
(1)若有藻类植物G克,大鱼最多能增重___ ____________克。
(2)若小鱼要增重N克,最少需要甲虫____克。
(1/625)G
25N
【注】
①能量传递率相关计算中,有时用生物量(质量等)来代表生物所含有的能量。
②解题是注意题目中是否有“最多”“最少”、“至少”等特殊字眼,从而确定使用10%或20%来解题。
归纳1:设食物链A→B→C→D,分情况讨论如下:
①已知D营养级的能量M,至少需要A营养级的能量,则按20%计算。【如M÷(20%)3】;最多需要A营养级的能量,则按10%计算。【如M÷(10%)3】。
②已知A营养级的能量N,则D营养级获得的最多能量,则按20%计算。【如N×(20%)3】;最少能量,则按10%计算。【如N×(10%)3】。
例2.下图食物网中的猫头鹰体重每增加10 g,最多需要消耗植物( )。
A.200 g B.250 g C.500 g D.1000 g
D
归纳2 食物网中,能量传递效率是指某营养级流向各食物链下一营养级的总能量占该营养级的比例。如 是指流向B、C
的总能量占A的10~20%。
例3.下面是某一食物链的示意图
(1)如果A增重100kg,①C最多增重_______kg.② C至少增重_______kg
4
0.01
(2)如果C增重1kg,①至少需消耗A____kg.②最多需消耗_______kg
25
10000
(3)如果C从B、F中获得的能量比为3:1,则C增重1kg,最少需要消耗A____kg.
175
例4.食物网中,某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按比例获得能量,则按照单独的食物链进行计算后再合并。
在如图食物网中,假如猫头鹰的食物有2/5来自兔,2/5来自鼠,1/5来自蛇,那么,猫头鹰若要增加20 g体重,最少需要消耗的植物为( )
A.80 g
B.900 g
C.800 g
D.600 g
B