生态系统的能量流动

(共62张PPT)
第2节 生态系统的能量流动
问题探讨
备选策略1：先吃鸡，再吃玉米；
备选策略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。
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。
生态系统的能量流动
生产者
初级消费者
次级消费者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
草的能量是怎样得来的
光合作用
(太阳能 化学能)
呼吸消耗
分解者分解
供下一营养级摄入
草的能量的去向
生产者固定的太阳能
呼吸消耗
用于生长、发育、繁殖
遗体、
残枝败叶
分解者利用
初级消费者摄食
能量在第一营养级中的变化
摄入量:下一个营养级通过捕食的方式从上一个营养级获得的能量.
同化量:真正被食草动物摄食利用的这一部分，称为消耗量;
消耗量中大部分被消化吸收，这一部分称为同化量.
兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？
(同化量=摄入量—粪便量）
兔子的能量到哪里去了
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
…
...
能量在第二营养级中的变化
呼吸消耗
鹰的能量去向如何
分解者分解
能量在第三第四营养级的变化与第二营养的变化情况大致相同。
生态系统的能量流动图解:
生产者(植物)
呼吸作用
植食动物
呼吸作用
肉食动物
呼吸作用
分 解 者
…
呼吸作用
肉食动物
呼吸作用
能量沿着食物链流动,在这个过程中每一个营养级都有输入、传递、转化和散失。
１、能量流动的起点：
从生产者固定太阳能开始
生产者光合作用固定的全部太阳能
3、生态系统能量流动的渠道：
总结
食物链和食物网
2、流经生态系统的总能量：
4|、生态系统能量的散失：
热能
思考与讨论:
１．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？
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为储存于有机物化学键中的化学能；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律进行定量计算。
输入某营养级的总能量＝呼吸作用消耗的能量＋分解者分解的能量＋流入下一营养级的能量
２．流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？
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，通过呼吸作用以热的形式散失。散失到空间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。
分析”塞达伯格湖的能量流动图解”
62.8
13.52%
12.6
20.06%
1.用表格的形式，将图中的数据进行整理
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
营养级
流入能量 流出能量 （输入后一个营养级）
出入比
生产者 464.6
植食性动物
肉食性动物
分解者
６２.８
１２.６
１４.６
一部分通过该营养级的呼吸作用散失了。
一部分作为遗体或残枝败叶而被分解者所分解。
还有一部分进入下一营养级（被捕食） 。
提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：
　　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。
2．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？
生态系统能量流动的特点：
逐级递减:
单向流动:
生产者
次级消费者
三级消费者
初级消费者
不循环，不可逆
能量在沿食物链流动的过程中是逐渐减少的
在相邻两个营养级中的传递效率大约是10%—20%
　　假如你流落到荒岛上，只有一只母鸡、１５kg玉米……
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？？
增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少
√
如果把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，可以形成一个金字塔图形，叫做“能量金字塔”。
能量金字塔
如果把各个营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？
想一想：
数量金字塔
有没有例外的情况？
想一想：
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：
鸟
树
昆虫
昆虫
树
鸟
数量比例图
能量金字塔
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。
例如，在海洋生态系统中，由于生产者（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要多。
加工厂
桑基
蔗基
有机物质
甘蔗
蔗叶
塘泥
蚕茧
蚕粪
塘泥
鱼
鱼塘
人们虽然不能改变能量流动的客观规律，但可设法调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分
桑基鱼塘
“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。
三.研究能量流动的意义
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）流经老虎的能量已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生态学道理。
1.为什么说“一山不容二虎”
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，传递效率为10％－20％。
所以,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
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
长，流量流失就越多。
2.食物链一般不超过五个营养级
1. 根据能量流动效率直接计算
例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.
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2 有5个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物（ ）
A. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kg
解析 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（20%）传递。设需消耗第一营养级生物x kg，则有(20%)4x=1，不难选出正确答案为C项。
2. 根据隐含的能量流动数量关系进行计算
例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 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 → 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
例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800g、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 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10kg÷10%÷2＝50kg。甲要增长50kg需摄食己和戊共50kg÷10%＝500kg，则己、戊各250kg，己要增长250kg则需摄食戊250kg÷10%＝2500kg，庚要增长50kg则需戊50kg÷10%＝500kg。共需戊：500＋2500＋250＝3250kg。
4. 根据变化的能量流动效率计算
例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
例7 有一食物网如下图5所示，设E种群干物质量为5.8×109kJ，B种群干物质量为1.3×108kJ，则A种群干物质量的值至少是_____________。
解析 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1.3×108kJ，从理论上讲，至多消耗E种群干物质为1.3×108kJ/10%＝1.3×109kJ，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（5.8－1.3）×109kJ×10%×10%＝4.5×107kJ。
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
1、单向流动：生产者 初级消费者
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。
1、能量的源头：太阳能
2、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
2、逐级递减：传递效率为10% ~ 20%
的太阳能的总量。
次级消费者
概念：
过程
特点
意义：
生态系统的能量流动
反馈练习：
1、在一个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，必须提供（ ） A．o2 B．H2o　C．有机物 D．太阳能
B
D
2、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（ ）
A. 1/5 B.1/125 　 C.1/25 　 D.1/625
3、肉食动物不可能是一条食物链中的第几
营养级（ ） A．第五 B．第二　C．第三 D．第四 4、对水稻→鼠→蛇→鹰这条食物链的错误
描述是（ ）
A.水稻是生产者 B.鼠是初级消费者 　　
C.蛇是次级消费者 D.鹰属于第三营养级
B
D
5.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
B.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
D .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１００％，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为（ 　）
A.４％和４％　　　　　　　　B.０.８％和０.８％
C .４％和０.８％　　　　　　 D.１０％和４％
C
C
7.识图作答：下图表示生态系统的能量
流动，请据图回答：
（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次
写在图中：
A．______ B．______
C．______ D．______
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
（2）图中a1代表
（3）图中a2代表
（4）a3＜a2的原因是
（5）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
有______ 因此，一个食物链一般不
能超过______
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
初级消费者呼吸作用消耗了大
部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者，
所以a3＜a2；
10％－20％
五个营养级
生态系统的能量流动过程图解
生产者
(植物)
呼吸
初级消费者
(植食动物)
呼吸
次级消费者
(肉食动物)
呼吸
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
1、 图中的箭头有哪些含义？
2、 能量能否逆向流动、循环流动？
思考:
呼吸
从第一营养级流入第二营养级的能量，占生产者所固定的
能量 总量的百分比是多少？
从第二营养级流入第三营养级的能量，占初级消费者所
同化的能量总量的百分比是多少？
(13.5%)
(20%)
计算:
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，几乎没有任何食物，你随身携带的食物只有15千克玉米和一只母鸡。你认为哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？（　　　）
A.先吃鸡，然后吃玉米。　　　　
B.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
人
玉米
玉米
人
鸡
能量流动的过程
输入第一营养级的能量转移方向：
（1）呼吸作用中热能散失
（2）生产者自身的生长、发育和繁殖消耗
（3）残枝败叶带走的能量
（4）储存于植物体中的有机物的能量。