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第 二 节
生态系统的能量流动
1. 生态系统的结构包括哪些
生态系统的成分
食物链和食物网
非生物的物质和能量
生产者
消费者
分解者
2. 生态系统的营养结构指什么?
3. 这种营养结构对生态系统有什么作用?
能量流动和物质循环的渠道。
生态系统的功能
能量流动
物质循环
信息传递
汉水丑生侯伟作品
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。
一、生态系统的能量流动概念
二.能量流动的过程
5.各营养级能量的去路有哪些?
请以生产者(第一营养级)为例说明.
⒈生态系统的能量来源是什么?
2.能量流动的起点和渠道是什么?
3.流经生态系统的总能量是什么?
4.各个营养级能量的来源又是什么?
思考并讨论:
1、小草的能量来自哪里
一、能量流动的过程分析
2、照射在草地上的太阳能如何被小草吸收 这些能量都被小草吸收了吗?
3、小草吸收了太阳能后, 这些能量有哪些去向
兔子
老鹰
草
汉水丑生侯伟作品
太阳光
光合作用
只是一部分
化学能
无机物
有机物
小草通过光合作用将太阳能固定下来
用于小草的生长、发育和繁殖,储存在小草体内
被兔子吃掉,流入兔子体内
自身的呼吸作用以热能形式散失
进入分解者
ADP+Pi
ATP
C3
CO2
H2O
O2
H++e
光能
NADP+
(CH2O)
还原
光反应
暗反应
?
C5
2
固定
多种酶
酶
类囊体薄膜上
叶绿体基质
NADPH
[ H ]
有机物中稳定的化学能
汉水丑生侯伟作品
能量的传递、转变和散失
能量在第一营养级中的变化
生产者
(植物)
初级消费者
(植食性动物)
呼吸作用
用于生长
发育和繁殖
分 解 者
遗体 残骸
ATP
热能(散失)
生命活动
生产者固定的太阳能
自身呼吸作用以热能散失
用于自身生长、发育、繁殖
遗体、
残枝败叶
被分解者
分解
被下一营养级摄入
①
②
③
一、能量流动的过程分析
2、兔子把草吃进肚子后,草中的能量都被兔子吸收了吗?
3、兔子吸收了能量后, 这些能量有哪些去向
兔子
老鹰
草
兔子
摄入
兔子
同化
用于生长
发育和繁殖
鹰
摄入
分
解
者
利
用
遗体
残骸
粪便
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
能量在第二营养级中的变化
初级消费者
摄入
初级消费者
同化
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
分
解
者
利
用
遗体
残骸
粪便
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
能量在第二营养级中的变化
粪便量(未同化)
用于生长、
发育、繁殖等
遗体残骸
分解者
次级消费者摄入
能量流经第二营养级示意图
初级消费者者摄入量
同化量
呼吸散失
1、生态系统的能量源头:
太阳能
3、能量流动的起点:
生产者固定的太阳能总量(约占1%)
能量流动的过程
4、能量流动的渠道:
以生产者固定的太阳能开始
食物链和食物网
5、能量在生物群落中的流动形式:
有机物中的化学能
2、输入生态系统的总能量:
6、能量流动的终点:
以呼吸作用产生热能的形式散失
下图是能量流动的图解,对此图解的理解错误的是
A.图中方框的大小可表示该营养级生物所同化的能量的多少
B.该图中的捕食食物链为A→B→C→D
C.该图中的A固定的能量表示流经该生态系统的总能量
D.图中A固定的能量是B、C、D固定的能量之和
D
汉水丑生侯伟作品
能量流动的特点
1、单向流动
(1)含义:生态系统的能量只能从第一营养级流向第二营养级,再流向第三营养级,再依次流向后面的各个营养级,不可逆转,也不能循环流动。
(2)原因:
①食物链中各营养级的顺序是不可逆转的,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,这是长期自然选择的结果。
②各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用,因此能量流动无法循环。
营养级 流入的能量 流出(输入下一营养级)的能量 呼吸作用散失 分解者分解(呼吸作用) 未被利用
流入/流出(%)
生产者 464.6 62.8 96.3 12.5 293
初级消费者 62.8 12.6 18.8 2.1 29.3
次级消费者 12.6 —— 7.5 微量 5.0
13.5
20.1
1、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?
2、能量在流动、转化后,流入下一个营养级的能量、呼吸作用散失、分解者分解及未被利用的能量总和是多少?
13.5%
20.1%
能量传递效率
1、计算公式
能量传递效率=
2、林德曼的研究表明,能量在相邻两个营养级之间的传递效率大约是10%-20%。即输入某一营养级的能量中,只有10%—20%的能量流入到下一个营养级(最高营养级除外)。
某一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
能量流动的特点
2、逐级递减
(1)含义:能量在沿食物链流动的过程中,每一个营养级的生物在代谢(如呼吸、排泄)中都会消耗很多的能量(这些能量最终以热能的形式散失),结果流向下一营养级的能量逐级减少。
(2)原因:
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分被分解者分解利用。
③各营养级都有一部分能量未被下一个营养级生物利用。
练习:一个生态系统中有甲、乙、丙、丁四个种群所含的能量统计如下表
种群 甲 乙 丙 丁
能量/kJ 2.8×109 1.3×108 9.1×107 2.9×106
下面符合这4个种群所构成的营养结构的是( )
A 甲→ 乙→ 丙→ 丁 B 甲→ 丙→ 乙→ 丁
乙 乙
C 甲 丙 D甲 丁
丁 丙
D
2、 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%
练习:1、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( )
1/125
C
3、 A B C
D E F
如上食物网中, A为1千克
1)C最多约为多少?
2) C最少约为多少?
0.04千克
0.0001千克
3)若C增加1千克,则A最少需要消耗多少千克?最多又为多少?
25千克
1000千克
4、根据下图所表示的食物网, 结合能量流动的特点进行计算:
牧草
鼠
蛇
猫头鹰
如果牧草固定了1000焦耳的能量, 则猫头鹰最少能获得______焦耳能量, 最多能获得______焦耳能量.
1
40
5、大象是植食性动物,有一种螳螂则专以象粪为食。设一大象所同化的能量为107KJ,则这部分能量中可流动到螳螂体内的为( )
A、0 KJ B、106 KJ
C、2×106 KJ D、106KJ~2×106 KJ
6、 池塘内的食物链为浮游植物 虾 小鱼,假设一大鱼只靠吃小鱼来增长1Kg体重,那么消耗浮游植物至少为( )
A、100Kg B、125Kg
C、625Kg D、1000Kg
浮游植物 → 虾 → 小鱼 →大鱼
A
B
7、在一个生态系统中,某草食动物同化的能量等于( )
A.生产者固定的太阳能总量
B.生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量
C.被草食动物吃了的植物中所含的能量减去粪便中所含的能量
D.用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量
C
8、下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析(图中所示数值的单位是J/(cm2·a)),G为植物,H为植食性动物,C为肉食性动物。以下相关叙述不正确的是( )
A.与该生态系统稳定性密切相关的是图中G、H和C所形成的营养结构
B.由G到H的能量传递效率为13.51%
C.从生态学的观点来看,G、H和C所包含的所有生物构成生物群落
D.H包括多种动物,它们之间的需求相似构成竞争关系
C
9、下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值,单位是J·m-2·a-1)。下列叙述正确的是( )
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1 357 J·m-2·a-1
D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
B
(2008 山东卷)
为缓解人口增长带来的世界性粮食紧张状况,人类可以适当改变膳食结构。若将(草食)动物性与植物性食物的比例由1︰1调整为1︰4,地球可供养的人口数量是原来的______倍。(能量传递效率按l0%计算,结果精确到小数点后两位数字)
1.96
汉水丑生侯伟作品
A
知低求高
图是某个生态系统中的食物网简图,据图回答:若E生物种群总能量为7.1×109kJ,B生物种群总能量为2.3×108 kJ,从理论上计算A贮存的总能量最少为_________ kJ。
4.8×107
7.1×109
2.3×108
10%
4.8×109
10%
10%
10%
10%
知高求低
下图表示某生态系统的食物网,请回答:若该生态系统的能量流动效率平均为10%,同一营养级的每种生物获得的能量是均等的,那么第一营养级的同化能量为2×107KJ,则鹰最终获得的能量是_______。要使鹰的数量最多它应处于第_____营养级。
3
6.05×104
6、下图是某生态系统中食物网简图,图中甲—庚代表各种不同的的生物,请据图回答
戊
丙
丁
庚
己
甲
乙
(1)此生态系统中作为生产者的生物是 ,作为次级消费者的生物是
(2)若该生态系统受到重金属污染,那么在体内积存重金属污染物最多的生物是 。
戊
丙
甲、乙、丁
(3)该生态系统只表示部分成分,图中未表示的成分为
分解者
非生物的物质和能量
有多少条食物链?
5条
生物富集:食物链营养级越高的生物,体内积累的DDT等农药或重金属的浓度越高。
根据不同信息构建食物链(网)
某陆地生态系统中,除分解者外,仅有甲、乙、丙、丁、戊5个种群,调查得知,该生态系统有4个营养级,营养级之间的能量传递效率,10%~20%,且每个种群只处于一个营养级,一年内输入各种群的能量数值如下表所示,表中能量数值的单位相同。
回答下列问题:
(1)请画出该生态系统中的食物网。
(2)甲和乙的种间关系是 ;种群丁是该生态系统生物组分中的 。
捕食
消费者
肉食性动物
12.6
植食性动物
62.8
生产者
464.6
能量金字塔
将单位时间内各个营养级所得到的能量数值,由低
到高绘制成图,可以形成一个金字塔图形,即能量金字塔。
能
量
金
字
塔
某一个湖的能量金字塔
第一
营养级
第二
营养级
第三
营养级
第四
营养级
能量 营养级
“能量金字塔”表示的是
与 的关系。
象征意义:能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点。
一条食物链中的营养级一般不会超过5个,为什么?
传递效率是10%~20%(营养级上升一级,
可利用的能量相应要减少80%~90%),能量
到了第五个营养级时,可利用的能量往往少到
不能维持其生存的程度了。
学以致用
学以致用
用能量流动的原理, 解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。
营养级越高,可利用的能量就越少;老虎一般在最高营养级,流经老虎的能量已减到很小的程度。在获得有限的食物空间里,虎的数量越少,就越容易获得食物来维持生存,其数量多时,就不能维持其生存。为了生存就会出现你死我活的斗争,这样一山就不能容二虎。
数量金字塔(一般营养级越高,数量越少)
从能量流动特点回答:一斤猪肉为什么比一斤菠菜贵?
不能从相同重量肉和米所含的能量和营养价值比较回答。
学以致用
如把各个营养级的数量用绘制能量金字塔的方式表示,是否也成金字塔形?有没有例外?
数量金字塔
人们对一片草地上的所有生物成员作了统计:
生产者(野草) 5 842 424株;
初级消费者(草原动物、昆虫)
708 624只;
次级消费者(肉食动物、吃昆虫的小鸟)
354 904 只;
三级消费者(肉食动物、吃小鸟的鹰)
3只。
每个营养级生物个体的数量
一般呈正金字塔形
象征意义:一般生物个体数目在食物链中随营养级的升高而递减。
昆虫
树
鸟
数量金字塔
鸟
树
昆虫
能量金字塔
特殊情况:
数量金字塔在某种情况下也可能出现金字塔倒置的现象。
一棵树上生活着许多昆虫、鸟等
生物量金字塔:每一个营养级的生物所含有机物的总质量。
人们对一片草原中生态系统作了统计:
生产者 4 800万吨;
消费者Ⅰ 1200万吨;
消费者Ⅱ 17万吨;
消费者Ⅲ 3万吨。
一般呈正金字塔形
生物量金字塔:每一营养级生物的总生物量。
一般来说,绿色植物的生物量大于它们所养活的植食性动物的生物量,而植食性动物的生物量大于以它们为食肉食性动物的生物量。
但在湖泊和开阔的海洋这样的水域生态系统中,微小的单细胞藻类是主要的生产者,这些生物世代经历期短,繁殖迅速,只能积累很少的有机物,并且浮游生物对它们的取食强度大,因而现存的生物量很小,这样就会出现金字塔的倒置。
生物量金字塔
浮游动物
生物量金字塔
浮游
植物
特殊情况:
浮游植物个体小,寿命短,又不断被浮游动物吃掉,所以某一段时间内浮游植物的生物量(用质量表示)可能低于浮游动物的生物量。
生物量金字塔在某种情况下也可能出现金字塔倒置的现象。
(三)研究能量流动的意义
草场上
放养牲畜过少
不能充分利用
牧草提供的能量
放养牲畜过多
草场退化,畜产
品产量下降
合理确定载畜
量,保持畜产
品持续高产
农田生态系统
作物秸秆烧掉
不能充分利用秸秆中的能量
秸秆做饲料喂牲畜
牲畜粪便进入沼气池
沼气做燃料
沼渣做肥料
2.实现能量的多级利用(提高能量利用率)
和物质的循环利用。如建立:生态农业
1.合理调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。
能不能改变生态系统能量流动的规律?
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。例如,在森林中,最好使能量多储存在木材中;在草原牧场上,则最好使能量多流向到牛、羊等牲畜体内,获得更多的毛、肉、皮、奶等畜产品。
除草为了使太阳能更多地流向农作物。捉虫为了使农作物中的能量散失减少。
2、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。
汉水丑生侯伟作品
能量多级利用:是指使生态系统中的物质和能量分层次多级利用,使生产一种产品产生的有机废物,成为另一种产品的投入,使废物资源化,从而提高能量的转化效率。根据生态系统的能量流动规律,要提高能量的利用率,可以在实际生活中借鉴下面的一些措施:(1)尽量缩短食物链;(2)充分利用生产者;(3)充分利用分解者,如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。
建立生态农业:
水稻
家禽,家畜
沼气池
(含微生物)
食用菌
人
饲料
粪肥
菌渣等
粪便
粪便
沼渣
沼渣沼液作肥料
秸秆
燃料
优点:实现对能量的多级利用和物质的循环利用。
我国古代就已发展出”桑基鱼塘“生产方式:利用桑叶喂蚕,蚕沙养鱼,鱼塘泥肥桑,在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。人在设计这种农业生产方式时,不一定清楚其中的科学道理,
桑基鱼塘就实现了对能量的多级利用,提高了能量的利用率。
问题探讨:假如你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,除了饮用水之外没有任何食物。你随身带的食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
策略: A.先吃鸡再吃玉米。 B.先吃玉米再吃鸡。 C.先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。
汉水丑生侯伟作品