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生态系统的能量流动
第3章第2节
人教版 选择性必修2
假设你像小说中的鲁滨逊一样,也流落到一个荒岛上,你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援:
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。
问题探讨
A、先吃鸡,再吃玉米
能量流动概念:生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
能量的输入
能量的散失
生态系统
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入,也就没有生命的生态系统
研究能量流动的基本思路
如果将一个营养级中的所有种群作为一个整体,那么应该如何作图?
科学方法
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
能量输入
个体1
个体2
个体3
……
能量输入
种群
能量储存
能量散失
一
生态系统的能量流动的过程
一
生态系统的能量流动的过程
1%
呼吸作用以
热能形式散失
草(第一营养级)固定的能量将有何去向?
生长发育和
繁殖储存起来
未利用
一
生态系统的能量流动的过程
遗体残骸
被分解者分解
(同化量)
注意: 如果在每一时间段去分析去向,还应有未被利用的能量。
一
生态系统的能量流动的过程
自身生长、
发育、繁殖
呼吸作用以热能形式散失
太阳能
“一来三去”
定量不定时
定量定时
“一来四去”
呼吸消耗+下一级+分解者+未利用
呼吸消耗+下一级+分解者
草(第一营养级)的能量流动情况
残枝败叶被分解者分解
初级消费者摄入
生产者光合作用固定
未被利用
1%
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗?
同化量
=
摄入量
粪便量
-
粪便
一
生态系统的能量流动的过程
呼吸作用以
热能形式散失
生长发育和
繁殖储存起来
兔同化了草的能量后,这些能量有哪些去向?
遗体残骸被分解者分解
流入下一营养级
一
生态系统的能量流动的过程
未利用
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
呼吸作用
热能散失
粪便
呼吸作用
散失
遗体残骸
一
生态系统的能量流动的过程
兔(第二营养级)的能量流动情况
③
①
②
未利用
④
思考:
流经第二营养级的总能量?
初级消费者同化量
初级消费者粪便中的能量包括在初级消费者同化的能量中吗?
同化量
摄入量 - 粪便量
=
能量在食物链中流动的形式是什么?
有机物中的化学能
粪便量是属于上一营养级的能量
狐狸同化了兔的能量后,这些能量有哪些去向?
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
最高营养级
摄入
最高营养级
同化
粪便
分解者利用
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
一
生态系统的能量流动的过程
未利用
未利用
源头:
流经生态系统总能量:
途径:
形式:
太阳能→有机物中的________→热能
形式:最终以 形式散失
过程:
输入
传递
转化
散失
太阳能
食物链和食物网
有机物中的化学能
生产者固定的太阳能总量
化学能
热能
呼吸作用
能量流动概念:生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
归纳总结
并不是所有生态系统的能量输入都只有生产者。
人工鱼塘等生态系统的输入能量还包括饲料中有机物中的能量。
能量流动并不是只在食物链(网)中传递。
生产者、消费者的遗体中的能量会流入分解者。
生产者同化量就是其通过光合作用制造的有机物中的能量,即总光合作用量。
某级消费者同化量中流入分解者的能量
=某级消费者遗体残骸+下级消费者粪便中所含的能量。
一
生态系统的能量流动的过程
例.如图为草原生态系统
的能量流动图解模型(
D、E、F属于各营养级
生物生长、发育、繁殖
的能量):
1._____________________表示流入各营养级生物的能量,
写出其中等量关系A=__________________
2.__________分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量;
3.__________分别表示分解者分解利用的能量;
4.兔子用于生长、发育和繁殖的能量E=_____________;
5.K中能量包括兔子尸体及 粪便中的能量。
D+G或B+G+J
C+K
G、H、I
J、K、L
狼
A、B、C
一
生态系统的能量流动的过程
二
生态系统的能量流动的特点
赛达伯格湖
林德曼 R.L.Lindeman
美国生态学家 1915-1942
赛达伯格湖位于美国,是一个高原湖泊,面积约5× 105 m2。林德曼用定量的方式研究了群落中各营养级之间的能量关系,提出了“林德曼定律”,标志着生态学开始从定性走向定量。
分析赛达伯格湖的能量流动
二
生态系统的能量流动的特点
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)。
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(下一级)能量 出入比
(传递效率)
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
二
生态系统的能量流动的特点
3. 流入某一营养级的能量,为什么不会百分之百地流到下一个营养级?
4.从方向上看,能量流动是否会逆转,能不能循环流动?为什么?
①生态系统各营养级间取食和被食的关系是不可逆的。
②各营养级通过呼吸作用散失的热能不能再被生物利用。
不会逆转,不能循环流动。因为:
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外,还有:
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失;
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用;
③一部分未被利用
二
生态系统的能量流动的特点
特点2:逐级递减
传递效率为10%~20%
【原因】:①生物的捕食和被捕食关系是自然选择的结果,不能逆转。食物链
中各营养级的顺序是不可逆转的;
②生态系统中的能量最终以热能的形式散失,所以不可循环利用。
【原因】:①各营养级生物会因自身的呼吸作用而散失部分能量
②各营养级的能量会有一部分流向分解者。
③各营养级生物总有一部分能量不能被下一营养级利用
二
生态系统的能量流动的特点
只能沿食物链由低营养级流向高营养级,不循环
特点1:单向流动
1.怎样从能量流动的角度解释“一山不容二虎”?
想一想
能量流动是逐级递减的,营养级越高,得到的能量越少。
生态系统中能量流动一般不超过5个营养级
2.能量在流动过程中逐级递减,与能量守恒定律是否矛盾?
不矛盾。逐级递减,指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律用于衡量流入某个生态系统中的总能量(包括储存在生物体中的、被各个营养级利用的、散失的能量)。
(1)生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量( )
(2)流经第三营养级的总能量是指三级消费者同化到体内的能量( )
(2)相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%,也不会大于20%( )
(3)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能( )
(4)由于热能不能重新利用,所以不遵循能量守恒定律( )
(5)一只狼捕捉了一只兔子,则这只狼最多能获得兔子20%的能量( )
√
×
×
×
×
判断正误
×
A是生产者,B、C、D为三种动物,各种群同化的能量如图所示,则该生物之间构成的食物链(网)是:
二
生态系统的能量流动的特点
(1)相邻营养级的能量传递效率:10%~20%,计算方法如下:
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
能量传递效率 =
拓展:能量传递效率的计算
练1. 假设某初级消费者摄入的能量为a,其粪便中的能量为b,通过
呼吸消耗的能量为c,用于生长、发育和繁殖的能量为d,则流入次
级消费者的能量为e,则这两个营养级的能量传递效率是( )
A.e/(a+b)×100% B.e/(c+d)×100%
C.e/(a-c)×100% D.e/(b+d)×100%
B
练2:如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103kJ/(m2·a)],第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为 。
植食性动物
太阳能
生产者
14
肉食性动物
2.5
0.25
有机物输入
5
2
(2)具有人工能量输入的能量传递效率计算
人为输入到某一营养级的能量是该营养级同化量的一部分,但却不是从上一个营养级流入的能量。
15.6%
拓展:能量传递效率的计算
110
(3)食物链中能量的最值计算(已知营养级间能量传递效率的除外)
知高求低
知低求高
练3.右图表示某生态系统食物网的图解,猫头鹰体重每增加1kg,至少消耗A约( )
A.100kg B.44.5kg
C.25kg D.15kg
C
拓展:能量传递效率的计算
拓展:能量传递效率的计算
(4).在能量分配比例已知时,按比例分别计算,最后相加
练4.根据图示的食物网,若黄雀的全部同化量来自两种动物,蝉和螳螂各占一半,则当绿色植物增加G千克时,黄雀增加体重最多是( )
A.G/75千克 B.3G/125千克
C.6G/125千克 D.G/550千克
A
练5.在如图所示的食物网,如将玉米流向鸡和人的比例由1:1调整为1:2,能量传递效率按10%计算,人获得的能量是原来的_______倍
1.27
设玉米的能量为1,当玉米→鸡:玉米→人为=1:1时
则流向人的能量为1/2×10%×10%+1/2×10%=11/200
当玉米→鸡:玉米→人为1:2时
则流向人的能量为
所以,人获得的能量是原来的7/100╱11/200=1.27倍
1/3×10%×10%+2/3×10%=7/100
拓展:能量传递效率的计算
策略1.先吃鸡,然后吃玉米。
策略2.先吃玉米,同时用玉米喂鸡,吃鸡蛋,最后吃鸡。
玉米
鸡
人
好残忍!
√
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每层 含义
特点
特例
每一营养级生物的同化量
自然生态系统一定为正金字塔
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
浮游植物与浮游动物
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
树与昆虫
三
生态金字塔
①可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置,增大流入生态系统的总能量。
②可以帮助人们科学规划和设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用。
③可以帮助人们合理的调整能量流动关系,使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
间种和多层育苗
四
研究能量流动的实践意义
确定载畜量
沼气池
一般指流入最高营养级的能量占生产者固定总能量的比值,一般食物链越短,营养结构越复杂能量利用率越高。
能量传递效率 =
上一营养级的同化量
某一营养级的同化量
×100%
四
研究能量流动的实践意义
能量利用率 =
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
五
本课小结
1. 下列关于生态系统能量流动的叙述,正确的是( )
A.营养级数量越多,相邻营养级之间的能量传递效率就越低
B.呼吸消耗量在同化量中所占比例越少,生物量增加就越多
C.生产者的固定量越大,各级消费者的体型就越大
D.营养级所处的位置越高,该营养级所具有的总能量就越多
B
即时练习
2.如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图,其中a~g表示能量值。若图中a表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量,则下列说法不正确的是( )
A.图中b表示同化的能量
B.图中c表示流入下一营养级的能量
C.图中d表示通过呼吸作用散失的能量
D.图中a值与c+d+e的值相同
B
即时练习
3.某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能),下列叙述中不正确的是( )
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2+B2+C2)
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
C
即时练习
4.如图是近年在某地试验成功并大范围推广的生态农业模式,下列有关此生态系统的叙述中,错误的是( )
A.图中位于第二营养级的生物有螺、
昆虫、鸭
B.鸭和螺之间是捕食与种间竞争关系
C.该生态系统中鸭所同化的能量来自
生产者固定的太阳能和饲料中的化学能
D.拔去田地中的杂草可以提高生态系统的能量传递效率
D
即时练习