(共31张PPT)
第二节 生态系统的能量流动
第三章 生态系统及其稳定性
假设你像小说中的鲁滨逊那样,流落在一个荒岛上,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。
问题探讨
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
流落荒岛
问题探讨
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入,就没有生命和生命系统。
1.两种生存策略的食物关系简图——关键是能为人提供的能量有多少
2.两种生存策略的能量流动过程是不一样的:策略一人获得的能量比策略二更多
鸡
玉米
人
策略一
鸡
玉米
人
策略二
学习目标
1.概述生态系统中能量流动的过程和特征
2.利用图示、模型构建生态系统的能量流动过程
3.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量,生物量或数量等关系
4.概述研究生态系统能量流动的意义
研究能量流动的基本思路
1
能量流动的过程
2
能量流动的特点
3
能量流经一个种群的情况可以图示如下:
研究能量流动的基本思路
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。
研究能量流动的基本思路
如果将这个种群作为一个整体来研究,则左图可以概括成下图形式,从中可以看出分析能量流动的基本思路。
能量
输入
种群
能量储存
能量散失
如果以种群为研究对象,能量流动的渠道为食物链,在分析时,可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体,那么左图将概括为何种形式呢?
以营养级为研究对象,可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
研究能量流动的基本思路
能量
输入
某个
营养级
能量
储存
能量
散失
1.概念
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
(1)输入
源头:太阳能(地球上几乎所有的生态系统)
总能量:一般情况下是生产者固定的太阳能
(2)传递
途径:食物链和食物网
形式:有机物中的化学能
能量流动的过程
(3)转化
太阳能→有机物中的化学能→热能
能量流动的过程
能量的输入
能量的散失
生态系统
传递
转化
(4)散失
途径:呼吸作用
形式:热能
2.过程
能量流动的过程
太阳能
生产者
次级
消费者
初级
消费者
分解者
热能
传递、转化
输入
输出
(1)能量流经第一营养级示意图
能量流动的过程
99%
散失
呼吸作用
散失(热能)
用于生长
发育和繁殖
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
未利用
初级消费者
(植食性动物)
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(最终也将被分解者利用)
流经第一营养级的总能量:生产者所同化的全部太阳能
若为人工生态系统,流经生态系统的总能量还有人工补充的能量
1%
固定(同化)
第一营养级的能量流动情况
生产者同化(固定)的能量去向有哪些?
呼吸作用中以热能的形式散失
随残枝败叶等被分解者分解而释放出来
流入初级消费者
能量流动的过程
生产者所同化
的全部太阳能
呼吸 作用
散失(热能)
用于生长发育和繁殖
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
未利用
初级消费者
(植食性动物)
②③属于用于自身生长、发育和繁殖,储存在有机物中的能量
(2)能量流经第二营养级示意图
流经第二营养级的总能量:同化量
同化量=摄入量-粪便量
粪便量:属于上一营养级同化量的一部分,该部分能量最终流向分解者
能量流动的过程
初级消费者
摄入
初级消费者
同化
粪便
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
遗体
残骸
呼吸 作用
散失
呼吸
作用
散失
…
能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同
(1)输入该营养级的总能量是指______(填字母)
(2)粪便中的能量(c)____(填“属于”或“不属于”)该营养级同化的能量,应为________
(3)初级消费者同化的能量(b)=__________
(4)生长、发育和繁殖的能量(e)=____________
能量流动的过程
初级消费者
摄入(a)
初级消费者
同化(b)
粪便(c)
分解者利用
用于生长发育和繁殖(e)
次级消费者
摄入(i)
遗体
残骸
(f)
呼吸
作用
(d)
散失
呼吸作用
散失
…
未利用
(j)
b
不属于
上一营养级同化的能量
中流向分解者的部分
d+e
f+i+j
(3)能量流经最高营养级的过程
最高营养级同化的能量去向:
呼吸作用中以热能的形式散失
以遗体残骸的形式被分解者利用
能量流动的过程
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
最高营养级没有流入下一营养级的能量去向
总结:生态系统的能量流动过程
箭头由粗到细:表示流入下一营养级的能量逐级递减
方框从大到小:随营养级的升高,储存在生物体内的能量越来越少
能量流动的过程
生产者
(绿色植物)
初级消费者
(植食性动物)
次级消费者
(肉食性动物)
三级消费者
(肉食性动物)
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分解者
呼吸作用
能量流动的渠道是食物链和食物网
能量散失的途径是各种生物的呼吸作用
流动过程中能量的转化是太阳能→有机物中的化学能→热能
能量流动的过程
生产者
(绿色植物)
初级消费者
(植食性动物)
次级消费者
(肉食性动物)
三级消费者
(肉食性动物)
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分解者
呼吸作用
能量流动的过程
某营养级同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
①某营养级的能量最终去向
②某营养级的能量某段时间内的能量去向
某营养级同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
未被利用的能量
生态系统中的能量流动
思考讨论:
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?
遵循能量守恒定律。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的有机物中,另一部分在呼吸作用中以热能形式散失,两者之和与流入生态系统的能量相等。
2.流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来?为什么?
不能,能量流动是单向的
能量流动的过程
分析赛达伯格湖的能量流动
为了研究能量流经生态系统的食物链时,每一级的能量变化和能量转移效率,美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析。
能量流动的特点
赛达伯格湖
深1米,面积为14480平方米,湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一,没有大的波浪。
优点:小、简单、稳定
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
能量流动的特点
数字为能量数值。“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
能量流动的特点
输入能量(同化量) 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用
生产者 464.6 62.8 96.3 12.5 293
植食性动物 62.8 12.6 18.8 2.1 29.3
肉食性动物 12.6 / 7.5 微量 5.0
= + + +
= + + +
逐级递减
能量传递效率 =
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
× 100%
13.5%
20%
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?
流入某一营养级的能量主要有以下去向:
一部分通过本营养级的呼吸作用散失
一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用
一部分未被利用
4.通过以上分析,你能总结出什么规律?
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,传递效率为:10%~20%
能量流动的特点
总结:能量流动的特点
单向流动
逐级递减
能量传递效率:一般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下一个营养级生存的程度了)
营养级数量:一般不超过5个营养级
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。
能量流动的特点
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?
不矛盾
能量在流动过程中逐级递减,指的是流入各个营养级的能量
能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量
总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量
因此,虽然能量在流动过程中逐级递减,但总能量依然遵循能量守恒定律
能量流动的特点
课堂小结
生态系统的能量流动
特点
转化
传递
过程
单向流动、逐级递减
能量传递效率为10 % ~ 20 %
散失
输入
生产者固定的能量
食物链和食物网
太阳能→化学能→热能
热能
课堂小测
C
1.在生态系统中,生产者所固定的能量可以沿着食物链传递,食物链中的每个环节即为一个营养级。下列关于营养级的叙述,错误的是( )
A.同种动物在不同食物链中可能属于不同营养级
B.作为生产者的绿色植物所固定的能量来源于太阳
C.作为次级消费者的肉食性动物属于食物链的第二营养级
D.能量从食物链第一营养级向第二营养级只能单向流动
解析:A、杂食动物既会捕食植物,又会捕食动物,如果捕食植物,就是第二营养级,捕食动物,就是第三营养级或更高营养级,所以不同食物链中的动物会处于不同的营养级,A正确;B、绿色植物进行的是光合作用,能量来源于太阳,B正确;C、次级消费者是第三营养级,初级消费者是第二营养级,第一营养级是生产者,C错误;D、因为第一营养级是植物,第二营养级是动物,食物链是单向的,能量流动也就是单向的,D正确。
B
2.下图为某湖泊生态系统的生物关系(a~d示能量数值),下列各项叙述错误的是( )
A.流经该湖泊生态系统的总能量为a
B.图中d包含第二营养级所排粪便中的能量
C.生产者流向初级消费者的能量传递效率为b/a×100%
D.某有毒物质污染湖泊,次级消费者体内积累的有毒物质往往比生产者多
解析:流经该湖泊生态系统的总能量是生产者即第一营养级所固定的太阳能总量,其数值为a,A项正确;图中d表示第二营养级的遗体、残骸中的能量被分解者所利用,第二营养级所排粪便中的能量属于a能量中的一部分,因此不在d所包含的范围内,B项错误;生产者流向初级消费者的能量传递效率=第二营养级的同化量/第一营养级生物所固定的太阳能总量×100%=b/a×100%,C项正确;导致湖泊污染的某有毒物质会通过食物链的各个营养级在生物体内富集,因此次级消费者体内积累的有毒物质往往比生产者多,D项正确
B
3.海水立体养殖技术在我国沿海地区应用广泛,该技术为表层养殖海带等大型藻类,海带下面的中层通过挂笼养殖牡蛎(滤食小型浮游植物)等,而底层则养殖海参(以底栖微藻、生物遗体残骸为食),该立体养殖生态系统的能量流动示意图(如图),M、N表示营养级,能量单位为kJ/(m2·a)。下列相关叙述错误的是( )
A.该生态系统中,生产者为海带、小型浮游植物等
B.牡蛎为初级消费者,若养殖海带的数量增多,有
利于增加牡蛎种群数量
C.M和N之间的能量传递效率大约为6.3%
D.能量是单向流动的,在M、N、遗体残骸之间无法实现能量循环
解析:该生态系统中,海带、小型浮游植物可以进行光合作用,属于生产者,A正确;海带和小型浮游植物同属于生产者,为竞争关系,若养殖海带数量过多,则小型浮游植物数量减少,而牡蛎以小型浮游植物为食,不利于其数量增加,B错误;M和N之间的能量传递效率为386÷(3281+2826)约为6.3%,C 正确;能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的,无法循环,D正确。
Thanks
生活如诗,意境深远,绚丽多彩