第第2 2节节 生态系统的能量流动生态系统的能量流动问问题题探探讨讨备选策略备选策略1 1：先吃鸡，再吃玉米；先吃鸡，再吃玉米；备选策略备选策略2 2：先吃玉米，同时用一部分玉米先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。生态系统的能量流动生态系统的能量流动生态系统中能量的生态系统中能量的输入、输入、传递、转化和散失传递、转化和散失的过程，的过程，称为生态系统的能量流动。称为生态系统的能量流动。草的能量是怎草的能量是怎样样得来的得来的光合作用光合作用( (太阳能太阳能化学能化学能) )草的能量的去向草的能量的去向供下一营养级摄入供下一营养级摄入分解者分解分解者分解呼吸消耗呼吸消耗能量在第一营养级中的变化能量在第一营养级中的变化生生产产者者固固定定的的太太阳阳能能呼吸消耗呼吸消耗遗体、遗体、残枝败叶残枝败叶分解者利用分解者利用用于生长、用于生长、发育、繁殖发育、繁殖初级消费者摄食初级消费者摄食?摄入量摄入量: :下一个营养级通过捕食的方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式从上一个营养级获得的能量 . .兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？( (同化量同化量= =摄入量摄入量粪便量）粪便量）粪便粪便初级消费者初级消费者摄入摄入初级消费者初级消费者分分解解同化同化呼呼者者利利遗体遗体吸吸用于生长用于生长用用残骸残骸发育和繁殖发育和繁殖散散次级消费者次级消费者失失摄入摄入散失散失.能能量量在在第第二二营营养养级级中中的的变变化化呼呼吸吸鹰鹰(最高营养级最高营养级)的能量的能量去向如何去向如何呼吸消耗呼吸消耗分解者分解分解者分解生态系统的能量流动图解生态系统的能量流动图解: :能量沿着食物链流动能量沿着食物链流动, ,在这个过程中每一在这个过程中每一个营养级都有输入、传递、转化和散失。个营养级都有输入、传递、转化和散失。呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用生产者生产者(植物植物)植食动物植食动物肉食动物肉食动物肉食动物肉食动物者者分分解解呼吸作用呼吸作用总结总结、能量流动的起点：（、能量流动的起点：（能量的最能量的最终终源源头头）从生产者固定太阳能开始（太阳能）从生产者固定太阳能开始（太阳能）2、流经生态系统的总能量：、流经生态系统的总能量：生产者光合作用固定的太阳能总量生产者光合作用固定的太阳能总量3、生态系统能量流动的渠道：、生态系统能量流动的渠道：食物链和食物网食物链和食物网4|、生态系统能量的散失：、生态系统能量的散失：热能热能思考与思考与讨论讨论:生态系统中的能量流动和转化是否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，为什么？在生态系统中，能量的形式不断转换，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；动物通为储存于有机物化学键中的化学能；动物通输入某营养级的总能量呼输入某营养级的总能量呼过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、吸作用消耗的能量分解者分吸作用消耗的能量分解者分飞、游的机械能。在这些过程中，能量既不飞、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，只能由一种形式能凭空产生，也不会消灭，只能由一种形式解的能量流入下一营养级的解的能量流入下一营养级的转变为另一种形式。因此，对于生态系统中转变为另一种形式。因此，对于生态系统中能量能量的能量转换和传递过程，都可以根据热力学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。第一定律进行定量计算。流经某生态系统的能量能流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？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，通过呼吸作用被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热能的形式散失。散失到空间的热能不以热能的形式散失。散失到空间的热能不能再回到生态系统参与流动。能再回到生态系统参与流动。因为至今尚因为至今尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物未发现以热能作为能源合成有机物的生物分析分析”塞达伯格湖的能量流动图解塞达伯格湖的能量流动图解”“未利用未利用”是指未被自身呼吸作用消耗和未被后一是指未被自身呼吸作用消耗和未被后一下下营营养养级级和分解者利用的能量和分解者利用的能量1.1.用表格的形式，将图中的数据进行整理用表格的形式，将图中的数据进行整理2.2.计算计算“流出流出”该营养级的能量占该营养级的能量占“流入流入”该营养级能量的百分比该营养级能量的百分比? ?营养级营养级生产者生产者植食性动物植食性动物肉食性动物肉食性动物流出能量流出能量（输入后一（输入后一流入能量流入能量个营养级）个营养级）464.6464.6. .出入比出入比13.52%20.06%62.812.6分解者分解者2流入某一营养级的能量，为什么不是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？百分百地流到下一营养级？提示：流入某一营养级的能量主要有以提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：下去向：一部分通过该营养级的一部分通过该营养级的呼吸作用散失呼吸作用散失了。了。一部分作为遗体或残枝败叶而被一部分作为遗体或残枝败叶而被分解者所分解分解者所分解。还有一部分进入下一营养级还有一部分进入下一营养级（被捕食）（被捕食） 。所以，流入某一营养级的能量不所以，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。可能百分之百地流到下一营养级。生态系统能量流动的特点：生态系统能量流动的特点：单向流动单向流动: : 不循环，不可逆不循环，不可逆生产者生产者次级消费者次级消费者初级消费者初级消费者三级消费者三级消费者能量在沿食物链流动的能量在沿食物链流动的逐级递减逐级递减: :过程中是逐渐减少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在相邻两个营养级中的传递效率大约是约是10%10%20%20%假如你流落到荒岛上，只假如你流落到荒岛上，只有一只母鸡、有一只母鸡、kgkg玉米玉米先吃鸡，再吃玉米？先吃鸡，再吃玉米？先吃玉米，同时用一部分玉米先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋？喂鸡，吃鸡产下的蛋？增加了食物链的长度，增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人能量逐级递减，最后人获得的能量较少获得的能量较少能量金字塔能量金字塔想一想：想一想：从能量流动金字塔可从能量流动金字塔可以看出：营养级越多，以看出：营养级越多，在能量流动中消耗的在能量流动中消耗的越多能量就能量就 _。如果把各个营养级的如果把各个营养级的生物量（质量）和数量关生物量（质量）和数量关系，用绘制能量金字塔的系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也方式表达出来，是不是也是金字塔形？是金字塔形？数量金字塔数量金字塔想一想：想一想：有没有例外的有没有例外的情况？情况？成千上万只昆虫生活在一株大树上，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。该数量金字塔的塔形也会发生倒置。在一片树林中，树、昆虫和食虫在一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如下图所示：鸟的个体数比例关系如下图所示：鸟鸟鸟鸟昆虫昆虫昆虫昆虫树树数量比例图数量比例图树树能量金字塔能量金字塔生物量金字塔生物量金字塔例如，在海洋生态系统中，由于生例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，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，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。流过浮游动物的要多。思考：思考：1、从能量流动的特点角度解释为什么食物链一般、从能量流动的特点角度解释为什么食物链一般不超过五个营养级及不超过五个营养级及“一山不容二虎一山不容二虎”的原理。的原理。2.为什么一般的食物链上营养级不会多于为什么一般的食物链上营养级不会多于 5个？个？答：根据能量答：根据能量传递传递效率效率为为 10%20% 计计算，流入到下一算，流入到下一营营养养级级能量是很少的。所以能量是很少的。所以营营养养级级越高生物种越高生物种类类和数和数量就越少。当能量流量就越少。当能量流经经 45个个营营养养级级，所剩的能量就，所剩的能量就少到不足以再少到不足以再维维持下一持下一营营养养级级的生命了。因的生命了。因为为能量每能量每流流经经一一级级都要都要丢丢失一大部分，所以食物失一大部分，所以食物链链越越长长，能量，能量流失就越多。流失就越多。1.1.为什么说为什么说“一山不容二虎一山不容二虎” ? ?根据生态系统中能量流动逐级递减的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，老虎的数量将已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故是很少的。故“一山不容二虎一山不容二虎”有一定的有一定的生态学道理。生态学道理。1.为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？2.为什么几平方公里才能有一只虎为什么几平方公里才能有一只虎,而几平方而几平方米却有百万昆虫米却有百万昆虫?3.人增加一千克，要消耗多少克的植物？人增加一千克，要消耗多少克的植物？(从从不同食物链考虑不同食物链考虑)例、例、在草原上，牛以草为食，屎壳在草原上，牛以草为食，屎壳郎以牛粪为食郎以牛粪为食思考：思考：a、在能量流动的分析中牛粪、在能量流动的分析中牛粪中所含的能量属于哪一部分？中所含的能量属于哪一部分？生产者固定的太阳能生产者固定的太阳能b、被牛同化的能量中约有多少流入、被牛同化的能量中约有多少流入屎壳郎？屎壳郎？0加工厂加工厂蚕茧蚕茧鱼鱼蚕粪蚕粪有有机机物物质质甘蔗甘蔗桑基桑基蔗基蔗基蔗叶蔗叶塘泥塘泥塘泥塘泥鱼塘鱼塘人们虽然不能改变能量流动的客观规律，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对人类最有益的部分三三. .研究能量流动的意义研究能量流动的意义1、对对能量能量进进行多行多级级利用，提高能量的利用率。利用，提高能量的利用率。例如：秸例如：秸秆秆的多的多级级利用、桑基利用、桑基鱼鱼塘塘“桑基鱼塘桑基鱼塘”的设计理念是从人类的设计理念是从人类所需出发，通过所需出发，通过能量多级利用能量多级利用，充，充分利用流经各营养级的能量，提高分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。生产效益。桑基桑基鱼鱼塘塘研究生研究生态态系系统统能量流能量流动动的意的意义义2、合理、合理调调整能量流整能量流动动关系，使能量持关系，使能量持续续高效地流向高效地流向对对人人类类最有益的部分。最有益的部分。例如，在森林中，最好使能量多例如，在森林中，最好使能量多储储存在木材中；在存在木材中；在草原牧草原牧场场上，上，则则最好使能量多流向到牛、羊等牲畜最好使能量多流向到牛、羊等牲畜体内，体内，获获得更多的毛、肉、皮、奶等畜得更多的毛、肉、皮、奶等畜产产品。品。思考：从能量流动的角度分析农业生产中除草、灭思考：从能量流动的角度分析农业生产中除草、灭虫的生态原理。虫的生态原理。W1? 5W21. 1. 根据能量流动效率直接计算根据能量流动效率直接计算例例1 1 某生态系统中初级消费者和次级消费者的总某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是能量分别是W1W1和和W2W2，当下列哪种情况发生时，最，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏（有可能使生态平衡遭到破坏（）W ?10WA. B. C. D. W1? 5W2W1? 5W2W ?10W1212例例2 2 有有5 5个营养级的一条食物链，若第五营养级个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加的生物体重增加1kg1kg，理论上至少要消耗第一营，理论上至少要消耗第一营养级的生物（养级的生物（ ）? A. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kgA. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kg? 2. 2. 根据隐含的能量流动数量关系进根据隐含的能量流动数量关系进行计算行计算?例例3 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%?3. 根据规定的能量流动效率计算根据规定的能量流动效率计算例例4 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？? 例例5 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？?4. 根据变化的能量流动效率计算根据变化的能量流动效率计算例例6 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5.8109kJ，B种群干物质量为1.3108kJ，则A种群干物质量的值至少是_。生态系统中能量的输入、传递、转化生态系统中能量的输入、传递、转化概念：概念：和散失的过程。和散失的过程。生生态态系系统统的的能能量量流流动动1、能量的源头：太阳能、能量的源头：太阳能过过程程2、流经生态系统的总能量：生产者固定、流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能的总量。的太阳能的总量。3、总渠道：食物链或食物网、总渠道：食物链或食物网1、单向流动：生产者、单向流动：生产者初级消费者初级消费者特特次级消费者次级消费者点点2、逐级递减：传递效率为、逐级递减：传递效率为 10% 20%意义：意义：调整生态系统中的能量流动关系，使能量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。持续高效地流向对人类最有益的部分。反馈练习：反馈练习：1、在一个处于平衡状态的封闭的生态系、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，统内，要使其中的动物能够长时间存活，必须提供（必须提供（D）Ao2BH2oC有机物有机物 D太阳能太阳能2、在一条食物链中，第二营养级能量最、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（多有多少流入到第五营养级（B）A. 1/5 B.1/125 C.1/25 D.1/6253、肉食动物不可能是一条食物链中的第几、肉食动物不可能是一条食物链中的第几营养级（营养级（B）A第五第五 B第二第二C第三第三 D第四第四4、对水稻、对水稻鼠鼠蛇蛇鹰这条食物链的错误鹰这条食物链的错误描述是（描述是（D）A.水稻是生产者水稻是生产者B.鼠是初级消费者鼠是初级消费者C.蛇是次级消费者蛇是次级消费者 D.鹰属于第三营养级鹰属于第三营养级5.下面有关生下面有关生态态系系统统能量流能量流动动的表述，不正确的是（的表述，不正确的是（C）A.能量流能量流动动是是单单向流向流动动，逐，逐级递级递减的减的B.食物食物链链越短，可供消越短，可供消费费者的能量越多者的能量越多C .初初级级消消费费者越多，次者越多，次级级消消费费者者获获得的能量越少得的能量越少D .营营养养级级越多，散失的能量越多越多，散失的能量越多6.假假设设一个生一个生态态系系统统的的总总能量能量为为，按最高，按最高传递传递效效率率计计算，第三算，第三营营养养级级和三和三级级消消费费者所者所获获得的能量得的能量应为应为（C）A.和和B.和和.C .和和.D.和和练习题练习题1. 根据生态学原理，使能量在流动过程中损耗最低，根据生态学原理，使能量在流动过程中损耗最低，应采用的一组食物结构应采用的一组食物结构BA.以淡水养殖的鱼类为主以淡水养殖的鱼类为主B.以谷物与植物蛋白为主以谷物与植物蛋白为主C.以海洋鱼类为主以海洋鱼类为主D.以禽肉与蛋为主以禽肉与蛋为主2.下图是某一生态系统的能量锥体，能正确反下图是某一生态系统的能量锥体，能正确反映能量流动特点的是：映能量流动特点的是：DABCD3.一般地说，在食物链中随营养级的递增，生一般地说，在食物链中随营养级的递增，生物个体数量将依次：物个体数量将依次：CA.递增递增B.不变不变C.递减递减D.稍增加稍增加4.在生态系统的能量金字塔中，贮存能量最多的在生态系统的能量金字塔中，贮存能量最多的成分是：成分是：AA.生产者生产者 B.初级消费者初级消费者 C.次级消费者次级消费者 D.分解者分解者c c5 5、流经生态系统的总能量是指、流经生态系统的总能量是指 ( ( ) )A. A. 照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全部太阳能部太阳能B. B. 射进该系统的全部太阳能射进该系统的全部太阳能C. C. 该系统全部生产者所固定的太阳能的总量该系统全部生产者所固定的太阳能的总量D. D. 生产者传递给消费者的全部能量生产者传递给消费者的全部能量6 6、假设初级消费者从生产者那里获得的能量数值、假设初级消费者从生产者那里获得的能量数值相等，则猫头鹰获得能量最多的食物链（相等，则猫头鹰获得能量最多的食物链（B B）A A、绿色植物、绿色植物蝗虫蝗虫蜘蛛蜘蛛蜥蜴蜥蜴蛇蛇猫头鹰猫头鹰B B、绿色植物、绿色植物鼠鼠猫头鹰猫头鹰C C、绿色植物、绿色植物蝗虫蝗虫青蛙青蛙蛇蛇猫头鹰猫头鹰D D、绿色植物、绿色植物鼠鼠蛇蛇猫头鹰猫头鹰7.假设一个生态系统的总能量为，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（C）A.和B.和.C.和. D.和7.识图作答：下图表示生态系统的能量识图作答：下图表示生态系统的能量流动，请据图回答：流动，请据图回答：（1）将）将A、B、C、D各营养级的名称依次各营养级的名称依次写在图中：写在图中：生产者生产者初级消费者初级消费者A_ B _次级消费者次级消费者C_ D 三级消费者三级消费者_（2）图中）图中a1代表代表生产者所固定的太阳能生产者所固定的太阳能（3）图中）图中a2代表代表从第一营养级流动到第二营养级的能量从第一营养级流动到第二营养级的能量（4）（5）从生态系统能量传递效率上看，一个）从生态系统能量传递效率上看，一个a3a2的原因是的原因是初级消费者呼吸作用消耗了大初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有部分的能量，只有10-20的能量传递给次级消费者，的能量传递给次级消费者，所以所以a3a2；营养级的能量，流到下一个营养级只营养级的能量，流到下一个营养级只有有_ 1020因此，一个食物链一般不因此，一个食物链一般不能超过能超过_五个营养级五个营养级