资源简介

(共36张PPT)
1.25 生态系统的结构和功能以及稳定性
一.生态系统的概念
二.生态系统的结构
组成成分
营养结构——食物链和食物网
三.生态系统的功能
能量流动
1.概念
2.过程
3.特点
科学思维：能量流动相关计算
4.生态金字塔
5.意义
物质循环
信息传递
四.生态系统的稳定性
1.25 生态系统的结构和功能及其稳定性
假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有一只母鸡、15kg玉米。
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。
流落荒岛的鲁滨逊
课本P54
玉米
鸡
人
玉米
鸡
人
√
营养级增多，消耗增多
研究能量流动的基本思路
个体水平
群体水平
能量储存
种群
能量散失
能量
输入
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。
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。
某一
营养级
呼吸作用散失的能量
…
个体1
储存在体内的能量
个体2
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体3
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量
输入
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，则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。
1、能量经过第一营养级（生产者）示意图
生产者光合作用固定（同化）
自身生长发育繁殖储存
自身呼吸作用消耗
分解者分解
流向下一营养级
未被利用
光能
1%
99%散失
=照射到地面上的太阳能-反射的太阳能
=呼吸消耗的能量 + 流向下一营养级的能量
+ 分解者利用的能量 + 未被利用的能量
生产者的同化量
=呼吸消耗的能量+自身生长发育繁殖的能量
能量流动的过程：
思考？
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
未利用
残枝败叶
被分解者分解
粪便
同化量
=
摄入量
粪便量
－
同化为
自身能量
流向下一营养级
属于上一个营养级的同化量，流向分解者
生长发育繁殖储存起来
呼吸作用
以热能形式散失
光能
思考？
兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？
分解者
呼吸散失
生长、发育、繁殖
遗体残骸
分解者
兔同化的能量
流入下一营养级
未被利用
呼吸作用
以热能形式散失
生长发育繁殖
储存起来
同化量
末利用
能量流动的过程：
2、能量经过第二营养级（初级消费者）示意图
初级消费者
摄入
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
呼吸作用
散失
遗体残骸
初级消费者
同化
分解者利用
粪便
...
③
②
①
呼吸作用
散失
1.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？
不包括
初级消费者同化量=摄入量-粪便量
3. 流入初级消费者的能量有哪几个去向？
残骸被分解者利用③
呼吸作用消耗 ①
生长、发育和繁殖
流入下一个营养级②
（应属于生产者的同化量）
未利用
2. 能量在食物链中流动的形式是什么？
有机物中的化学能
同化量
课本P55
（活体、石油煤炭）最终会被利用
④
能量流动的过程：
临考笔记
课本P55
生产者
呼吸
初级
消费者
呼吸
次级
消费者
分解者
…
呼吸
三级
消费者
呼吸
呼吸
生产者固定的太阳能总量
（流经这个生态系统的总能量）
输入
传递
散失
以有机物的形式沿食物链向下一营养级传递
遗体残骸
残枝败叶 粪便
生态系统能量流动的示意图
1.箭头由粗到细：
2.能量流动的方向(以箭头表示)：
3.菱形面积越来越小：
表示能量逐级递减。
单向流动。
营养级别越高，保存在生物体内的能量就越少。
能量流动的过程：
能量流动的概念
课本P55
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。
生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）
输入
①能量来源:
太阳能
②能量流动的起点:
生产者固定太阳能
③流经生态系统的总能量:
生产者所固定的全部太阳能
④能量输入过程:
若为人工生态系统，流经生态系统的能量为生产者固定的太阳能总量和人工补充的能量
课本P55
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。
传递：
①能量传递的途径（渠道）：
食物链和食物网
②能量传递的形式：
有机物中的化学能
转化：
太阳能
有机物中的化学能
热能
光合作用
呼吸作用
散失：
热能
①散失的主要途径：
②散失的形式:
细胞呼吸
生产者
生产者、消费者、分解者
能量流动的概念：
生态系统中的能量流动
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？
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的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。
不能。能量流动是单向的。
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？
能量流动的特点：
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（R.L.Lindeman，1915-1942）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。
赛达伯格湖位于美国明尼苏达州的赛达伯格沼泽自然保护区内，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。
能量流动的特点：
植食性动物
62.8
62.8
分析赛达伯格湖的能量流动
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.7
同化量
同化量
同化量
储存
=0.1
能量流动的特点：
分析赛达伯格湖的能量流动
对于该系统来说：输入= 输出 + 储存
464.6=122.6+14.7 + 327.3
分析赛达伯格湖的能量流动
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 流入本营养级能量 流出能量 （输入下一营养级） 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%
能量流动过程中逐级递减
分析赛达伯格湖的能量流动
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
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？
不会逆转，不能循环流动。因为：
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。
经典考题：具有人工能量输入的能量传递效率计算
例4：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）]，下列说法错误的是（ ）
A. 图中A代表的生理过程是呼吸作用
B. 第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为15.6%
C. 该生态系统中生产者固定的总能量是9.6x104kJ/（m2·a）
D. 捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性
C
A
23
未利用
70
植食性动物
太阳能
生产者
分解者
3
0.5
4
9
肉食性动物
0.05
2.1
5.1
0.25
有机物输入
5
2
输出
x
y
z
x =2.5
y=14
z=110
例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最多为(　　)
A．(a＋b)×20% B．(c＋d)×20%
C．(a－c)×20% D．(b＋d)×20%
B
能量传递效率的相关计算
能量传递效率的相关计算
知低营养级求高营养级【列等式用“低×……=高”】
例2.如果A消耗10000 kg，
C最多增重_____千克，最少增重___千克
400
1
获得能量最多：选最短食物链；按×20%计算
获得能量最少：选最长食物链；按×10%计算
需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算
需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算
例4：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
1kg
例3：大鱼体重增加1kg，最多(至少）需要浮游植物多少千克？
能量传递效率的相关计算
知高营养级求低营养级【列等式用“低=高÷……”】
最多1000kg
最少25kg
能量传递效率的相关计算
【列等式用“低×……=高”】
【列等式用“低=高÷……”】
20%还是10%
例5．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
1/2
1/2
？
绿色植物
蝉
螳螂
黄雀
G×20%×(1/2)×20% + G×20%×(1/2)×20%×20%)
G= X÷20%÷20%+ X÷20%÷20%÷20%
即：G= X×5×5 + X×5×5×5
设X
列等式
求解
能量传递效率的相关计算
【列等式用“低×……=高”】
【列等式用“低=高÷……”】
20%还是10%
例6：在右图的食物网中，如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1kg，则最少需要消耗A多少kg？
175kg
例7：如图食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，
则猫头鹰的体重若增加20 g，至少需要消耗植物的重量为(　　)
A．600 g　　　　 B．900 g
C．1 600 g D．5 600 g
B
例8.在如图所示的食物网，如将A流向B和C的比例由B∶C＝1:1调整为1:2，能量传递效率按10%计算，C获得的能量是原来的_______倍。
1.27
设现有A能量为150，当A流向B和C的能量为1:1时，C获得的能量为：
75×10%×10%+75×10%=8.25
当A流向B和C的能量为1:2时，C获得的能量为：
50×10%×10%+100×10%=10.5
所以，C获得的能量是原来的10.5/8.25=1.27倍
例9. 在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的_____倍。
1.375
设当食物比例A：B=1：1时，C的能量为x
则需要的A为
设当食物比例A：B为2：1时，C的能量为y
则需要的A为
由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x=40y，
则y=1.375x
2/3y÷10%+1/3y÷10%÷10%=40y
1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10%=55x
生态金字塔
1.概念：
把生态系统中各个营养级有机体的生物量、个体数量或能量，按营养级的顺序由低至高排列起来，所绘制的图形成为生态金字塔。
2.类型：
意义：
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
特点：
通常都是上窄下宽的正金字塔形。
成因：
能量在流动中总是逐级递减的。
能量金字塔
通常是自然生态系统，没有人工投入；如果某个营养级增加了人工投入，则有可能出现某个高营养级能量多于低一个营养级。
生态金字塔
1.概念：
把生态系统中各个营养级有机体的生物量、个体数量或能量，按营养级的顺序由低至高排列起来，所绘制的图形成为生态金字塔。
2.类型：
意义：
特点：
成因：
生物量金字塔
用表示能量金字塔中的方法表示各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重），即为生物量金字塔。
直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。
大多也是上窄下宽的正金字塔形。
能量在流动中总是逐级递减的。
生物量金字塔也有可能倒置。如：
海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又不断被浮游动物和其它动物吃掉，所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量，因此生物量金字塔会出现倒置。
或者人工过度利用导致某低营养级的生物量低于高营养级。
生态金字塔
1.概念：
把生态系统中各个营养级有机体的生物量、个体数量或能量，按营养级的顺序由低至高排列起来，所绘制的图形成为生态金字塔。
2.类型：
数量金字塔
用表示能量金字塔的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。
意义：
直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。
特点：
一般是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒金字塔形。
原因：
如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒金字塔形。
树→昆虫→螳螂→黄雀
能量流动的意义
1. 研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
蔬菜大棚中的
多层育苗
稻-萍-蛙
立体农业
能量流动的意义
2.研究生态系统的能量流动，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。
例如: 秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；用牲畜的粪便生产沼气，沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
沼渣肥田
能量利用率≠能量传递效率
能量流动的意义
3. 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。
例如: 合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。
牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量；
牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。
调查当地某生态系统中的能量流动情况
以稻田生态系统为例。组成成分：非生物的物质和能量；生产者，包括水稻、杂草、浮游植物等；消费者，包括蜘蛛、田螺、鱼(如泥鳅、黄鳝)、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；分解者，包括多种微生物。
1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂或人工除草的方式抑制杂草的生长。
2.初级消费者有田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言，植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害，田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。
3.次级消费者有肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。一般而言，这些消费者对水稻生长的利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
4.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业生态工程提出了综合利用思想。例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。
5.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
6.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。
课本P59
能量流动
能量的源头：
流经生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能的总量
能量流动的途径：
特点
单向流动：
逐级递减：
不循环、不可逆
传递效率为10%～20%。
研究意义
太阳能
食物链或食物网
能量散失的途径、形式：
呼吸作用 热能
能量的转化形式：
太阳能- -有机物中的化学能- -热能
概念
过程
能量流经第一、第二营养级情况分析
能量输入、输出的途径
一、概念检测
课本P60
1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。
(1)太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。
(2)生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。
(3)能量沿食物链流动是单向的。
√
×
√
2.流经神农架国家级自然保护区的总能量是( )
A.该保护区中生产者体内的能量
B.照射到该保护区中的全部太阳能
C.该保护区中生产者所固定的太阳能
D.该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C
3.在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是 ( )
A. a=b+c B. a>b+c C. aB
二、拓展应用
课本P60
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
图a
图b
太阳能
农作物
家禽、家畜
人
太阳能
农作物
家禽家畜
沼气池
食用菌
人
二、拓展应用
课本P60
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
图a
图b
图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率。
二、拓展应用
课本P60
2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？
通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。

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