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第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
种群及其动态
目录 /CONTENTS
01
能量流动的过程
02
能量流动的特点
03
04
生态金字塔
研究能量流动的实践意义
问题探讨
假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
A、先吃鸡，再吃玉米
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。
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？
能量流动：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能量输入能量储存能量散失某个营养级能量输入种群能量储存能量散失研究能量流动的基本思路能量流经一个种群的情况可以图示如下：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。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？研究生态系统中能量流动一般在群体水平上01能量流动的过程太阳能大都被地球表面的大气层吸收，散射和反射了，只有大约1%以可见光的形式被生产者通过光合作用固定。这样，太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。01能量流动的过程呼吸作用以热能形式散失小草固定的能量去哪了呢？生长发育和繁殖储存起来小草固定的能量01能量流动的过程同化量＝呼吸消耗量＋净同化量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级＋被分解者利用(同化量)(净同化量)(呼吸消耗量)1、生产者的能量流动流经生态系统的总能量01能量流动的过程兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？粪便粪便属于上一营养级的同化量同化量=摄入量粪便量－呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来小草固定的能量01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同化量=摄入量粪便量－兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？兔同化的能量遗体残骸01能量流动的过程1、流经第二营养级的总能量初级消费者同化量思考：2、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=3、能量在食物链中流动的形式是什么？有机物中的化学能2、第二营养级的能量流动能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同。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…01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粪便粪便属于上一营养级的同化量同化量=摄入量粪便量－兔同化的能量遗体残骸狐吃兔后能将摄入的兔全部同化吗？01能量流动的过程3、最高营养级的能量流动狐狸同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？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狐同化的能量呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来遗体残骸归纳总结能量流动的过程01呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用生产者（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……分解者注意：每个箭头及箭头的方向大小、菱形方块的大小代表什么含义？初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？能量流动的过程01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。注意：归纳总结能量流动的过程01生态系统中的能量流动讨论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。2.流经生态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，因为能量流动是单向的。源头：流经生态系统总能量：　　　　　　　途径：形式：　　　　　太阳能→有机物中的________→热能过程：形式：最终以　　　　形式散失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能量流动的过程01能量流动的特点
02
1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼，他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后，用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。
能量流动的特点02林德曼得到的数据如下图所示。分析赛达伯格湖的能量流动能量流动的特点021. 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464.662.813.5%62.812.620.1%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%能量流动的特点021、单向流动①一部分能量呼吸作用消耗②一部分能量未被下一营养级利用（粪便量）③一部分能量被分解者分解能量传递效率：一般10-20%营养级数量：一般不超过5个营养级2、逐级递减①生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，不可逆转；②各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用，也不能循环流动。能量流动的特点02该营养级同化量上一营养级同化量×100%(1)相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下：能量传递效率＝(2)食物链中能量的最值计算设食物链“甲→乙→丙→丁”。类型一：知甲求丁最多：，食物链越短越。最少：，食物链越长越。×20%（或÷5）多×10%（或÷10）少能量传递效率的计算能量流动的特点02类型二：知丁求甲最多：，食物链越长越。最少：，食物链越短越。÷10%（或×10）多÷20%（或×5）少(2)食物链中能量的最值计算设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为M，则丁获得的能量为M×a%×b%×c%。(3)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。能量传递效率的计算例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（ ）
A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ
【解析】第四营养级获能量最大值：
24000×20%×20%×20%=192kJ
例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重 增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）
A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg
【解析】应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养
级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。
即时练习
问题探讨
假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
A、先吃鸡，再吃玉米
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。
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？
生态金字塔03能量金字塔如果将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔高低能量低高营养级能量金字塔生物量金字塔数量金字塔形状每一层含义特点象征意义单位时间内，每营养级生物所同化的能量的多少自然生态系统一定为正金字塔能量在流动过程中总是逐级递减单位时间内，每营养级所容纳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一般生物量随食物链中营养级的升高而减少单位时间内，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一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少列表比较三种生物金字塔生态金字塔03生态金字塔03生态金字塔能量金字塔生物量金字塔数量金字塔请想一想：哪种指标构建的金字塔能更客观的表示生态系统能量传递规律，不出现倒置现象呢？能量金字塔能更客观、准确的表示能量在各营养级间的传递规律。04研究能量流动的实践意义甘蔗和大豆间种水稻青蛙立体农业蔬菜大棚中多层育苗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，增大流入生态系统的总能量。生态金字塔03② 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。用秸秆作饲料粪便制作沼气沼渣田肥沼气池实现了对能量的多级利用，大大提高了能量的利用率能量的利用率≠能量的传递效率生态金字塔03③研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。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。生态金字塔031．下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔，请思考：(1)依生态学原理看，同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？(2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？不对。甲、乙营养结构中“牛”“人”代表的是相应营养级环节，并非“一个人”。甲种营养结构能养活更多的人口，因为乙中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。一、概念检测
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。 ( )
√
×
√
练习与应用
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
练习与应用
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
练习与应用
二、拓展应用
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。
练习与应用
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
答案：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、充分利用，提高了能量的利用率。
练习与应用

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