资源简介

(共40张PPT)
第2节
生态系统的能量流动
森林、草原、天地、山川，
地平线之外一片苍茫
“小小寰球”在宇宙中旋转，
承载着它的生命之网
第三章
生态系统及其稳定性
第二节生态系统的能量流动
1.通过对能量流经第一、第二营养级的分析，简述如何研究生态系统的能量流动过程。
2.通过对赛达伯格湖能量流动的定量分析，概述生态系统的能量流动规律。
3.用生态金字塔表征生态系统的能量流动等特点。
4.尝试运用生态系统的能量流动规律为生产实践提出合理建议，认同研究能量流动具有实践意义。
第三章
生态系统及其稳定性
问题探讨
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1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。
【提示】应该先吃鸡、再吃玉米(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
第二节
生态系统的能量流动
一 能量流动的过程
第二节
生态系统的能量流动
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
想一想：
你今年吃了多少食物？涨了多少称？
吃了那么多却没涨几斤，剩下的去了哪儿？
第二节
生态系统的能量流动
科学方法
---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：
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。如果将一个营养级中的所有种群种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？
能量输入
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
个体1
个体2
个体3
…
能量输入
种群
能量储存
能量散失
说明：林德曼是定量研究生态系统能量流动的先驱，他建议将不同种群的研究结果归类为相应的营养级进行分析，如生产者、初级消费者、次级消费者等。
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---能量流经不同的营养级
描述左图所示能量流经第一营养级的情况。
生产者同化
呼吸作用
散失
用于生长、发育和繁殖
初级消费者摄入
分解者利用
遗体
残骸
说明：
如果我们将生产者同化的能量（同化量）表述为“初级生产量”（类似于总光合），那么“生产者同化的能量-呼吸作用散失的能量”就表示净初级生产量（类似于净光合或净积累）。
教材中将净初级生产量表述为用于“用于生长、发育和繁殖的能量，考试按教材作答，我们心里清楚其表示净积累即可。
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---能量流经不同的营养级
生产者同化
呼吸作用
散失
用于生长、发育和繁殖
初级消费者摄入
分解者利用
遗体
残骸
在一定的时间范围内，生产者“用于生长、发育和繁殖的能量”（即净积累量）通常并不会全部被初级消费者摄入和被分解者利用。（如一片草原一年到头都能看到很多草，这表明它们未被消费者摄入也未被分解者利用）如果时间跨度足够长，生产者“用于生长、发育和繁殖的能量”最终会去向何处？
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---能量流经不同的营养级
据图描述能量流经初级消费者的情况。
输入（流入）初级消费者的能量，可以通过哪些途径或方式从初级消费者传递、转移或散失出去？
初级消费者同化
呼吸作用
散失
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
初级消费者摄入
遗体
残骸
排遗物
一 能量流动的过程
第二节
生态系统的能量流动
能量流经营养级
能量流经第一营养级
能量输入：生产者固定太阳能储存有机物中
能量传递、转移与散失：①呼吸作用散失；②被初级消费者摄食；③遗体残骸被分解者分解利用
生产者同化
呼吸作用
散失
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
说明：
通常，生产者所固定的太阳能也是流经某生态系统的总能量。
一 能量流动的过程
第二节
生态系统的能量流动
能量流经第二营养级
能量输入：摄入生产者（摄入量）
能量传递、转化与散失： ①呼吸作用散失；②被次级消费者摄食；③遗体残骸被分解者分解利用
初级消费者同化
呼吸作用
散失
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
初级消费者摄入
遗体
残骸
排遗物
模拟题说明：
摄入量-排遗量=同化量。模拟题认为粪便“未被同化”，故应将初级消费者的的同化量视作流入第二营养级的能量。
第二节
生态系统的能量流动
太阳能
同化
呼吸
生长
残骸
排遗物
残骸
排遗物
残骸
呼吸
呼吸
摄入
生长
同化
摄入
生长
同化
分解者
第一营养级
第二营养级
第三营养级
将不同营养级的能量流动情况整理到一个生态系统中。
一 能量流动的过程
第二节
生态系统的能量流动
将生态系统的能量流动模型简化一下。
能量流经生态系统
枯枝败叶
遗体
遗体
遗体
一 能量流动的过程
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---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？
【提示】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。
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？
【提示】不能，能量流动是单向的。
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
林德曼 R.L.Lindeman
美国生态学家 1915-1942
他通过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的定量分析，提出了“十分之一定律”。
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
将数据换算为国际单位（Cal和J之间的换算），并将表格内容呈现为通用的能量流动图解模型。（注：图示换算后的数据与原始数据有一定出入，尤其是植食性动物流向分解者部分，可能改成下图时，整理者重新估算了数据）
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
分解者
14.6
62.8
12.6
96.3
293
18.8
29.3
7.5
5.0
12.5
2.1
微量
太阳能
未固定
呼吸作用
122.6
未利用
327.3
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
讨论：
1.以表格形式，将图中数据进行整理。例如，可以将每一营养级的能量“流入”和“流出”整理为一份清单（注意：此处“流出”特指输入后一个营养级的能量）
图中数字为数值，单位是J/（cm2 a）。图中“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，也未被后一营养级和分解者利用的能量。
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
生物所处的营养级越高,获取的能量越___,说明能量流动具有__________的特点。
少
逐级递减
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---分析赛达伯格湖的能量流动
图中数字为数值，单位是J/（cm2 a）。图中“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，也未被后一营养级和分解者利用的能量。
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。
【答案】
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.52%
20.06%
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
能量在相邻两个营养级间的
传递效率是10％～20％
第二节
生态系统的能量流动
思考.讨论
---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？
【提示】流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分末能进入(未被捕食)下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。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。
4. 通过以上分析，你能总结出什么规律？
【提示】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。
图中数字为数值，单位是J/（cm2 a）。图中“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，也未被后一营养级和分解者利用的能量。
二 能量流动的特点
第二节
生态系统的能量流动
生态系统中能量流动是单向的
能量只能由第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。
原因:
生物间的捕食关系是一定的
散失的热能不能被生物体再利用
二 能量流动的特点
第二节
生态系统的能量流动
能量在流动过程中逐级递减
输入到一个营养级的能量不能百分之百的流入下一营养级，能量沿着食物链流动过程中逐级减少
一般来说，能量在相邻两个营养级之间的传递效率是10%~20%
营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中能量流动一般不超过5个营养级
自身呼吸散失
原因:
分解者利用
未利用
第二节
生态系统的能量流动
模拟题说明：
模拟题对粪便的喜爱由来已久，并因此带来一个问题：流入（输入）消费者的能量是摄入量还是同化量？这个问题引申一
下就涉及到另一问题：能量传递效率是相邻营养级的摄入量之比还是同化量之比。
图示数据源自林德曼，林德曼在分析时将每个个体整个拿来分析，未区分排遗部分。生态学教科书基本都认为生态效率（林德曼效率或能量传递效率）是相邻营养级的摄入量之比；大部分模拟题认为能量传递效率是相邻营养级的同化量之比。
二 能量流动的特点
第二节
生态系统的能量流动
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以维持生态系统的正常运行
对一个稳定的生态系统而言，初级生产量（P）=整个生态系统的呼吸量（R）
如果一个生态系统获得的系统外能量补充减少，导致P＜R，该系统将退化甚至崩溃
第二节
生态系统的能量流动
初
1.能量流动的起点：
2.能量流动的途径：
10.能量传递的效率：
3.能量流动中能量形式的变化：
4.能量在食物链中流动的形式：
9.能量散失的主要途径：
5.能量流动的方向(以箭头表示)：
6.箭头由粗到细：
7.方块面积越来越小：
8.蓝色箭头表示：
生产者(主要是绿色植物)固定的太阳能
食物链和食物网
太阳光能 内有机物化学能 热能
有机物(食物)中的化学能
单向流动
表示流入下一个营养级的能量逐渐递减
营养级别越高，促存在生物体内的就越少
该能量是散失到系统外的，不能再利用的能量
通过呼吸作用以热能形式散失
10％～20％
归纳.总结
三 生态金字塔
第二节
生态系统的能量流动
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，可以形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔
（稳定的生态系统中）能量金字塔都是上窄下宽的金字塔形(正金字塔)
三 生态金字塔
第二节
生态系统的能量流动
生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）金字塔
生物量金字塔通常是上窄下宽的金字塔形(正金字塔)
在海洋生态系统中，浮游植物寿命短，繁殖快，一年中通过多代繁殖来供养浮游动物，如果某一时刻调查浮游植物的生物量就可能低于浮游动物的生物量，即出现生物量金字塔倒置
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
809
37
11
1.5
干重 g/m2
营养级
浮游动物与底栖动物21g/m2
浮游植物4g/m2
英吉利海峡生物量金字塔
三 生态金字塔
第二节
生态系统的能量流动
数量金字塔
数量金字塔通常呈上窄下宽的金字塔形(正金字塔)
如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔会出现倒置
第一营养级
第二营养级
树
昆虫
个体数量
营养级
三 生态金字塔
第二节
生态系统的能量流动
类型项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
特点 正金字塔 一般为正金字塔，有时会出现倒金字塔 一般为正金字塔
象征意义 能量沿食物链流动过程中是逐级递减的 一般地，生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 生物量沿食物链中随营养级升高而逐级递减
每一级含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体数目的多少 每一营养级生物有机物总量的多少
特殊形状 无 海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物。
多
高
少
低
能
量
营
养
级
多
高
少
低
数
目
营
养
级
多
高
少
低
生
物
量
营
养
级
鸟
树
昆虫
四 研究能量流动的实践意义
第二节
生态系统的能量流动
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
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业。
四 研究能量流动的实践意义
第二节
生态系统的能量流动
2、研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使（源自生物的）能量得到最有效的利用
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
例如，秸秆喂牲畜；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；
四 研究能量流动的实践意义
第二节
生态系统的能量流动
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，合理确定草场载畜量，麦田除草、除虫
第二节
生态系统的能量流动
整合训练
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁4个种群，分别处于4个不同的营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群 甲 乙 丙 丁
能量 3.56 22.80 0.48 226.50
（1）请画出该生态系统中的食物链。
甲
乙
丙
丁
（2）从第一营养级到第二营养级的能量传递效率是多少？
22.80
226.50
=
第一营养级同化量
第二营养级同化量
10.07%
第二节
生态系统的能量流动
整合训练
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁4个种群，分别处于4个不同的营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群 甲 乙 丙 丁
能量 3.56 22.80 0.48 226.50
（1）请画出该生态系统中的食物链。
甲
乙
丙
丁
（3）在该生态系统能量流动的过程中，发生了能量的
_______、_______、_______、_______过程。
输入
传递
转化
散失
第二节
生态系统的能量流动
整合训练
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁4个种群，分别处于4个不同的营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群 甲 乙 丙 丁
能量 3.56 22.80 0.48 226.50
（1）请画出该生态系统中的食物链。
甲
乙
丙
丁
（4）流经该生态系统的总能量为________（填数字）。
226.5
第二节
生态系统的能量流动
整合训练
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁4个种群，分别处于4个不同的营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群 甲 乙 丙 丁
能量 3.56 22.80 0.48 226.50
（1）请画出该生态系统中的食物链。
甲
乙
丙
丁
（5）一段时间内，乙的同化量的去路包括:
________________________________________________。
呼吸作用散失量+甲的同化量+分解者利用量+未利用的量
第二节
生态系统的能量流动
整合训练
某陆地生态系统中，除分解者外，仅有甲、乙、丙、丁4个种群，分别处于4个不同的营养级。一年内输入各种群的能量数值如下表所示，表中能量数值的单位相同。
种群 甲 乙 丙 丁
能量 3.56 22.80 0.48 226.50
（1）请画出该生态系统中的食物链。
甲
乙
丙
丁
（6）某种蜣螂以乙的粪便为食，则这种蜣螂能量的来源是___。
丁
第二节
生态系统的能量流动
思维训练
1926年，一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。
1.这块田共收割玉米约10000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。
2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
4.在整个季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。
计算提示：有机物相互转化时碳守恒。
请根据以上数据计算：
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？
【答案】这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是6687.5kg，计算公式是(12+18)/12×2675，这些葡萄糖储存的能量是1.07×108kJ(计算公式是EG=MGx1.6×104)；
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
【答案】这些玉米呼吸作用消耗的能量是3.272x107kJ(计算公式为△E呼=△MGx1.6×104);
这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？
【答案】这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是1.3972×108kJ (计算公式为E固=EG+△ E呼)，呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是23.4%；
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
【答案】这块玉米田的太阳能利用效率是1.64%(计算公式为η=1.3972×108/8.5×109)。
第二节
生态系统的能量流动
思维训练
处理数据
根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和 散失的比例。
【答案】
练习与应用
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。 ( )
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
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.a×
√
C
第二节
生态系统的能量流动
√
B
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。
第二节
生态系统的能量流动
【答案】
(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
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？
第二节
生态系统的能量流动
【答案】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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