第2節(jié)生態(tài)系中的能量流動

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

生態(tài)系統(tǒng)的功能：能量流動物質循環(huán)信息傳遞生物體的能

（1）生命（生物體）中的能是何種形式的能？生命（生物體）中的能貯存在何處？（2）生命（生物體）中的能是如何從非生物界中的能轉換來的？它又是如何轉換為非生物界中的能？（3）生命（生物體）中的能是如何在生物之間轉換的？化學能有機物中光能光反應H2O有機物中的化學能植物的光合作用

CO2暗反應ATP有機物中的化學能動植物、微生物的呼吸作用

熱能ATP各項生命活動遺體不被利用煤、石油等化學能還有其它生物嗎？一、能量流動的概念和過程

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。1.概念生產(chǎn)者消費者分解者無機環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的能量流動生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化、散失的過程輸入散失散失散失傳遞、轉化光合作用化能合成作用呼吸作用食物鏈食物網(wǎng)2.生態(tài)系統(tǒng)能量的流動過程輸入：生產(chǎn)者所固定的全部太陽能生產(chǎn)者1%光合作用

（起點）能不能從動物開始，為什么？太陽能（化學能）(存在有機物中)分解者生態(tài)系統(tǒng)能量的流動過程傳遞、轉化：（起點）途徑——食物鏈和食物網(wǎng)生產(chǎn)者(植物)初級消費者(植食動物)次級消費者(肉食動物)三級消費者(肉食動物)…呼吸呼吸呼吸呼吸分解者呼吸散失呼吸作用，熱能散失，不可循環(huán)能量流動過程：生產(chǎn)者呼吸作用初級消費者第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級分解者生產(chǎn)者初級消費者攝食所固定的太陽能熱能散失去路儲存在有機物中生長發(fā)育繁殖等生命活動殘枝落葉能量的傳遞：有損失呼吸作用消耗被分解者利用未被利用初級消費者攝入用于生長發(fā)育和繁殖次級消費者攝入呼吸散失遺體殘骸初級消費者同化分解者利用糞便呼吸散失…...能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級示意圖1.能量的輸入(2)流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產(chǎn)者固定的太陽能總量。(1)源頭幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)——太陽能深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)——氧化無機物產(chǎn)生的化學能2.能量的流動(1)能量流動中的能量轉化形式：太陽光能→生物體內(nèi)有機物中的化學能→熱能，即主要通過食物關系進行，而熱能是能量流動的最終點，分解者將流入生態(tài)系統(tǒng)的能量最終以熱能形式散失。注意以下幾點：（3）能量流動起點：生產(chǎn)者（第一營養(yǎng)級）

（2）能量傳遞形式：有機物中的化學能(3)能量流動的途徑：食物鏈和食物網(wǎng)。(4)流動過程（如圖所示）：同化量：生物將從外界所攝取的物質轉化為自身的組成物質的生理過程。能量從上一個營養(yǎng)級流入下一個營養(yǎng)級的量是指被下一個營養(yǎng)級同化的能量即同化量，并不是攝入量。因為有一小部分能量存在于動物排出的糞便中未被利用，最終流向分解者。因此，真正流入下一營養(yǎng)級的能量應是該級生物的同化量，即流入某一營養(yǎng)級的能量=該營養(yǎng)級的同化量=該營養(yǎng)級的攝入量—該營養(yǎng)級的糞便量。

如羊吃草，不能說草中的能量都流入了羊體內(nèi)，流入羊體內(nèi)的能量應是指被羊消化吸收后轉變成羊自身的組成物質中所含的能量，而未被消化吸收的食物殘渣（糞便）未進入羊體內(nèi)，不能算流入羊體內(nèi)的能量。某一營養(yǎng)級糞便中的能量屬于上一營養(yǎng)級生物的同化量。即該級生物同化量還應包括下一營養(yǎng)級生物的糞便量。一個營養(yǎng)級所同化的能量，有四個去向：a.呼吸作用消耗；b.被下一營養(yǎng)級同化（食物鏈的最后一個營養(yǎng)級除外）；c.遺體、殘骸等被分解者分解（流向分解者的量）。d.未被利用。光合作用（5）能量的轉化①生產(chǎn)者：光能有機物中的化學能②消費者：食物化學能自身化學能（6）能量的散失①形式：熱能，是能量流動的最后形式。②主要途徑：呼吸作用。③過程：有機物（化學能）

ATP：用于生物的各項生命活動熱能：散失（熱能不能被生物群落重復利作，即能量流動無法循環(huán)）④特殊途徑：動、植物遺體形成的煤炭、石油等熱能。消化、吸收合成生產(chǎn)者、消費者、分解者呼吸作用能量工業(yè)燃燒二、能量流動特點：1.單向流動（1）食物鏈各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉的，這是長期自然選擇的結果。能量之所以單向流動即能量只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再依次流向后面各個營養(yǎng)級，既不能逆向流動，也不能循環(huán)流動，這是因為生物之間的捕食關系是一定的，能量只能由被捕食者流向捕食者而不能逆流。（2）各營養(yǎng)級的生物在細胞呼吸時產(chǎn)生的熱能，全部被散失掉了，這些能量是不能再利用的。由于太陽能是生態(tài)系統(tǒng)能量的源頭，生產(chǎn)者只有通過光合作用，才能將太陽能固定在它所合成的有機物中并輸入到生態(tài)系統(tǒng)的第一營養(yǎng)級。而當能量沿食物鏈流動時，每個營養(yǎng)級的生物都進行呼吸作用釋放一部分熱能，這部分熱能一旦散失，生產(chǎn)者是不能固定的。因此，能量不能循環(huán)流動。由此可見，生態(tài)系統(tǒng)是一個開放的能量耗散系統(tǒng)，太陽能必須不斷地輸入生態(tài)系統(tǒng)，才能滿足各營養(yǎng)級生物對能量的需求。但是，生態(tài)系統(tǒng)從屬于“物理系統(tǒng)”，其能量流動照樣遵循能量守恒定律。林德曼效率：一個營養(yǎng)級的同化量與上一個營養(yǎng)級的同化量的比值，又稱為能量傳遞效率。（計算下面的能量傳遞效率）賽達伯格湖的能量流動圖49753949707413.5％傳遞20％傳遞0.1％輸入能量在相鄰的兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率大約只有___________10%—20％20.7％30％60％2.逐級遞減.

逐級遞減的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、未被下一個營養(yǎng)級利用。傳遞效率為10％～20％.即在一生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級間能量流動中，傳遞效率最小為10%（可小于10%），最大為20%（不能超過20%）由單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值由低到高繪制的圖形叫做能量金字塔.

說一說能量金字塔可以說明什么問題？在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動的過程中消耗的能量就越多，能量流動是單向、逐級遞減的。5-9你知道嗎？生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過4～5個營養(yǎng)級。為什么？第一營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級第五營養(yǎng)級第六營養(yǎng)級A15A125A1125A1625A13125A(≈0)0.00032AContent1.為什么說“一山不容二虎”？2.任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自

的能量補充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。由于虎是較高營養(yǎng)級的生物，每個個體，所需要的能量較多，因而所需食物較多，所占據(jù)的區(qū)域較大。系統(tǒng)外學以致用：假設你像魯濱遜那樣流落在不毛的荒島上，只有15kg玉米和一只母雞可以食用，那么使自己活的最長的辦法是:

1、先吃雞，再吃玉米。2、先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。

為了讓你維持更長的時間來等待救援，我們應選擇策略1:食物鏈中營養(yǎng)級的呈現(xiàn)形式（書寫食物鏈的幾種標準）：（1）以金字塔圖形形式呈現(xiàn)：如果將單位時間內(nèi)各個營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值，由低到高繪成圖，可形成一個金字塔圖形，叫能量金字塔。

第二營養(yǎng)級第一營養(yǎng)級第三營養(yǎng)級第四營養(yǎng)級低高能量高低營養(yǎng)級能量金字塔毎一臺階分別代表食物鏈中毎一營養(yǎng)級生物所含能量多少。其形狀表明能量沿食物鏈流動過程具有逐級遞減的特征。能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀特點正金字塔形一般為正金字塔形，有時會出現(xiàn)倒金字塔形，如樹上昆蟲與鳥的數(shù)量關系正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特性生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減生物量（現(xiàn)存生物有機物的總質量）沿食物鏈流動，逐級遞減每一階含義食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目每一營養(yǎng)級生物的總生物量項目類型生態(tài)系統(tǒng)中的金字塔包括能量金字塔、數(shù)量金字塔和生物量金字塔。自然條件下，能量金字塔永遠是正金字塔，不會出現(xiàn)倒置的情況；但數(shù)量金字塔可能會出現(xiàn)倒置的情況，如一棵樹上生活著多只鳥和許多昆蟲，其數(shù)量金字塔如圖所示：

樹蟲鳥原因是前一營養(yǎng)級的生物個體較大，后一營養(yǎng)級的生物個體較小。（2）以曲線圖或柱形圖的形式呈現(xiàn)以曲線圖形式呈現(xiàn)：乙丙甲相對數(shù)量時間分析：以上圖所反應的食物鏈為：乙丙甲以柱形圖形式呈現(xiàn)：

有機物總量甲乙丙以上柱形圖反應的食物鏈為：丙甲乙（3）以表格數(shù)據(jù)形式直接或間接呈現(xiàn):

生物富集作用：是指環(huán)境中的一些污染物如重金屬、化學農(nóng)藥通過食物鏈在生物體內(nèi)大量積聚的過程。因為這些污染物一般具有化學性質穩(wěn)定，而不易分解，在生物體內(nèi)積累而不易排出等特點，所以，生物富集作用隨食物鏈的延長而不斷加強，食物鏈越長，營養(yǎng)級越高，生物富集作用量越大（富集量在10倍以內(nèi)為同一營養(yǎng)級）。如某生態(tài)系統(tǒng)中生物體內(nèi)殘留有機汞的情況如下表：生物體ABCDE有機汞濃度（ppm)0.0570.51680.39此表所呈現(xiàn)的食物鏈為：

ACEBD1、幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。如:生態(tài)農(nóng)業(yè)(?；~塘)三、研究能量流動的實踐意義?；~塘“?；~塘”的設計理念是從人類所需出發(fā)，通過能量多級利用，充分利用流經(jīng)各營養(yǎng)級的能量，提高生產(chǎn)效益。糞便秸稈農(nóng)作物人牲畜燃燒污染環(huán)境、影響飛機起降等。研究能量流動的實踐意義1、使能量得到最有效的利用。飼料沼氣池糞便燃料沼渣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)2、幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。如:草場放牧牧民草原如何放牧，才能達到產(chǎn)畜量高又不會導致草場退化？合理確定載畜量，滅鼠、滅蟲如果你承包了某一草場，那在該草場上放養(yǎng)多少頭羊經(jīng)濟效益最好呢？有人認為放養(yǎng)的數(shù)目越多經(jīng)濟效益就越好。有人認為放養(yǎng)的數(shù)目少經(jīng)濟效益就好。載畜量=牧草光合作用固定的太陽能×20%

四、能量流動的計算：1、根據(jù)規(guī)定的能量流動效率直接計算：例1.如果一個人食物有1/2來自綠色植物，1/4來自小型肉食動物，1/4來自羊肉，假如傳遞效率為10%，那么該人毎天增加1千克體重，約消耗植物多少千克？（先畫出有關的食物網(wǎng)：植物人羊小型肉食動物1/21/41/4答案：280千克例2.假如一個人在代謝過程中的增重量1/2來自植物，1/4來自牛肉和牛奶，1/4來自小型肉食動物，并且能量在各營養(yǎng)級之間的傳遞效率均為10%?，F(xiàn)共有植物G克，如果不計人呼吸作用所消耗的能量，此人體重最多能增加多少克？(先寫出食物網(wǎng)：植物牛人植食動物小型肉食動物1/21/41/4答案：1/280G克例3.某生態(tài)系統(tǒng)中初級消費者和次級消費者的總能量分別是W1和W2，當下列哪種情況發(fā)生時，最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞？

A.W1﹥W2B.W1﹥5W2C.W1﹤10W2D.W1﹤5W22、根據(jù)隱含的能量傳遞效率進行計算：例：在某生態(tài)系統(tǒng)中，已知1只2千克的鷹要吃10千克的小鳥，0.25千克的小鳥要吃2千克的昆蟲，而100千克的昆蟲要吃1000千克的綠色植物。若各營養(yǎng)級生物所攝入的食物全部轉化成能理，那么這只鷹轉化綠色植物的百分比應為多少?A.0.05%B.0.5%C.0.25%D.0.025%(答案：D）答案：D3、根據(jù)變化的能量流動效率計算：例：已知在下圖所示的食物網(wǎng)中，C生物同化的總能量為a，其中A生物直接供給C生物的比例為x，則按最低的能量傳遞效率計算，需要A生物的總能量（y）與x的函數(shù)關系式是什么？ABCx(答案：y=100a-90ax)生產(chǎn)者選最______食物鏈選最______傳遞效率_____％最少消耗最多消耗獲得最多選最______食物鏈選最______傳遞效率_____％獲得最少消費者短高20長低104、根據(jù)特定的能量流動要求計算：例1.在右圖食物網(wǎng)中，若人的體重增加1千克，最少消耗水藻

千克，最多消耗水藻

千克。水藻水蚤蝦小魚大魚人（解析：第1問用20%計算，選最短的食物鏈。第2問選最長的食物鏈按10%計算。答案：125，100000。）例2.在“藻類甲蟲蝦小魚大魚”食物鏈中，（1）若有藻類植物G克，大魚最多能增重多少克？（2）若小魚要增重N克，最少需要甲蟲多少克?(第一問：按20%計算，G×（1/5）4=1/625G,第二問：按20%計算為25N克。）例3.有一食物網(wǎng)，如圖所示，設E種群干物質量為5.8×109KJ，B種群干物質量為1.3×108KJ，則A種群干物質量的值至少為多少？EDBC

A解析：由于E種群的干物質的最終去向有B和A，所以要使A種群所得干物質的量最少，只有B種群從E獲得的干物質量最多（即在E種群以最低的傳遞效率10%傳給B（即已知B。求E最多消耗按10%計算）。（即已知E求A獲得最少量按10%計算）。B種群干物質量為1.3×108KJ,從理論上講，至多消耗E種群干物質為1.3×108KJ÷10%=1.3×109KJ。所以E剩余的干物質量為：5.8×109KJ－1.3×109KJ=4.5×109KJ。設E傳給C的平均物質的比例為x，則傳給D的比例為1－x，所以，A種群干物質量的值至少為：4.5×109x×10%×10%+4.5×109(1－x)×10%×10%=4.5×107KJ或4.5×109×10%×10%=4.5×107KJ。1、下列四個生態(tài)系統(tǒng)中，綠色植物所固定的太陽能相等。如果物種甲是人類所需要的資源，那么能提供甲最多的生態(tài)系統(tǒng)是（）甲太陽能A甲太陽能B甲太陽能C甲太陽能DA2、流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是（）

A．生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)輻射的全部太陽能B．照到植物體上的全部太陽能C．消費者得到的全部化學能D．全部生產(chǎn)者固定的太陽能

3、在一定時間內(nèi)，某生態(tài)系統(tǒng)中的全部生產(chǎn)者固定的太陽能為X，全部消費者所同化的能量為Y，全部分解者獲得的能量為Z，則X、Y、Z這間的關系是（）A.X=Y+ZB.X>Y+ZC.X<Y+ZD.X>Y=ZDB2、識圖作答：下圖表示生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，請據(jù)圖回答：（1）將A、B、C、D各營養(yǎng)級的名稱依次寫在圖中：

A．______B．______C．______D．______生產(chǎn)者初級消費者次級消費者三級消費者（2