5.2生態(tài)系統(tǒng)中能量流動.ppt

1、,生態(tài)系統(tǒng)能量流動,假設(shè) 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： A.先吃雞，然后吃玉米 B.先吃玉米，同時用部分玉米喂雞，吃雞生產(chǎn)的蛋，最后再吃雞,先吃雞，再吃玉米,我反對！為什么要先吃我？,問題探討,我們欠“雞媽媽”一個解釋,不管你作出了何種選擇，我們暫且不做評價，在我們學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動后，你就會評判自己是否作了最聰明的選擇，如果你沒有，而這又是真實且殘酷的現(xiàn)實， 也許你就,掛了！,要點補充,新陳代謝中的同化作用和異化作用,新 陳 代 謝,同 化 作 用,異 化 作 用,把外界環(huán)境中獲取的營養(yǎng) 物質(zhì)，轉(zhuǎn)變成自身的組成 物

2、質(zhì)。,儲存能量,釋放能量,分解自身的一部分組成 物質(zhì)，把分解的最終產(chǎn)物 排出體外。,概念：包括能量的、和的過程。,輸入傳遞轉(zhuǎn)化散失,生態(tài)系統(tǒng),一、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動概念,二.能量流動的過程,5.各營養(yǎng)級能量的去路有哪些？ 請以生產(chǎn)者(第一營養(yǎng)級)為例說明.,生態(tài)系統(tǒng)的能量來源是什么？,2.能量流動的起點和渠道是什么？,3.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是什么？,4.各個營養(yǎng)級能量的來源又是什么？,思考并討論:,光合作用固定的能量(同化量）,一棵苜蓿,輸入第一營養(yǎng)級的能量轉(zhuǎn)移途徑,生產(chǎn)者固定的太陽能,自身呼吸作用以熱能散失,用于自身生長、發(fā)育、繁殖,遺體、 殘枝敗葉,被分解者 分解,被下一營養(yǎng)級同化,總結(jié)

3、：,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,分解者分解,糞便,呼吸,散失,.,能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級示意圖,總結(jié)：,請觀察:,請表述: 圖中的箭頭A、B、C各表示什么含義？,A、呼吸作用散失的能量 B、輸入下一營養(yǎng)級的能量 C、分解者呼吸作用散失的能量,D,能量的轉(zhuǎn)化, 能量流動過程中能量形式的轉(zhuǎn)化,太陽能 化學(xué)能 熱能（能量的最終去向）,特別提醒,練習(xí)1,練習(xí)1. 大象是植食性動物，有一種蜣螂則專以象 糞為食。設(shè)一大象在某段時間所同化的能量為107KJ， 則這部分能量中可流入蜣螂體內(nèi)的約為： A0 KJ B105 KJ C106 KJ

4、D1062106 KJ,特別提問,二.能量流動的過程,5.各營養(yǎng)級能量的去路有哪些？ 請以生產(chǎn)者(第一營養(yǎng)級)為例說明.,生態(tài)系統(tǒng)的能量來源是什么？,2.能量流動的起點和渠道是什么？,3.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是什么？,4.各個營養(yǎng)級能量的來源又是什么？,思考并討論:,思考與討論:,生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉(zhuǎn)化是否遵循能量守恒定律，為什么？,在生態(tài)系統(tǒng)中，能量的形式不斷轉(zhuǎn)換，如太陽輻射能通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬗谟袡C物化學(xué)鍵中的化學(xué)能；動物通過消耗自身體內(nèi)儲存的化學(xué)能變成爬、跳、飛、游的機械能。在這些過程中，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不會消滅，只能由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。因此，對于生態(tài)系統(tǒng)

5、中的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程，都可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律進行定量計算。,輸入某營養(yǎng)級的總能量呼吸作用消耗的能量分解者分解的能量流入下一營養(yǎng)級的能量,流經(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)？,能量在生態(tài)系統(tǒng)中的流動，很大部分被各個營養(yǎng)級的生物利用，通過呼吸作用以熱的形式散失。散失到空間的熱能不能再回到生態(tài)系統(tǒng)參與流動。因為至今尚未發(fā)現(xiàn)以熱能作為能源合成有機物的生物。,輸入：,傳遞：,能量沿著食物鏈（網(wǎng)）逐級流動,散失：,各級生物的呼吸作用及分解者的分解作用（呼吸），能量以熱能散失,生產(chǎn)者固定的太陽能的總量，是流經(jīng)這個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。,生態(tài)系統(tǒng)的總能量：,太陽能,能量的最終源頭：,轉(zhuǎn)化：,熱能,太陽

6、光能,化學(xué)能,二、能量流動的過程總結(jié),次級消費者 肉食動物,未固 定的 太陽能,呼吸,122.6,分解者,14.6,未利用,327.3,生產(chǎn)者 綠色植物,初級消費者 草食動物,生產(chǎn)者,464.6,62.8,96.3,12.5,293,29.3,2.1,18.8,12.6,62.8,植食性動物,肉食性動物,5.0,微量,7.5,12.6,三.數(shù)據(jù)分析,“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗和未被后一下營養(yǎng)級和分解者利用的能量（現(xiàn)存的）,能量流動的特點,2、能量在流動、轉(zhuǎn)化后，流入下一個營養(yǎng)級的能量、呼吸作用散失、分解者分解及未被利用的能量總和是多少？,1、從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量，占生產(chǎn)者所

7、固定的 能量 總量的百分比是多少？從第二營養(yǎng)級流入第三營養(yǎng)級的能量，占初級消費者所同化的能量總量的百分比是多少？,13.5,20.1,三、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點：,逐級遞減:,單向流動:,生產(chǎn)者,次級消費者,三級消費者,初級消費者,不循環(huán)，不可逆,能量在沿食物鏈流動的過程中是逐漸減少的，能量傳遞效率大約是10%-20%,通過以上的分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律？,能量單向流動的原因？,食物鏈中各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉(zhuǎn)的； 各營養(yǎng)級的能量總是趨于以呼吸作用產(chǎn)生熱能而散失掉，而不被生態(tài)系統(tǒng)利用，所以能量不能循環(huán)。,2025,能量流動過程中逐級遞減的原因？,捕食不徹底：當(dāng)動物體在捕食獵物時，由于相互之間經(jīng)

8、過長期的自然選擇，捕食者能夠捕食到獵物，但不可能將其種群中的全部個體捕食。 攝食不徹底：當(dāng)動物捕食成功后，在取食對方時，也不可能將對方的所有有機物全部吃下。 消化不徹底：當(dāng)動物將食物攝取到消化道中之后，也不可能將其中的全部營養(yǎng)都能吸收。 以上就產(chǎn)生了分解者的營養(yǎng)來源。 另外生物體本身需要維持正常的生命活動，進行繁殖以及生長、發(fā)育等，這一切都將以呼吸熱的形式最終散失。,能量傳遞效率 =,生命在等待中逝去 請給我們一個“先吃雞”的理由！,七嘴八舌,食物鏈越短，能量到我體內(nèi)的越多，我活的時間就越長呀！,植物 - 牛 - 人,植物 - 人,人們應(yīng)采用以 谷物和植物蛋白 為主的食物結(jié)構(gòu),如何調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)

9、？,能量金字塔 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.,四、金字塔種類：,能量金字塔,（1）為什么食物鏈一般不超過五個營養(yǎng)級？ （2）為什么“一山不容二虎”？,營養(yǎng)級,能量,第一營養(yǎng)級,第二營養(yǎng)級,第三 營養(yǎng)級,第四 營養(yǎng)級,1.食物鏈一般不超過五個營養(yǎng)級?,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動逐級遞減的特點和規(guī)律，營養(yǎng)級越高，可利用的能量就越少，老虎在生態(tài)系統(tǒng)中幾乎是最高營養(yǎng)級，通過食物鏈（網(wǎng)）流經(jīng)老虎的能量已減到很少的程度。因此，老虎的數(shù)量將是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生態(tài)學(xué)道理。,2.為什么說“一山不容二虎”?,數(shù)量金字塔,人們對一片草地上的所有生物成員作了統(tǒng)

10、計： 生產(chǎn)者（野草） 5 842 424株； 初級消費者（草原動物、昆蟲） 708 624只； 次級消費者（肉食動物、吃昆蟲的小鳥） 354 904 只； 三級消費者（肉食動物、吃小鳥的鷹） 3只。,特殊情況：,生物量金字塔,例如，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)者（浮游植物）的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調(diào)查到的浮游植物的量可能低于浮游動物的量。當(dāng)然，總的來看，一年中流過浮游植物的總能量還是比流過浮游動物的要多。,DDT在各營養(yǎng)級的積累情況,第五營養(yǎng)級,第四營養(yǎng)級,第三營養(yǎng)級,第二營養(yǎng)級,第一營養(yǎng)級,1kg,10kg,100kg,1000kg,生物量金字塔,浮游植物,浮游

11、動物,小魚,大魚,有毒物質(zhì)富集金字塔,1、幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng), 使能量得到最有效的利用。 （對能量進行多級利用，提高能量的利用率。） 例如：秸稈的多級利用、?；~塘,五、研究能量流動的實踐意義,2、幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧＃ê侠碚{(diào)整能量流動方向，使能量流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。?例如，在森林中，最好使能量多儲存在木材中；在草原牧場上，則最好使能量多流向到牛、羊等牲畜體內(nèi)，獲得更多的毛、肉、皮、奶等畜產(chǎn)品。,研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的意義,小結(jié),教材P97 技能訓(xùn)練：分析和處理數(shù)據(jù) 1.玉米的含碳量折合成葡萄糖: (12+1

12、8)/122675 =6687.5 kg 葡萄糖儲存的能量: 6687.51.64 104 = 1.07108 kJ 2. 呼吸作用消耗的能量: 20451.6107 = 3.272107 Kj 呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例: (3.272107 ) (1.397 2108 ) =23.4%； 3.玉米在整個生長季節(jié)所固定的太陽能總量: 1.07108 + 3.272107 =1.397 2108 kJ 玉米田的太陽能利用效率： 1.397 2108/8.5109 = 1.64%,計算一：,有關(guān)能量流動的極值計算在解決有關(guān)能量傳遞的計算問題時，首先要確定食物鏈。(1)設(shè)食物鏈ABCD

13、，分情況討論：,(2)在某一食物網(wǎng)中，一個消費者往往同時占有多條食物鏈，當(dāng)該消費者增加了某一值時，若要計算最少消耗生產(chǎn)者多少時，應(yīng)選最短的食物鏈和最大傳遞效率20%進行計算，這樣消費者獲得的能量最多；若要計算最多消耗生產(chǎn)者多少時，應(yīng)選最長的食物鏈和最小傳遞效率10%進行計算，這樣消費者獲得的能量最少。,計算二：,能量流動的幾種 “最值”計算歸納,(一)已知較低營養(yǎng)級的能量求較高營養(yǎng)級獲得的最少能量時，應(yīng)選擇： 最小傳遞效率10% 最長的食物鏈,例1：下圖為某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)簡圖，若E生物種群總能量為7.1109KJ , B生物種群總能量為2.3108 KJ，則生物種群的總能量至少為（ ） A7.

14、1109 KJ B4.8107 KJ C5.97107 KJ D2.3107KJ,B,解析:(7.1109-2.3108/10%) 10%10%=4.8107KJ,(二)已知較低營養(yǎng)級的能量求較高營養(yǎng)級最多獲得的能量時，應(yīng)選擇： 最大傳遞效率20% 最短食物鏈,例2：如下圖所示的食物鏈中，設(shè)E種群干物質(zhì)中的能量為5.8109 KJ,B種群干物質(zhì)中的能量為1.3108 KJ,則A種群干物質(zhì)中的能量最多有多少?( ),A.2.06108KJ B.5.02108KJ C.1.28109KJ D.3.54108KJ,A,解析：(5.8109-1.3108/20%) 20%20%=2.06108KJ,(

15、三)已知較高營養(yǎng)級的能量求較低營養(yǎng)級至少消耗的能量時,應(yīng)選擇: 按最大傳遞效率20% 選最短的食物鏈,例3：在“棉花棉蚜食蚜蠅瓢蟲麻雀鷹”這條食物鏈中，如果食蚜蠅要有5m2的生活面積才能滿足自身的能量需求，則一只鷹的生活空間至少是（ ） A5103m2 B5104m2 C53m2 D54m2,D,解析：獲取能量的多少與生活范圍成正比，生活范圍越大，獲取的能量就越多。鷹處于最高營養(yǎng)級，按能量最高傳遞效率可求出一只鷹至少所需的生活空間為: （120%20%20%）5m2=54m2,（四）、已知較高營養(yǎng)級的能量求較低營養(yǎng)給最多消耗的能量時，則應(yīng)選擇： 按最小傳遞效率10% 選最長的食物鏈,例4：下圖

16、所示食物網(wǎng)中，若人的體重增加1kg，最多消耗水藻多少kg?最少消耗水藻多少kg?,水藻,蝦,小魚,水蚤,大魚,人,水藻,蝦,水蚤,(100000,25),1. 根據(jù)能量流動效率直接計算,例1 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(dāng)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. B. C. D.,計算三：,解析 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動效率為10%20%，即一般情況下上一營養(yǎng)級傳遞給下一營養(yǎng)級的能量不超過自身同化量的20%，如，則說明初級消費者和次級消費者之間的能量流動效率已經(jīng)高于20%，初級消費者、食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都受到了破壞，影響了生物的可持續(xù)性發(fā)展，因

17、而最有可能使生態(tài)平衡遭到破壞。答案選D項。,例2 有5個營養(yǎng)級的一條食物鏈，若第五營養(yǎng)級的生物體重增加1kg，理論上至少要消耗第一營養(yǎng)級的生物（ ） A. 25kg B. 125kg C. 625kg D.3125kg,解析 這是最為簡單的一種計算題型。所謂至少消耗，即是按照最高的效率（20%）傳遞。設(shè)需消耗第一營養(yǎng)級生物x kg，則有(20%)4x=1，不難選出正確答案為C項。,2. 根據(jù)隱含的能量流動數(shù)量關(guān)系進行計算,例3 在某生態(tài)系統(tǒng)中，已知1只2kg的鷹要吃10kg的小鳥，0.25kg的小鳥要吃2kg的昆蟲，而100kg的昆蟲要吃1000kg的綠色植物。若各營養(yǎng)級生物所攝入的食物全轉(zhuǎn)化

18、成能量的話，那么，這只鷹轉(zhuǎn)化綠色植物的百分比應(yīng)為（ ） A. 0.05% B. 0.5% C. 0.25% D. 0.025%,解析 該題中能量流動效率不僅用重量表示，而且其數(shù)值在各營養(yǎng)級之間都不一樣，但以植物為基準(zhǔn)，在食物鏈的基礎(chǔ)上可推出它們間的數(shù)量轉(zhuǎn)化關(guān)系： 植物 昆蟲 小鳥 鷹 1000kg 100kg 12.5kg 2.5kg 這樣，鷹轉(zhuǎn)化綠色植物的百分比即為2.5/1000，也就是0.25%。,3. 根據(jù)規(guī)定的能量流動效率計算,例4 有一食物網(wǎng)如圖1所示。假如貓頭鷹的食物2/5來自兔子，2/5來自老鼠，其余來自蛇，那么貓頭鷹要增加20g體重，最多消耗植物多少克？,解析 據(jù)題意，貓頭鷹

19、的食物可來源于三條食物鏈，直接來源于三種不同的生物：兔、鼠、蛇，如要使其增重20g，則這種食物食用后必須使其分別增加8g、8g、4g。這樣可得到圖2。,考慮到是最多消耗，計算時要按最低的能量流動效率即10%計算，這樣這三條鏈消耗的植物分別為800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。,考慮到是最多消耗，計算時要按最低的能量流動效率即10%計算，這樣這三條鏈消耗的植物分別為800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。,例5 在如下圖3所示的食物網(wǎng)中，已知各營養(yǎng)級之間的能量轉(zhuǎn)化效率為10%，若一種生物攝食兩種上一營養(yǎng)級的生物時，兩種被攝食的生物量相等，則丁每增加10千克生物量，

20、需消耗生產(chǎn)者多少千克？,解析 據(jù)題意，與丁食物來源相關(guān)的食物鏈有三條：戊庚丁，戊甲丁，戊己甲丁。丁以甲和庚為食，則按能量傳遞效率10%計算：各需甲、庚10kg10%250kg。甲要增長50kg需攝食己和戊共50kg10%500kg，則己、戊各250kg，己要增長250kg則需攝食戊250kg10%2500kg，庚要增長50kg則需戊50kg10%500kg。共需戊：50025002503250kg。,4. 根據(jù)變化的能量流動效率計算,例6 已知在如下圖4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(guān)系

21、式為_。,5. 根據(jù)特定的能量流動要求計算,例7 有一食物網(wǎng)如下圖5所示，設(shè)E種群干物質(zhì)量為5.8109kJ，B種群干物質(zhì)量為1.3108kJ，則A種群干物質(zhì)量的值至少是_。,解析 本題首先要搞清楚：由于能量寓于物質(zhì)之中，所以計算干物質(zhì)量的值也就是計算能量的量值；其次，由于E種群的干物質(zhì)的最終去向有B和A，所以要使A種群所得干物質(zhì)的量最少，只有在E種群以最低的傳遞效率傳給B（這時E種群剩余干物質(zhì)最少），E剩余部分再以最低的傳遞效率傳給A時才可能發(fā)生。B種群干物質(zhì)量為1.3108kJ，從理論上講，至多消耗E種群干物質(zhì)為1.3108kJ/10%1.3109kJ，由于A與E相隔一個營養(yǎng)級，因而A種群

22、干物質(zhì)量的值至少為（5.81.3）109kJ10%10%4.5107kJ。,(2009年高考全國卷)某種植玉米的農(nóng)場，其收獲的玉米子粒既作為雞的飼料，也作為人的糧食，玉米的秸稈則加工成飼料喂牛，生產(chǎn)的牛和雞供人食用。人、牛、雞的糞便經(jīng)過沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為能源，沼渣、沼液作為種植玉米的肥料。據(jù)此回答(不考慮空間因素)：,(1)請繪制由雞、牛、玉米和人組成的食物網(wǎng)。 (2)牛與雞之間_(有、無)競爭關(guān)系，理由是_ 。人與雞的種間關(guān)系是_，人與牛的種間關(guān)系是_。,無,它們所需食物資源不同(牛食玉米秸稈，雞吃玉米子粒),捕食與競爭,捕食,(3)流經(jīng)該農(nóng)場生態(tài)系統(tǒng)的總能量來自_所固定的_，無機環(huán)境

23、中的碳以_形式進入該人工群落。 (4)假設(shè)該農(nóng)場將生產(chǎn)玉米的1/3作為飼料養(yǎng)雞，2/3供人食用，生產(chǎn)出的雞供人食用?，F(xiàn)調(diào)整為2/3的玉米養(yǎng)雞，1/3供人食用，生產(chǎn)出的雞仍供人食用。理論上，該農(nóng)場供養(yǎng)的人數(shù)將會_(增多、不變、減少)，理由是_ _。,減少,玉米,太陽能,CO2,改變用途的1/3玉米被雞食用后，在雞這一環(huán)節(jié)散失了一部分能量，導(dǎo)致人獲得的總能量減少,【解析】(1)據(jù)題干所述，將雞、牛、玉米和人之間的食物關(guān)系畫出即可得，圖解如圖。(2)因為牛食玉米秸稈，雞吃玉米子粒，所以牛與雞之間無競爭關(guān)系；人吃雞，為捕食關(guān)系，人與雞又共食玉米子粒，兩者之間又存在競爭關(guān)系；人吃牛，為捕食關(guān)系。(3)流經(jīng)一個生態(tài)系統(tǒng)的總能量是該生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者所固定的太陽能的總量，所以流經(jīng)該,生態(tài)系統(tǒng)的總能量是玉米固定的太陽能的總量；無機環(huán)境中的碳是以二氧化碳的形式被生產(chǎn)者利用而進入生物群落的。(4)能量沿食物鏈傳遞的過程中是逐級遞減的，所以改變用途的1/3玉米被雞食用后，在雞這一環(huán)節(jié)散失了一部分能量，導(dǎo)致人