3.2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)

第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用生產(chǎn)者（綠色植物）初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）次級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）三級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用……分解者能量在生態(tài)系統(tǒng)中是怎樣流動(dòng)的？怎樣理解生態(tài)金字塔？本節(jié)聚焦123研究能量流動(dòng)有什么實(shí)踐意義？

提示：應(yīng)該先吃雞，再吃玉米（即選擇1）；若選擇2，則增加了食物鏈的長(zhǎng)度，能量逐級(jí)遞減，最后人獲得的能量較少。假設(shè)你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個(gè)荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。2.先吃玉米，同時(shí)用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。流落荒島討論：你認(rèn)為以下哪種生存策略能讓你維持更長(zhǎng)的時(shí)間來等待救援？1.先吃雞，再吃玉米。

生產(chǎn)者通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能，固定在它們所制造的有機(jī)物中（其次還有化能合成作用）一、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)。1.輸入①能量來源:太陽能②能量流動(dòng)的起點(diǎn):生產(chǎn)者固定的太陽能③流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量:生產(chǎn)者所固定的全部太陽能④能量輸入方式:若為人工生態(tài)系統(tǒng)，流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量除生產(chǎn)者固定的太陽能總量，還有人工補(bǔ)充的能量（例如飼料中有機(jī)物中的化學(xué)能）。特別提醒：2.傳遞：①能量傳遞的途徑（渠道）：食物鏈和食物網(wǎng)②能量傳遞的形式：有機(jī)物中的化學(xué)能3.轉(zhuǎn)化：太陽能光合作用有機(jī)物中的化學(xué)能熱能呼吸作用4.散失：以熱能形式散失能量輸入種群能量?jī)?chǔ)存能量散失能量輸入某營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量?jī)?chǔ)存能量散失研究能量流動(dòng)的基本思路能量流經(jīng)一個(gè)種群的情況可以圖示如下：能量輸入個(gè)體1個(gè)體2個(gè)體3……儲(chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量?jī)?chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量?jī)?chǔ)存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量以個(gè)體為研究對(duì)象，有很大的局限性和偶然性，如果個(gè)體死亡，數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確；不同個(gè)體間差異過大。如果將這個(gè)種群作為一個(gè)整體來研究，則左圖可以概括成下圖形式，從中可以看出分析能量流動(dòng)的基本思路。如果以種群為研究對(duì)象，能量流動(dòng)的渠道為食物鏈，在分析時(shí)，可能因?yàn)槭澄锞W(wǎng)的復(fù)雜性而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果將一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的所有種群作為一個(gè)整體，那么左圖將概括為何種形式呢？可以比較精確地測(cè)量每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入值和輸出值。二、能量流動(dòng)的過程1.能量流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過程99%散失1%固定(同化)生產(chǎn)者所固定的全部太陽能用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）分解者利用殘枝敗葉分解作用散失呼吸作用散失生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖未利用2.能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過程初級(jí)消費(fèi)者攝入初級(jí)消費(fèi)者同化糞便分解者利用用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖次級(jí)消費(fèi)者攝入遺體殘骸呼吸作用散失呼吸作用散失…未利用流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的總能量：同化量同化量攝入量-糞便量==呼吸作用散失+用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖特別注意：糞便屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量能量流經(jīng)第三、四營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過程與第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的情況大致相同。呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用生產(chǎn)者（綠色植物）初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）次級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）三級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用……分解者歸納概括能量流動(dòng)過程：注意：每個(gè)箭頭及箭頭的方向大小、菱形方塊的大小代表什么含義？初級(jí)消費(fèi)者糞便中的能量屬于以上哪個(gè)顏色箭頭的部分？能量來源呼吸作用散失太陽能生產(chǎn)者能量去路每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)總能量固定的太陽能總量各級(jí)消費(fèi)者上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生產(chǎn)者：各級(jí)消費(fèi)者：同化總量=攝入量-糞便量流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)被分解者利用未利用均屬于用于自身生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的部分歸納總結(jié)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)討論

1.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和轉(zhuǎn)化是否遵循能量守恒定律，為什么？

遵循；能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng)、轉(zhuǎn)化后，一部分儲(chǔ)存在生態(tài)系統(tǒng)生物體的有機(jī)物）中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量相等。

2.流經(jīng)生態(tài)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中來？為什么？

不能，因?yàn)槟芰苛鲃?dòng)是單向的。太陽能未固定生產(chǎn)者464.662.812.6呼吸作用122.67.5分解者14.612.5未利用327.329.35.0塞達(dá)伯格湖能量流動(dòng)圖解植食性動(dòng)物62.8肉食性動(dòng)物12.696.318.8293分析塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)微量圖中數(shù)字為能量值，單位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。圖中“未固定”是指未被固定的太陽能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)和分解者利用的能量。為研究方便起見，這里將肉食性動(dòng)物作為一個(gè)整體看待。營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入能量流出能量出入比生產(chǎn)者植食性動(dòng)物肉食性動(dòng)物————分解者————464.662.812.662.812.613.52%20.06%

1.用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。例如，可以將每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的能量“流入”和“流出”整理成為一份清單(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。2.計(jì)算“流出”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占“流入”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比。微量14.63.流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不會(huì)百分之百地流到下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)?4.通過以上分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律?

流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量主要有以下去向：一部分通過該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的呼吸作用散失了；一部分以排出物、遺體或殘枝敗葉的形式被分解者利用；還有一部分未能進(jìn)入（未被捕食）下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)；其他的才是流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量。所以，流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量不可能百分之百地流到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)是單向的；能量在流動(dòng)過程中逐級(jí)遞減。分析塞達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)二、能量流動(dòng)的特點(diǎn)1.單向流動(dòng)：

在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動(dòng)只能沿著______由___營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向____營(yíng)養(yǎng)級(jí)，不可_____，也不能_________。食物鏈低高逆轉(zhuǎn)循環(huán)流動(dòng)（1）各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物都會(huì)因自身呼吸作用散失掉一部分能量。（2）各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量都要有一部分流入分解者。（3）各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物都不能全部被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)捕食,各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量都有一部分未利用。（4）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)一般不超過5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。原因：2.逐級(jí)遞減：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)是單向的。能量在流動(dòng)過程中逐級(jí)遞減。原因：生物之間的捕食關(guān)系是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果，一般不可逆轉(zhuǎn)。

單向流動(dòng)、逐級(jí)遞減任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。能量傳遞效率＝=×100%某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率為10%～20%①若題中沒有給出傳遞效率值，則一般認(rèn)為能量傳遞效率最低為10％，最高為20％。若題中給出了傳遞效率值則按給出的值計(jì)算。②由高營(yíng)養(yǎng)級(jí)求低營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，若求“最(至)多”值，則按最低效率10％傳遞；若求“最(至)少”值，則按最高效率20％傳遞。③由低營(yíng)養(yǎng)級(jí)求高營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，若求“最(至)多”值，則按最高傳遞效率20％計(jì)算；若求“最(至)少”值，則按最低傳遞效率10％計(jì)算。例.在食物鏈“草→兔→鷹”中，假如現(xiàn)有草100kg，最多可使鷹增重____kg。最少可使鷹增重____kg。14例.在食物鏈“草→兔→鷹”中，假如要使鷹增加2kg體重，最多要消耗草____kg。最少要消耗草____kg。20050高、低營(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量的互算選______的食物鏈選最小傳遞效率_____生產(chǎn)者最少消耗選最大傳遞效率_____消費(fèi)者最大消耗獲得最多獲得最少選______的食物鏈

最短最長(zhǎng)20%10%能量在食物鏈中傳遞的“最值計(jì)算”例1.如果A消耗10000kg，C最多增重_____千克，最少增重___千克400

1由生產(chǎn)者推導(dǎo)最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)（獲得量）獲得能量最多：選最短食物鏈；按×20%計(jì)算獲得能量最少：選最長(zhǎng)食物鏈；按×10%計(jì)算1000020004001000100101由最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)推導(dǎo)生產(chǎn)者（消耗量）需最多能量：選最長(zhǎng)食物鏈；按÷10%計(jì)算(食物鏈前級(jí)是后級(jí)10倍）需最少能量：選最短食物鏈；按÷20%計(jì)算(食物鏈前級(jí)是后級(jí)5倍）演練2.右圖表示某生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的圖解，貓頭鷹體重每增加1kg，至少消耗A約（）A．100kgB．44.5kgC．25kgD．15kgC浮游植物浮游動(dòng)物小魚大魚1000kg10%10%10%20%20%25kg1kg例2：大魚體重增加1kg，最多(至少）需要浮游植物多少千克例3.在右圖的食物網(wǎng)中，如果C從B、F中獲得的能量比為3∶1，C增重1kg，則最少需要消耗A多少kg？在能量分配比例已知時(shí)，按比例分別計(jì)算，最后相加沿食物鏈A→D→E→F→C逆推：1/4kgX5X5X5X5＝625/4kg消耗A最少，按最高傳遞效率20%計(jì)算（前級(jí)是后級(jí)5倍）：

75/4kg+625/4kg=175kg沿食物鏈A→B→C逆推：3/4kgX5X5＝75/4kg演練3.如圖食物網(wǎng)中，貓頭鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇，則貓頭鷹的體重若增加20g，至少需要消耗植物的重量為(

)A．600g

B．900gC．1600g D．5600g

已知高營(yíng)養(yǎng)級(jí)求至少需要低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量時(shí)，需按照最大傳遞效率進(jìn)行計(jì)算，即20×2/5÷20%÷20%＋20×2/5÷20%÷20%＋20×1/5÷20%÷20%÷20%＝900(g)B演練3．根據(jù)圖示的食物網(wǎng)，若黃雀的全部同化量來自兩種動(dòng)物，蟬和螳螂各占一半，則當(dāng)綠色植物增加G千克時(shí)，黃雀增加體重最多是(

)A．G/75千克 B．3G/125千克C．6G/125千克 D．G/550千克根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的最高傳遞效率20%，設(shè)黃雀增加體重X千克，則根據(jù)題意可列出計(jì)算式：X/2÷20%÷20%＋X/2÷20%÷20%÷20%＝GAX＝G/75千克三、生態(tài)金字塔第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)1.能量金字塔

將單位時(shí)間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營(yíng)養(yǎng)級(jí)順序排列，可形成一個(gè)金字塔圖形，叫做能量金字塔。

直觀的反映出生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量的關(guān)系。

通常都是上窄下寬的金字塔形。

能量在流動(dòng)中總是逐級(jí)遞減的。（1）概念：（2）意義：（3）特點(diǎn)：原因：

直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所容納的有機(jī)物的總干重的關(guān)系。2.生物量金字塔

用表示能量金字塔中的方法表示各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物量（每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所容納的有機(jī)物的總干重）之間的關(guān)系，即為生物量金字塔。營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)干重g/m21.51137809營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)大多也是上窄下寬的正金字塔形。（1）概念：（2）意義：（3）特點(diǎn)：原因：

一般來說植物的總干重通常大于植食性動(dòng)物的總干重，而植食性動(dòng)物的總干重也大于肉食性動(dòng)物的總干重。3.數(shù)量金字塔

用表示能量金字塔的方法表示各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體的數(shù)目比值關(guān)系，即為數(shù)量金字塔。

表明每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中生物個(gè)體的數(shù)量。

可以是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒置的金字塔形。（1）概念：（2）意義：（3）特點(diǎn)：原因：營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)個(gè)體數(shù)量昆蟲樹營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)個(gè)體數(shù)量鼠草鼬第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)如果消費(fèi)者的個(gè)體小而生產(chǎn)者的個(gè)體大，則會(huì)呈現(xiàn)倒置金字塔。四、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義1.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們將生物在時(shí)間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。例如，間作套種、多層育苗、稻——萍——蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。間作套種多層育苗稻—萍—蛙2.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用；例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量的多級(jí)利用，從而大大提高能量的利用率秸稈飼料沼氣池沼渣（≠能量的傳遞效率）。3.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，還可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。例如，合理確定草場(chǎng)的載畜量，稻田除草、除蟲等。分析和處理數(shù)據(jù)

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