第2節(jié)生態(tài)系中的能量流動(dòng)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)

生態(tài)系統(tǒng)的功能：能量流動(dòng)物質(zhì)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(zhuǎn)換來(lái)的？它又是如何轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的？化學(xué)能有機(jī)物中光能光反應(yīng)H2O有機(jī)物中的化學(xué)能植物的光合作用

CO2暗反應(yīng)ATP有機(jī)物中的化學(xué)能動(dòng)植物、微生物的呼吸作用

熱能ATP各項(xiàng)生命活動(dòng)遺體不被利用煤、石油等化學(xué)能還有其它生物嗎？一、能量流動(dòng)的概念和過(guò)程

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程。1.概念生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者無(wú)機(jī)環(huán)境生態(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、散失的過(guò)程輸入散失散失散失傳遞、轉(zhuǎn)化光合作用化能合成作用呼吸作用食物鏈?zhǔn)澄锞W(wǎng)2.生態(tài)系統(tǒng)能量的流動(dòng)過(guò)程輸入：生產(chǎn)者所固定的全部太陽(yáng)能生產(chǎn)者1%光合作用

（起點(diǎn)）能不能從動(dòng)物開始，為什么？太陽(yáng)能（化學(xué)能）(存在有機(jī)物中)分解者生態(tài)系統(tǒng)能量的流動(dòng)過(guò)程傳遞、轉(zhuǎn)化：（起點(diǎn)）途徑——食物鏈和食物網(wǎng)生產(chǎn)者(植物)初級(jí)消費(fèi)者(植食動(dòng)物)次級(jí)消費(fèi)者(肉食動(dòng)物)三級(jí)消費(fèi)者(肉食動(dòng)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(dòng)過(guò)程：生產(chǎn)者呼吸作用初級(jí)消費(fèi)者第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)分解者生產(chǎn)者初級(jí)消費(fèi)者攝食所固定的太陽(yáng)能熱能散失去路儲(chǔ)存在有機(jī)物中生長(zhǎng)發(fā)育繁殖等生命活動(dòng)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(jí)消費(fèi)者攝入用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖次級(jí)消費(fèi)者攝入呼吸散失遺體殘骸初級(jí)消費(fèi)者同化分解者利用糞便呼吸散失…...能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(yáng)能總量。(1)源頭幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)——太陽(yáng)能深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)——氧化無(wú)機(jī)物產(chǎn)生的化學(xué)能2.能量的流動(dòng)(1)能量流動(dòng)中的能量轉(zhuǎn)化形式：太陽(yáng)光能→生物體內(nèi)有機(jī)物中的化學(xué)能→熱能，即主要通過(guò)食物關(guān)系進(jìn)行，而熱能是能量流動(dòng)的最終點(diǎn)，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(diǎn)：（3）能量流動(dòng)起點(diǎn)：生產(chǎn)者（第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)）

（2）能量傳遞形式：有機(jī)物中的化學(xué)能(3)能量流動(dòng)的途徑：食物鏈和食物網(wǎng)。(4)流動(dòng)過(guò)程（如圖所示）：同化量：生物將從外界所攝取的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身的組成物質(zhì)的生理過(guò)程。能量從上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的量是指被下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量即同化量，并不是攝入量。因?yàn)橛幸恍〔糠帜芰看嬖谟趧?dòng)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(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量應(yīng)是該級(jí)生物的同化量，即流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量=該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量=該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的攝入量—該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的糞便量。

如羊吃草，不能說(shuō)草中的能量都流入了羊體內(nèi)，流入羊體內(nèi)的能量應(yīng)是指被羊消化吸收后轉(zhuǎn)變成羊自身的組成物質(zhì)中所含的能量，而未被消化吸收的食物殘?jiān)S便）未進(jìn)入羊體內(nèi)，不能算流入羊體內(nèi)的能量。某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)糞便中的能量屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的同化量。即該級(jí)生物同化量還應(yīng)包括下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的糞便量。一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量，有四個(gè)去向：a.呼吸作用消耗；b.被下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化（食物鏈的最后一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(zhuǎn)化①生產(chǎn)者：光能有機(jī)物中的化學(xué)能②消費(fèi)者：食物化學(xué)能自身化學(xué)能（6）能量的散失①形式：熱能，是能量流動(dòng)的最后形式。②主要途徑：呼吸作用。③過(guò)程：有機(jī)物（化學(xué)能）

ATP：用于生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)熱能：散失（熱能不能被生物群落重復(fù)利作，即能量流動(dòng)無(wú)法循環(huán)）④特殊途徑：動(dòng)、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(fèi)者、分解者呼吸作用能量工業(yè)燃燒二、能量流動(dòng)特點(diǎn)：1.單向流動(dòng)（1）食物鏈各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序是不可逆轉(zhuǎn)的，這是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果。能量之所以單向流動(dòng)即能量只能從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)，再依次流向后面各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，既不能逆向流動(dòng)，也不能循環(huán)流動(dòng)，這是因?yàn)樯镏g的捕食關(guān)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(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物在細(xì)胞呼吸時(shí)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(yáng)能是生態(tài)系統(tǒng)能量的源頭，生產(chǎn)者只有通過(guò)光合作用，才能將太陽(yáng)能固定在它所合成的有機(jī)物中并輸入到生態(tài)系統(tǒng)的第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。而當(dāng)能量沿食物鏈流動(dòng)時(shí)，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物都進(jìn)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(dòng)。由此可見(jiàn)，生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放的能量耗散系統(tǒng)，太陽(yáng)能必須不斷地輸入生態(tài)系統(tǒng)，才能滿足各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物對(duì)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(dòng)照樣遵循能量守恒定律。林德曼效率：一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量與上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量的比值，又稱為能量傳遞效率。（計(jì)算下面的能量傳遞效率）賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)圖49753949707413.5％傳遞20％傳遞0.1％輸入能量在相鄰的兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率大約只有___________10%—20％20.7％30％60％2.逐級(jí)遞減.

逐級(jí)遞減的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、未被下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)利用。傳遞效率為10％～20％.即在一生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量流動(dòng)中，傳遞效率最小為10%（可小于10%），最大為20%（不能超過(guò)20%）由單位時(shí)間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(shuō)一說(shuō)能量金字塔可以說(shuō)明什么問(wèn)題？在一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，在能量流動(dòng)的過(guò)程中消耗的能量就越多，能量流動(dòng)是單向、逐級(jí)遞減的。5-9你知道嗎？生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)一般不超過(guò)4～5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)。為什么？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)第五營(yíng)養(yǎng)級(jí)第六營(yíng)養(yǎng)級(jí)A15A125A1125A1625A13125A(≈0)0.00032AContent1.為什么說(shuō)“一山不容二虎”？2.任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來(lái)自

的能量補(bǔ)充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。由于虎是較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物，每個(gè)個(gè)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(xué)以致用：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(zhǎng)的辦法是:

1、先吃雞，再吃玉米。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。

為了讓你維持更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)等待救援，我們應(yīng)選擇策略1:食物鏈中營(yíng)養(yǎng)級(jí)的呈現(xiàn)形式（書寫食物鏈的幾種標(biāo)準(zhǔn)）：（1）以金字塔圖形形式呈現(xiàn)：如果將單位時(shí)間內(nèi)各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所得到的能量數(shù)值，由低到高繪成圖，可形成一個(gè)金字塔圖形，叫能量金字塔。

第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)低高能量高低營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量金字塔毎一臺(tái)階分別代表食物鏈中毎一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所含能量多少。其形狀表明能量沿食物鏈流動(dòng)過(guò)程具有逐級(jí)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(diǎn)正金字塔形一般為正金字塔形，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形，如樹上昆蟲與鳥的數(shù)量關(guān)系正金字塔形象征含義能量沿食物鏈流動(dòng)過(guò)程中具有逐級(jí)遞減的特性生物個(gè)體數(shù)目在食物鏈中隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)升高而逐級(jí)遞減生物量（現(xiàn)存生物有機(jī)物的總質(zhì)量）沿食物鏈流動(dòng)，逐級(jí)遞減每一階含義食物鏈中每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所含能量的多少每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物個(gè)體的數(shù)目每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的總生物量項(xiàng)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(yuǎn)是正金字塔，不會(huì)出現(xiàn)倒置的情況；但數(shù)量金字塔可能會(huì)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(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體較大，后一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)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(duì)數(shù)量時(shí)間分析：以上圖所反應(yīng)的食物鏈為：乙丙甲以柱形圖形式呈現(xiàn)：

有機(jī)物總量甲乙丙以上柱形圖反應(yīng)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(xué)農(nóng)藥通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)大量積聚的過(guò)程。因?yàn)檫@些污染物一般具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而不易分解，在生物體內(nèi)積累而不易排出等特點(diǎn)，所以，生物富集作用隨食物鏈的延長(zhǎng)而不斷加強(qiáng)，食物鏈越長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高，生物富集作用量越大（富集量在10倍以內(nèi)為同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)）。如某生態(tài)系統(tǒng)中生物體內(nèi)殘留有機(jī)汞的情況如下表：生物體ABCDE有機(jī)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(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)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)(桑基魚塘)三、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義?；~塘“?；~塘”的設(shè)計(jì)理念是從人類所需出發(fā)，通過(guò)能量多級(jí)利用，充分利用流經(jīng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(jī)起降等。研究能量流動(dòng)的實(shí)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(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。?草場(chǎng)放牧牧民草原如何放牧，才能達(dá)到產(chǎn)畜量高又不會(huì)導(dǎo)致草場(chǎng)退化？合理確定載畜量，滅鼠、滅蟲如果你承包了某一草場(chǎng)，那在該草場(chǎng)上放養(yǎng)多少頭羊經(jīng)濟(jì)效益最好呢？有人認(rèn)為放養(yǎng)的數(shù)目越多經(jīng)濟(jì)效益就越好。有人認(rèn)為放養(yǎng)的數(shù)目少經(jīng)濟(jì)效益就好。載畜量=牧草光合作用固定的太陽(yáng)能×20%

四、能量流動(dòng)的計(jì)算：1、根據(jù)規(guī)定的能量流動(dòng)效率直接計(jì)算：例1.如果一個(gè)人食物有1/2來(lái)自綠色植物，1/4來(lái)自小型肉食動(dòng)物，1/4來(lái)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(guān)的食物網(wǎng)：植物人羊小型肉食動(dòng)物1/21/41/4答案：280千克例2.假如一個(gè)人在代謝過(guò)程中的增重量1/2來(lái)自植物，1/4來(lái)自牛肉和牛奶，1/4來(lái)自小型肉食動(dòng)物，并且能量在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率均為10%。現(xiàn)共有植物G克，如果不計(jì)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(dòng)物小型肉食動(dòng)物1/21/41/4答案：1/280G克例3.某生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)消費(fèi)者和次級(jí)消費(fèi)者的總能量分別是W1和W2，當(dāng)下列哪種情況發(fā)生時(shí)，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(jìn)行計(jì)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(yíng)養(yǎng)級(jí)生物所攝入的食物全部轉(zhuǎn)化成能理，那么這只鷹轉(zhuǎn)化綠色植物的百分比應(yīng)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(dòng)效率計(jì)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(jì)算，需要A生物的總能量（y）與x的函數(shù)關(guān)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(fèi)者短高20長(zhǎng)低104、根據(jù)特定的能量流動(dòng)要求計(jì)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(wèn)用20%計(jì)算，選最短的食物鏈。第2問(wèn)選最長(zhǎng)的食物鏈按10%計(jì)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(wèn)：按20%計(jì)算，G×（1/5）4=1/625G,第二問(wèn)：按20%計(jì)算為25N克。）例3.有一食物網(wǎng)，如圖所示，設(shè)E種群干物質(zhì)量為5.8×109KJ，B種群干物質(zhì)量為1.3×108KJ，則A種群干物質(zhì)量的值至少為多少？EDBC

A解析：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B種群從E獲得的干物質(zhì)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(jì)算）。（即已知E求A獲得最少量按10%計(jì)算）。B種群干物質(zhì)量為1.3×108KJ,從理論上講，至多消耗E種群干物質(zhì)為1.3×108KJ÷10%=1.3×109KJ。所以E剩余的干物質(zhì)量為：5.8×109KJ－1.3×109KJ=4.5×109KJ。設(shè)E傳給C的平均物質(zhì)的比例為x，則傳給D的比例為1－x，所以，A種群干物質(zhì)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(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，綠色植物所固定的太陽(yáng)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(yáng)能A甲太陽(yáng)能B甲太陽(yáng)能C甲太陽(yáng)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(yáng)能B．照到植物體上的全部太陽(yáng)能C．消費(fèi)者得到的全部化學(xué)能D．全部生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能

3、在一定時(shí)間內(nèi)，某生態(tài)系統(tǒng)中的全部生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能為X，全部消費(fèi)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(guān)系是（）A.X=Y+ZB.X>Y+ZC.X<Y+ZD.X>Y=ZDB2、識(shí)圖作答：下圖表示生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，請(qǐng)據(jù)圖回答：（1）將A、B、C、D各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的名稱依次寫在圖中：

A．______B．______C．______D．______生產(chǎn)者初級(jí)消費(fèi)者次級(jí)消費(fèi)者三級(jí)消費(fèi)者（2