生态系统的能量流动

第2节生态系统的能量流动问题探讨备选策略1：先吃鸡，再吃玉米；备选策略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。假如你流落到荒岛上，只有一只母鸡、１５kg玉米……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？？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√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。生态系统的能量流动生产者初级消费者次级消费者第一营养级第二营养级第三营养级草的能量是怎样得来的光合作用(太阳能化学能)呼吸消耗分解者分解供下一营养级摄入草的能量的去向生产者固定的太阳能呼吸消耗用于生长、发育、繁殖遗体、残枝败叶分解者利用初级消费者摄食能量在第一营养级中的变化初级消费者摄入用于生长发育和繁殖次级消费者摄入呼吸散失遗体残骸初级消费者同化分解者利用粪便呼吸散失…...能量在第二营养级中的变化•摄入量:下一个营养级通过捕食的方式从上一个营养级摄入到体内的能量.(这部分能量不会被全部吸收同化,其中不能消化吸收的成为粪便排出体外)•同化量:动物摄食后可以被消化吸收转变成自身部分的能量兔子的摄入量就是兔子的同化量吗？(同化量=摄入量—粪便量）能量在第三第四营养级的变化与第二营养的变化情况大致相同。生态系统的能量流动图解:生产者(植物)呼吸作用植食动物呼吸作用肉食动物呼吸作用分解者…呼吸作用肉食动物呼吸作用能量沿着食物链流动,在这个过程中每一个营养级都有输入、传递、转化和散失。１、能量流动的起点：从生产者固定太阳能开始生产者光合作用固定的全部太阳能3、生态系统能量流动的渠道：总结食物链和食物网2、流经生态系统的总能量：4|、生态系统能量的散失：通过呼吸作用以热能形式散失思考与讨论: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？在生态系统中，能量的形式不断转换，如太阳辐射能通过绿色植物的光合作用转变为储存于有机物化学键中的化学能；动物通过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、飞、游的机械能。在这些过程中，能量既不能凭空产生，也不会消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。因此，对于生态系统中的能量转换和传递过程，都可以根据热力学第一定律进行定量计算。输入某营养级的总能量＝呼吸作用消耗的能量＋分解者分解的能量＋流入下一营养级的能量２．流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？能量在生态系统中的流动，很大部分被各个营养级的生物利用，通过呼吸作用以热的形式散失。散失到空间的热能不能再回到生态系统参与流动。因为至今尚未发现以热能作为能源合成有机物的生物。分析”塞达伯格湖的能量流动图解”62.813.52%12.620.06%1.用表格的形式，将图中的数据进行整理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?营养级流入能量流出能量（输入后一个营养级）出入比生产者464.6植食性动物肉食性动物分解者６２.８１２.６１４.６一部分通过该营养级的呼吸作用散失了。一部分作为遗体或残枝败叶而被分解者所分解。还有一部分进入下一营养级（被捕食）。提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：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。2．流入某一营养级的能量，为什么不是百分百地流到下一营养级？生态系统能量流动的特点：逐级递减:单向流动:生产者次级消费者三级消费者初级消费者不循环，不可逆能量在沿食物链流动的过程中是逐渐减少的在相邻两个营养级中的传递效率大约是10%—20%如果把单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘成图，可以形成一个金字塔图形，叫做“能量金字塔”。能量金字塔如果把各个营养级的生物数量关系，用绘制能量金字塔的方式表达出来，是不是也是金字塔形？想一想：数量金字塔有没有例外的情况？想一想：在一片树林中，树、昆虫和食虫鸟的个体数比例关系如下图所示：鸟树昆虫昆虫树鸟数量比例图能量金字塔成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的量可能低于浮游动物的量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。桑基鱼塘“桑基鱼塘”的设计理念是从人类所需出发，通过能量多级利用，充分利用流经各营养级的能量，提高生产效益。三.研究能量流动的意义加工厂桑基蔗基有机物质甘蔗蔗叶塘泥蚕茧蚕粪塘泥鱼鱼塘人们虽然不能改变能量流动的客观规律，但可设法调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分,实现对能量的多级利用.根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生态学道理。1.为什么说“一山不容二虎”?从能量传递的数量和效率看，能量流经各营养级是逐级递减的，单向不循环的，传递效率为10％－20％。所以,食物链一般不超过五个营养级，到第五营养级时，可利用的能量已减少到不能维持其生存的程度了。因为能量每流经一级都要丢失一大部分，所以食物链越长，流量流失就越多。2.食物链一般不超过五个营养级?•有5个营养级的一条食物链，若第五营养级的生物体重增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物（）•A.25kgB.125kgC.625kgD.3125kg•解析这是最为简单的一种计算题型。所谓至少消耗，即是按照最高的效率（20%）传递。设需消耗第一营养级生物xkg，则有(20%)4x=1，不难选出正确答案为C项。如下图食物网中有三种生物分别为A、B、C，假设能量传递效率为10%～20%，如要使B获得能量最多，下列正确的是A．A→B传递效率为20%，A→C传递效率为20%B．A→B传递效率为10%，A→C传递效率为10%C．A→B传递效率为20%，A→C传递效率为10%D．A→B传递效率为10%，A→C传递效率为20%•2.根据隐含的能量流动数量关系进行计算•例3在某生态系统中，已知1只2kg的鹰要吃10kg的小鸟，0.25kg的小鸟要吃2kg的昆虫，而100kg的昆虫要吃1000kg的绿色植物。若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，这只鹰转化绿色植物的百分比应为（）A.0.05%B.0.5%C.0.25%D.0.025%解析该题中能量流动效率不仅用重量表示，而且其数值在各营养级之间都不一样，但以植物为基准，在食物链的基础上可推出它们间的数量转化关系：•植物→昆虫→小鸟→鹰•1000kg100kg12.5kg2.5kg•这样，鹰转化绿色植物的百分比即为2.5/1000，也就是0.25%。•3.根据规定的能量流动效率计算例4有一食物网如图1所示。假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g体重，最多消耗植物多少克？解析据题意，猫头鹰的食物可来源于三条食物链，直接来源于三种不同的生物：兔、鼠、蛇，如要使其增重20g，则这种食物食用后必须使其分别增加8g、8g、4g。这样可得到图2。•考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。•考虑到是最多消耗，计算时要按最低的能量流动效率即10%计算，这样这三条链消耗的植物分别为800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。•例5在如下图3所示的食物网中，已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种上一营养级的生物时，两种被摄食的生物量相等，则丁每增加10千克生物量，需消耗生产者多少千克？解析据题意，与丁食物来源相关的食物链有三条：戊→庚→丁，戊→甲→丁，戊→己→甲→丁。丁以甲和庚为食，则按能量传递效率10%计算：各需甲、庚10kg÷10%÷2＝50kg。甲要增长50kg需摄食己和戊共50kg÷10%＝500kg，则己、戊各250kg，己要增长250kg则需摄食戊250kg÷10%＝2500kg，庚要增长50kg则需戊50kg÷10%＝500kg。共需戊：500＋2500＋250＝3250kg。•4.根据变化的能量流动效率计算例6已知在如下图4所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量（y）与x的函数关系式为____________。y=a/(0.09x+0.01)•c的同化量为a即从A和B得到的能量共为a最低能量传递效率为10%而供给C的比例为x即C从A获得的能量为10%xy所以从B获得的能量为a-10%xy所以B的能量（B同化A的能量，B从A获得的能量）为(a-10%xy)/10%A供给B的能量为y-xy所以10%(y-xy)=(a-10%xy)/10%化简得y=a/(0.09x+0.01)•5.根据特定的能量流动要求计算例7有一食物网如下图5所示，设E种群干物质量为5.8×109kJ，B种群干物质量为1.3×108kJ，则A种群干物质量的值至少是_____________。•解析本题首先要搞清楚：由于能量寓于物质之中，所以计算干物质量的值也就是计算能量的量值；其次，由于E种群的干物质的最终去向有B和A，所以要使A种群所得干物质的量最少，只有在E种群以最低的传递效率传给B（这时E种群剩余干物质最少），E剩余部分再以最低的传递效率传给A时才可能发生。B种群干物质量为1.3×108kJ，从理论上讲，至多消耗E种群干物质为1.3×108kJ/10%＝1.3×109kJ，由于A与E相隔一个营养级，因而A种群干物质量的值至少为（5.8－1.3）×109kJ×10%×10%＝4.5×107kJ。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。1、单向流动：生产者初级消费者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。1、能量的源头：太阳能2、流经生态系统的总能量：生产者固定3、总渠道：食物链或食物网2、逐级递减：传递效率为10%~20%的太阳能的总量。次级消费者概念：过程特点意义：生态系统的能量流动反馈练习：1、在一个处于平衡状态的封闭的生态系统内，要使其中的动物能够长时间存活，必须提供（）A．o2B．H2oC．有机物D．太阳能BD2、在一条食物链中，第二营养级能量最多有多少流入到第五营养级（）A.1/5B.1/125C.1/25D.1/6253、肉食动物不可能是一条食物链中的第几营养级（）A．第五B．第二C．第三D．第四4、对水稻→鼠→蛇→鹰这条食物链的错误描述是（）A.水稻是生产者B.鼠是初级消费者C.蛇是次级消费者D.鹰属于第三营养级BD5.下面有关生态系统能量流动的表述，不正确的是（）A.能量流动是单向流动，逐级递减的B.食物链越短，可供消费者的能量越多C.初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少D.营养级越多，散失的能量越多6.假设一个生态系统的总能量为１００％，按最高传递效率计算，第三营养级和三级消费者所获得的能量应为（）A.４％和４％B.０.８％和０.８％C.４％和０.８％D.１０％和４％CC7.识图作答：下图表示生态系统的能量流动，请据图回答：（1）将A、B、C、D各营养级的名称依次写在图中：A．______B．______C．______D．______生产者初级消费者次级消费者三级消费者（2）图中a1代表（3）图中a2代表（4）a3＜a2的原因是（5）从生态系统能量传递效率上看，一个营养级的能量，流到下一个营养级只有______因此，一个食物链一般不能超过______生产者所固定的太阳能从第一营养级流动到第二营养级的能量初级消费者呼吸作用消耗了大部分的能量，只有10％-20％的能量传递给次级消费者，所以a3＜a2；10％－20％五个营养级生态系统的能量流动过程图解生产者(植物)呼吸初级消费者(植食动物)呼吸次级消费者(肉食动物)呼吸分解者…呼吸三级消费者(肉食动物)1、图中的箭头有哪些含义？2、能量能否逆向流动、循环流动？思考: