5.2 生态系统的能量流动

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1、生态系统能量流动生态系统能量流动 假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了有能饮用的水以外，到一个荒岛上，那里除了有能饮用的水以外，几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、一只母鸡、5Kg5Kg玉米。玉米。你认为以下哪种生存策略能让你维持你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：更长的时间来等待救援：A A、先吃鸡，再吃玉米、先吃鸡，再吃玉米B B、先吃玉米，同时用一部分玉米、先吃玉米，同时用一部分玉米 喂鸡，吃鸡产下的喂鸡，吃鸡产下的 蛋，最后吃鸡。蛋，最后吃鸡。三三 生态系统的能量流

2、动生态系统的能量流动1.概念：概念：2.生态系统能量的源头生态系统能量的源头（1）几乎所有的生态系统：太阳能）几乎所有的生态系统：太阳能生态系统中能生态系统中能 量的量的输入、传递、转化和散失输入、传递、转化和散失的过程。的过程。（2）深海热泉生态系统：化学能）深海热泉生态系统：化学能3.能量流动的起点：能量流动的起点：从生产者固定的全部太阳能开始从生产者固定的全部太阳能开始4.输入生态系统的总能量：输入生态系统的总能量：生产者固定的太阳能总能量。生产者固定的太阳能总能量。5.生态系统能量流动的途径：生态系统能量流动的途径：食物链和食物网食物链和食物网 6.能量流动形式：能量流动形式：太阳光能

3、太阳光能 生物体内有机物中的化学能生物体内有机物中的化学能 热能热能7.能量的转化：能量的转化：消费者：食物化学能消费者：食物化学能 自身的化学能自身的化学能消化吸收消化吸收合成合成光合作用光合作用生产者生产者:光能光能 有机物中的化学能有机物中的化学能能量流动过程分析：能量流动过程分析：生产者固定的太阳能有那些去向生产者固定的太阳能有那些去向?呼吸呼吸初级消费者初级消费者生产者生产者呼吸呼吸分解者分解者(细菌、真菌细菌、真菌等）等）初级消费者初级消费者摄入摄入用于生长用于生长发育和繁殖发育和繁殖次级消费者次级消费者摄入摄入呼呼吸吸散散失失遗体遗体残骸残骸初级消费者初级消费者同化同化分分解解者

4、者利利用用粪便粪便呼呼吸吸散失散失.能能量量流流经经第第二二营营养养级级示示意意图图能量流动过程分析：能量流动过程分析：提示提示：每一级都有输入、传递、转化和散失每一级都有输入、传递、转化和散失过程；每个营养级都有未利用的部分过程；每个营养级都有未利用的部分呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸呼吸生产者生产者初级消费者初级消费者次级消费者次级消费者三级消费者三级消费者分解者分解者(细菌、真菌等）细菌、真菌等）呼吸呼吸12.662.8未未固固定定生产者生产者 464.6植食性动物植食性动物 62.8肉食性动物肉食性动物 12.6请计算能量传递效率请计算能量传递效率（输入后一营养级的（输入后一营养级的能量

5、与输入前一营养级的能量的比）能量与输入前一营养级的能量的比）13.5%13.5%20%20%单位（焦单位（焦/厘米厘米2 年）年）96.318.87.5 分解者分解者 14.6 14.6 12.52.1微量微量 未利用未利用 327.3 327.3 29329.35.0赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解赛达伯格湖的能量流动图解 呼吸呼吸 122.6 122.6 单向流动单向流动:自身呼吸作用消耗自身呼吸作用消耗分解者利用分解者利用暂未利用暂未利用12.662.8未未固固定定生产者生产者 464.6植食性动物植食性动物 62.8肉食性动物肉食性动物 12.6

6、13.5%13.5%20%20%96.318.87.5 分解者分解者 14.6 14.6 12.52.1微量微量 未利用未利用 327.3 327.3 29329.35.0 呼吸呼吸 122.6 122.6 逐级递减逐级递减:能量流动的特点能量流动的特点:能量传递效率能量传递效率能量传递效率能量传递效率10%10%20%20%不可逆向，不可循环不可逆向，不可循环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464.662.813.52%植食性动物62.812.620.06%肉食性动物12.6分解者14.63.3.提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：提示：流入某一营养级的能量主要有

7、以下去向：一部分一部分通过该营养级的通过该营养级的呼吸作用呼吸作用散失了；散失了；一部分作为排出物、遗体一部分作为排出物、遗体或残枝败叶不能进入下一营养级，而为或残枝败叶不能进入下一营养级，而为分解者所利用分解者所利用；还有还有一部分未能进入（一部分未能进入（未被捕食未被捕食）下一营养级。所以，流入某一营）下一营养级。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。养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。4.4.生态系统中能量流动是生态系统中能量流动是单向单向的；能量在流动过程中的；能量在流动过程中逐级逐级递减递减。教材教材P95资料分析：资料分析：1和和2题题 肉食性动物肉食性动

8、物 12.6 12.6 植食性动物植食性动物 62.8 62.8 生产者生产者 464.6 464.6 能量金字塔能量金字塔 1960年，科学家在密执安荒地对一个由植物、田鼠和鼬三个年，科学家在密执安荒地对一个由植物、田鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能流分析。环节组成的食物链进行了能流分析。荒地接受的太阳辐射量：荒地接受的太阳辐射量：6.31010卡卡/顷顷年；年；植物固定的能量：植物固定的能量：59.3106卡卡/顷顷年；年；田鼠吃植物获得的能量为：田鼠吃植物获得的能量为：176103卡卡/顷顷年；年；鼬同化的能量为：鼬同化的能量为：55.6103卡卡/顷顷年。年。植物植物 59.3106

9、卡卡/顷顷年年 田鼠田鼠 176103卡卡/顷顷年年 鼬鼬 76103卡卡/顷顷年年 俗话说：俗话说：“一山一山不不能容能容二虎二虎”，有无道理？有无道理？1kg10kg100kg1000kg生物量金字塔生物量金字塔浮游植物浮游植物浮游动物浮游动物小鱼小鱼大鱼大鱼有毒物质富集金字塔有毒物质富集金字塔DDTDDT在各营养级的积累情况在各营养级的积累情况第五营养级第五营养级第四营养级第四营养级第三营养级第三营养级第二营养级第二营养级第一营养级第一营养级四、研究能量流动的意义四、研究能量流动的意义 可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利

10、用。能量得到最有效的利用。如如:生态农业生态农业桑桑基基鱼鱼塘塘桑树桑树桑叶桑叶蚕蚕排泄物排泄物鱼塘鱼塘鱼鱼塘泥塘泥太阳太阳 合理地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。四、研究能量流动的意义四、研究能量流动的意义农业生态系统农业生态系统能量的多级利用能量的多级利用牲畜牲畜分解者分解者沼气沼气沼渣沼渣枯枝落叶枯枝落叶粪便粪便秸杆秸杆生态系统生态系统的能量流动的能量流动能量流动的起点：能量流动的起点：从生产者固定太阳能开始从生产者固定太阳能开始能量流动的数量能量流动的数量:流经生态系统的总能流经生态系统的总能 是生产者所固定的全部太阳能是生产者所固定的全部太阳能能

11、量流动的途径：能量流动的途径：太阳能太阳能第一营养级第一营养级第二营第二营养级养级第五营养级第五营养级单向流动不循环单向流动不循环 逐级递减传递率为逐级递减传递率为1020能量流动的特点能量流动的特点2.设法调整能量流动关系，使能量设法调整能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。流向对人类最有益的部分。研究的目的研究的目的课堂小结：课堂小结：1.帮助人们科学规划设计人工生态帮助人们科学规划设计人工生态系统，使能量先到最有效的利用。系统，使能量先到最有效的利用。调查当地农田生态系统中的能量流动情况调查当地农田生态系统中的能量流动情况参考调查点：稻田生态系统参考调查点：稻田生态系统组成成分：组

12、成成分：（1 1）非生物的物质和能量；非生物的物质和能量；（2 2）生产者：生产者：水稻、杂草、浮游植物等；水稻、杂草、浮游植物等；（3 3）消费者：田螺、泥鳅、黄鳝、鱼、青蛙、浮游动）消费者：田螺、泥鳅、黄鳝、鱼、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；物、昆虫、鸟类等；（4 4）分解者：多种微生物。）分解者：多种微生物。调查当地农田生态系统中的能量流动情况调查当地农田生态系统中的能量流动情况问题提示：问题提示：1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂，或人工除草的方式抑等。农民主要通过喷洒除草剂，或人工除草的方式抑制杂草的

13、生长。制杂草的生长。2.初级消费者有：田螺、浮游动物、植食性昆虫、植初级消费者有：田螺、浮游动物、植食性昆虫、植食性鱼、鸟类等。一般而言，植食性昆虫和鸟类等往食性鱼、鸟类等。一般而言，植食性昆虫和鸟类等往往对水稻生长构成危害，田螺、植食性鱼数量较多时往对水稻生长构成危害，田螺、植食性鱼数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。草人等措施防止或减少这些动物的危害。3.次级消费者有：泥鳅、黄鳝、肉食性鱼、青蛙次级消费者有：泥鳅、黄鳝、肉食性鱼、青蛙等。一般而言，这些消费者对水稻生长利大于害。等。一般而言

14、，这些消费者对水稻生长利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。业的目标。5.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业提出了综合利用思想，例如，秸秆可作现代农业提出了综合利用思想，例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。分利用其中的能量。6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。效率。7.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农

15、业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。通过建造沼气池，实现能量的多级利用。教材教材P97 技能训练：分析和处理数据技能训练：分析和处理数据1.玉米的含碳量折合成葡萄糖玉米的含碳量折合成葡萄糖:(12+18)/122675=6687.5kg 葡萄糖储存的能量葡萄糖储存的能量:6687.51.64104=1.07108kJ2.呼吸作用消耗的能量呼吸作用消耗的能量:20451.6107=3.272107Kj 呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例:(3.272107)(1.3972108)=23.4%；3.玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量玉米在整个生长季节

16、所固定的太阳能总量:1.07108+3.272107=1.3972108kJ 玉米田的太阳能利用效率：玉米田的太阳能利用效率：1.3972108/8.5109=1.64%1.在如图食物网中在如图食物网中,若人的若人的 体重增加体重增加1千克千克,(1)最少消耗水藻最少消耗水藻_千克千克;(2)最多消耗水藻最多消耗水藻_千克千克.人人 水藻水藻 大鱼大鱼水蚤水蚤 虾虾 小鱼小鱼水藻水藻小鱼小鱼人人水蚤水蚤 虾虾 小鱼小鱼水藻水藻大鱼大鱼人人25100000课堂练习：课堂练习：2、下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中、下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营

17、养级代表三个营养级,数字均为实际测得的能量数数字均为实际测得的能量数,单位为百万单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118872百万千焦百万千焦,但但其中其中118761百万千焦的能量未被利用。请回答百万千焦的能量未被利用。请回答:2、下图是草原生态系统中的一条食物链及能量流动图、下图是草原生态系统中的一条食物链及能量流动图解，回答问题。解，回答问题。图中图中D表示表示_。能量在逐级递减中，传递率按能量在逐级递减中，传递率按20计计算，若狐获得的能量是算，若狐获得的能量是8千焦，传递给狼的能量为千焦，传递给狼的能量为_千焦，千焦，狼获得的能量中，草

18、应供给这条食物链的能量为狼获得的能量中，草应供给这条食物链的能量为_千焦。千焦。图中各营养级通过图中各营养级通过A_作用被消耗，通过作用被消耗，通过B_利用，利用，而而B又通过又通过C _ 被消耗。被消耗。太阳能太阳能 1.6 200 呼吸呼吸 分解者分解者 呼吸作用呼吸作用#初级生产量的测定方法初级生产量的测定方法（一）收获量测定法：（一）收获量测定法：陆生定期收获植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物陆生定期收获植被，烘干至恒重，然后以每年每平方米的干物质重量表示。质重量表示。以其以其生物量生物量的的产产出出测定测定，但，但位于位于地下的地下的生物量生物量，难以测定难以测定。地。地下的

19、部分可以下的部分可以占占有有40%至至85%的的总生产量总生产量，因此，因此不能不能省略。省略。（二）氧气测定法（二）氧气测定法通过氧气变化量测定总初级生产量。通过氧气变化量测定总初级生产量。（1）从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为）从一定深度取自养生物的水样，分装在体积为125-300ml的白瓶（透光）、黑瓶（不透光）和对照瓶中；的白瓶（透光）、黑瓶（不透光）和对照瓶中；（2）黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出。用化）黑白瓶放置在取水样的深度，间隔一定时间取出。用化学滴定测定黑白瓶的的含氧量；学滴定测定黑白瓶的的含氧量；（3）黑瓶为呼吸量，白瓶为净生产量。）黑瓶为呼吸量，白瓶为

20、净生产量。（三）二氧化碳测定法（三）二氧化碳测定法透明罩：测定净初级生产量；透明罩：测定净初级生产量；暗罩：测定呼吸量。暗罩：测定呼吸量。（四）放射性标记物测定法（四）放射性标记物测定法可以用可以用radioisotope markers(14C)，測定其吸收量。測定其吸收量。即即光合作用固定的碳量。光合作用固定的碳量。放射性以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样放射性以碳酸盐的形式，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在瓶中，沉入水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计算：计数器测定放射活性，然后计算：14CO2/CO2

21、=14C6H12O6/C6H12O6确定光合作用固定的碳量。确定光合作用固定的碳量。分解作用的三个过程分解作用的三个过程（1 1）碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑。）碎化：把尸体分解为颗粒状的碎屑。（2 2）异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解，从聚异化：有机物在酶的作用下，进行生物化学的分解，从聚合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物成分合体变成单体（如纤维素降解为葡萄糖）进而成为矿物成分（如葡萄糖降为（如葡萄糖降为COCO2 2和和H H2 2O O）。）。（3 3）淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。淋溶：可溶性物质被水淋洗出，完全是物理过程。（一）、分解者（一）

22、、分解者1.1.微生物：微生物：微生物中细菌和真菌是主要的分解者。动微生物中细菌和真菌是主要的分解者。动植物尸体的分解过程，一般从细菌和真菌的入侵开植物尸体的分解过程，一般从细菌和真菌的入侵开始，在细菌体内和真菌菌丝体内酶系统作用下，利始，在细菌体内和真菌菌丝体内酶系统作用下，利用可溶性物质，主要是氨基酸和糖类的分解产物作用可溶性物质，主要是氨基酸和糖类的分解产物作为细菌和真菌的食物而被吸收，另一些继续保留在为细菌和真菌的食物而被吸收，另一些继续保留在环境中。环境中。2.2.动物类群：动物类群：（1）陆地分解者中的动物主要是食碎屑的无脊椎动物。按机体大小可分为小型、中型和大型动物。小型土壤动物

23、小型土壤动物:一般体宽在100m以下，包括线虫、轮虫、螨。不能碎裂枯枝落叶，属粘附类型。中型土壤动物：中型土壤动物：一般体宽100m2mm，包括蝉尾目昆虫、原尾虫、螨类、线蚓类、双翅目幼虫和一些小型鞘翅目昆虫，主主要作用是调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理和要作用是调节微生物种群的大小和对大型动物粪便进行处理和加工；加工；大型和巨型土壤动物：大型和巨型土壤动物：主要包括各种取食枯枝落叶的节肢动物，如千足类、等足类、端足类的蜗牛、蚯蚓等，是碎裂植物残叶是碎裂植物残叶和翻动土壤的主力。对分解和土壤结构有明显影响。和翻动土壤的主力。对分解和土壤结构有明显影响。（2 2）水生系统中）水生系统中，动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取，动物的分解过程分为搜集、刮取、粉碎、取食或捕食等几个环节。食或捕食等几个环节。按功能分为：按功能分为：碎裂者：碎裂者：以落入河流中的树叶为食。以落入河流中的树叶为食。颗粒状有机物质搜集者：颗粒状有机物质搜集者：一类从沉积物中搜集；另一类从水体一类从沉积物中搜集；另一类从水体中滤食有机颗粒；中滤食有机颗粒；刮食者：刮食者：其口器适应在石砾表面刮取藻类和死有机物。其口器适应在石砾表面刮取藻类和死有机物。以藻类为食的食草性动物：以藻类为食的食草性动物：捕食动物：捕食动物：以其他物脊椎动物为食。以其他物脊椎动物为食。