5.2生态系统中能量流动

生产者 绿色植物 62.8 464.6 未固 定的 太阳能
…
62.8
12.5
2.1 微量
…
分解者 14.6
未利用
327.3
营养 级 生产者 植食性 动物 肉食性 动物
流入的能 量
流出（输入下一营养 呼吸作 分解者 级）的能量 用散失 分解
未被利 用
464.6 62.8 12.6
62.8 12.6
——
高 能量
第一营养级
低 营养级
1.食物链一般不超过五个营养级?
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。
1.玉米的含碳量折合成葡萄糖:
(12+18)/12×2675 =6687.5 kg
葡萄糖储存的能量: 6687.5×1.64 ×104 = 1.07×108 kJ
2. 呼吸作用消耗的能量:
2045×1.6×107 = 3.272×107 Kj 呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3.272×107 )÷ (1.397 2×108 ) =23.4%；
细胞呼吸
(细菌、真菌等）
散失
输入第一营养级的能量转移途径
细胞呼吸
散失
传递
残枝败叶
初级消费者
分解者
生产者 固定(同 化量）
(细菌、真菌等）
细胞呼吸
散失
总结： 阳生 自身呼吸作用以热能散失 ① 能产 者 固 被下一营养级同化 ② 定 的 用于自身生长、 太 发育、繁殖 遗体、 被分解者
残枝败叶 分解
96.3 18.8 7.5
12.5 2.1 微量
293 29.3 5.0
“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗和未被后 一下营养级和分解者利用的能量（现存的）
营养级
流出（输入 呼吸作 流入的 下一营养级） 用散失 能量 的能量
分解者分 解（呼吸 作用）
未被利 用 流入/流出 （%）
生产者 初级消 费者
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。
二、能量流动的过程总结
输入：能量的最终源头： 太阳能
生态系统的总能量：
2.为什么说“一山不容二虎”?
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。
②数量金字塔
人们对一片草地上的所有生物成员作了统计： 生产者（野草） 5 842 424株； 初级消费者（草原动物、昆虫） 708 624只； 次级消费者（肉食动物、吃昆虫的小鸟） 354 904 只； 三级消费者（肉食动物、吃小鸟的鹰） 3只。
小结
生 态 系 统 的 能 量 流 动 概念 指生态系统中能量的输入、传递、 转化和散失过程。 过程 单向流动 特点 逐级递减 传递效率10％～20％
实践 意义
1、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用。 2、使能量持续高效地流向对人类最 有益的部分。
计算一：
教材P97 技能训练：分析和处理数据
• 以上就产生了分解者的营养来源。 • 另外生物体本身需要维持正常的生命活动，进行繁 殖以及生长、发育等，这一切都将以呼吸热的形式 最终散失。
20’－25‘
下一营养级同化量
能量传递效率 =
× 100%
本营养级同化量
生命在等待中逝去·· ·· ··
请给我们一个“先吃鸡”的理由！
七嘴八舌
食物链越短，能 量到我体内的越 多，我活的时间 就越长呀！
⒈生态系统的能量来源是什么？ 2.能量流动的起点和渠道是什么？ 3.流经生态系统的总能量是什么？ 4.各个营养级能量的来源又是什么？ 5.各营养级能量的去路有哪些？ 请以生产者(第一营养级)为例说明.
细胞呼吸
散失
储存
生长、 发育 和繁殖
一棵苜蓿
传递
初级消费者 分解者
残枝败叶
光合作用固定的 能量(同化量）
生态系统能量流动
问题探讨
假设 你像 鲁滨逊 那样流落在不毛的荒岛 上，只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，那么 我反对！ 使自己活的最长的办法是： 为什么要 A.先吃鸡，然后吃玉米 先吃鸡， 先吃我？ B.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生 再吃玉米 产的蛋，最后再吃鸡
我们欠“鸡妈妈”一个解 释·· ·· ··
例如：秸秆的多级利用、桑基鱼塘
研究生态系统能量流动的意义
2、帮助人们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。 （合理调整能量流动方向，使能量流向对人类最有 益的部分。） 例如，在森林中，最好使能量多储存在木材中；在
草原牧场上，则最好使能量多流向到牛、羊等牲畜
体内，获得更多的毛、肉、皮、奶等畜产品。
请观察:
生态系统的能量流动过程图解:
A
D
生产者
B (植物)
初级消费者 (植食动物)
B
次级消费者 (肉食动物)
B
三级消费者 (肉食动物)
…
请表述: A、呼吸作用散失的能量 图中的箭头A、B、C各表 B、输入下一营养级的能量 示什么含义？ C、分解者呼吸作用散失的能量
C
特别提醒
呼吸 生产者 （植物） 呼吸 呼吸 呼吸
特殊情况：
鸟
昆虫
鸟
昆虫
树
数量金字塔
树
能量金字塔
③生物量金字塔
特殊情况：
浮游动物
浮游 植物
生物量金字塔
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。
能量流动过程中逐级递减的原因？
• 捕食不彻底：当动物体在捕食猎物时，由于相互之 间经过长期的自然选择，捕食者能够捕食到猎物， 但不可能将其种群中的全部个体捕食。
• 摄食不彻底：当动物捕食成功后，在取食对方时， 也不可能将对方的所有有机物全部吃下。
• 消化不彻底：当动物将食物摄取到消化道中之后， 也不可能将其中的全部营养都能吸收。
如何调整饮食结构？
人们应采用以 谷物和植物蛋白 为主的食物结构
植物 -> 牛 -> 人
植物 -> 人
能量金字塔
由单位时间内各营养级所得到的能量数值 由低到高绘制的图形叫做能量金字塔.
四、金字塔种类：
低
①能量金字塔
D
第四 营养级
高
（1）为什么食物链一般不超过五个营养级？
第二营养级
第三 营养级
（2）为什么“一山不容二虎”？
生产者固定的太阳能的总量，是流 经这个生态系统的总能量。
传递： 能量沿着食物链（网）逐级流动 太阳光能 光合作用 化学能 转化：
呼吸作用
热能
散失： 各级生物的呼吸作用及分解者的分解 作用（呼吸），能量以热能散失
三.数据分析
464.6
呼吸 122.6
96.3 18.8 初级消费者 草食动物 7.5 12.6 次级消费者 肉食动物 12.6 5
通过以上的分析，你能总结出什么规律？
三、生态系统能量流动的特点：
单向流动: 不循环，不可逆 生产者 初级消费者 三级消费者 次级消费者 逐级递减: 能量在沿食物链流动的 过程中是逐渐减少的， 能量传递效率大约是 10%-20%
能量单向流动的原因？
• 食物链中各营养级的顺序是不可逆转的；
• 各营养级的能量总是趋于以呼吸作用产生 热能而散失掉，而不被生态系统利用，所 以能量不能循环。
3.玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量: 1.07×108 + 3.272×107 =1.397 2×108 kJ 玉米田的太阳能利用效率： 1.397 2×108/8.5×109 = 1.64%
计算二：
有关能量流动的极值计算在解决有关 能量传递的计算问题时，首先要确定食物链。(1)设食 物链A→B→C→D，分情况讨论：
练习1. 大象是植食性动物，有一种蜣螂则专以象
粪为食。设一大象在某段时间所同化的能量为107KJ， 则这部分能量中可流入蜣螂体内的约为： A．0 KJ B．105 KJ C．106 KJ D．106－2×106 KJ
二.能量流动的过程 思考并讨论: ⒈生态系统的能量来源：太阳光能
⒈生态系统的能量来源是什么？ 2.起点： 生产者 渠道:食物链和食物网 2.能量流动的起点和渠道是什么？ 生产者所固定的太阳 3.流经生态系统总能量： 3.流经生态系统的总能量是什么？ 能的总量
太阳能
初级消费者 (植食动物) 次级消费者 (肉食动物)
三级消费者 (肉食动物)
…
分
解
者
呼吸
▲ 能量流动过程中能量形式的转化
太阳能 → 化学能 → 热能（能量的最终去向）
呼吸
太阳能
呼吸
初级消费者 (植食动物)
呼吸
次级消费者 (肉食动物)
呼吸
三级消费者 (肉食动物)
生产者 （植物）
…
分
解
呼吸
者
特别提问
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 输入某营养级的总能量＝呼 过消耗自身体内储存的化学能变成爬、跳、 吸作用消耗的能量＋分解者分 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 解的能量＋流入下一营养级的 转变为另一种形式。因此，对于生态系统中 能量 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。
现实 D营养级 净增重M A营养级 净增重N
问题 至少需要A营养级多少 最多需要A营养级多少 D营养级最多增重多少 D营养级至少增重多少
思路求解 N×(20%)3＝M N×(10%)3＝M N×(20%)3＝M N×(10%)3＝M
(2)在某一食物网中，一个消费者往往同时占有多 条食物链，当该消费者增加了某一值时，若要计算最少 消耗生产者多少时，应选最短的食物链和最大传递效率 20%进行计算，这样消费者获得的能量最多；若要计算 最多消耗生产者多少时，应选最长的食物链和最小传递 效率10%进行计算，这样消费者获得的能量最少。
第四营养级 第五营养级
第三营养级
DDT在各营养级的积累情况
第二营养级
第一营养级
1kg
大鱼
10kg
小鱼
100kg
浮游动物
1000kg
浮游植物
生物量金字塔
有毒物质富集金字塔
五、研究能量流动的实践意义
1、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用。
（对能量进行多级利用，提高能量的利用率。）
③
„
粪便
初级消费者 摄入
初级消费者 同化
分 解 者 分 解
遗体 残骸 ③
呼 ① 吸
用于生长 发育和繁殖
呼 吸 散失
②
次级消费者 摄入
散 失
能 量 流 经 第 二 营 养 级 示 意 图
...
总结：
消费者粪便量
消费者的 呼吸作用散失 ① 摄入量 消费者的 同化量 用于生长、 流入下一营养级 ② 发育、繁殖 流入分解者 ③ ②
生产者 ——太阳光能 4.各个营养级能量的来源又是什么？ 4.来源： 消费者 ——前一营养级
5.各营养级能量的去路有哪些？ 请以生产者(第一营养级)为例说明. 呼吸作用消耗
5.去路： 被下一营养级的生物所利用 被分解者所利用
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？
464.6 62.8
62.8 12.6
96.3
18.8
12.5
2.1
293
29.3
13.5
20.1
次级消 费者
12.6
——
7.5
微量
5.0
1、从第一营养级流入第二营养级的能量，占生产者所固定的 能量 总量的百分比是多少？从第二营养级流入第三营养级的 能量，占初级消费者所同化的能量总量的百分比是多少？ 2、能量在流动、转化后，流入下一个营养级的能量、呼吸 作用散失、分解者分解及未被利用的能量总和是多少？
储存能量 分解自身的一部分组成 物质，把分解的最终产物 排出体外。 释放能量
物质 代谢
新 陈 代 谢
能量 代谢
一、生态系统的能量流动概念
概念：包括能量的输入 、传递 、转化 和散失 的过程。 生态系统 无机环境
输入 光能
生物群落
传递和转化 散失
生产者 消费者 分解者
热量
热量
热量
二.能量流动的过程 思考并讨论:
不管你作出了何种选择，我们暂且 不做评价，在我们学习生态系统的 能量流动后，你就会评判自己是否 作了最聪明的选择，如果你没有， 而这又是真实且残酷的现实， 也许你就
挂了！
个体生长——同化作用>异化作用
要点补充
新陈代谢中的同化作用和异化作用
同 化 作 用 异 化 作 用
把外界环境中获取的营养 物质，转变成自身的组成 物质。