第3章

生態系統及其穩定性第1節

生態系統的結構第2節

生態系統的能量流動第3節

生態系統的物質循環第4節

生態系統的信息傳遞第5節

生態系統的穩定性習→議→解→練→結生態系統的組成成分生態系統具有一定的結構生態系統的概念第一節

生態系統的結構生態系統的類型生態系統的范圍非生物的物質和能量舉例作用生產者歸類主要組成消費者地位作用歸類主要組成地位作用分解者歸類主要組成地位作用組成成分之間的關系食物鏈的成分和營養級食物網的概念和功能生態系統的營養結構：食物鏈和食物網第2節生態系統的能量流動◎本節聚焦●能量在生態系統中是怎樣流動的?●怎樣理解生態金字塔?●研究能量流動有什么實踐意義?◎學習目標1.通過分析能量在營養級間的流動情況和賽達伯格湖的能量流動，概述生態系統中能量流動的過程和特征。2.用生態金字塔表征生態系統中各營養級間的能量、生物量或數量等關系。3.概述研究生態系統能量流動的意義。4.嘗試調查當地某生態系統的能量流動情況。習→議→解→練→結思考p54“問題探討”。什么是能量流動？研究能量流動的基本思路是什么?流經某生態系統的總能量就是輻射到該地區太陽能的總量嗎?生態系統中生產者的能量輸入只能通過光合作用嗎?初級消費者攝入的能量是其同化量嗎?它們之間存在什么關系?初級消費者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎?為什么?分析、比較分別輸入第一、第二營養級的能量去路,歸納二者的共同點。嘗試用某營養級攝入的能量a,同化的能量b,糞便量c,用于生長、發育和繁殖暫時儲存的能量d,呼吸作用以熱能形式散失的能量e,流向下一個營養級的能量f,流向分解者的能量g,暫時未被利用的能量h,構建它們之間的大小關系。思考p55“思考·討論”。習→議→解→練→結習→議→解→練→結應該先吃雞,再吃玉米(即選擇1)。若選擇2，則增加了食物鏈的長度，能量逐級遞減，最后人獲得的能量較少。思考p54“問題探討”。√習→議→解→練→結什么是能量流動？能量流動中能量形式的變化:太陽能→生物體有機物中的化學能→熱能(最終散失)。習→議→解→練→結研究能量流動的基本思路是什么?能量散失的主要途徑:細胞呼吸。一、能量流動的過程習→議→解→練→結流經某生態系統的總能量就是輻射到該地區太陽能的總量嗎?不是輻射到該地區太陽能的總量,而是生產者通過光合作用固定的太陽能總量。生態系統中生產者的能量輸入只能通過光合作用嗎?不是,絕大部分通過光合作用,但也可通過某些細菌的化能合成作用。生產者的同化量就是生產者固定的太陽能總量，即光合總量。一、能量流動的過程習→議→解→練→結一、能量流動的過程習→議→解→練→結初級消費者攝入的能量是其同化量嗎?它們之間存在什么關系?初級消費者攝入的能量不等于其同化量。它們之間的關系：同化量=攝入量-糞便量。流入或輸入某一營養級的能量，即此營養級同化的能量。一、能量流動的過程習→議→解→練→結初級消費者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎?為什么?其中能量屬于生產者不是。初級消費者糞便中的能量是未被其消化吸收的能量,它實際與上一個營養級的遺體殘骸一樣,不屬于其同化的能量,而是屬于上一營養級同化的能量。例如，蜣螂利用大象的糞便獲得能量,就不能說蜣螂獲得了大象的能量,而是獲得了植物的能量。一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者分析、比較分別輸入第一、第二營養級的能量去路,歸納二者的共同點。輸入這兩個營養級的能量,一部分通過呼吸作用以熱能的形式散失,另一部分用于自身的生長、發育和繁殖等生命活動，儲存在自身的有機物中。這些有機物中的能量,一部分被分解者利用,一部分流入下一營養級。一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者嘗試用某營養級攝入的能量a,同化的能量b,糞便量c,用于生長、發育和繁殖暫時儲存的能量d,呼吸作用以熱能形式散失的能量e,流向下一個營養級的能量f,流向分解者的能量g,暫時未被利用的能量h,構建它們之間的大小關系。b=a-c=d+e=e+f+g+h一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者拼圖法分析能量流向輸入第一營養級的能量(W1)可被分為兩部分:一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了(A1),一部分則用于生產者的生長、發育和繁殖(B1+C1+D1)。而后一部分能量中，包括現存于植物體的B1(未利用),流向分解者的C1,以及流向下一營養級的D1。一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者能量流動過程分析(以某動物種群捕食種群A為例)在自然界中,對一個種群來說,其同化的能量去向還包括未被捕食的，也可以說是未利用的。是指糞便,其會被分解者利用。是指沒有被攝食進去的,如食物的碎屑,動物的骨頭、毛發等,植物的秸稈等,其會被分解者利用。是指沒有被下一營養級攝食,仍以上一個營養級的形式存在的。一、能量流動的過程習→議→解→練→結其中能量屬于生產者能量傳遞過程分析(以初級消費者為例)一、能量流動的過程習→議→解→練→結習→議→解→練→結思考p55“思考·討論”。1.遵循能量守恒定律。能量在生態系統中流動、轉化后，一部分儲存在生態系統(生物體的有機物)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系統的能量相等。2.不能，能量流動是單向的。一、能量流動的過程思考p56“思考·討論”1和2。流入某一營養級的能量,為什么不會百分之百地流到下一個營養級?通過分析賽達伯格湖的能量流動，你能總結出什么規律?生態系統的能量流動具有什么特點？能量在流動過程中逐級遞減，與能量守恒定律矛盾嗎?為什么?相鄰兩個營養級之間的能量傳遞效率一般是多少?計算方法是怎樣的?生態系統中的能量流動為什么一般不超過5個營養級？習→議→解→練→結習→議→解→練→結思考p56“思考·討論”。二、能量流動的特點習→議→解→練→結思考p56“思考·討論”。二、能量流動的特點營養級流入能量流出能量

（輸入后一個營養級）出入比生產者464.662.813.52%植食性動物62.812.620.06%肉食性動物12.6————

分解者14.6——

——

習→議→解→練→結流入某一營養級的能量,為什么不會百分之百地流到下一個營養級?二、能量流動的特點流入某一營養級的能量主要有以下去向：一部分通過該營養級的呼吸作用散失了；一部分作為排出物、遺體或殘枝敗葉不能進入下一營養級，而為分解者所利用；還有一部分未能進入（未被捕食）下一營養級。所以，流入某一營養級的能量不可能百分之百地流到下一營養級。通過分析賽達伯格湖的能量流動，你能總結出什么規律?生態系統中能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。習→議→解→練→結生態系統的能量流動具有什么特點？二、能量流動的特點能量流動沿食物鏈進行,食物鏈中各營養級之間的捕食關系是長期自然選擇的結果，一般不可逆轉。各營養級通過呼吸作用所散失的熱能不能被生物群落重復利用,因此能量流動無法循環。習→議→解→練→結生態系統的能量流動具有什么特點？二、能量流動的特點各營養級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量,都會有一部分能量流入分解者,還有一部分能量未被利用，因此能量流動具有逐級遞減的特點。習→議→解→練→結能量在流動過程中逐級遞減，與能量守恒定律矛盾嗎?為什么?二、能量流動的特點不矛盾。能量在流動過程中逐級遞減,指的是流入各個營養級的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某個生態系統的總能量，總能量=儲存在生態系統(生物體的有機物)中的能量+被各個營養級的生物利用、散發至非生物環境中的能量。因此，雖然能量在流動過程中逐級遞減，但總能量依然遵循能量守恒定律。習→議→解→練→結二、能量流動的特點相鄰兩個營養級之間的能量傳遞效率一般是多少?計算方法是怎樣的?能量傳遞效率=下一營養級同化量/某一營養級同化量×100%。能量傳遞效率是相鄰兩個營養級的傳遞效率,不是兩個個體或者食物網中的兩個物種之間的傳遞效率。習→議→解→練→結生態系統中的能量流動為什么一般不超過5個營養級？二、能量流動的特點習→議→解→練→結下圖是某人工魚塘生態系統能量流動過程示意圖,其中數字表示部分環節涉及的能量值[單位為103kJ/(m2·a)],據圖回答下列問題：(1)該生態系統中流入生物群落的總能量有哪些來源?一個來源是生產者通過光合作用固定的太陽能,另一個來源是人工輸人的有機物中的化學能。二、能量流動的特點習→議→解→練→結(2)肉食性動物、植食性動物和生產者固定的總能量分別是多少?肉食性動物固定的總能量=(0.25+0.05+2.1+5.1)×103=7.5×103kJ/(m2·a)；植食性動物固定的總能量=[(7.5-5)+0.5+4+9]×103=16×103kJ/(m2·a)；生產者固定的總能量=[(16-2)+3+70+23]×103=110×103kJ/(m2·a)。二、能量流動的特點習→議→解→練→結(3)圖中生產者→植食性動物以及植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率分別是多少?(結果保留一位有效數字)生產者→植食性動物的能量傳遞效率為植食性動物固定的能量中來自生產者的能量/生產者固定的總能量×100%=(16-2)/110×100%≈12.7%;植食性動物→肉食性動物的能量傳遞效率為肉食性動物固定的能量中來自植食性動物的能量/植食性動物固定的總能量×100%=(7.5-5)/16×100%≈15.6%。二、能量流動的特點習→議→解→練→結二、能量流動的特點生態系統中能量流動的計算(1)能量傳遞效率的相關“最值”計算①計算某一生物所獲得的最多（最少）的能量規律（設食物鏈為A→B→C→D）習→議→解→練→結二、能量流動的特點②涉及多條食物鏈的能量流動計算時,若根據要求只能選擇食物網中的一條食物鏈,計算某一生物獲得的最多(或最少)能量。其規律如下:習→議→解→練→結二、能量流動的特點(2)能量傳遞效率的相關“定值”計算①已確定營養級間能量傳遞效率的,不能按“最值”法計算,而需按具體數值計算。例如,在食物鏈A→B→C→D中,能量傳遞效率分別為a%、b%、c%,若A的能量為M,則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。②如果在網中,某一營養級同時從上一營養級的多種生物獲取能量,且各途徑獲得的能量比例確定,則按照各單獨的食物鏈進行計算再合并。習→議→解→練→結二、能量流動的特點例1：某生態系統中存在如圖所示的食物網，如將丙的食物比例由甲:乙=1:1調整為2:1,能量傳遞效率按10%計算,該生態系統能承載丙的數量是原來的（

）。A.1.375倍

B.1.875倍

C.1.273倍

D.0.575倍例2：下圖表示一個食物網。已知丙通過食用的動物性食物(乙)所占能量值比例為a,若要使丙所獲得的能量值增加x,則至少需要的生產者(甲)的能量為y,那么x與y的關系可表示為（

）。A.y=90ax+10x

B.y=25ax+5x

C.y=20ax+5x

D.y=10ax+10xAC習→議→解→練→結二、能量流動的特點例3：如圖表示某生態系統食物網的圖解，貓頭鷹體重每增加1kg，至少消耗A約（

）CA．100kgB．44.5kg

C．25kg

D．15kg例4：如圖是某生態系統中的食物網，若E種群中的總能量為5.8×109kJ，B種群的總能量為1.6×108kJ，從理論上分析，A種群獲得的總能量最多是（

）DA．1.6×108kJB．1.6×109kJC．1×108kJD．2.0×108kJ習→議→解→練→結二、能量流動的特點例5：假設某初級消費者攝入的能量為a，其糞便中的能量為b，通過呼吸消耗的能量為c，用于生長、發育和繁殖的能量為d，則流入次級消費者的能量最多為（

）BA．(a＋b)×20%

B．(c＋d)×20%C．(a－c)×20%

D．(b＋d)×20%例6：由于“赤潮”的影響，一條6kg重的雜食性海洋魚死亡，假如該雜食性海洋魚的食物有1/3來自植物，1/3來自食草魚類，1/3來自以食草魚類為食的小型肉食魚類；那么按能量傳遞效率20%來計算，該雜食性魚從出生到死亡共需海洋植物（

）AA．310kgB．240kg

C．180kgD．150kg習→議→解→練→結二、能量流動的特點例7：下圖為能量流經某生態系統第二營養級的示意圖[單位為：J/(cm2·a)]，有關敘述正確的是（

）AA．該生態系統第一營養級同化的能量至少為400J/(cm2·a)B．該生態系統的第一營養級流向分解者的能量是20J/(cm2·a)C．能量由第二營養級到第三營養級的傳遞效率是15%D．第二營養級用于生長、發育和繁殖的能量是50J/(cm2·a)習→議→解→練→結二、能量流動的特點例8：某地出現了較為嚴重的自然災害，如圖為在人為干預下恢復過程中的能量流動圖(單位：103kJ·m-2·a-1)。(1)由圖可知，肉食性動物需補償輸入的能量為_______kJ·m-2·a-1，根據圖中數據可知，營養級_____(填“較高”或“較低”)的生物在這場災害中受到的影響較大。(2)流入該生態系統的總能量是__________kJ·m-2·a-1，用于植食性動物自身生長、發育和繁殖等生命活動的能量是_________kJ·m-2·a-1。(3)在人為干預下，能量在第二營養級與第三營養級之間的傳遞效率為

(保留3位有效數字)。1.2×104較高1.29×10515.6%5×103什么是能量金字塔？它有什么特點？人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數量日益增長，這會對地球上現有的生態系統造成什么影響?什么是生物量金字塔？它有什么特點？生物量金字塔在什么情況下，可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢?什么是數量金字塔？它有什么特點？在自然環境中是否存在某些營養級之間呈現倒置形式的數量金字塔,你能舉出實例嗎?什么是生態金字塔？研究能量流動有什么實踐意義？習→議→解→練→結習→議→解→練→結三、生態金字塔什么是能量金字塔？它有什么特點？習→議→解→練→結三、生態金字塔人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數量日益增長，這會對地球上現有的生態系統造成什么影響?人口數量日益增長，會要求低營養級有更多的能量流人人類所處的營養級，也就是說，人類所需要的食物會更多,將不得不種植或養殖更多的農畜產品，會給地球上現有的自然生態系統帶來更大的壓力。習→議→解→練→結三、生態金字塔什么是生物量金字塔？它有什么特點？習→議→解→練→結三、生態金字塔生物量金字塔在什么情況下，可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢?一般情況下，生物量金字塔是上窄下寬的金字塔形，但是有時候會出現倒置的金字塔形。例如，在海洋生態系統中，由于生產者(浮游植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。當然，總的來看，一年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動物的要多。習→議→解→練→結三、生態金字塔什么是數量金字塔？它有什么特點？在自然環境中是否存在某些營養級之間呈現倒置形式的數量金字塔,你能舉出實例嗎?一棵樹上可以生活多只植食性昆蟲,一棵白菜上有時可以看到多只菜青蟲。習→議→解→練→結三、生態金字塔什么是生態金字塔？習→議→解→練→結下圖表示生態金字塔常見的幾種類型,請回答下列問題:三、生態金字塔(1)圖1、圖2、圖3分別代表什么金字塔?它們分別代表的含義是什么?能量金字塔、生物量金字塔、數量金字塔。圖中金字塔都分為三層,代表研究的生態系統包含三個營養級；每一層代表該營養級所得到的能量或生物量或數目，說明能量、生物量和生物數量隨營養級的升高而逐級遞減。習→議→解→練→結三、研究能量流動的實踐意義研究能量流動有什么實踐意義？習→議→解→練→結三、研究能量流動的實踐意義研究能量流動有什么實踐意義？能量利用率:一般指流入最高營養級(或人類)的能量與生產者固定總能量的比值。(注:一般來說,食物鏈越短，能量利用率越高。有時考慮分解者的參與,使營養結構更加復雜,以實現能量的多級利用,從而提高能量利用率。)習→議→解→練→結三、研究能量流動的實踐意義研究能量流動有什么實踐意義？習→議→解→練→結生態金