第三章生態系統及其穩定性第二節生態系統的能量流動

問題探討

假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有1只母雞、15Kg玉米。先后一部分喂雞吃雞蛋一部分方案1方案2你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？一、能量流動的概念一切生命活動都伴隨著能量的變化。沒有能量的輸入，也就沒有生命和生態系統問題：輸入生態系統的的能量來源是什么？沿著什么渠道進行傳遞？以什么形式傳遞？最終以什么形式散失？能量的輸入能量的散失生態系統1.概念：生態系統中能量的_______、_______、_______和_______的過程。輸入傳遞轉化散失早餐有機物中的化學能（攝入量）表示一個生物所攝取的能量。對于動物來說，它代表動物吃進的食物的能量有機物中的化學能（攝入量）表示一個生物所攝取的能量。對于動物來說，它代表動物吃進的食物的能量對于植物來說，它代表光合作用所吸收的日光能；葡萄糖氨基酸脂肪酸和甘油吸收進入體內的有機物中的能量（同化量）有機物中的化學能（攝入量）表示一個生物所攝取的能量。對于動物來說，它代表動物吃進的食物的能量對于植物來說，它代表光合作用所吸收的日光能；葡萄糖氨基酸脂肪酸和甘油吸收進入體內的有機物中的能量（同化量）對于動物來說，它是消化后吸收的能量對于植物來說，它指在光合作用中所固定的能量對于分解者來說，它是指從細胞外吸收的能量（糞便量）存在于糞便中未被同化或吸收的能量熱能（散失）用于合成ATP（各項生命活動）除熱能散失外，其余儲存在體內的能量能量輸入能量轉化能量散失攝入量吸收同化量未吸收糞便量攝入量吸收同化量未吸收糞便量呼吸作用散失的能量儲存在體內的能量去路？能量傳遞分解者科學方法：研究能量流動的基本思路（1）如果以個體為單位研究能量流動有什么問題？能量輸入個體1儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量個體2個體3……儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量能量輸入種群能量儲存能量散失

以個體為研究對象，有很大的局限性和偶然性，如果個體死亡，數據可能不準確；不同個體間差異過大。

以種群為研究對象，能量的流動渠道為食物鏈（或食物網），在分析時可能因食物網的復雜性而影響結果的準確性。（2）如果將種群作為一個整體來研究能量流動，又會遇到什么問題？能量流經一個種群的情況可以圖示如下：科學方法：研究能量流動的基本思路

（3）如果將一個營養級的所有種群作為一個整體來研究，圖示能量流動的情況。這種方式有什么優點?能量輸入某營養級能量儲存能量散失捕食食物鏈中包含一個個環節，處于某一環節上所有生物種類的總和，稱為營養級。將一個營養級的所有種群作為一個整體來研究能量流動，可以比較精確地測量每一個營養級能量的輸入值和輸出值。二、能量流動的過程1.第一營養級（生產者）的能量流動情況光合作用固定(同化)呼吸作用以熱能形式散失1%同化（固定）流入下一營養級殘枝敗葉被分解者分解用于自身生長、發育和繁殖輸入生態系統的總能量：在人工生態系統中，總能量還有人工補充的能量（例如飼料、餌料等）同化作用：是指生物體把從外界環境中獲取的營養物質轉變成自身物質，并且儲存能量的過程。玉米的能量來自哪里？光能全部被玉米吸收了嗎？玉米固定的能量有哪些去向？所有生態系統中輸入的總能量都只有生產者固定的太陽能嗎？能量轉化：

。光能→化學能生產者固定的太陽能二、能量流動的過程雞把玉米吃進肚子里，玉米中的能量都被雞吸收(同化固定)了嗎？攝入同化（固定）同化量=攝入量糞便量－糞便糞便中的能量屬于誰的同化量？雞并沒有將糞便中的能量轉變成自身物質，因此雞糞中的能量屬上一營養級（玉米）的同化量。同化為自身能量該部分能量最終流向分解者2.第二營養級（雞）的能量流動情況二、能量流動的過程流入下一營養級呼吸作用以熱能形式散失遺體殘骸被分解者分解用于自身生長、發育和繁殖同化為自身能量雞同化了玉米的能量后，這些能量有哪些去向？2.第二營養級（雞）的能量流動情況呼吸作用散失（熱能）糞便呼吸作用散失（熱能）分解者利用遺體殘骸初級消費者攝入用于生長、發育和繁殖攝入量=同化量+糞便量次級消費者攝入初級消費者同化同化量=

自身生長發育繁殖=

呼吸作用散失＋自身生長發育繁殖流入下一營養級＋分解者利用“一來三去”同化量=

呼吸作用散失＋流入下一營養級＋分解者利用二、能量流動的過程3.最高營養級（人）的能量流動情況人同化了雞的能量后，這些能量有哪些去向？呼吸作用以熱能形式散失遺體殘骸被分解者分解用于自身生長、發育和繁殖同化為自身能量最高營養級沒有流入下一營養級的能量去向所以，你同化的能量最終去向有哪些？呼吸作用散失；分解者利用根據之前的學習，你能分析各營養級的能量流動過程嗎？同化量（生產者通過光合作用固定的能量）玉米呼吸作用分解者殘枝敗葉蝗蟲呼吸作用蝗蟲攝入量蝗蟲糞便蝗蟲遺體殘骸青蛙攝入量青蛙呼吸作用青蛙糞便青蛙遺體殘骸蛇攝入量蛇呼吸作用蛇糞便蛇遺體殘骸鷹攝入量鷹呼吸作用鷹糞便鷹遺體殘骸問：在食物鏈中流動的能量是同化量還是攝入量？同化量（生產者通過光合作用固定的能量）玉米呼吸作用分解者殘枝敗葉蝗蟲呼吸作用蝗蟲同化量蝗蟲糞便蝗蟲遺體殘骸青蛙同化量青蛙呼吸作用青蛙糞便青蛙遺體殘骸蛇同化量蛇呼吸作用蛇糞便蛇遺體殘骸鷹同化量鷹呼吸作用鷹糞便鷹遺體殘骸蝗蟲攝入量青蛙攝入量蛇攝入量鷹攝入量蝗蟲糞便量青蛙糞便量蛇糞便鷹糞便①②③④(1)初級消費者糞便中的能量是哪個箭頭？

(2)哪些或哪個箭頭代表初級消費者的同化量？(3)哪些箭頭代表初級消費者用于生長、發育和繁殖的能量？⑤或由生產者流向分解者的箭頭①或②＋③＋④①－③或②＋④思考:⑤某營養級同化量①呼吸作用中以熱能形式散失用于自身生長、發育、繁殖②流入下一個營養級③被分解者分解利用若問：某營養級的能量最終去向4.歸納各營養級能量去向某營養級同化量①呼吸作用中以熱能形式散失用于自身生長、發育、繁殖②流入下一個營養級③被分解者分解利用未被利用的能量若問：某營養級的能量某段時間內的去向最高營養級無即短時間內，某營養級的生物不會全部被捕食或死亡?！耙粊砣ァ弊罡郀I養級無

①源頭：

。②起點：從

開始。③流入生態系統總量：

。

④主要方式：__________。⑤能量轉化：

。

能量流動概念生態系統中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程過程輸入生產者固定太陽能生產者固定的太陽能總量光能化學能光合作用①傳遞渠道：

。②傳遞過程：食物鏈和食物網傳遞轉化太陽能化學能熱能ATP中活躍的化學能散失①大部分熱能形式散失，②需要分解者的分解作用和每一級生物的呼吸作用生產者→初級消費者→次級消費者……太陽能二、能量流動的過程箭頭由粗到細：方框從大到小：表示流入下一營養級的能量

。生產者（綠色植物）初級消費者（植食性動物）次級消費者（肉食性動物）三級消費者（肉食性動物）呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用分解者呼吸作用隨營養級的升高，儲存在生物體內的能量

。逐級遞減越來越少小試牛刀例.如圖表示能量流經第二營養級的示意圖，a~g表示相應能量的數值大小，據圖回答1、A~E分別表示A:_______________________________B：________________________________C:______________________________________D：_________________________E:________________________第二營養級攝入的能量第二營養級同化的能量用于生長、發育、繁殖的能量流向第三營養級的能量流向分解者的能量討論1：生態系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什么？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。生產者（綠色植物）初級消費者（植食性動物）次級消費者（肉食性動物）三級消費者（肉食性動物）呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用分解者呼吸作用相鄰營養級之間傳遞效率為多少呢？如何定量測量？三、能量流動的特點分析賽達伯格湖的能量流動思考.討論RaymondLindeman林德曼（1915-1942）賽達伯格湖

1941年美國耶魯大學生態學家林德曼發表了《一個老年湖泊內的食物鏈動態》的研究報告。他對50萬平方米的賽達伯格湖作了野外調查和研究后用確切的數據說明，生物量從綠色植物向食草動物、食肉動物等按食物鏈的順序在不同營養級上轉移。優點：小、簡單、穩定三、能量流動的特點思考：1.流入（輸入）該生態系統的總能量？2.圖中62.8、12.6代表攝入量還是同化量？3.植食性動物糞便中的能量屬于12.5還是2.1？4.圖中2.1指的是什么？包括哪幾部分？5.請計算每個營養級能量的來源和去向，說明是否遵循能量守恒定律？464.6同化量12.5植食性動物的遺體和肉食性動物的糞便生：來(464.6)=去(96.3+62.8+12.5+293)植：來(62.8)=去(18.8+12.6+2.1+29.3)三、能量流動的特點流入呼吸作用分解者利用暫未利用流出流出/流入生產者植食性動物肉食性動物464.696.312.529362.862.818.82.129.312.612.67.5微量5.01、計算“流出”該營養級能量占“流入”該營養級能量的百分比？能量傳遞效率=下一營養級同化量上一營養級同化量×100%能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率為

。10%～20%13.5%20%如何計算相鄰營養級之間傳遞效率？三、能量流動的特點流入呼吸作用分解者利用暫未利用流出流出/流入生產者植食性動物肉食性動物464.696.312.529362.862.818.82.129.312.612.67.5微量5.013.5%20%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？各營養級的能量都有一部分通過呼吸作用散失；一部分未被下一營養級利用；一部分被分解者分解。三、能量流動的特點3.通過以上分析，你能總結生態系統中能量流動的特點嗎？1.單向流動（不逆轉、不循環）原因：①生物之間捕食關系是不可逆轉的；(能量沿食物鏈流動）

②散失的熱能不能被生物體再利用。2.逐級遞減（傳遞效率為10%～20%）原因：一部分通過本營養級的呼吸作用散失。一部分作為排遺物、遺體或殘枝敗葉被分解者利用。一部分未被利用。三、能量流動的特點旁欄思考：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？

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。

在任何生態系統都需要不斷得到來自系統外的能量補充，以便維持生態系統的正常功能。如果一個生態系統在一段較長時期內沒有能量（太陽能或化學能）輸入，這個生態系統就會崩潰。小試牛刀1.生態系統中所有生物的生命活動都需要能量，而不同營養級的生物獲取能量的途徑是有差別的。據此判斷下列表述是否正確。(1)太陽能只有通過生產者才能輸入到生態系統中（）(2)生態系統中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量越少()(3)能量沿食物鏈流動是單向的()√×√2.流經神農架國家級自然保護區的總能量是(）A.該保護區中生產者體內的能量B.照射到該保護區中的全部太陽能C.該保護區中生產者所固定的太陽能D.該保護區中所有生產者、消費者、分解者體內的能量3.在一定時間內，某生態系統中全部生產者固定的能量值為a，全部消費者所獲得的能量值為b，全部分解者所獲得的能量值為c，則a、b、c之間的關系是（）A.a+b=cB.a＞b+cC.a＜b+cD.c=a+bCB意味著次級消費者能夠獲得更多的能量來源還有呼吸作用散失的熱能1.在森林生態系統中，當一只狼吃掉一只兔子時，它獲得了這只兔子的_________。A.10%-20%的能量B.大部分能量C.全部的能量

D.無法確定B2.在森林生態系統中，當狼種群捕食兔子種群時，狼種群獲得了兔子種群的_________。A.10%-20%的能量B.大部分能量C.全部的能量

D.無法確定D3.在森林生態系統中，假設初級消費者只有兔子，次級消費者只有狼。當狼種群捕食兔子種群，理論上狼種群獲得了兔子種群_______。A.10%-20%的能量B.大部分能量C.全部的能量

D.無法確定A同化量=攝入量-糞便量糞便中含的能量較少無法確定狼吃了兔群中的多少只兔子，狼可能還捕食其他生物策略2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。策略1.先吃雞，再吃玉米。玉米雞人玉米雞人應選擇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。問題探討四、能量流動的相關計算1.能量傳遞效率的“至少”和“至多”計算①最多可使鷹增重____kg。②最少可使鷹增重____kg。1已知低營養級同化量，求高營養級同化量：14假如現有草100kg，則：草兔鷹能量傳遞效率按20%來算。能量傳遞效率按10%來算。①最多要消耗草______kg。②最少要消耗草______kg。2已知高營養級同化量，求低營養級同化量：200假如要使鷹增加2kg，則：能量傳遞效率按10%來算。能量傳遞效率按20%來算。50四、能量流動的相關計算1.能量傳遞效率的“至少”和“至多”計算3多條食物鏈，已知低營養級同化量，求高營養級如果A有10000kg，C最多增加______kg，最少增加_____kg。ABCDEF選最短食物鏈；按x20%計算。選最長食物鏈；按x10%計算。4001四、能量流動的相關計算1.能量傳遞效率的“至少”和“至多”計算4多條食物鏈，已知高營養級同化量，求低營養級若人的體重增加1kg，最少需消耗水藻______kg，最多消耗水藻___________kg。選最短食物鏈；按÷20%計算。選最長食物鏈；按÷10%計算。水藻水蚤蝦小魚大魚人25100000四、能量流動的相關計算1.能量傳遞效率的“至少”和“至多”計算5在食物網中，某一營養級同時從上一營養級的多種生物獲得能量，且各途徑所獲得的生物量比例確定，則需按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。①如圖食物網中，假如貓頭鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇。那么，貓頭鷹若要增加20g體重，最少需要消耗的植物為_______。植物兔子貓頭鷹鼠蛇900四、能量流動的相關計算1.能量傳遞效率的“至少”和“至多”計算5在食物網中，某一營養級同時從上一營養級的多種生物獲得能量，且各途徑所獲得的生物量比例確定，則需按照各單獨的食物鏈進行計算后合并。②在如圖所示的食物網，如將A流向B和C的比例由B∶C＝1:1調整為1:2