第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)自主學(xué)習(xí)：預(yù)習(xí)課本P54~P58，完成下列問(wèn)題（5min）1、能量流動(dòng)指的是？2、每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的來(lái)源和去路？3、能量流動(dòng)的特點(diǎn)？能量傳遞效率一般為多少？4、生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)一般不超過(guò)多少個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)及其原因？5、生態(tài)金字塔有哪些類型？6、研究能量流動(dòng)有何意義？

假設(shè)你像小說(shuō)中的魯濱遜那樣，流落在一個(gè)荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒(méi)有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。討論：你認(rèn)為以下哪種生存策略能讓你維持更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)等待救援？

1.先吃雞，再吃玉米。

2.先吃玉米，同時(shí)用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。流落荒島問(wèn)題探討應(yīng)該先吃雞，再吃玉米，若選擇2，則增加了食物鏈的長(zhǎng)度，能量逐級(jí)遞減，最后人獲得的能量較少。生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過(guò)程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)。一、能量流動(dòng)的概念生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能途徑：食物鏈和食物網(wǎng)形式：有機(jī)物中的化學(xué)能太陽(yáng)能→化學(xué)能→熱能通過(guò)呼吸作用以熱能的形式散失思考：人工生態(tài)系統(tǒng)需要投入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，此時(shí)流入人工生態(tài)系統(tǒng)的總能量如何表示？人工生態(tài)系統(tǒng)輸入能量=生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能+人工投入能量二、能量流動(dòng)的過(guò)程任務(wù)1：構(gòu)建能量流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的概念模型（3min）精讀（達(dá)到背誦程度）課本55頁(yè)：1.地球上幾乎所有生態(tài)系統(tǒng)的能量都來(lái)自哪里？這些能量是如何輸入生態(tài)系統(tǒng)的？2.輸入第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量有幾個(gè)去路？分別是什么？3.植物用于自身生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖的能量有幾個(gè)去路？分別是什么？4.初級(jí)消費(fèi)者攝入的能量全部轉(zhuǎn)化為自身的能量了嗎？攝入的能量去路有幾個(gè)？分別是什么？99%散失1%固定(同化)生產(chǎn)者所固定的全部太陽(yáng)能用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）分解者利用殘枝敗葉呼吸作用

散失流入生態(tài)系統(tǒng)的能量=生產(chǎn)者同化量（固定量）通過(guò)呼吸作用以熱能形式散失（大部分）用于自身生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量分解者利用流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)未利用（定時(shí)分析）同化量任務(wù)1：構(gòu)建能量流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的概念模型任務(wù)2：構(gòu)建能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的概念模型初級(jí)消費(fèi)者攝入量糞便量初級(jí)消費(fèi)者同化量生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖次級(jí)消費(fèi)者攝入分解者利用遺體、殘骸呼吸作用熱能散失糞便中的能量屬于上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的同化量（消費(fèi)者能量來(lái)源與去路示意圖）攝入量=同化量＋糞便量最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)沒(méi)有流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的部分同化量通過(guò)呼吸作用以熱能形式散失的能量用于生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖的能量流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向分解者未利用（定時(shí)分析）任務(wù)2：構(gòu)建能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的概念模型考一考：1.真正流入初級(jí)消費(fèi)者體內(nèi)的能量是攝入量還是同化量？攝入量與同化量的關(guān)系？2.糞便中的能量屬于初級(jí)消費(fèi)者同化量嗎？3.比較生產(chǎn)者和初級(jí)消費(fèi)者同化量的去路相同嗎？屬于生產(chǎn)者的同化量消費(fèi)者：同化量=攝入量-糞便量分解者利用呼吸作用散失用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)初級(jí)消費(fèi)者攝入初級(jí)消費(fèi)者同化糞便分解者利用用于生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖次級(jí)消費(fèi)者攝入遺體殘骸呼吸作用散失呼吸作用散失…生產(chǎn)者：同化量=光合作用固定的有機(jī)物中的能量同化量未利用任務(wù)3：構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念模型二、能量流動(dòng)的過(guò)程思考：1.每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的來(lái)源和去路相同嗎？2.每個(gè)箭頭及箭頭的方向大小、菱形方塊的大小代表什么含義？注意第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的來(lái)源最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的去路儲(chǔ)存在某營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)的能量的多少能量單向流動(dòng)，逐級(jí)遞減生產(chǎn)者（綠色植物）呼吸作用分解者初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）呼吸作用次級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用三級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用生產(chǎn)者（綠色植物）呼吸作用分解者初級(jí)消費(fèi)者（植食性動(dòng)物）呼吸作用次級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用三級(jí)消費(fèi)者（肉食性動(dòng)物）呼吸作用易錯(cuò)點(diǎn)訓(xùn)練：①⑤④②③1.初級(jí)消費(fèi)者糞便中的能量屬于

。2.初級(jí)消費(fèi)者的同化量：

。3.初級(jí)消費(fèi)者用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的能量：

。⑤①或②+③+④①-③或②+④每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向分解者的能量=該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的遺體和下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的糞便生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的分析（拼圖法）W1生產(chǎn)者固定能量（同化、流入、輸入）自身呼吸作用消耗流向分解者未利用流向下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)C1：流向分解者=遺體+下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)糞便1.生產(chǎn)者的同化量：

。2.生產(chǎn)者用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的能量：

。3.初級(jí)消費(fèi)者的同化量：

。4.初級(jí)消費(fèi)者用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的能量：

。W1或A1+B1+C1+D1W1-A1或B1+C1+D1D1或A2+B2+C2+D2D1-A2或B2+C2+D2攝入量？易錯(cuò)點(diǎn)訓(xùn)練：生產(chǎn)者初級(jí)消費(fèi)者例題：某同學(xué)繪制了如圖所示的能量流動(dòng)圖解，下列敘述正確的是A.生產(chǎn)者固定的總能量可表示為A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2B.初級(jí)消費(fèi)者用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量為B2＋D2C.初級(jí)消費(fèi)者攝入的能量為A2＋B2＋C2D.W1＝D1＋D2√典題應(yīng)用（P38）易錯(cuò)點(diǎn)訓(xùn)練：生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的分析下圖為能量流經(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的示意圖：（1）第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向分解者的能量是20J/（cm2.a）（

）（2）第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)用于生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的能量是50J/（cm2.a）（

）（3）第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化的能量是15J/（cm2.a）（

）初級(jí)消費(fèi)者攝入量糞便量同化量呼吸作用生長(zhǎng)發(fā)育繁殖×××分解者三、能量流動(dòng)的特點(diǎn)思考●討論分析賽達(dá)伯格湖的能量流動(dòng)（林德曼）

思考：1.流入（輸入）該生態(tài)系統(tǒng)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(dòng)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？5.請(qǐng)計(jì)算每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的來(lái)源和去向，說(shuō)明是否遵循能量守恒定律？464.6同化量12.5植食性動(dòng)物的遺體和肉食性動(dòng)物的糞便生：來(lái)（464.6）=去（96.3+62.8+12.5+293）植：來(lái)（62.8）=去（18.8+12.6+2.1+29.3）生態(tài)系統(tǒng)中，能量的流動(dòng)遵守能量守恒定律討論1：設(shè)計(jì)表格，整理賽達(dá)伯格湖能量圖解中的數(shù)據(jù)，計(jì)算“流出”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占“流入”該營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的百分比。流入呼吸作用分解者利用暫未利用流出流出/流入生產(chǎn)者植食性動(dòng)物肉食性動(dòng)物464.696.312.529362.813.52%62.818.82.129.312.620.06%12.67.5微量5.0三、能量流動(dòng)的特點(diǎn)流入呼吸作用分解者利用暫未利用流出流出/流入生產(chǎn)者植食性動(dòng)物肉食性動(dòng)物464.696.312.529362.813.52%62.818.82.129.312.620.06%12.67.5微量5.0討論2：相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的能量傳遞效率如何計(jì)算？討論3：流入某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量，為什么不能百分之百地流入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)？呼吸作用以熱能形式散失；分解者利用；未利用能量流動(dòng)特點(diǎn)：逐級(jí)遞減三、能量流動(dòng)的特點(diǎn)能量傳遞效率=某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量×100%討論4：流經(jīng)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中來(lái)？能量能否從植食性動(dòng)物流向生產(chǎn)者？為什么？【總結(jié)】能量流動(dòng)的特點(diǎn)：討論5：為什么食物鏈上一般不超過(guò)5個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？能量在流動(dòng)過(guò)程中逐級(jí)遞減，營(yíng)養(yǎng)級(jí)越多，消耗的能量就越多。原因：①生物之間食物關(guān)系是不可逆轉(zhuǎn)的；

②散失的熱能不能循環(huán)流動(dòng)。三、能量流動(dòng)的特點(diǎn)①單向流動(dòng)②逐級(jí)遞減（傳遞效率為10%-20%）討論6：長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有光照，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有什么影響，為什么？任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來(lái)自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。（P57黑體）(1)相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率：10%～20%，計(jì)算方法如下：該營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量上一營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量×100%能量傳遞效率

＝能量傳遞效率的計(jì)算(2)食物鏈中能量的最值計(jì)算①知低營(yíng)養(yǎng)級(jí)求高營(yíng)養(yǎng)級(jí)獲得能量最多獲得能量最少選最長(zhǎng)食物鏈選最短食物鏈按“×10%”計(jì)算按“×20%”計(jì)算注意：例題：計(jì)算下列食物鏈中鷹獲得的能量，已知草所固定的太陽(yáng)能為105

J，草→昆蟲(chóng)→蟾蜍→蛇→鷹，鷹最多可獲得能量為?鷹最少可獲得能量為?105×20%×20%×20%×20%=160J105×10%×10%×10%×10%=10J需最少能量需最多能量選最短食物鏈選最長(zhǎng)食物鏈按“÷20%”計(jì)算按“÷10%”計(jì)算②知高營(yíng)養(yǎng)級(jí)求低營(yíng)養(yǎng)級(jí)(2)食物鏈中能量的最值計(jì)算例題：某池塘生態(tài)系統(tǒng)的一條食物鏈為：浮游植物→浮游動(dòng)物→魚(yú)→水鳥(niǎo)。假如水鳥(niǎo)只依靠魚(yú)來(lái)增加體重，那么水鳥(niǎo)每增加1千克體重，至少需要該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)浮游植物的量為？1÷20%÷20%÷20%=125千克能量傳遞效率的計(jì)算(3)已確定營(yíng)養(yǎng)級(jí)間能量傳遞效率的，不能按“最值”法計(jì)算。例如，設(shè)食物鏈“甲→乙→丙→丁”，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若甲的能量為M，則丁獲得的能量為？M×a%×b%×c%(4)具有人工能量輸入的能量傳遞效率計(jì)算A23未利用70植食性動(dòng)物太陽(yáng)能生產(chǎn)者分解者30.549肉食性動(dòng)物0.052.15.10.25有機(jī)物輸入52輸出人為輸入到某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量是該營(yíng)養(yǎng)級(jí)同化量的一部分，但不是從上一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入的能量。能量傳遞效率的計(jì)算試計(jì)算：第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)與第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率？第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)第四營(yíng)養(yǎng)級(jí)1.能量金字塔將單位時(shí)間內(nèi)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營(yíng)養(yǎng)級(jí)順序排列，可形成一個(gè)金字塔圖形，叫做能量金字塔。（1）概念：（2）特點(diǎn)：四、生態(tài)金字塔自然生態(tài)系統(tǒng)一定呈上窄下寬的正金字塔形。生態(tài)金字塔能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔2.數(shù)量金字塔表示各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物個(gè)體的數(shù)目比值關(guān)系，即為數(shù)量金字塔。（1）概念：（2）特點(diǎn)：四、生態(tài)金字塔一般呈上窄下寬的正金字塔形；營(yíng)養(yǎng)級(jí)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)個(gè)體數(shù)量昆蟲(chóng)樹(shù)但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形，如昆蟲(chóng)和樹(shù)。3.生物量金字塔用同樣的方法表示各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量（每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)所容納的有機(jī)物的總干重），即為生物量金字塔。（1）概念：（2）特點(diǎn)：四、生態(tài)金字塔一般呈上窄下寬的正金字塔形；有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形特殊情況：在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)者(浮游植物)的個(gè)體小，壽命短，又會(huì)不斷地被浮游動(dòng)物吃掉，所以某一時(shí)刻調(diào)查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動(dòng)物的生物量。當(dāng)然，總的來(lái)看，一年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動(dòng)物的要多。能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔形狀特點(diǎn)自然生態(tài)系統(tǒng)一定為正金字塔形一般為正金字塔,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形一般為正金字塔,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒金字塔形總結(jié)：生態(tài)金字塔的比較五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義間作：一般指幾種作物同時(shí)期播種套種：幾種作物不同時(shí)期播種資料：實(shí)踐意義①：研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們?cè)跁r(shí)間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義間作套種多層種植稻-萍-蛙立體栽培研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們將生物在時(shí)間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總能量。燃燒秸稈散失的熱能不能被利用（能量的利用率降低）將秸稈用作飼料喂牲畜五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義問(wèn)題：還有進(jìn)一步提高秸稈能量利用率的措施？資料：人類獲取了水稻稻谷中的能量，秸稈中還有占總初級(jí)生產(chǎn)量四分之一左右的副產(chǎn)品未被利用。將秸稈用作飼料喂牲畜肉蛋奶牲畜糞便五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義問(wèn)題：還有進(jìn)一步提高秸稈能量利用率的措施？將秸稈用作飼料喂牲畜肉蛋奶沼氣池將牲畜的糞便作為沼氣池發(fā)酵的原料，可以生產(chǎn)沼氣提供能源沼氣池中的沼渣還可以作為肥料還田五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義問(wèn)題：還有進(jìn)一步提高秸稈能量利用率的措施？實(shí)踐意義②：研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)，可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用（實(shí)現(xiàn)能量多級(jí)利用，從而大大提高能量的利用率）

例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田。1.能量傳遞效率：生態(tài)系統(tǒng)中，能量在相鄰兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)間的傳遞效率一般是10％～20％2.能量利用率：一般指流入最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量占生產(chǎn)者固定總能量的比值特點(diǎn)：一般來(lái)說(shuō)，食物鏈越短，能量利用率越高。能量利用率=生產(chǎn)者能量流入最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量×100%能量利用率≠能量傳遞效率×100％能量傳遞效率一般不能提高，能量利用率能提高思考：能量傳遞效率和能量利用率能否提高？五、研究能量流動(dòng)的實(shí)踐意義青蛙水稗草陌上菜跳蛛田螺鴨舌草稻螟蟲(chóng)資料：下圖是某稻田生態(tài)系統(tǒng)中部分生物。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對(duì)害蟲(chóng)、雜草、秸稈的處理措施：對(duì)水稻秸稈的處理是用來(lái)部分喂牛、部分焚燒。對(duì)雜草與害蟲(chóng)是使用除草劑與殺蟲(chóng)劑處理。實(shí)踐意