第三章

生態(tài)系統(tǒng)

第二節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)演講人目錄通過數(shù)據(jù)分析、師生交流，掌握生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的過程和特點(diǎn)。研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的意義。通過借助一條具體食物鏈，分析每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，通過閱讀文本、觀察圖像，能夠理解生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的概念。在生態(tài)系統(tǒng)中，能量是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的動(dòng)力，處于每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物都需要能量。生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)（ｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗ）。地球上所有的生態(tài)系統(tǒng)需要的能量幾乎都來自太陽(yáng)。生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者通過光合作用將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，固定（同化）在有機(jī)物中。能量通過食物鏈，從第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)（生產(chǎn)者）流入第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)（初級(jí)消費(fèi)者），再流入第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)（次級(jí)消費(fèi)者）……生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)任務(wù)1：如果以群落為研究對(duì)象，請(qǐng)?jiān)谙聢D中進(jìn)行完善，用箭頭畫出能量傳遞的方向。

食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者固定的能量就是通過食物鏈和食物網(wǎng)傳遞的。任務(wù)2：思考與討論(1)初級(jí)消費(fèi)者糞便中的能量屬于哪個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)？屬于該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的哪部分能量去向？(2)流入初級(jí)消費(fèi)者的能量有哪幾個(gè)去向？(3)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)和第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來源有什么不同？第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。屬于分解者利用的能量。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)，被分解者利用)不同在于第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來源于光合作用，第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量來源于第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)這說明一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)具有什么特點(diǎn)呢？生態(tài)系統(tǒng)的能量在流動(dòng)過程中具有單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減的特點(diǎn)。所以，能量在沿食物鏈從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的過程中逐級(jí)減少。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)的特點(diǎn)1.分析該湖中的生產(chǎn)者固定了多少太陽(yáng)能？由生產(chǎn)者流入植食性動(dòng)物的能量有多少？沒有流入植食性動(dòng)物體內(nèi)的能量有哪些去向？2.推理根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，賽達(dá)伯格湖中的分解者在能量流動(dòng)中發(fā)揮了什么作用？20世紀(jì)30年代末，美國(guó)生態(tài)學(xué)家林德曼對(duì)賽達(dá)伯格湖進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究工作。在取得大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，繪制了賽達(dá)伯格湖中能量流動(dòng)的圖解。任務(wù)3：觀察林德曼的研究數(shù)據(jù)，分析回答問題林德曼對(duì)賽達(dá)伯格湖中能量流動(dòng)的研究表明，能量在從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)流入下一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)時(shí)，其傳遞效率平均只有10%~20％，部分能量以熱能等形式散失掉。因?yàn)槭苣芰哭D(zhuǎn)化效率的限制，難以維持過高營(yíng)養(yǎng)級(jí)消費(fèi)者種群的生存對(duì)能量的需求，生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈長(zhǎng)度通常都是有限的。生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)科學(xué)家為研究生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，構(gòu)建了生態(tài)金字塔（ecologicalpyramid）。生態(tài)金字塔是反映食物鏈和食物網(wǎng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間生物數(shù)量、質(zhì)量和能量比例關(guān)系的圖解模型。它是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的順序，以生產(chǎn)者為底層，初級(jí)消費(fèi)者為第二層，次級(jí)消費(fèi)者為第三層，以此類推構(gòu)成的。生態(tài)金字塔的塔基寬，代表生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定；塔基過寬，能量轉(zhuǎn)化效率就低，能量浪費(fèi)大；塔的層次多少，與能量的消耗程度有密切關(guān)系，層次越多，塔頂貯存的能量就越少。生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔生態(tài)金字塔有數(shù)量金字塔、生物量金字塔和能量金字塔三種基本類型。數(shù)量金字塔（pyramidofnumber）描述了某一時(shí)刻生態(tài)系統(tǒng)中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的個(gè)體數(shù)量關(guān)系。一般來說，能量沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)順序向上逐級(jí)遞減，生物體數(shù)量沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)順序向上也越來越少。生態(tài)金字塔生物量金字塔（biomasspyramid）描述了某一時(shí)刻生態(tài)系統(tǒng)中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的質(zhì)量關(guān)系，通常以生物的干重表示營(yíng)養(yǎng)級(jí)中生物的生物量，一般以g?m-2或kg?m-2為單位。一般來說，植物的生物量要大于植食性動(dòng)物的生物量，而植食性動(dòng)物的生物量又會(huì)大于肉食性動(dòng)物的生物量。因此，從低營(yíng)養(yǎng)級(jí)到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，生物的生物量是逐漸減少的。能量金字塔（energypyramid）是依據(jù)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所含能量值的多少來構(gòu)建的生態(tài)金字塔，從能量的角度形象地描述其在生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化，常用來描述單位時(shí)間生態(tài)系統(tǒng)中各營(yíng)養(yǎng)級(jí)所同化的能量，一般以J?m-2?a-1或kJ?m-2?a-1為單位。生態(tài)金字塔能量流動(dòng)規(guī)律在生產(chǎn)中的應(yīng)用生態(tài)金字塔也告訴我們，大自然的負(fù)載是有限的，人類的活動(dòng)必須遵循自然規(guī)律才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，可以幫助人們?cè)谠O(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)時(shí)充分考慮能量的有效利用。例如，我國(guó)古代勞動(dòng)人民在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出“?；~塘”和“稻田養(yǎng)魚”等生產(chǎn)模式，大大提高了能量的利用率。研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)，合理地優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)ιa(chǎn)有益的部分，可以使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得更大的效益。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物在生長(zhǎng)過程中經(jīng)常會(huì)遭到害蟲的侵害。要使農(nóng)作物豐產(chǎn)，就必須有效地防治病蟲害。除噴灑除草劑和農(nóng)藥外，人們還可以采用生物防治的方法，即在農(nóng)田中引入害蟲的天敵進(jìn)行防治。例如，利用青蛙捕食水稻田中的害蟲。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，人們還常采用農(nóng)作物的間作套種、立體種植等方式，讓生長(zhǎng)周期不同的農(nóng)作物更好地利用陽(yáng)光，以提高產(chǎn)量。能量流動(dòng)規(guī)律在生產(chǎn)中的應(yīng)用小結(jié)課堂檢測(cè)1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)遵循一定的規(guī)律。下列敘述中，不符合真實(shí)情況的是()A.能量都是由低營(yíng)養(yǎng)級(jí)流向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)B.一條食物鏈中營(yíng)養(yǎng)級(jí)的級(jí)數(shù)可以無限增加C.生產(chǎn)者固定的能量通過食物鏈和食物網(wǎng)傳遞D.流入每一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的部分能量都會(huì)以熱能形式散失012.在各種生態(tài)系統(tǒng)中，能量沿著食物鏈流動(dòng)時(shí)的特點(diǎn)是(

)A.可從各級(jí)消費(fèi)者流向生產(chǎn)者和分解者B.生產(chǎn)者固定的能量是各營(yíng)養(yǎng)級(jí)能量的總和

C.能量在食物鏈中逐級(jí)遞減、單向流動(dòng)D.能量在食物鏈中逐級(jí)遞增、循環(huán)流動(dòng)02BC課堂檢測(cè)2.科學(xué)家對(duì)某草地的“草→田鼠→鼬”這一食物鏈及其能量流動(dòng)進(jìn)行了研究，結(jié)果如下表所示。（1）根據(jù)上述表格中的數(shù)據(jù)，思考攝入量、同化量與呼吸量三者之間的關(guān)系。比較表中兩種動(dòng)物能量代謝的特點(diǎn)。（2）根據(jù)該食物鏈的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算從草到田鼠和從田鼠到鼬的能量傳遞效率。上述計(jì)算結(jié)果說明生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)有什么特點(diǎn)？攝人量=同化量+糞便量、同化量=用于生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的能量+呼吸量，所以三者關(guān)系是攝入量>同化量>呼吸量表中兩種動(dòng)物能量代謝的特點(diǎn)是田鼠的同化量小于草的同化量、鼬的同化量小于田鼠的同化量，能量流動(dòng)呈逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。另外兩種動(dòng)物的呼吸量都較高，占自身同化量的大部分。草到田鼠