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赵启5.2生态系统的能量流动

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                        第第    二二  节节  
生态系统的能量流动生态系统的能量流动
• 假设你像小说中的鲁滨逊一样,流落到
 一个不毛的荒岛上,那里除了有能饮用
 的水之外,几乎没有任何食物,你随身
 携带的食物只有15千克玉米和一只母鸡
 。你认为如何利用食物才能让你维持更
 长的时间来等待救援?
    1、先吃鸡,再吃玉米。
    2、先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡
 ,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。
一、生态系统的能量流动概念

      生态系统中能量的输入输入、、传递传递
    、转化和散失、转化和散失的过程,称为生
    态系统的能量流动。
 二.能量流动的过程
 思考并讨论:
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
 .
生产者固定的太阳能
   自身呼吸作用以热能散失            ①


                被下一营养级同化      ②

   用于自身生长、
   发育、繁殖
                遗体、       被分解者
                残枝败叶       分解   ③
                                                                                                                                                                                  …

                                           粪便                                                                                        初级消费者
                                                                                                                                                                   摄入                                                                                                                                                                                                                                                  能量流经第二营养级示意


                                                                                                                                          初级消费者
                                                                                                                                                                     同化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    呼吸
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       图
                           分解者分解
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ①
                                                                            遗体
                                                                                                                                                   用于生长

                                                                                                                                          发育和繁殖                                                                                                                                             散失
                                                                            残骸

呼吸                                                                               ③                                                                                                                     ②

                                                                                                                                            次级消费者
                                                                                                                                                                      摄入


            散失                                                                                                                                                     ..
                                                                                                                                                                                                           .
     请观察:
     生态系统的能量流动过程图解:
                         A
   D
        生产者      初级消费者      次级消费者    三级消费者 …
              B          B         B  (肉食动物)
         (植物)    (植食动物)     (肉食动物)

                          C
 请表述
A、呼吸作用散失的能量:
 图中的箭头     、  、  各表
B、输入下一营养级的能量A B C
C示什么含义?、分解者呼吸作用散失的能量
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?
  3.流经生态系统总能量:生产者所固定的太阳
 3.流经生态系统的总能量是什么?能的总量
            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?
   请以生产者呼吸作用消耗(第一营养级)为例说明
 .5.去路:    被下一营养级的生物所利用
           被分解者所利用
                                     呼吸     122.6

                      96.3
                                      18.8
                                                    7.5
               生产者 绿色植物              初级消费者 
                                                    次级消费者 
        464.6                   62.8  草食动物      12.6
                                                     肉食动物         …
                                                       12.6
                    464.6               62.8
                                                                   …
   未固                       293                  29.3      5
                12.5               2.1
   定的                                   微量
  太阳能
                    分解者      14.6                未利用        327.3
营养      流入的能       流出(输入下一营养            呼吸作     分解者      未被利
级       量          级)的能量                用散失     分解       用
生产者       464.6         62.8             96.3     12.5    293
 植食性
 动物        62.8         12.6             18.8     2.1     29.3
肉食性
                        ——
动物        12.6                            7.5     微量       5.0
                     流出(输入  呼吸作     分解者分      未被利
营养级      流入的    下一营养级       用散失     解(呼吸      用      流出/流入
         能量     )的能量                作用)              (%)
                 464.6              62.8            96.3 12.5  293
生产者                                                  13.5
初级消      62.8   12.6        18.8    2.1        29.3
费者                                                    20.1
次级消      12.6   ——          7.5     微量        5.0
费者

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?
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
         次级消费者       三级消费者
      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:
        ①能量金字塔
   低                             高


                 第四
                D 营养级
               C 第三
                 营养级
 (1)为什么食物链一般不超过五个营养级?
            B 第二营养级
 (2)为什么“一山不容二虎”?
          A
             第一营养级
    高                            低
    能量                        营养级
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。 
特殊情况:
                        鸟
       鸟

      昆虫               昆虫
                        树
       树

   数量金字塔            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
 五、研究能量流动的实践意义
    11、实现能量的多级利用和物质的循环利用,、实现能量的多级利用和物质的循环利用,
    提高能量的利用率提高能量的利用率

设计生态农业的原理:物质循环再生,能量多级设计生态农业的原理:物质循环再生,能量多级利用利用

    22、合理调整能量流动方向,、合理调整能量流动方向,使能量流向对人类使能量流向对人类
    最有益的部分最有益的部分

    农田除杂草,灭虫、灭鼠、剪枝农田除杂草,灭虫、灭鼠、剪枝
               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1010%~%~2020%%
          1、帮助人们科学规划、设计人工生态
    实践       系统,使能量得到最有效的利用。
    意义
          2、使能量持续高效地流向对人类最
             有益的部分。
         学以致用
 在草原上,牛以草为食,屎壳郎
 (蜣螂)以牛粪为食

被牛同化的能量中约有多少流入屎壳郎?

                     0
1.流经生态系统的总能量是指(C  )
  A. 照射到该生态系统内所有植物体叶面上的全
部太阳能
  B. 射进该系统的全部太阳能
  C. 该系统全部生产者所固定的太阳能的总量
  D. 生产者传递给消费者的全部能量
2 假设一个生态系统的总能量为100%,按最高传

递效率计算,第三营养级和三级消费者所获得的能量

应为

   A.4%和4%      B.0.8%和0.8%

  C .4%和0.8%       D.10%和4%
3.根据生态学原理,要使能量流经食物链总消耗
  最少,人们应采用哪种食物结构(  C   )
  A.以禽类、蛋类为主  
       
  B.以淡水养殖的鱼、虾为主

  C.以谷物和植物蛋白为主 
    
  D.以猪肉等家畜肉类为主
4、一个生态系统中有甲、乙、丙、丁四个种群所含
  的能量统计如下表

    种群         甲         乙          丙         丁
  能量/kJ      2.8×109   1.3×108   9.1×107   2.9×106

  下面符合这4个种群所构成的营养结构的是(   D        )
  A 甲→ 乙→ 丙→ 丁       B  甲→ 丙→ 乙→ 丁 
                乙                           乙
  C  甲        丙             D  甲                  丁 
                丁                           丙
5、根据下图所表示的食物网,  结合能量流动的特点进行计算:

                         猫头鹰


   牧草             鼠         蛇

           如果牧草固定了1000焦耳的能量, 则
 猫头鹰最少能获得______1      焦耳能量, 最多能
 获得____40__焦耳能量.
6、下图是某生态系统中食物网简图,图中甲—庚代表
各种不同的的生物,请据图回答

                             有多少条食物链?

                               5条

(1)此生态系统中作为生产者的生物是      ,作为
次级消费者的生物是       

(2)、若该生态系统受到重金属污染,那么在体内积
存重金属污染物最多的生物是     。

 (3)该生态系统只表示部分成分,图中未表示的成分
 为                非生物的物质和能量
(5)已知各营养级之间能量的转化效率为10%,若一种
生物摄食多种生物时,各种生物被摄食的生物量相等
则丁每增加10千克,需要消耗生产者               千克 

 解:根据题意,丁从庚和甲摄取的生物量相等,则设从戊解:根据题意,丁从庚和甲摄取的生物量相等,则设从戊--庚-丁庚-丁
 需消耗戊的量为需消耗戊的量为xx千克,千克,
 设从戊-甲-丁需消耗戊的量为设从戊-甲-丁需消耗戊的量为YY千克千克
 设从戊-己-甲-丁需消耗戊的量为设从戊-己-甲-丁需消耗戊的量为zz千克千克
 x.10%·10%=10·1x.10%·10%=10·1//2=5002=500
 y.10%·10%=10·1y.10%·10%=10·1//2·12·1//2=2502=250
 z·10%·10%·10%=10·1z·10%·10%·10%=10·1//2·12·1//2=25002=2500
               500+250+2500=3250500+250+2500=3250克克
    (2009年高考全国卷Ⅰ)某种植玉米的农场,其收获
的玉米子粒既作为鸡的饲料,也作为人的粮食,玉米的
秸秆则加工成饲料喂牛,生产的牛和鸡供人食用。人、
牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源,沼
渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因
素):


          (1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网。
          (2)牛与鸡之间________(无 有、无)竞争关系,理
  由是____________________________它们所需食物资源不同(牛食玉米秸秆,鸡吃玉米子粒)
  。人与鸡的种间关系是____________捕食与竞争  ,人与牛的种
  间关系是____________捕食 。
        (3)流经该农场生态系统的总能量来自________玉米    所固
定的________太阳能,无机环境中的碳以________CO2 形式进入该
人工群落。
        (4)假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡,2/3供
人食用,生产出的鸡供人食用。现调整为2/3的玉米养鸡
,1/3供人食用,生产出的鸡仍供人食用。理论上,该农
场供养的人数将会________(减少 增多、不变、减少),理由是
_________________________改变用途的1/3玉米被鸡食用后,在鸡这一环节
_______________________________________________散失了一部分能量,导致人获得的总能量减少 。
     【解析】 (1)据题干所述,将鸡、牛、玉米和
 人之间的食物关系画出即可得,图解如图。(2)因为
 牛食玉米秸秆,鸡吃玉米子粒,所以牛与鸡之间无
 竞争关系;人吃鸡,为捕食关系,人与鸡又共食玉
 米子粒,两者之间又存在竞争关系;人吃牛,为捕
 食关系。(3)流经一个生态系统的总能量是该生态系
 统中生产者所固定的太阳能的总量,所以流经该
生态系统的总能量是玉米固定的太阳能的总量;无机
环境中的碳是以二氧化碳的形式被生产者利用而进入
生物群落的。(4)能量沿食物链传递的过程中是逐级递
减的,所以改变用途的1/3玉米被鸡食用后,在鸡这一
环节散失了一部分能量,导致人获得的总能量减少,
使农场供养的人数减少。
   【归纳提升】 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:
   现实            问题             思路求解
 D营养级     至少需要A营养级多少         N×(20%)3=M
 净增重M     最多需要A营养级多少         N×(10%)3=M
 A营养级     D营养级最多增重多少         N×(20%)3=M
 净增重N     D营养级至少增重多少         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。

  摄入量就是同化量吗?
 (同化量=摄入量—粪便量)

同化作用是指生物体把从外界环境中获
取的营养物质转变成自身物质,并且储
存能量的过程。
                                                                                                                                                                                  …

                                           粪便                                                                                        初级消费者
                                                                                                                                                                   摄入                                                                                                                                                                                                                                                  能量流经第二营养级示意


                                                                                                                                          初级消费者
                                                                                                                                                                     同化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    呼吸
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       图
                           分解者分解
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ①
                                                                            遗体
                                                                                                                                                   用于生长

                                                                                                                                          发育和繁殖                                                                                                                                             散失
                                                                            残骸

呼吸                                                                               ③                                                                                                                     ②

                                                                                                                                            次级消费者
                                                                                                                                                                      摄入


            散失                                                                                                                                                     ..
                                                                                                                                                                                                           .
• 假设你像小说中的鲁滨逊一样,流落到
 一个不毛的荒岛上,那里除了有能饮用
 的水之外,几乎没有任何食物,你随身
 携带的食物只有15千克玉米和一只母鸡
 。你认为如何利用食物才能让你维持更
 长的时间来等待救援?
    1、先吃鸡,再吃玉米。
    2、先吃玉米,同时用一部分玉米喂鸡
 ,吃鸡产下的蛋,最后吃鸡。
  7.下图是某中学研究性学习小组的同学在学习了生态系统的
  知识后,设计的农业生态系统图解。请结合课本知识回答有关
  问题


(1)农业生态系统的主要功能是物质循环和__________,
是该村建造此生态系统所依据的主要生态学原理。该生态系统的
最大优点是                                   
  2)农业生态系统是一种人工生态系统,下列有关人工生态系统
  的说法,正确的是(  )
  A.使废物资源化         
  B.减少了化肥等工业产品的投入,有利于保护环境 
  C.抵抗力稳定性低于自然生态系统 
   D.人占主导地位,是其它生物生存的基础
(3)“三农问题”是关系国计民生的大事。农业上使用化肥可
以大大提高农作物产量,但持续大量使用化肥存在许多负面影
响。“生物固氮”已称为一项重要的研究性课题。下列说法正确
的是                                               (  )B、C
A.长期使用化肥导致土壤板结,使土壤不易流失,对植物生
长有利 
B.与人工合成NH3所需的高温、高压相比,生物固氮的顺利
进行是因为这些生物体内含有特定的固氮酶
C.中耕松土可促进植物对水分和矿质元素的吸收,松软土壤
也有利于根瘤菌、硝化细菌的生命活动
(5)蘑菇和蚯蚓在该生态系统中属于________________。

(6)向沼气池添加的产气原料后要接种产甲烷杆菌,接种后要产
出沼气,必须采取的措施是隔绝空气,为什么?                  


(7)该系统设计是要遵循的生态学原理是              
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