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1、第五章 生态系统及其稳定性5.2生态系统的能量流动和物质循环生态系统的能量流动一、能量流动的概念 生态系统中能量的 、传递、 和散失的 过程。输输入转转化问题：能量是怎样沿着食物链、食物网传 递和转化的?生产者 （植物）初级消费者 （植食性动物）呼吸作用分 解 者遗体 残骸遗体残骸粪便呼 吸 作 用散失散失呼 吸 作 用散失散失生态系统的能量流动【注意1】正确理顺某营养级获取能量的过程及该能量的 去向 研究能量在沿食物链从一个种群流动到另一种群时，需要考虑能量 被利用和未被利用等多方面的能量值，以某动物种群捕食种群A为 例，可用下图表示。生态系统的能量流动【注意2】能量在流经每一营养级时的分流
2、问题分析(1)能量来源生产者的能量来自于太阳能。各级消费者的能量一般来自上一个营养级(同化量摄入量 粪便中所含能量)。(2)能量去路每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另 一部分以热能散失。每个营养级生物的一部分能量流到后一个营养级中。每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分 解而释放出来。未利用能量(现存量：最终被分解者利用，也可归为)。生态系统的能量流动二、能量流动的过程 1输入：生产者通过 把太阳能转化为化学能， 固定在有机物中。 2总值：流经生态系统的总能量为 。 3传递、转化、散失 (1)传递渠道：。 (2)传递形式：。 (3)能量去向(以能量在第一营养
3、级的变化为例) 通过生产者的呼吸作用以热能形式散失。 用于生产者的 和 等生命活动，储存在 有机物中。 随着残枝败叶等被 分解而释放出来。 被初级消费者摄入体内，流入 营养级。食物链链和食物网 有机物中的化学能生长长、发发育繁殖分解者 下一个光合作用生产产者固定的总总能量生态系统的能量流动1右图图表示某草原生态态 系统统中能量流动图动图 解， 表示相关过过程能 量流动动量。下列有关叙述 正确的是( )A是流入该该生态态系统统的总总能量 B在“草兔狐”这这条食物链链中，兔通过摄过摄 食获获 得的储储存在草中的化学能，主要是通过过呼吸作用以 热热能的形式散失 C图图中/的比值值代表“草兔”的能量的
4、传递传递 效率 D和分别别属于草和兔同化量的一部分D生态系统的能量流动初级消费者 （植食性动物）生产者 （植物）次级消费者 （肉食性动物）三级消费者 （肉食性动物）分 解 者呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用分析 ：大粗箭头表示流经一个生态系统的总能量，即生态系 统中全部生产者所固定的太阳能总量。能量流动的方向(以箭头表示)单向流动。箭头由粗到细表示流入下一个营养级的能量逐级递减 。方块面积越来越小表示随营养级别的增加，贮存在生 物体内的能量越来越少。分解者体内的能量及呼吸产生的能量以热能的形式散 失到系统外，成为不能再利用的能量。生态系统的能量流动【注意1】能量流动的特点(1)单向流动
5、食物链中，相邻营养级生物的吃与被吃关系不可逆转，因此 能量不能倒流，这是长期自然选择的结果。各营养级的能量总有一部分以细胞呼吸产生热能的形式散失 掉，这些能量是无法再被生产者利用的。(2)逐渐递减每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。各个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量 ，供自身利用和以热能形式散失。各营养级中的能量都要有一部分流入分解者。生态系统的能量流动【注意2】能量传递效率的分析能量传递传递 效率的相关“最值值”计计算若一食物网中，已知最高营营养级级增重为为N，a.求最多需第一 营营养级级多少时时，按最长长食物链链，最低传递传递 效率计计算；b.求至 少消耗
6、第一营营养级级多少时时，按最短食物链链，最高传递传递 效率计计 算。若一食物网中，已知第一营营养级质级质 量，a.求最高营营养级级最 多获获得多少能量时时，应应按最短食物链链，最高传递传递 效率计计算；b. 求最高营营养级级最少获获得多少能量时时，应应按最长长食物链链，最低 传递传递 效率计计算。肉食性动物 植食性动物 生产者 【注意3】能量金字塔的分析将单位时间内各个营养级所得到的能量数值绘制成的 图，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔能量金字塔说明：在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动 过程中消耗的能量就越多。生态系统的能量流动三、能量流动的特点1单向流动能量流动只能沿 由低营养级流
7、向 ，不可逆转，也不能循环流动。2逐级递减输入到某一营养级的能量中，只有的能量能够传递到下一营养级。食物链链高营营养级级10%20%生态系统的能量流动2(2010山东东理综综，6)以下表示动动物利用食物的过过程 。正确的分析是( )A恒温动动物的/值值一般高于变变温动动物 B哺乳动动物的/值值一般为为10%20% C提高圈养动动物生长长量一般需提高/值值 D食肉哺乳动动物的/值值一般低于食草哺乳动动物 答案 C生态系统的能量流动3(2010江苏苏高考，11)有人发发起“多吃素食、少吃 肉食”的运动动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生 态态学知识对识对 此的合理解释释是( ) A多吃肉食会增加心
8、血管病的发发病率 B直接以低营营养级级的生物为为食将消耗生态态系统统更多 的能量 C多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总总量更多 D节节省的肉食可以帮助农农民提高营营养水平 答案 C研究能量流动的意义:设法调整能量流动关系，使能量持续高效地流 向对人类有益的部分。农田生态系统中人类的劳作对能量流动有什么影农田生态系统中人类的劳作对能量流动有什么影 响响? ?传统农业从能量流动角度分析存在的不足之处？传统农业从能量流动角度分析存在的不足之处？ 你有什么好的建议吗？你有什么好的建议吗？秸秆燃气沼渣沼液沼气池粪粪饲 料沼液种植食 用菌沼渣*研究能量流动的意义:可以帮助人们科学规划，设计人工生态系统， 使能
9、量得到最有效的利用（实现对能量的多级利 用，大大提高能量的利用率）。生态系统的能量流动四、研究能量流动的意义1帮助人们科学规划、设计，使能量得到 的利用。2帮助人们合理地调整生态系统中的关系，使能量持 续高效地流向对人类 的部分。人工生态态系统统 最有效能量流动动 最有益生态系统的能量流动4(2010全国，5)下图是一个农业生态系统模式图， 关于该系统的叙述，错误的是( )A微生物也能利用农农作物通过过光合作用储储存的能量B沼气池中的微生物也是该该生态态系统统的分解者C沼渣、沼液作为为肥料还还田，使能量能够够循环环利用D多途径利用农农作物可提高该该系统统的能量利用效率C生态系统的能量流动 5、
10、下表是美国生态学家F.B.Golley在1960年对密执安某荒地进 行调查后，绘制的一条食物链的三个营养级(植物、田鼠、鼬) 的能量分析图。(单位：Jhm2a1) 营营养 级级同化能量未被利用 能量分解者分 解量呼吸释释 放热热量净净生产产 能量甲2481092001091210936109乙74610624106610630106丙6105410523010510105下列相关叙述，错误的是 ( ) A表中营养级乙对应的生物是田鼠 B甲营养级的净生产量约占同化量的85.5% C丙营养级的净生产量明显降低是因为恒温动物代谢产热量高 D第一营养级的能量流向第二营养级的传递效率约为3%提醒 同化能
11、量未被利用能量分解者分解量呼吸释放热量? 净生产量未被利用能量分解者分解量同化能量呼吸释放 热量D生态系统的能量流动【感悟拓展】 能量流动的分析方法 比较教材中“赛达伯格湖的能量流动图解”和“生态 系统能量流动示意图”可以发现，在“赛达伯格湖的 能量流动图解”中，流入每一营养级的能量去路中多 了一条“未利用”，即未被自身呼吸消耗，也未被后 一营养级和分解者利用的能量。出现这种差别的原因 在于两种能量流动图解的分析方法和理解角度不同。 理解流入每一营养级的能量去向可从以下两个角度分 析：生态系统的能量流动(1)定量不定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内的去路可有三条：自身呼吸消
12、耗；流入下一营养级；被分解者分解利用。但这一定量的能量不管如何传递，最终都以热能形式从生物群落中散失，生产者源源不断地固定太阳能，才能保证生态系统能量流动的正常进行。(2)定量定时分析：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；未被自身呼吸消耗，也未被后一营养级和分解者利用，即“未利用”。如果是以年为单位研究，第部分的能量将保留给下一年。【提醒】流入各级消费者的总能量是指各级消费者在进行同化作用过程中所同化的物质中含有的能量总和，消费者粪便中所含有的能量不能计入排便生物所同化物质中的能量。生态系统的物质循环概念：概念：是指组成生物体
13、的是指组成生物体的C C、H H、O O、N N、P P、S S等等元素元素 都不断进行着从都不断进行着从无机环境无机环境 到到生物群落生物群落，又从，又从生物群生物群 落落到到无机环境无机环境 的循环过程，就是生态系统的物质循环的循环过程，就是生态系统的物质循环 。生物圈生物地球化学循环环特点：1.循环流动2.全球性物质质生物体一、物质循环的概念和特点概念： 生物群落反复循环无机环境组成生物体的C、H、O 、N、P、S等元素二、实例碳循环无 机 环 境生产者 消费者光 合 作 用呼 吸 作 用呼 吸 作 用捕食分解者呼 吸 作 用煤、石油燃 烧4、碳在生物体内的存在形式？ 5、碳在生物体之间
14、传递途径？（有机物）（有机物）（CO2）食物链1、碳进入大气的途径？ 2、碳循环的特点?过程生态系统的物质循环【模型分析】1大气中的碳元素进进人生物群落，是通过过植物的光合作用或化 能合成作用而实现实现 的。2碳在生物群落和无机环环境之间间循环环是以CO2的形式进进行的。 碳元素在生物群落中的传递传递 ，主要靠食物链链和食物网，传递传递 形 式为为有机物。3大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用；二是动动植 物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧烧。4实现实现 碳在生物群落和无机环环境之间进间进 行循环环的关键键是生产产者 和分解者。5碳在无机环环境与生物群落之间传递时间传递时 ，只有生产产
15、者与无机环环 境之间间的传递传递 是双向的，其他各成分间间的传递传递 均是单单向的。【联系社会】温室效应的形成原因、影响及缓解措施(1)大气中CO2含量持续增加是形成温室效应的主要原因 化石燃料的大量使用，向大气中倾放大量的CO2。 森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。 (2)影响 气候变暖会使冰川雪山融化，海平面上升，对人类和其他生物的生存构成严重威胁。 由于气候变化，也改变了降雨和蒸发机制，影响农业和粮食资源的生产。降雨量的变化使部分地区更加干旱或更加雨涝，并 使病虫害增加。 (3)缓解措施 植树造林，增加绿地面积。减少化石燃料的燃烧。 开发清洁能源。生态系统的物质循环工业业固氮高能固氮生物固氮氮循环环硝化作用氨化作用反 硝 化 作 用水循环磷循环磷循环中的磷不是来源于大气及水体，而是来源于岩石 ，磷酸盐岩石是其主要来源。 提醒：过多地使用氮肥、磷肥等会使土壤中氮、磷的含量 增多,过多的氮、磷流入水体可能造成水体富营养化,使藻 类等过度繁殖，进而导致生态系统的稳态被破坏。生态系统的物质循环【知识拓展】物质循环过程中的生物富集作用 (1)概念，是指环境中的一些污染物(如重金属、化学 农药)通过食物链在生物体内大量积累的
