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1、 高中生物高效学第2节 生态系统的功能 高中生物高效学一、能量流动一、能量流动1.概念：概念：生态系统中能量的 、传递、转化和 的过程。输入输入散失散失2.过程：过程：（1）能量的输入）能量的输入源头：太阳能起点和总值： 生产者固定的全部太阳能（2）能量的传递）能量的传递传递渠道：传递形式：有机物中的食物链和食物网化学能基础点梳理基础点梳理 高中生物高效学传递过程：传递过程：生产者生产者呼吸呼吸初级消初级消费者费者呼吸呼吸次级消次级消费者费者分分 解解 者者呼吸呼吸三级消三级消费者费者呼吸呼吸呼吸呼吸能量的来源能量的来源生产者的能量主要来自太阳能生产者的能量主要来自太阳能其余各营养级的能量来自
2、上一营养级所同化量其余各营养级的能量来自上一营养级所同化量 高中生物高效学能量的去向能量的去向呼吸消耗流向下一营养级（最高营养级除外）。分解利用：遗体、残骸、粪便等能量未利用：生物每年积累量 、动植物遗体、残骸等以化学燃料形式被储存起来的能量。生产者生产者呼吸呼吸初级消初级消费者费者呼吸呼吸次级消次级消费者费者分分 解解 者者呼吸呼吸三级消三级消费者费者呼吸呼吸呼吸呼吸 高中生物高效学（3）能量的转化和散失）能量的转化和散失光能光合作用有机物稳定化学能生产者、消费者、分解者呼吸作用ATP活跃化学能热能：散失3、能量流动特点：、能量流动特点：单向流动逐级递减传递效率为：10%20% 高中生物高效
3、学4.研究能量流动的实践意义研究能量流动的实践意义（1）帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效利用。（2）帮助人们合理调整生态系统中能量流动关系，使能量持续高效流向对人类最有益部分。二、生态系统的物质循环1.物质循环概念的理解物质循环概念的理解物质：物质：组成生物体的 等化学元素C、H 、O、N、P、S范围范围: 和无机环境无机环境生物群落生物群落特点：特点：具有 ，可全球性全球性循环利用循环利用 高中生物高效学无机环境与生物群落之间的碳循环形式： CO2生物群落中的主要存在形式：2.碳循环碳循环无机环境中的存在形式：CO2和碳酸盐有机物无机环境无机环境生物群落生物群落C 高中生
4、物高效学3.碳循环过程碳循环过程(1)碳进入生物群落的途径：碳进入生物群落的途径：生产者的光合作用和化能合成作用生产者的光合作用和化能合成作用 无无 机机 环环 境境生产者生产者 消费者消费者光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 同化作用同化作用（捕（捕 食）食）分解者分解者分分解解作作用用煤、石油煤、石油燃燃烧烧（有机物有机物）（有机物有机物）（CO2） 食物链食物链同化作用同化作用同化作用同化作用 高中生物高效学(2)碳返回无机环境的途径：碳返回无机环境的途径：生产者、消费者呼吸作用生产者、消费者呼吸作用分解者分解作用分解者分解作用化学燃料燃烧化学燃料燃烧 无无 机机 环环 境
5、境生产者生产者 消费者消费者光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 同化作用同化作用（捕（捕 食）食）分解者分解者呼呼吸吸作作用用煤、石油煤、石油燃燃烧烧（有机物有机物）（有机物有机物）（CO2） 食物链食物链同化作用同化作用同化作用同化作用 高中生物高效学(3)温室效原因：温室效原因：化学燃料大量燃烧化学燃料大量燃烧 植被破坏植被破坏 无无 机机 环环 境境生产者生产者 消费者消费者光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 同化作用同化作用（捕（捕 食）食）分解者分解者分分解解作作用用煤、石油煤、石油燃燃烧烧（有机物有机物）（有机物有机物）（CO2） 食物链食物链同化作用同
6、化作用同化作用同化作用C 输出输出 C 输入输入 高中生物高效学一一中间营养级（消费者）能量去路分析中间营养级（消费者）能量去路分析重难点梳理重难点梳理 消费者摄入量消费者摄入量消费者同化量消费者同化量粪便量（粪便量（未同化量未同化量），）， 注：注：a动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，动物粪便中能量不属于该营养级同化能量， 应为上一个营养级固定或同化量。应为上一个营养级固定或同化量。 b动物尿液中能量（如尿素中能量）为动物同化量动物尿液中能量（如尿素中能量）为动物同化量一部分。一部分。 高中生物高效学消费者同化量消费者同化量呼吸消耗量呼吸消耗量生长、发育和繁殖的生长、发育和繁殖的能量（能
7、量（净同化量：储存于生物体有机物中能量）。生长、发育和繁殖的能量生长、发育和繁殖的能量分解利用量分解利用量下一营养下一营养级同化量级同化量未被利用量（未被利用量（定时分析含有）。）。若是生产者，无摄入量，固定的太阳能为同化量若是生产者，无摄入量，固定的太阳能为同化量若是最高营养级，无流入下一营养级去路若是最高营养级，无流入下一营养级去路 高中生物高效学 巧用拼图法解决能量流动计算难点巧用拼图法解决能量流动计算难点输入第一营养级的能量输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分
8、，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1C1D1)。而后一。而后一部分能量中，包括现存的植物体部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的、流向分解者的C1流向流向下一营养级的下一营养级的D1，如下图所示：，如下图所示： 高中生物高效学(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量， 即即W1。将将 图中第三营养级同化的总能量图中第三营养级同化的总能量D2“拼回拼回”第二营养级，则刚好等第二营养级，则刚好等于于D1，即第二营养级同化的总能量；再将，即第二营养级同化的总能量；再将D1 “拼回拼回”第一营养级，第
9、一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个生态系统中，。可见，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自所有生物的总能量都来自W1 ，所有生物总能量之和都小于，所有生物总能量之和都小于W1(呼呼吸作用消耗的缘故吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于级向第二营养级能量的传递效率等于 D1 W1 100%，一般情，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%20%。 高中生物高效学2.2.能量
10、流动特点及原因能量流动特点及原因（1 1）单向流动）单向流动能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆的。各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落反复利用，因此能量流动无法循环。（2）逐级递减）逐级递减各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。各营养级的能量都会有一部分流向分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。 高中生物高效学能量金字塔能量金字塔 数量金字塔数量金字塔 生物量金字塔生物量金字塔形状形状特点特点正金字塔形正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形象征象征含义含义能量沿食物链流动能量沿食物链流动过
11、程中具有逐级递过程中具有逐级递减的特性减的特性一般生物个体数目在一般生物个体数目在食物链中随营养级升食物链中随营养级升高而逐级递减高而逐级递减一般生物有机物的总一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐质量沿食物链升高逐级递减级递减每一阶每一阶含义含义每一营养级生物所每一营养级生物所含能量的多少含能量的多少每一营养级生物个体每一营养级生物个体的数目的数目每一营养级生物的有每一营养级生物的有机物总量机物总量特殊特殊形状形状无无极少极少3.3.流动模型流动模型：生态金字塔 高中生物高效学能量传递效率：能量传递效率：（1）相邻营养级的能量传递效率：10%-20%能量传递效率=下一营养级同化量上一营养级同化
12、量x100%4.能量利用效率：能量利用效率： 可以利用的能量占生物总能量的比值可以利用的能量占生物总能量的比值。 通常考虑的是流入人体中能量占生产者能量比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量比值，或考虑分解者的参与，以实现能量多级利用。提高能量利用效率不等于提高能量传递效率提高能量利用效率不等于提高能量传递效率 高中生物高效学能量传递效率未知时：能量传递效率未知时：已确定营养级间能量传递效率的，不能按已确定营养级间能量传递效率的，不能按 “ “最值最值”法计算。法计算。 例如：能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M*a%*b%*c%。已知已知问题问题思路求解思
13、路求解D D净增重净增重M M至少需要至少需要A A的量的量Y YY Y(20%)(20%)3 3M M最多需要最多需要A A的量的量Y YY Y(10%)(10%)3 3M MA A净增重净增重N ND D最多增重的量最多增重的量Y YN N(20%)(20%)3 3Y YD D至少增重的量至少增重的量Y YN N(10%)(10%)3 3Y Y（2）食物链中能量的最值计算设食物链为A B C D，分情况讨论： 高中生物高效学(3)在食物网中分析在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率约为食物链，能量传递效
14、率约为10%20%，一般从两个方，一般从两个方面考虑：面考虑： 高中生物高效学5 5 能量流动和物质循环的相互关系能量流动和物质循环的相互关系（1 1）联系：同时进行，相互依存，不可分割）联系：同时进行，相互依存，不可分割生生产产者者初初级级消消费费者者次次级级消消费费者者分分 解解 者者CO2光光光合光合作用作用热能热能有机物有机物化学能化学能有机物有机物化学能化学能分解作用分解作用呼呼 吸吸 作作 用用 高中生物高效学能量流动能量流动物质循环物质循环形式形式过程过程范围范围特点特点沿食物链（网）单向沿食物链（网）单向流动流动 生态系统各营养级生态系统各营养级单向流动，逐级递减单向流动，逐级递减在无机环境与生物群落之在无机环境与生物群落之间反复循环间反复循环 生物圈生物圈 反复循环反复循环（2 2）区别）区别光能光能化学能化学能热能热能化学元素形式流动化学元素形式流动能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解能量的固定、转移、释放离不开物质的合成和分解物质是能量沿食物链物质是能量沿食物链(网网)流动的载体流动的载体能量是物质在生态系统中往复循环的动力能量是物质在生态系统中往复循环的动力