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1、生态系统的功能能量流动和物质循环第1页，本讲稿共23页1能量流动的过程(1)概念：生态系统中能量的生态系统中能量的_、_、_和和_的过的过程。程。考点考点1 1生态系统的能量流动生态系统的能量流动(5(5年年1717考考)输输入入转转化化传递传递散失散失第2页，本讲稿共23页 (2)(2)(2)(2)、图解、图解、图解、图解 传递过程，见下图。传递过程，见下图。传递过程，见下图。传递过程，见下图。能量流动的源头能量流动的源头能量流动的源头能量流动的源头太阳能。太阳能。太阳能。太阳能。能量转化：太阳能能量转化：太阳能能量转化：太阳能能量转化：太阳能有机物中的有机物中的有机物中的有机物中的热能热能
2、热能热能(最终散失最终散失最终散失最终散失)。流动形式：有机物中的。流动形式：有机物中的。流动形式：有机物中的。流动形式：有机物中的。散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。的呼吸作用。的呼吸作用。的呼吸作用。能量散失的形式：。能量散失的形式：。能量散失的形式：。能量散失的形式：。箭头由粗到细：表示流入下一营养级的能量。箭头由粗到细：表示流入下一营养级的能量。箭头由粗到细：表示流入下一营养级的
3、能量。箭头由粗到细：表示流入下一营养级的能量。随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。化学能化学能化学能化学能化学能化学能化学能化学能热能热能热能热能逐级递减逐级递减逐级递减逐级递减第3页，本讲稿共23页消费者消费者消费者消费者摄入能量摄入能量摄入能量摄入能量(a)(a)(a)(a)消费者同化能量消费者同化能量消费者同化能量消费者同化能量(b)(b)(b)(b)粪便中能量粪便中能量粪便中能量粪便中能量(c)(c)(c)(c)，即即即即动物粪便中的能量不
4、动物粪便中的能量不动物粪便中的能量不动物粪便中的能量不属于该营养级同化的属于该营养级同化的属于该营养级同化的属于该营养级同化的能量，应为上一个营能量，应为上一个营能量，应为上一个营能量，应为上一个营养级固定或同化的能养级固定或同化的能养级固定或同化的能养级固定或同化的能量。量。量。量。即即输入量输入量=同化量同化量=摄摄入量入量粪便量粪便量2 2、能量流经第二营养级示意图分析、能量流经第二营养级示意图分析第4页，本讲稿共23页 消费者消费者消费者消费者同化能量同化能量同化能量同化能量(b)(b)(b)(b)呼吸消耗呼吸消耗呼吸消耗呼吸消耗(d)(d)(d)(d)生长、生长、生长、生长、发育和繁
5、殖发育和繁殖发育和繁殖发育和繁殖(e)(e)(e)(e)生长、发育和繁殖生长、发育和繁殖生长、发育和繁殖生长、发育和繁殖(e)(e)(e)(e)分解者分解利用分解者分解利用分解者分解利用分解者分解利用(f)(f)(f)(f)下一营养级同化下一营养级同化下一营养级同化下一营养级同化(i)(i)(i)(i)未被利用未被利用未被利用未被利用(j)(j)(j)(j)，即消费，即消费，即消费，即消费者同化能量若为两部分之者同化能量若为两部分之者同化能量若为两部分之者同化能量若为两部分之和是和是和是和是b b b bd d d de e e e；若为四部；若为四部；若为四部；若为四部分之和是分之和是分之和
6、是分之和是b b b bd d d df f f fi i i ij j j j。第5页，本讲稿共23页3 3、每一营养级能量来源与去路的总结、每一营养级能量来源与去路的总结第6页，本讲稿共23页 4 4 4 4、能量流动特点及原因、能量流动特点及原因、能量流动特点及原因、能量流动特点及原因 单向流动单向流动捕食关系是长期自然选择的结果，不能捕食关系是长期自然选择的结果，不能“逆转逆转”；散；散失的热能不能利用，无法失的热能不能利用，无法“循环循环”。逐级递减逐级递减自身呼吸消耗分解者分解未被利用自身呼吸消耗分解者分解未被利用 5 5 5 5、能量传递效率、能量传递效率、能量传递效率、能量传递
7、效率 能量传递效率下一营养级的能量传递效率下一营养级的同化量同化量/上一营养级的上一营养级的同化量同化量 100%100%一般说来，能量传递的平均效率大约为一般说来，能量传递的平均效率大约为10%10%20%20%。提醒提醒同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，不涉及及“最多最多”、“最少最少”，计算时不能按，计算时不能按10%10%或或20%20%，而需按具体数值计算，而需按具体数值计算，如在食物链如在食物链ABCDABCD中，能量传递效率分别为中，能量传递效率分别为a%a%、b%b%、c%c%，若，若A A的能量的能量为为M M，则
8、，则D D的能量为的能量为Ma%b%c%Ma%b%c%。第7页，本讲稿共23页 6 6 6 6能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔 不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。项项目目 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含含义义各各营营养养级级固定的固定的总总能量能量每一每一营营养养级级生物个生物个体的数量体的数量每一每
9、一营营养养级现级现存生物的存生物的总质总质量量形状形状特点特点呈正金字塔形呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形一般呈正金字塔形分析分析能量流能量流动动的的过过程程中中总总是有能量的是有能量的消耗散失消耗散失一株大树上，鸟、一株大树上，鸟、虫、树的数量金字虫、树的数量金字塔的塔形会发生塔的塔形会发生倒置倒置浮游植物的个体小浮游植物的个体小,寿命短寿命短,又不断被浮游动物吃掉又不断被浮游动物吃掉,所以所以某一时间浮游植物的生物量某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示用质量来表示)可能可能低于浮游动物的生低于浮游动物的生物量物量第8页，本讲稿共23页 1 1 1 1如图为某生
10、态系统中能量流动图解部分示意图，如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项中正确的是各代表一定的能量值，下列各项中正确的是各代表一定的能量值，下列各项中正确的是各代表一定的能量值，下列各项中正确的是()A A A A表示流经生态系统内部的总能量表示流经生态系统内部的总能量表示流经生态系统内部的总能量表示流经生态系统内部的总能量 B B B B一般情况下，次级消费者增加一般情况下，次级消费者增加一般情况下，次级消费者增加一般情况下，次级消费者增加1 kg1 kg1 kg1 kg，生产者
11、至少增加，生产者至少增加，生产者至少增加，生产者至少增加100 kg100 kg100 kg100 kg C C C C生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动生物与生物之间吃与被吃的关系一般不可逆转，所以能量流动具有单向性具有单向性具有单向性具有单向性 D D D D从能量关系看从能量关系看从能量关系看从能量关系看 答案答案C C第9页，本讲稿共23页7、能量流动的意义帮助人们科学规划、设计 ，使能量得到最有效的利用。帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续
12、高效地流向 的部分。人工生人工生态态系系统统对对人人类类最有益最有益第10页，本讲稿共23页易错点1错将“相邻两营养级”的传递效率等同于“相邻两个生物个体”间的传递效率点拨能量传递效率是指“相邻两营养级相邻两营养级”间的传递效率，即下一营养级全部生物同化量/上一营养级全部生物同化量100%，而不是相邻营养级中个体间不是相邻营养级中个体间的传递效率，如“一只狼”捕获“一只狐”时，应获得了狐的“大部分能量”而不是获得“10%20%”的能量，“所有狼”可获得“所有狐”的能量才是10%20%第11页，本讲稿共23页易错点易错点2 2错将能量错将能量“传递效率传递效率”等同于等同于“能量利用效率能量利用
13、效率”或将能或将能量量“多级利用多级利用”看作能量看作能量“循环利用循环利用”(1)(1)能量传递效率：能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若以以“营养级营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%10%20%20%。其计算公式为能量传递效率。其计算公式为能量传递效率(下一营养级同化量下一营养级同化量/上一营上一营养级同化量养级同化量)100%)100%(2)(2)能量利用效率：能量利用效率：通常考虑的是流入人类可利用部分的能量通常考虑的是流入人类可利用部分的能量(即流即流入目标环
14、节的能量入目标环节的能量)占生产者能量的比值，生态工程中常通过建占生产者能量的比值，生态工程中常通过建“沼气池沼气池”“”“蘑菇房蘑菇房”等实现废物资源化，这就是提高了能等实现废物资源化，这就是提高了能量利用率。量利用率。“原料原料产品产品原料原料产品产品”的无废弃物生产模式正的无废弃物生产模式正是实现物质循环再生、能量多级利用的典型模式，该模式具有少消是实现物质循环再生、能量多级利用的典型模式，该模式具有少消耗、多效益、可持续的特点。耗、多效益、可持续的特点。提高了能量利用率，但并未提高能量提高了能量利用率，但并未提高能量“传递效率传递效率”。此外，能量流动永远是单向的、不循环的，能量最。此
15、外，能量流动永远是单向的、不循环的，能量最终均以热能形式散失于系统中，不能被终均以热能形式散失于系统中，不能被“循环利用循环利用”。第12页，本讲稿共23页 （1 1）计算）计算某一生物某一生物所获得的最多所获得的最多(最少最少)的能量规律的能量规律(设食物链为设食物链为ABCD)ABCD)：已知已知问题问题求解思路求解思路D D营养级净增重营养级净增重M M至少需要至少需要A A营养级多少营养级多少N N(20%)(20%)3 3M M最多需要最多需要A A营养级多少营养级多少N N(10%)(10%)3 3M MA A营养级净营养级净增重增重N ND D营养级最多增重多少营养级最多增重多少
16、N N(20%)(20%)3 3M MD D营养级至少增重多少营养级至少增重多少N N(10%)(10%)3 3M M （2 2）涉及）涉及多条多条食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物食物链的能量流动计算时，若根据要求只能选择食物网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多网中的一条食物链，计算某一生物获得的最多(或最少或最少)的能量时，其规的能量时，其规律如下：律如下：生产者生产者 消费者消费者选最短食物链选最短食物链选最大传递效率选最大传递效率20%20%最少消耗最少消耗获得最多获得最多最多消耗最多消耗获得最少获得最少选最长食物链选最长食物链选最小传递效率选最小传递效率10%10%8
17、、与能量流动有关的计算第13页，本讲稿共23页2、某湖泊生态系统中有大型杂食性鱼类甲，其食物1/2 来自浮游植物乙，1/4 来自草食性鱼类丙，1/4 来自以草食性鱼类为食的小型肉食性鱼类丁。下列叙述中错误的是()A甲和丁存在着竞争关系B从理论上计算，甲每增加 1 kg 体重，最少需要乙提供360 kg 的物质C若湖泊中受到 DDT 污染，则 DDT 浓度最低的生物是乙D此食物网中占有三个营养级的生物是甲答案：B第14页，本讲稿共23页1 1生态系统的物质循环生态系统的物质循环考点考点2 2生态系统的物质循环生态系统的物质循环(5(5年年9 9考考)第15页，本讲稿共23页意义意义：通过能量流动
18、和物质循环使生态系统中的各种组成成：通过能量流动和物质循环使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。2 2、实例、实例碳循环碳循环(1)碳在无机环境中的存在形式：碳在无机环境中的存在形式：_和碳酸盐。和碳酸盐。(2)过程及解读过程及解读CO2a a a a、大气中的碳元素进入生物群落，是、大气中的碳元素进入生物群落，是、大气中的碳元素进入生物群落，是、大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用通过植物的光合作用通过植物的光合作用通过植物的光合作用(主主主主要途径要途径要途径要途径)或硝化细菌等的化能合成作用完成的或硝化细菌等的化能
19、合成作用完成的或硝化细菌等的化能合成作用完成的或硝化细菌等的化能合成作用完成的。第16页，本讲稿共23页 b b b b、碳元素在生物群落与无机环境之间循环的、碳元素在生物群落与无机环境之间循环的、碳元素在生物群落与无机环境之间循环的、碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是主要形式是主要形式是主要形式是COCOCOCO2 2 2 2；碳；碳；碳；碳元素在生物群落中的传递元素在生物群落中的传递元素在生物群落中的传递元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为主要沿食物链和食物网进行，传递形式为主要沿食物链和食物网进行，传递形式为主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。有
20、机物。有机物。有机物。c c c c、大气中、大气中、大气中、大气中COCOCOCO2 2 2 2的主要来源的主要来源的主要来源的主要来源 d d d d、碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机、碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机、碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机、碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。(判断成分的依据判断成分的依据判断成分的依据判
21、断成分的依据)分解者的分解作用分解者的分解作用分解者的分解作用分解者的分解作用动植物的细胞呼吸动植物的细胞呼吸动植物的细胞呼吸动植物的细胞呼吸化学燃料的燃烧化学燃料的燃烧化学燃料的燃烧化学燃料的燃烧 3 3 3 3温室效应温室效应温室效应温室效应 成因成因成因成因 工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的释放大量的释放大量的释放大量的COCOCOCO2 2 2 2。第17页，本讲稿共23页 森林、草原等植被大面
22、积的破坏，大大降低了对大气中森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中COCOCOCO2 2 2 2的调的调的调的调节能力。节能力。节能力。节能力。危害危害危害危害 加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。构成威胁。构成威胁。构成威胁。缓解措施缓解措施缓解措施缓解措施 植树造林，增加绿地
23、面积。植树造林，增加绿地面积。植树造林，增加绿地面积。植树造林，增加绿地面积。开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。第18页，本讲稿共23页思维激活思维激活巧辨图形判断参与碳循环的四种成分：以下三幅图均为生态系巧辨图形判断参与碳循环的四种成分：以下三幅图均为生态系统物质循环常见图解，你能否辨认出各图中统物质循环常见图解，你能否辨认出各图中A AE E的成分类别？的成分类别？第19页，本讲稿共23页4、物物质质循循环环与能量流与能量流动动的关系的关系第20页，本讲稿共23页 能量流动与物质循环之间的
24、关系图解能量流动与物质循环之间的关系图解能量流动与物质循环之间的关系图解能量流动与物质循环之间的关系图解 （1 1 1 1）从图中可以看出，）从图中可以看出，）从图中可以看出，）从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量无机环境为生物成分提供物质和能量无机环境为生物成分提供物质和能量无机环境为生物成分提供物质和能量。（2 2 2 2）绿色植物同化的）绿色植物同化的）绿色植物同化的）绿色植物同化的COCOCOCO2 2 2 2等物质，大约等物质，大约等物质，大约等物质，大约90%90%90%90%需经分解者的分解作用返回需经分解者的分解作用返回需经分解者的分解作用返回需经分解者的分解作用返
25、回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。态系统中占有重要地位。态系统中占有重要地位。态系统中占有重要地位。第21页，本讲稿共23页 3 3如图是两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，这如图是两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，这两个生态系统分别是两个生态系统分别是()实验实验实验实验 “土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用土壤微生物
26、的分解作用”的探究活动的探究活动的探究活动的探究活动 A AA A是热带草原，是热带草原，B B是热带雨林是热带雨林 B BA A是热带雨林，是热带雨林，B B是温带草原是温带草原 C CA A是冻土苔原，是冻土苔原，B B是热带雨林是热带雨林 D DA A是冻土苔原，是冻土苔原，B B是温带草原是温带草原 注意：注意：腐殖质是腐殖质是腐殖质是腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物残体。植物残体。植物残体。植物残体。腐殖质的量与矿质元素的
27、量成反比；腐殖质的量与矿质元素的量成反比；腐殖质的量与矿质元素的量成反比；腐殖质的量与矿质元素的量成反比；腐殖质的量主腐殖质的量主腐殖质的量主腐殖质的量主要取决于该环境的分解者的分解能力要取决于该环境的分解者的分解能力要取决于该环境的分解者的分解能力要取决于该环境的分解者的分解能力雨水充足、温度高的热带雨雨水充足、温度高的热带雨雨水充足、温度高的热带雨雨水充足、温度高的热带雨林微生物的分解能力最强；林微生物的分解能力最强；林微生物的分解能力最强；林微生物的分解能力最强；人为焚烧落叶层的主要目的是加速物质循人为焚烧落叶层的主要目的是加速物质循人为焚烧落叶层的主要目的是加速物质循人为焚烧落叶层的主
28、要目的是加速物质循环。环。环。环。答案答案答案答案C C第22页，本讲稿共23页实验假设实验假设实验假设实验假设案例案例案例案例1 1 1 1案例案例案例案例2 2 2 2微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解落叶使之腐烂微生物能分解淀粉微生物能分解淀粉微生物能分解淀粉微生物能分解淀粉实实实实验验验验设设设设计计计计实验组实验组实验组实验组对土壤高温处理对土壤高温处理对土壤高温处理对土壤高温处理A A A A杯中加入杯中加入杯中加入杯中加入30 mL30 mL30 mL30 mL土壤浸土壤浸土壤浸土壤浸出液出液出液出液对照组对照组对照组对照组对土壤
29、不做任何处理对土壤不做任何处理对土壤不做任何处理对土壤不做任何处理B B B B杯中加入杯中加入杯中加入杯中加入30 mL30 mL30 mL30 mL蒸馏水蒸馏水蒸馏水蒸馏水自变量自变量自变量自变量土壤中是否含微生物土壤中是否含微生物土壤中是否含微生物土壤中是否含微生物土壤中微生物的有无土壤中微生物的有无土壤中微生物的有无土壤中微生物的有无实验现象实验现象实验现象实验现象在相同时间内实验组落叶腐在相同时间内实验组落叶腐在相同时间内实验组落叶腐在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组烂程度小于对照组烂程度小于对照组烂程度小于对照组A A A AA A A A1 1 1 1不变蓝不变蓝不变蓝不变
30、蓝A A A A2 2 2 2产生砖红色产生砖红色产生砖红色产生砖红色沉淀沉淀沉淀沉淀B B B BB B B B1 1 1 1变蓝变蓝变蓝变蓝B B B B2 2 2 2不变色不变色不变色不变色结论分析结论分析结论分析结论分析微生物对落叶有分解作用微生物对落叶有分解作用微生物对落叶有分解作用微生物对落叶有分解作用土壤浸出液中的微生物土壤浸出液中的微生物土壤浸出液中的微生物土壤浸出液中的微生物能分解淀粉能分解淀粉能分解淀粉能分解淀粉(注：在注：在A A1 1、B B1 1中加入碘液，在中加入碘液，在A A2 2、B B2 2中加入斐林试剂中加入斐林试剂)“土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用土壤微生物的分解作用”的探究活动的探究活动的探究活动的探究活动过程过程第23页，本讲稿共23页