1、生态系统中的能量流动
(1)概念:生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
(2)过程溢价能力:见下图。
(3)分析:
◆输入途径:主要是生产者的光合作用。
◆起点:从生产者固定太阳能开始,流经一个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。
◆渠道:哈卡斯人食物链和食物网。
◆能量流动中能量形式的变化:太阳光能→生物体有机物中的化学能→热能(最终散失)
◆能量在食物链(网)中流动形式:有机物中的化学能。 ◆能量散失的主要途径:细胞呼吸(包括各营养级生物本身的呼吸及分解者的呼吸)
◆能量散失的形式:热能(呼吸作用产生)
2、能量在流经每一营养级时的分流问题:
(1)能量来源
①生产者的能量来自太阳能。
②各营养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
①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,另一部分以热能形式散失。
②每个营养级生物有一部分能量流到后一个营养级(注意:最高营养级无此途径)。
③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。
④未被利用的能量(储存在煤炭、石油或化石中的能量,最终去路是上述三个途径)
(3)流入某一营养级的能量来源和去路图解
3、能量流动特点:
★单向流动:生态系统内的能量只能从第一营养级流向第二营养级,再依次流向下一个营养级,不能逆向流动,也不能循环流动。
★逐级递减:能量在沿食物链流动的过程中,逐级减少,能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%-20%。
单向流动原因:
①在食物链中,相邻营养级生物吃与被吃的关系不可逆转。
②各营养级的能量大部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉,这些能量是无法再利用的。
逐级递减原因:
①每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。
②每个营养级中的能量都要有一部分流入分解者。
③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。
【提醒】上一个营养级未散失的能量是否能全部传递到下一个营养级?为什么?
◆捕食不彻底:当动物体在捕食猎物时,由于相互之间经过长期的自然选择,捕食者能够捕食到猎物,但不可能将其种中的全部个体捕食。
◆摄食不彻底:当动物捕食成功后,在取食对方时,也不可能将对方的所有有机物全部吃下。
◆消化不彻底:当动物将食物摄取到消化道中之后,也不可能将其中的全部营养都能吸收。
【特别提示】
(1)能量传递效率的计算
如某食物链中,生物A到生物B的能量传递效率为:。
若在食物网中,则A传递给下一个营养级的的能量传递效率为:。
(2)一条食物链中营养级一般不超过4-5个。原因是:能量传递效率为10%-20%,传到第4-5营养级时,能量已经很少了,再往下传递不足以维持一个营养级。
4、能量金字塔
(1)概念:各个营养级单位时间内所得到的能量 数值,由低到高绘制成图,可形成一个金字塔图形,叫做能量金字塔。
(2)意义:从能量金字塔可以看出,在一个生态系统中,营养级越多,能量流动过程中消耗的能量就越多。生态系统中的能量流动一般不超过4~5个营养级。
补充:其他金字塔
(1)数量金字塔:每一层表示各个营养级生物的个体数。一般呈金字塔形。
(2)生物量金字塔:每一层表示各个营养级生物的质量。一般呈金字塔形。
【特别提示】
用数量金字塔或生物量金字塔来表示能量关系时,有时会出现倒置的情况(如下图):
5、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,使能量得到最有效的利用。
★可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。如农田生态系统中,必须清除杂草、防治农作物的病虫害。
6、能量流动类题例解
(1)、考察能量流动特点
例1、一个池塘有生产者(浮游植物)、初级消费者(植食性鱼类)、次级消费者(肉食性鱼类)、分解者(微生物)。其中生产者固定的全部能量为a,流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d,下列表述正确的是 :( )
A.a=b+d B.a>b+d C.a<b+d D.a<c+d
【解析】一个生态系统中,流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。该生态系统中生产者固定的全部能量是a,即流经该系统的各个营养级的总能量是a,数值是最大的。此能量去路:①一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失到环境中;②一部分用于自身的生长、发育、繁殖;③在后一部分能量中,一部分随植物遗体和残枝败叶等被分解者分解释放出来,还有一部分沿着食物链流入初级消费者,除小部分能量随动物粪便排出体外,其余被初级消费者同化。能量依次沿食物链单向流动、逐级递减传递下去。根据题意应有a>b+c+d,所以a>b+d
【答案】B
(2)、能量传递中的“至少”和“最多”
例2、如图食物网,鹰的体重增加20克,至少消耗植物?最多消耗植物?
【解析】:
①至少消耗植物应按照最短食物链:植物→鼠→鹰和最大能量传递效率马未都说玉20%计算。所以20克/(20%)2=500克
②最多消耗植物应按照最长食物链:植物→鼠→蛇→鹰和最小能量传递效率10%计算。所以20克/(10%)3=20000克
【答案】至少消耗植物500克,最多消耗植物20000克.
(3)、食物网中未按比例的传递效率计算
例3、如图表示某生态系统食物网的图解,猫头鹰体重每增加1kg,至少消耗A约( )千克。
A.100kg B.44.5kg C.25kg D.15kg
【解析】根据题干,未标明每条食物链在能量传递过程中所占的比例,要求至少消耗A为多少,计算是应遵循①按照最短的食物链②按照最大能量传递效率。所以A→B→猫头鹰,当猫头鹰体重增加1kg,(海参圈1kg水下皇陵÷20℅)÷20℅=25kg
【答案】C
(4)、食物网中的每条食物链涉及到比例分配
例4、如图为某生态系统中食物网简图,图中甲——庚代表各种不同的生物。 已知各营养级之间的能量转化效率为10%,若一种生物摄食两种下一营养级的生物,且它们被摄食的生物量相等,则丁每增加10千克生物量,需消耗生产者( )千克。
A.1000kg B.2344.5kg C.265kg D.3250kg
【解析】根据题干,①各营养级之间的能量转化效率为10%;②若一种生物摄食两种下一营养级的生物,则它们被摄食的生物量相等;如图我们可以得到三条食物链:
①戊→庚→丁
②戊→甲→丁
③戊→己→甲→丁
当丁增加10千克生物量,应有5千克来自庚,5千克来自甲。则消耗庚和甲各50千克,由①戊→庚→丁,此时消耗戊500千克。甲增重50千克,其中25千克来自戊,由②戊→甲→丁,此时消耗戊250千克;还有25千克来源于己,由③戊→己→甲→丁,消耗戊2500千克。共500+250+2500=3250千克。
【答案】D
(5)、关于传递效率中的函数关系
例5、在下右图食物网中a表示动物性食物所占比例,若要使鸟体重增加x,至少需要生产者量为y,那么x与y的关系可表示为:( )
A. y=90ax+10a B.y=25ax+5a
C. y=20ax+5a D.y=100ax+10a
【解析】该题中有两条食物链:①草→鸟 ②草→虫→鸟。其中动物性食物所占比例为a,则草→虫→鸟中,至少需要生产者=(ax÷20%)÷20%=25ax,在草→鸟中,a(1-x)÷20%= 5a-5ax。则y=20ax+5a突厥语
【答案】C
(6)、能量流动在生态系统中的图解
例6、下图为生态系统中能量流动图解部分示意图,①②③④各代表一定的能量值,下列各项中正确的是:( )
A.①表示流经生态系统内部的总能量
B.一般情况下,③增加1Kg,①至少增加100Kg
C.生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转,所以能量流动具单向性
D.从能量关系看②≥③+④
【解析】能量在生态系统内是单向流动的,每个营养级都要消耗约80%~90%的能量。因此,能量流动是逐级递减的,生态系统只有不断地从外界获取能量(太阳能),能量流动才能持续下去。流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量,而不是①。③增加1Kg,按照最大能量传递效率20%计算①至少增加25Kg.。从能量关系看②>③+④。