必修部分 第八章 第三节 二生态系统的能量流动、物质循环和稳定性.ppt
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1、一、生态系统的能量流动一、生态系统的能量流动1.概念:概念:生态系统中能量的生态系统中能量的 的过程。的过程。2.起点:起点:从从 开始。开始。3.数量:数量:流经生态系统的总能量流经生态系统的总能量 是是 。输入、传递和散失输入、传递和散失生产者固定太阳能生产者固定太阳能生产者固定太阳能的总量生产者固定太阳能的总量4.各营养级中能量流动的情况各营养级中能量流动的情况(1)来源来源(2)去路去路生产者的能量来自生产者的能量来自消费者的能量来自消费者的能量来自太阳光太阳光上一个营养级上一个营养级 消耗:生命活动消耗能量消耗:生命活动消耗能量遗体、残枝败叶等被遗体、残枝败叶等被 所利用所利用流入流
2、入呼吸呼吸分解者分解者下一个营养级下一个营养级5.特点:特点:,传递效率约为,传递效率约为 。6.研究目的:研究目的:可以帮助人们合理地调整生态系统中能量流可以帮助人们合理地调整生态系统中能量流 动关系,使能量持续高效地流向动关系,使能量持续高效地流向 。7.图解图解单向流动、逐级递减单向流动、逐级递减10%20%对人类最有益的部分对人类最有益的部分8.研究能量流动的意义研究能量流动的意义(1)合理地调整生态系统中的合理地调整生态系统中的 关系,使能量持续关系,使能量持续 高效地流向对高效地流向对 的部分。的部分。(2)实现对能量的实现对能量的 利用,提高能量的利用,提高能量的 。能量流动能量
3、流动人类最有益人类最有益多级多级利用效率利用效率二、生态系统的物质循环二、生态系统的物质循环1.物质循环的概念物质循环的概念(1)物质:组成生物体的物质:组成生物体的 等化学元素。等化学元素。(2)循环:无机环境循环:无机环境 。(3)范围:范围:。2.特点:特点:具有具有 ,又称生物地球化学循环;同时还,又称生物地球化学循环;同时还 具有具有 的特点。的特点。C、H、O、N生物群落生物群落生物圈生物圈全球性全球性循环流动循环流动3.碳循环碳循环(1)循环形式:主要是循环形式:主要是 。(2)循环过程:循环过程:(3)二氧化碳二氧化碳形成原因:形成原因:的大量燃烧的大量燃烧危害:加快极地冰川的
4、融化,导致海平面危害:加快极地冰川的融化,导致海平面 ,对对 生态系统和人类生存构成威胁生态系统和人类生存构成威胁化石燃料化石燃料上升上升陆地陆地4.能量流动和物质循环的关系能量流动和物质循环的关系 二者同时进行,彼此相互依存,不可分割;物质作二者同时进行,彼此相互依存,不可分割;物质作 为能量的为能量的 使能量沿着食物链使能量沿着食物链(网网)流动,能量作流动,能量作 为为 使物质能够不断地在生物群落和使物质能够不断地在生物群落和 之之 间循环往返。间循环往返。载体载体动力动力无机环境无机环境三、生物系统的稳定性三、生物系统的稳定性1.生态系统稳定性概念生态系统稳定性概念 指生态系统所具有的
5、指生态系统所具有的 或或 自身结构和功能自身结构和功能 的能力。的能力。保持保持恢复恢复相对稳定相对稳定2.生态系统稳定性类型生态系统稳定性类型(1)抵抗力稳定性抵抗力稳定性概念:生态系统概念:生态系统 并使自身结构和功能并使自身结构和功能 的能力的能力原理:生态系统内部具有一定的原理:生态系统内部具有一定的 能力。生能力。生 态系统的成分越单纯,营养结构越简单,自动态系统的成分越单纯,营养结构越简单,自动 调节能力就越调节能力就越 ,抵抗力稳定性就越低,反之亦然,抵抗力稳定性就越低,反之亦然举例:河流受到轻微污染时,能通过举例:河流受到轻微污染时,能通过 、和和 很快消除污染,从而使其中生很
6、快消除污染,从而使其中生 物种类与数量不会受到明显影响物种类与数量不会受到明显影响稳定性遭破坏的原因:稳定性遭破坏的原因:抵抗外界干扰抵抗外界干扰保持原状保持原状自动调节自动调节小小物理沉降物理沉降 化学分解化学分解微生物的分解微生物的分解自动调节能力有一定限度自动调节能力有一定限度(2)恢复力稳定性恢复力稳定性概念:生态系统在遭到概念:生态系统在遭到 的破坏以后的破坏以后 的能力的能力举例:草地发生火灾后,第二年又会长出茂密的举例:草地发生火灾后,第二年又会长出茂密的 草本植物,动物种类和数量也能很快恢复草本植物,动物种类和数量也能很快恢复外界干扰因素外界干扰因素恢复到原状恢复到原状1.能量
7、流动的内容能量流动的内容能量的输入、传递与散失能量的输入、传递与散失(1)生态系统中能量流动的源头是太阳能。生态系统中能量流动的源头是太阳能。(2)能量的输入能量的输入(太阳能太阳能 生物群落生物群落)相关生理过程:绿色植物的光合作用将太阳能转换相关生理过程:绿色植物的光合作用将太阳能转换 为化学能为化学能输入的总值:绿色植物通过光合作用固定的太阳能输入的总值:绿色植物通过光合作用固定的太阳能 的总值的总值(3)能量的传递能量的传递传递形式:以有机物为载体单向传递(凡传递传递形式:以有机物为载体单向传递(凡传递 有机物时,均有能量传递)有机物时,均有能量传递)传递渠道:食物链、食物网传递渠道:
8、食物链、食物网传传递递特特点点单向流动:食物链中,相邻营养级生物的捕单向流动:食物链中,相邻营养级生物的捕 食和被捕食关系为长期自然选择所形食和被捕食关系为长期自然选择所形 成,不可逆转,故能量不能倒流成,不可逆转,故能量不能倒流逐级递减:每个营养级的能量总有一部分不逐级递减:每个营养级的能量总有一部分不 能被下一个营养级利用(最终被分解者能被下一个营养级利用(最终被分解者 利用);每个营养级的生物都经自身的利用);每个营养级的生物都经自身的 细胞呼吸而消耗一部分能量(细胞呼吸而消耗一部分能量(ATP、热能)、热能)传递效率:传递效率:10%20%(4)能量的散失能量的散失散失形式:热能(对生
9、物群落而言,相当于能量输出)散失形式:热能(对生物群落而言,相当于能量输出)散失渠道:通过生产者、消费者、分解者的细胞呼吸散失渠道:通过生产者、消费者、分解者的细胞呼吸 分解有机物而产生的能量,一部分形成分解有机物而产生的能量,一部分形成ATP被被 生物利用,另一部分以热能形式散失到无机生物利用,另一部分以热能形式散失到无机 环境中环境中上述上述(1)(4)可表示为:可表示为:即能量变化形式为:即能量变化形式为:太阳能太阳能化学能化学能热能,而热能不能被生物群落重复热能,而热能不能被生物群落重复利用,即能量流动无法循环。利用,即能量流动无法循环。2.生态金字塔生态金字塔 不同的生态金字塔能形象
10、地说明各营养级与能量、生不同的生态金字塔能形象地说明各营养级与能量、生 物量、数量之间的关系,是定量研究生态系统的直观物量、数量之间的关系,是定量研究生态系统的直观 体现。体现。类类型型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“同化的同化的总总能量能量”各各营营养养级级生生物的物的“个个体数量体数量”各各营营养养级级“现现存生物的存生物的总质总质量量”类类型型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生物量金字塔金字塔形状形状图图形特点形特点一般呈正金一般呈正金字塔形字塔形一般呈正金一般呈正金字塔形字塔形一般呈正金一般呈正金
11、字塔形字塔形 类类型型项项目目能量能量金字塔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分析分析能量流能量流动动的的过过程中程中总总是是有能量的消有能量的消耗和散失,耗和散失,故能量流故能量流动动逐逐级递级递减减成千上万只成千上万只昆虫生活在昆虫生活在一棵大一棵大树树上上时时,该该数量数量金字塔的金字塔的图图形也会形也会发发生生变变化化浮游植物的个体浮游植物的个体小,寿命短,又小,寿命短,又不断被浮游不断被浮游动动物物吃掉,所以某一吃掉,所以某一时间时间浮游植物的浮游植物的生物量生物量(用用质质量来量来表示表示)可能低于浮可能低于浮游游动动物的生物量物的生物量 类类型型项项目目能量金字塔
12、能量金字塔数量数量金字塔金字塔生物量生物量金字塔金字塔特点特点能能较较好地反映生好地反映生态态系系统统内能量流内能量流动动的本的本质质,更加,更加客客观观、全面、全面易易过过高高估估计计小小型型动动物物的作用的作用易易过过高估高估计计大型大型动动物的物的作用作用 在人工生态系统中因能量可以人为补充,可能会在人工生态系统中因能量可以人为补充,可能会使能量金字塔呈现倒置情况。如人工鱼塘中生产者的能使能量金字塔呈现倒置情况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费者量未必比消费者(鱼鱼)多。自然生态系统则必须当能量状多。自然生态系统则必须当能量状况表现为正金字塔形状时,方可维持生态系统的正常运况表现为正金
13、字塔形状时,方可维持生态系统的正常运转,从而维持生态系统的稳定性。转,从而维持生态系统的稳定性。(2009全国卷全国卷)某种植玉米的农场,其收获的某种植玉米的农场,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、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,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。据此回答沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空不考虑空间因素间因素):(1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食
14、物网:请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网:(2)牛与鸡之间牛与鸡之间(有、无有、无)竞争关系,理由是竞争关系,理由是 。人与鸡的种间关系是人与鸡的种间关系是,人与牛的种间关系是,人与牛的种间关系是。(3)流经该农场生态系统的总能量来自流经该农场生态系统的总能量来自所固定的所固定的,无机环境中的碳以,无机环境中的碳以形式进入该人工群落。形式进入该人工群落。(4)假设该农场将生产玉米的假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡,作为饲料养鸡,2/3供人食供人食用,生产出的鸡供人食用。现调整为用,生产出的鸡供人食用。现调整为2/3的玉米养鸡,的玉米养鸡,1/3供人食用,生产出的鸡仍供人食用。理论上,
15、该农场供养供人食用,生产出的鸡仍供人食用。理论上,该农场供养的人数将会的人数将会(增多、不变、减少增多、不变、减少),理由是,理由是 。解题指导解题指导(1)由题干信息可知:玉米、鸡、牛、人之间由题干信息可知:玉米、鸡、牛、人之间的食物关系为:玉米鸡牛人的食物关系为:玉米鸡牛人(2)因人与鸡均食用玉米子粒,而牛食用玉米秸秆,且人还因人与鸡均食用玉米子粒,而牛食用玉米秸秆,且人还食用鸡和牛,故人与鸡的种间关系为竞争和捕食,人与牛食用鸡和牛,故人与鸡的种间关系为竞争和捕食,人与牛的种间关系为捕食,而牛与鸡之间无竞争关系。的种间关系为捕食,而牛与鸡之间无竞争关系。(3)该农场生态系统中的生产者为玉米
16、,生产者该农场生态系统中的生产者为玉米,生产者(玉米玉米)固定的太阳能为流经生态系统的总能量。固定的太阳能为流经生态系统的总能量。(4)食物链越长,能量沿食物链流动时损耗越多,高营食物链越长,能量沿食物链流动时损耗越多,高营养级获得的能量也就越少。改变用途的养级获得的能量也就越少。改变用途的1/3玉米中的玉米中的能量流入人体内所经过的食物链延长,故人获得的总能量流入人体内所经过的食物链延长,故人获得的总能量将减少。能量将减少。答案答案(1)(2)无它们所需食物资源不同无它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、鸡吃或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒玉米子粒)捕食与竞争捕食捕食与竞争捕食(3)玉米太阳能玉
17、米太阳能CO2(4)减少改变用途的减少改变用途的1/3玉米被鸡食用后,在鸡这一环玉米被鸡食用后,在鸡这一环节散失了一部分能量,导致人获得的能量减少节散失了一部分能量,导致人获得的能量减少能量流经第二营养级时的分流情况能量流经第二营养级时的分流情况1.(2010南通调研南通调研)下图表示某草原生态系统中能量流动下图表示某草原生态系统中能量流动 图解,图解,表示相关过程能量流动量。下列有关表示相关过程能量流动量。下列有关 叙述正确的是叙述正确的是 ()A.是流入该生态系统的总能量是流入该生态系统的总能量B.分解者获得的能量最少分解者获得的能量最少C.图中图中/的比值代表草的比值代表草兔的能量传递效
18、率兔的能量传递效率D.和和分别属于草和兔同化量的一部分分别属于草和兔同化量的一部分解析:解析:过程过程表示草同化的能量流向下一营养级表示草同化的能量流向下一营养级兔;兔;图中图中/的比值代表兔的比值代表兔狐的能量传递效率;兔子粪狐的能量传递效率;兔子粪便中的能量是草同化的能量;在一个生态系统中分解者便中的能量是草同化的能量;在一个生态系统中分解者获得的能量多少不能确定。获得的能量多少不能确定。答案:答案:D1.对物质循环的分析对物质循环的分析物物质质是指是指组组成生物体的化学元素,而不是由成生物体的化学元素,而不是由这这些些元素元素组组成的成的单质单质或化合物或化合物循循环环过过程程是指在生物
19、群落和无机是指在生物群落和无机环环境之境之间间的反复运的反复运动动范范围围生物圈生物圈形式形式生物群落与无机生物群落与无机环环境境间间:无机物:无机物生物群落内:有机物生物群落内:有机物动动力力能量能量特点特点全球性、循全球性、循环环性性关关键键生生物物类类群群生生产产者:物者:物质质、能量、能量输输入入分解者:物分解者:物质质、能量、能量输输出出2.实例实例碳循环碳循环(1)过程过程(2)图解说明图解说明 大气中的碳元素进入生物群落,是通过植物的光大气中的碳元素进入生物群落,是通过植物的光 合作用或微生物的化能合成作用完成的。合作用或微生物的化能合成作用完成的。碳在生物群落与无机环境之间循环
20、的主要形式是碳在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是 CO2;在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进;在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进 行,传递形式为有机物。行,传递形式为有机物。大气中大气中CO2的主要来源的主要来源煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧,使大气中煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧,使大气中的的CO2浓度增高,是形成浓度增高,是形成“温室效应温室效应”的最主要原因。的最主要原因。分解者的分解作用分解者的分解作用动植物的呼吸作用动植物的呼吸作用化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧3.物质循环和能量流动的关系物质循环和能量流动的关系项项目目能量流能量流动动物物质质循循环环形式形式以有
21、机物以有机物为载为载体体无机物无机物特点特点单单向流向流动动、逐、逐级递级递减减循循环环往复往复范范围围食物食物链链中的各中的各营营养养级级之之间间生物圈生物圈(全球性全球性)项项目目能量流能量流动动物物质质循循环环联联系系同同时进时进行、相互依存,不可分割行、相互依存,不可分割物物质质是能量沿食物是能量沿食物链链(网网)流流动动的的载载体体能量是物能量是物质质在生在生态态系系统统中循中循环环往复的往复的动动力力 大气中大气中CO2、SO2通过物质循环过程进入生物群落通过物质循环过程进入生物群落时,均可直接进入生产者,而时,均可直接进入生产者,而N2不可直接被生产者利用,不可直接被生产者利用,
22、N2需经以生物固氮为主的固氮作用形成固氮产物后,方需经以生物固氮为主的固氮作用形成固氮产物后,方可被生产者利用。可被生产者利用。(2009重庆高考重庆高考)下图是某森林生态系统物质和下图是某森林生态系统物质和能量流向示意图,能量流向示意图,h、i、j、k表示不同用途的有机物表示不同用途的有机物(j是是未利用部分未利用部分),方框大小表示使用量,下列叙述正确的,方框大小表示使用量,下列叙述正确的是是 ()A.进入该生态系统的进入该生态系统的CO2量与各量与各h产生的产生的CO2总量相等总量相等B.生产者中生产者中i的量大于被初级消费者同化的有机物的量的量大于被初级消费者同化的有机物的量C.流向分
23、解者的流向分解者的k可被生产者直接吸收利用可被生产者直接吸收利用D.流经该生态系统的物质和能量可循环利用流经该生态系统的物质和能量可循环利用解题指导解题指导选选 h是该营养级通过呼吸散失的能量,是该营养级通过呼吸散失的能量,i及其它中的一部分是流入到下一营养级的能量,及其它中的一部分是流入到下一营养级的能量,k是流向是流向分解者体内的能量。进入该生态系统的分解者体内的能量。进入该生态系统的CO2量大于各量大于各h产产生的生的CO2总量;流向分解者体内的能量不能被生产者吸收总量;流向分解者体内的能量不能被生产者吸收利用;流经该生态系统的物质是循环的,而能量是单向利用;流经该生态系统的物质是循环的
24、,而能量是单向流动,不可循环的。流动,不可循环的。B绘制能量流动与物质循环图的要点绘制能量流动与物质循环图的要点 由于物质在生物群落内部可循环流动反复利用,而由于物质在生物群落内部可循环流动反复利用,而能量只能是单向流动,因而在生态系统内部绘制能量流能量只能是单向流动,因而在生态系统内部绘制能量流动图时,生产者只有来自太阳能的箭头,不会有消费者动图时,生产者只有来自太阳能的箭头,不会有消费者及分解者或无机环境传来的能量,只有当论及物质循环及分解者或无机环境传来的能量,只有当论及物质循环时,才可能存在时,才可能存在“相互传递相互传递”的的“箭头箭头”。另外,只要两者。另外,只要两者之间有有机物传
25、递,便伴随着能量的传递,若传递的是之间有有机物传递,便伴随着能量的传递,若传递的是无机物则不包含能量无机物则不包含能量(此时所需能量不在无机物中此时所需能量不在无机物中)的传递,的传递,仅表示物质循环。仅表示物质循环。2.分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图,分析以下生态系统的能量流动和物质循环的关系简图,不能得到的结论是不能得到的结论是 ().A.能量能量的总和一定小于生产者所固定的太阳的总和一定小于生产者所固定的太阳能能 总量总量B.生物圈的物质是自给自足的;能量是需要不断补充的生物圈的物质是自给自足的;能量是需要不断补充的C.D中包含的生物可能处于食物链的最高营养级中包含的生物
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