20.2 生态系统的能量流动-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第2节 生态系统的能量流动 2.1 能量流动的过程 1.能量流动的概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 2.能量流动的过程 （1）能量流经第二营养级的过程 ①输入一个营养级的能量： 指该营养级生物同化的能量，也就是摄入的能量（a）- 粪便中的能量（c）； ②流入某一营养级（最高营养级除外）的能量的去向： a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被利用的能量。 流经第二营养级及以后各营养级的能量的来源都是该营养级生物同化的有机物总量，去路有： ①自身呼吸消耗； ②流入下一营养级（最高营养级除外）； ③被分解者分解利用； ④未被利用的能量。 （2）能量流经生态系统的过程 ①能量流动的渠道是食物链和食物网； ②能量散失的途径是各种生物的呼吸作用（代谢过程）； ③流动过程中能量的转化是太阳能→有机物中的化学能→热能。 （3）能量的来源和去路 来源 ①第一营养级：主要是太阳能； ②其他营养级：从上一营养级通过摄食获取； ③分解者：各营养级生物的粪便、遗体残骸。 （2）去路 ①最高营养级：自身呼吸消耗；被分解者分解利用；未被利用的能量； ②其他营养级：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；未被利用的能量。 （3）从长远来看，生态系统中的能量最终都以热能形式散失。 ①整个生态系统能量的源头是太阳能，输入的起点是生产者固定的太阳能。 ②流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，而不是照射在所有植物体上的太阳能，因为有相当一部分的太阳辐射没有被生产者捕捉和固定。 ③流经某些人工生态系统（如人工鱼塘）的总能量除了生产者固定的太阳能外，还包括人工投喂的饲料等有机物中的能量。 ④能量最后以热能的形式回到无机环境中，包括各营养级生物的呼吸作用和分解者的呼吸作用。 2.2 能量流动的特点 1.单向流动 （1）表现：能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。 （2）原因 ①生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转； ②各营养级生物通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用， 因此能量流动无法循环。 2.逐级递减 （1）表现：相邻两个营养级能量传递效率（同化量的比值）大约为10%~20%。 （2）原因 ① 各营养级生物都会因为呼吸作用消耗大部分能量： ② 生产者的遗体、残枝败叶，消费者的遗体、粪便中的能量被分解者利用，经分解者的呼吸作用消耗； ③ 还有一部分未利用的能量，指既未被自身呼吸作用消耗，也未被下一个营养级和分解者利用。 2.3 生态金字塔 ①数量金字塔 某一时刻生态系统中各营养级的个体数量，可用（个数/m2）表示。但数量金字塔有两点不足：一是有时草食动物比生产者的数量还多，二是个体大小有很大差别。例如，在夏季的温带森林中，每0.1ha（公顷）约有树木200株，而植食动物却有150000个之多（主要是昆虫），这是很明显的下窄上宽的倒金字塔。所以，只以个体数目的多少来说明问题有局限性，并可能出现“倒金字塔”现象。 ②生物量金字塔 某一时刻生态系统中各营养级生物的质量关系，用kg/m2表示。这种描述方法克服了数量金字塔中因个体大小的差异而造成的塔形颠倒现象。但是，当下一营养级比上一营养级的生物个体小、寿命短、代谢旺盛时，则也会出现下一个营养级的生物量少于上一级营养级的生物量，例如，在英吉利海峡，浮游植物的生物量为每平方米4g（干重），而浮游动物和底栖动物的生物量却高达21g（干重）原因是海洋中的生产者主要是单细胞藻类，它们个体小、繁殖快、含纤维素少，可以整个被浮游动物吞食和消化，并迅速转化为下一个营养级的能量，生态金字塔仍会出现颠倒现象。 ③能量金字塔 是指一段时间内生态系统中各营养级所同化的能量，用kJ/（m2•d-1）或kJ/（m2•a-1）表示。这种金字塔较直观地表明了营养级之间的依赖关系，比前两种金字塔具有更重要的意义。因为它不受个体大小、组成成分和代谢速率的影响，可以较准确地说明能量传递的效率和系统的功能特点。 “苜蓿→牛→男孩”生态金字塔（引自E.P.Odum） 2.4 研究能量流动的实践意义 （1）研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。例如，间种套作、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。 （2）研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用，即提高能量的利用率。 设计人工生态系统的核心是使生产一种产品时产生的有机废弃物能成为生产另一种产品的原料。在实际生活中设计人工生态系统常采用以下措施： ①尽量缩短食物链，以减少能量消耗； ②充分利用生产者，如“桑基鱼塘”的建立； ③充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌，利用植物残体生产沼气。 （3）研究生态系统的能量流动，还