高中生物生态系统的能量流动（高中生物选择性必修二）

二、答案及提示

问题探讨

假设你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15kg玉米。

讨论

你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？

1.先吃鸡，再吃玉米。

2.先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的 蛋，最后吃鸡。

提示：应该先吃鸡、再吃玉米(即选择1)。若选择2，则增加了食物链的长度，能量逐级递减，最后人获得的能量较少。

思考•讨论1

讨论

1.生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？

提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统(生物体的有机物)中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。

2.流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？

提示：不能，能量流动是单向的。

思考•讨论2

讨论

1. 用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。

2. 计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。

答案：

营养级	流入能量/ [J/(cm2・a)]	流出能量 (输入后一个营养级)/[J/(cm2・a)]	出入比/%
生产者	464.6	62.8	13.52
植食性动物	62.8	12.6	20.06
肉食性动物	12.6	——	——
分解者	14.6	——	——

3. 流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级？

提示：流入某一营养级的能量主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分末能进入(未被捕食)下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。

4. 通过以上分析，你能总结出什么规律？

提示：生态系统中的能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。

旁栏思考题1

能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？

答案：不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量，总能量=储存在生态系统(生物体的有机物)中的能量+被各个营养级的生物利用、散发至非生物环境中的能量。因此，虽然能量在流动过程中逐级递减，但总能量依然遵循能量守恒定律。

旁栏思考题2

人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响?

答案：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。

旁栏思考题3

生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？

答案：一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。

探究•实践

调査过程中要注意对以下问题进行分析。

1. 当地农田生态系统中生产者的主体是什么？还有哪些种类的生物是生产者？农民是用什么方法抑制其他生产者的数量的？

2. 初级消费者有哪些？其中哪些是对农业生产有益的？哪些是有害的？对这些初级消费者，农民分别采取了哪些措施？

3. 次级消费者有哪些？它们与农作物是什么关系？

4. 养殖动物的饲料来源有哪些？

5. 农民对作物秸秆是如何处理的？

6. 人们通过什么方式来提高光能利用效率？

7. 怎样才能使该生态系统中的能量得到更充分的利用？

答案：

参考调查点 稻田生态系统。

组成成分 非生物的物质和能量；生产者，包括水稻、杂草、浮游植物等；消费者,包括蜘蛛、田螺、鱼(如泥鳅、黄鳝)、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；分解者，包括多种微生物。

问题提示

1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷酒除草剂或人工除草的方式抑制杂草的生长。

2.初级消费者有田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言，植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害，田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷酒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。

3.次级消费者有肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。一般而言，这些消费者对水稻生长的利大于害。农民通过禁捕,或适量放养等措施，实现生态农业的目标。

5.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业生态工程提出了综合利用思想。例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。

6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。

7.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。

思维训练

请根据以上数据计算：

这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？

提示：这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是6687.5kg，计算公式是(12+18)/12×2675，这些葡萄糖储存的能量是1.07×108kJ(计算公式是EG=MGx1.6×104)；

这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？

提示：这些玉米呼吸作用消耗的能量是3.272x107kJ(计算公式为△E呼=△MGx1.6×104);

这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？

提示：这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是1.3972×108kJ (计算公式为E固=EG+△ E呼)，呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是23.4%；

这块玉米田的太阳能利用效率是多少？

提示：这块玉米田的太阳能利用效率是1.64%(计算公式为η=1.3972×108/8.5×109)。

处理数据

根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例。

答案：

练习与应用

一、概念检测

1.生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。

(1) 太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。 (√)

(2) 生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。 (×)

(3) 能量沿食物链流动是单向的。 (√)

2. 流经神农架国家级自然保护区的总能量是(C)

A. 该保护区中生产者体内的能量

B. 照射到该保护区中的全部太阳能

C. 该保护区中生产者所固定的太阳能

D. 该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量

3. 在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是 (B)

A. a=b+c B. a>b+c

C. a<b+c D. c=a+b

二、拓展应用

1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。

(1 )分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。

答案：

(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？

答案：图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。

2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？

生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？

通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？

答案：不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。

硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。