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大家好

今天我们学习

生态系统中的能量流动

《鲁宾逊漂流记》是英国作家

丹尼尔·笛福的一部长篇小说作品

主要讲述了

主人公鲁滨逊因出海遭遇灾难

先被海盗攻击

再到种植园

最后漂流到无人小岛

并坚持在岛上生活

最后回到原来所生活的社会的故事

那么

今天我这里有一个假设

假设鲁滨逊漂流到无人小岛

身边只有少量的玉米和一只鸡

请问

这时候鲁滨逊会先吃哪一个呢

先吃了哪个

才够使他自己活的最长呢

那么

在玉米和鸡里面又蕴含着

怎样的能量呢

那么

这就是今天我们所讲的能量流动

首先来看

能量流动的概念

生态系统中

沿着食物链和食物网

能量的输入和散失的过程

我们就把它称之为生态系统当中的

能量流动

那么能量流动的过程

又是怎样的呢

能量流动过程的起点

始于生产者所固定的太阳能

那么

这是流经生态系统的总能量

然后通过食物链和食物网的渠道

在不同的营养级之间传递能量

最后通过自身的呼吸作用

消耗掉一部分

还有生命有机体活动也需要能量

分解者所利用

以及被下一个营养级所同化

那这就是

生态系统当中能流的一个过程

我们可以看出

生态系统当中各个成分

所固定的能量来源

生产者 来自于太阳

那么消费者呢

来自于上一个营养级

那么

分解者 它的能量来自于哪里呢

来自于动植物的尸体 粪便

残枝败叶等等

这里面还涉及到一个概念

同化作用

那么

同化作用是指生物体

从外界获取营养物质转变成

自身的物质

并且储存能量的过程

例如

兔子的摄入量就是兔子的同化量吗

不是的

同化量

等于兔子的摄入量

减去兔子排泄粪便的那个量

这才是同化量

那么 我们来看

能量流动的原理

能量流动

可以说是生态系统基本的一个特征

能量是生态系统的动力

也是一切生命活动的基础

一切的生命活动

都会伴随着能量的变化而变化

如果没有能量的转化

我们也可以这样讲

那根本就谈不上生命和生态系统

那么 生态系统

它是一个热力学系统

因此

生态系统能量流动

就遵循热力学两大定律

第一定律

我们再熟悉不过了

那就是能量守恒定律

能量可以由一种形式转化为

其他形式的能量

在这个过程当中

能量既不会凭空消失

也不能够凭空创造

那么

第二定律就是热力学的熵律

任何形式的能 除了热以外

转化到另一种形式能的

自发转换当中

都不可能被100％的利用

总有一些能量会作为热的形式

被耗散出去

那么 这个时候

系统的熵就增加了

这个时候 同学们也就明白了

为什么在食物链和食物网的环节

营养级的级数

生态系统当中呢

一般都都不会多于5～6个

以及我们所看到的能量金字塔

必定是一个尖塔状的

这么一个热力学的解释

那么我们再来看

能量流动的效率

太阳是所有生命活动的能量来源

能量

通过绿色植物的光合作用

进入生态系统

再通过食物链逐级传递到

各级消费者

能量传递效率有一个计算公式

同学们来看 那也就是说

下一营养级的同化量除以

这一营养级的同化量

那么

从能量传递的数量和效率来看

能量流动在各营养级之间

它是逐级递减的

而且它是单向的 不循环的

那么

传递的效率为10％－20％

这就是我们通常所讲的林德曼效率

或者称之为十分之一定律

那么食物链

在生态系统当中

一般不会超过5～6个

同学们想一下

如果到第5营养级的时候

可利用的能量已经减少到

不能够维持其正常生存的程度了

那么

生态系统的这个能量

流动传递的过程

通常我们如何表示呢

我们利用生态锥体

那么生态锥体

能量通过营养级逐渐减少

如果把通过各营养级的能量

由低到高通过图形把它表示出来

就形成了金字塔形

我们把它称之为能量锥体

或者能量金字塔

同样

如果我们以生物量

或者个体数目来表示的时候

就得到了生物量的椎体

或者称之为数量的椎体

那么我们就把这三类锥体

统称为生态锥体

那么

数量锥体

是以各个营养级的生物个体数量

进行比较

往往它就会忽视了生物量的因素

一些生物的数量可能会很多

但生物量却不一定大

那么

在同一个营养级上

不同物种的个体大小是不一样的

那么 我们再来看

生物量锥体

它是以各营养级的生物量进行比较

这个时候 就会有一点

过高强调大型生物的作用

那么 能量锥体呢

它是表示

各营养级能量传递和转化的

这么一个有效过程

它不仅仅表明了能量流经

每一个层次的总量

同时还表明了

各种生物在能量流动当中的实际的

作用和地位

因此 就可以用来评价

各个生物种群

在生态系统当中的相对重要性

那么能量锥体

它就排除了个体大小和

代谢速率的影响

以热力学定律为基础

能够较好地反映

生态系统内部能量流动的本质关系

我们可以把生态系统的能量流动

利用能量金字塔来表示

这样的话

用图形表示有个好处 简单而直观

一般来说

能量锥体最能保持金字塔形

而生物量的锥体有可能是

倒置的这么一个形态

比如说

在海洋生态系统当中

生产者 浮游植物的个体非常的小

它们的生活史也很短

那么

如果我们根据某一时刻

所调查的生物量的时候

往往

它会低于海洋当中

浮游动物的生物量

因此

这时候 我们绘制出的生物量锥体

就会倒置过来

当然

这并不是说

在生产者环节 流过的能量

就要比在消费者环节流过的少

而是由于浮游植物个体小 代谢快

生命短

那么

在某一时刻的现存量

就要比浮游动物要少

但是

我们从一年当中的

总能量来看的时候

还是要比较浮游动物要多

那么

数量锥体倒置的情况就会更多一些

如果消费者个体小而生产者个体大

比如说昆虫和树木

昆虫的个体数量往往就会多于树木

那么寄生者的数量也往往多于宿主

这样就会使锥体的这些环节

倒置过来

但能量锥体来表示

能量流动的这个过程的时候

是不可能出现倒置的情形

它是一个金字塔形

那么 我们就来归纳

能量流动的特点

从原理来看

它遵循热力学两大定律

能量守恒定律和熵率

那么 第二个特点

能量流动

在生态系统当中沿着

食物链和食物网

是单向流动

另外它是逐级递减的这么一个规律

那也就是说

生态系统当中的能量流动

只能从第一营养级流向第二营养级

再依次流向后面的各个营养级

通常情况下不会逆向流动

为什么是这样子的

这是由于动物之间的捕食关系

而决定的

比如我们会说 狼吃羊

还没有听说过 羊能够吃掉狼

那么逐级递减呢

输入到一个营养级的能量

不可能百分之百地流入

后一个营养级

能量沿着食物链流动的过程当中

是逐级减少的

能量沿食物链传递的平均效率

我们刚才提到过10%～20%

也就是十分之一定律

那么也就是说下一个营养级的能量

只有10%～20%的能量

能够被下一个营养级所利用

所以生态系统当中

食物链就不可能太长

生态系统当中的营养级一般

也就只有四 五级

很少有超过六级的

越是向生物链的后端

那么 生物体的数目就会越少

这样就形成一个

金字塔形的营养级关系

那么

我们具体的再来分析一下

各营养级消费者

不可能百分之百地利用

前一营养级的生物量

总有一部分会自然死亡和

被分解者所利用

那么

各营养级的同化率也不是

百分之百的

总有一部分会变成排泄物而

进入到环境当中

为分解者的生物所利用

各营养级生物要维持

自身的生命活动

也要消耗一部分能量

那么

这一部分能量它会变成热能

而耗散出去

可以说

生态系统要维持正常的功能

就必须有永恒的太阳能的输入

用于平衡各营养级生物

维持生命活动的消耗

只有这个输入不中断

生态系统就不会丧失功能

那么

生态系统能量流动

还有另外一个特点

质量不断提高

那么

通过研究表明

在生态系统能流的过程当中

能量从一个营养级到

另一个营养级的

转化效率大致是5—30%

那么平均来看

从植物到植食动物的

转化效率是10%

那么

从植食动物到肉食动物的转化效率

大约是15%

那么以上是能量流动的三个特点

再回到我们开篇《鲁滨逊漂流记》

当中

我们所提出的问题

在食物链当中

能量的传递会逐渐地衰减

单向流动

因此

先吃鸡还是玉米

你应该非常清楚了

谢谢

今天我的内容就到这里