二、答案及提示

問題探讨

假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那裡除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物隻有1隻母雞、15kg玉米。

讨論

你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？

1.先吃雞，再吃玉米。

2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞産下的 蛋，最後吃雞。

提示：應該先吃雞、再吃玉米(即選擇1)。若選擇2，則增加了食物鍊的長度，能量逐級遞減，最後人獲得的能量較少。

思考•讨論1

讨論

1.生态系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什麼？

提示：遵循能量守恒定律。能量在生态系統中流動、轉化後，一部分儲存在生态系統(生物體的有機物)中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生态系統的能量相等。

2.流經某生态系統的能量能否再回到這個生态系統中來？為什麼？

提示：不能，能量流動是單向的。

思考•讨論2

讨論

1. 用表格的形式，将圖中的數據進行整理。例如，可以将每一營養級上的能量“流入”和“流出”整理成為一份清單(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。

2. 計算“流出”該營養級的能量占“流入”該營養級能量的百分比。

答案：

3. 流入某一營養級的能量，為什麼不會百分之百地流到下一個營養級？

提示：流入某一營養級的能量主要有以下去向：一部分通過該營養級的呼吸作用散失了一部分以排出物、遺體或殘枝敗葉的形式被分解者利用；還有一部分末能進入(未被捕食)下一營養級；其他的才是流入下一營養級的能量。所以，流入某一營養級的能量不可能百分之百地流到下一營養級。

4. 通過以上分析，你能總結出什麼規律？

提示：生态系統中的能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。

旁欄思考題1

能量在流動過程中逐級遞減，與能量守恒定律矛盾嗎？為什麼？

答案：不矛盾。能量在流動過程中逐級遞減，指的是流入各個營養級的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某個生态系統的總能量，總能量=儲存在生态系統(生物體的有機物)中的能量 被各個營養級的生物利用、散發至非生物環境中的能量。因此，雖然能量在流動過程中逐級遞減，但總能量依然遵循能量守恒定律。

旁欄思考題2

人類位于食物鍊的頂端，從能量金字塔來看，人口數量日益增長，這會對地球上現有的生态系統造成什麼影響?

答案：人口數量日益增長，會要求低營養級有更多的能量流入人類所處的營養級，也就是說，人類所需要的食物會更多，将不得不種植或養殖更多的農畜産品，會給地球上現有的自然生态系統帶來更大的壓力。

旁欄思考題3

生物量金字塔在什麼情況下，可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢？

答案：一般情況下，生物量金字塔是上窄下寬的金字塔形，但是有時候會出現倒置的金字塔形。例如，在海洋生态系統中，由于生産者(浮遊植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮遊動物吃掉，所以某一時刻調查到的浮遊植物的生物量可能低于浮遊動物的生物量。當然，總的來看，年中浮遊植物的總的生物量還是比浮遊動物的要多。

探究•實踐

調査過程中要注意對以下問題進行分析。

1. 當地農田生态系統中生産者的主體是什麼？還有哪些種類的生物是生産者？農民是用什麼方法抑制其他生産者的數量的？

2. 初級消費者有哪些？其中哪些是對農業生産有益的？哪些是有害的？對這些初級消費者，農民分别采取了哪些措施？

3. 次級消費者有哪些？它們與農作物是什麼關系？

4. 養殖動物的飼料來源有哪些？

5. 農民對作物稭稈是如何處理的？

6. 人們通過什麼方式來提高光能利用效率？

7. 怎樣才能使該生态系統中的能量得到更充分的利用？

答案：

參考調查點 稻田生态系統。

組成成分 非生物的物質和能量；生産者，包括水稻、雜草、浮遊植物等；消費者,包括蜘蛛、田螺、魚(如泥鳅、黃鳝)、青蛙、浮遊動物、昆蟲、鳥類等；分解者，包括多種微生物。

問題提示

1.生産者主體是水稻，其他生産者有雜草、浮遊植物等。農民主要通過噴酒除草劑或人工除草的方式抑制雜草的生長。

2.初級消費者有田螺、浮遊動物、植食性的昆蟲和鳥等。一般而言，植食性的昆蟲和鳥等對水稻生長構成危害，田螺數量較多時也會對水稻生長構成危害。農民采取噴酒農藥、豎稻草人等措施防止或減少這些動物的危害。

3.次級消費者有肉食性魚、青蛙和蜘蛛等。一般而言，這些消費者對水稻生長的利大于害。農民通過禁捕,或适量放養等措施，實現生态農業的目标。

5.農民對稭稈的傳統處理方式有焚燒或填埋等；現代農業生态工程提出了綜合利用思想。例如，稭稈可作為多種工業原材料，還可以用來生産沼氣，以充分利用其中的能量。

6.主要通過合理密植的方法提高作物的光能利用效率。

7.通過稻田養魚等措施，實現立體化生态農業；通過建造沼氣池，實現能量的多級利用。

思維訓練

請根據以上數據計算：

這些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？這些葡萄糖儲存的能量是多少？

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

這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？

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

這些玉米在整個生長季節所固定的太陽能總量是多少？呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例是多少？

提示：這些玉米在整個生長季節所固定的太陽能總量是1.3972×108kJ (計算公式為E固=EG △ E呼)，呼吸作用消耗的能量占所固定太陽能的比例是23.4%；

這塊玉米田的太陽能利用效率是多少？

提示：這塊玉米田的太陽能利用效率是1.64%(計算公式為η=1.3972×108/8.5×109)。

處理數據

根據計算結果，畫出能量流經該玉米種群的圖解，圖解中應标明各環節能量利用和散失的比例。

答案：

練習與應用

一、概念檢測

1.生态系統中所有生物的生命活動都需要能量，而不同營養級的生物獲取能量的途徑是有差别的。據此判斷下列表述是否正确。

(1) 太陽能隻有通過生産者才能輸入到生态系統中。 (√)

(2) 生态系統中初級消費者越多，次級消費者獲得的能量越少。 (×)

(3) 能量沿食物鍊流動是單向的。 (√)

2. 流經神農架國家級自然保護區的總能量是(C)

A. 該保護區中生産者體内的能量

B. 照射到該保護區中的全部太陽能

C. 該保護區中生産者所固定的太陽能

D. 該保護區中所有生産者、消費者、分解者體内的能量

3. 在一定時間内，某生态系統中全部生産者固定的能量值為a，全部消費者所獲得的能量值為b，全部分解者所獲得的能量值為c，則a、b、c之間的關系是 (B)

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

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

二、拓展應用

1.下圖是兩個農業生态系統的模式圖。圖a 中農作物為人類提供的食物、為家禽和家畜提供的飼料，都與圖b相同。

(1 )分析這兩幅圖，完成這兩個生态系統的能量流動圖解。

答案：

(2)哪個生态系統的能量能夠更多地被人類所利用？為什麼？

答案：圖b所示生态系統中流向分解者的能量，還有一部分可以以生活能源或食物中化學能的形式被人類再度利用，因此，該生态系統實現了能量的多級、充分利用，提高了能量的利用率。

2.将一塊方糖放入水中，方糖很快就會溶解，消失得無影無蹤。溶解在水中的方糖還能再自行變回原來的形狀嗎？為什麼？

生活在水中的矽藻，它們能利用溶解在水中的矽化物制造口己絢麗精緻的外殼，而通常情況下水體中矽化物的含量極為微少，僅有百萬分之幾，這比方糖溶解後水中的含糖量低得多。矽藻依靠什麼力量築造自己的精美小“屋”呢？

通過以上事例，你對能量在生态系統中的作用是否有了進一步的認識？

答案：不能。在一個封閉的系統中,物質總是由有序朝着無序(熵增加)的方向發展。

矽藻能利用獲取的營養通過細胞呼吸釋放能量,依靠能量完成物質由無序向有序的轉化,維持其生命活動。能量的輸人對于生态系統有序性的維持來說是不可缺少的。

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