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(共52张PPT)
第2节 生态系统的能量流动
1.分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律
2.解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系
1.通过能量流动模型的构建，分析能量流动的过程、特点和规律。（生命观念）
2.通过模型、图表理解能量是维持生态系统的动力，利用能量传递效率，提高能量在生态系统和农牧业生产上的利用率。
（科学思维、社会责任）
基础回顾
1.生态系统：由（　　　　　）与它的（　　　　）相互作用而形成的统一整体。最大的生态系统是（　　　　）。
3.根据营养功能不同，生态系统的组成成分包括（　　　　　　　　　）、（　　　　）、（　　　）和（　　　）。其中，（　　　　）是生态系统的基石，（　　　　）是生态系统的必备成分。
2.生态系统的结构包括（　　　　　 　　　 ）和营养结构（　　　　　　　　）。
生物群落
无机环境
生物圈
生态系统的组成成分
食物链和食物网
4.写出“螳螂捕蝉，黄雀在后”所隐含的食物链。
植物
蝉
螳螂
黄雀
非生物的物质和能量
生产者
消费者
分解者
生产者
分解者
生产者
初级
次级
三级消费者
第一营养级
第二
第三
第四
先吃鸡？
先吃玉米？
假设你像小说中的鲁宾逊那样，流落在一个荒岛上，那里除了有能饮用的水以外，几乎没有任何食物。你随身尚存的食物只有一只母鸡、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。
1.问题探讨
1.问题探讨
食物链1
食物链2
有多少能量能够从玉米最终流向鲁滨逊？
第一营养级的能量来源及去路
第二营养级的能量来源及去路
第一营养级（生产者）
第二营养级
（初级消费者）
第一营养级（生产者）
第三营养级
（次级消费者）
1.什么是生态系统的能量流动
1.概念：生态系统中能量的 、 、 、 的过程，称为生态系统的能量流动。
个体水平
群体水平
将种群作为一个整体，甚至以营养级作为一个整体进行研究，是分析生态系统能量流动的基本思路。
科学方法
研究能量流动的基本思路
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量输入
个体1
个体2
个体3
……
能量输入
种群
能量存储
能量散失
输入
传递
转化
散失
分析：以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如果个体死亡，数据可能不准确；不同个体间差异过大。
草
兔子
鹰
能量流动的过程
【阅读课本55页，思考】
能量的最终来源？
能量是如何输入第一营养级？
第一营养级的能量去向？
能量是如何输入第一营养级的？（以草为例）
生态系统能量的最终来源是什么？
太阳能
能量流动从哪开始（起点）？
生产者固定太阳能
能量是如何输入生态系统第一营养级的？
生产者的光合作用
1%以可见光形式
照射在草地上的太阳能都能被小草吸收吗？
不能
每天输送到地球的太阳能都能照射在生产者身上吗？
2.能量流动的过程
呼吸作用以
热能形式散失
草的能量如何得来？
光能全部被草吸收了吗？
草固定的能量将何去？
1%
生长发育和
繁殖储存起来
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
残枝败叶
被分解者分解
能量流动的过程
小草固定了太阳能后，能量去向：①自身呼吸消耗；②被分解者利用；③流入下一个营养级
能量是如何流经第二营养级的？（以兔为例）
兔子体内的能量来自哪里？
来自草（生产者）
兔子吃进去的草，草中的能量都能被吸收并转化为兔子体内的能量吗？
不能，只能消化吸收其中的一小部分，其余的随粪便排出体外
流入第二营养级的能量：第二营养级同化第一营养所获得的能量（同化量）
同化量 = 摄入量 - 粪便量
摄入量
是生物吃进去的食物中所蕴含的能量
同化作用是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。
同化量
2.能量流动的过程
能量？
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔同化的能量
兔同化的能量去向：①自身呼吸消耗；②被分解者利用；③流入下一个营养级
注意: 如果在每一时间段去分析去向，还应有未被利用的能量(最终也将被分解者利用)。
鹰同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
鹰同化的能量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
消化吸收合成自身物质，储存能量
能量流经生物个体的过程
呼吸作用
散失（热能）
粪便
呼吸作用
散失（热能）
分解者利用
遗体残骸
摄入
用于生长发育繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
捕食者摄入
同化
同化量= 呼吸作用散失＋自身生长发育
同化量= 呼吸作用散失＋捕食者摄入＋分解者利用
某营养级同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
1.某营养级的能量最终去向
某营养级同化量
呼吸作用中以热能形式散失
用于自身生长、发育、繁殖
被分解者分解利用
流入下一个营养级
未被利用的能量
2.某营养级的能量某段时间内的能量去向
2.能量流动的过程
注意·说明
消费者摄入量
消费者同化量
=
+
粪便中的能量
注意：即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上一营养级固定或同化的能量。
消费者同化量
=
呼吸消耗
+
生长发育和繁殖
生长发育和繁殖
=
分解者利用
+
下一营养级同化
+
未被利用
【易错提醒】
1.输入:
(1)生态系统的能量来源:
生产者的能量来源(最终源头):________________
各级消费者的能量来源:______________________
(2)能量输入的主要方式:
____________________________________________________________________________________________________
(3)流经生态系统的总量:___________________________
太阳能
生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）
生产者固定的太阳能总量
注意：若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人为补充的能量（例如饲料中有机物中的能量）
上一营养级同化的能量
1.什么是生态系统的能量流动
2.传递:
(1)能量传递的途径(渠道):______________________
(2)能量传递的形式:____________________________
食物链和食物网
有机物中的化学能
3.转化:
_______________________________________
太阳能→有机物中的化学能→热能
4.散失:
(1)散失形式________________
(2)散失途径________________
热能
呼吸作用
1.什么是生态系统的能量流动
生产者
呼吸
初级消费者
呼吸
次级消费者
分解者
…
呼吸
三级消费者
呼吸
呼吸
生产者固定的太阳能
能量流动的过程
同化量
同化量
同化量
同化量
生态系统能量流动示意图
指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程。
以有机物的形式沿食物链传递
太阳能→化学能→热能
热能
注意·说明
每一营养级所同化的能量最终有三个去向：
一部分在自身呼吸作用中以热能的形式散失；
一部分随生物遗体、残落物、排泄物等被分解者分解；
一部分被下一个营养级的生物（最高营养级生物除外）同化。
太阳能
下一个营养级
W1
D1
B1
C1
D1
A1
自身呼吸作用消耗
流向分解者
A2
B2
C2
D2
自身呼吸作用消耗
流向分解者
W1:流经整个生态系统的总能量是生产者固定太阳能的总量，W1=A1+(B1+C1+D1)
A1：在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失掉的能量。
(B1+C1+D1)：用于生产者的生长、发育和繁殖的总能量
B1：现存的植物体内的能量。
太阳能
下一个营养级
W1
D1
B1
C1
D1
A1
自身呼吸作用消耗
流向分解者
A2
B2
C2
D2
自身呼吸作用消耗
流向分解者
C1:生产者流向分解者的能量
D1：流向下一个营养级的能量，D1=A2+(B2+C2+D2)
A2+B2+C2+D2依次为第二营养级的呼吸量、现存量、分解者的分解量、流入第三营养级的能量。
摄入量
分解者
通过呼吸作用以热能形式散失
用于该营养级生物的生长、发育和繁殖等；储存与生物体内
下一个营养级体内
遗体残骸
同化为自身的能量
以粪便形式排出
初级消费者
消化
初级消费者同化的总能量
未同化量
吸收
食物残渣
分析赛达伯格湖的能量流动
Raymond Lindeman
对能量流动做了定量分析
《生态学的营养动态概说》
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。
湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。
优点：小、简单、稳定
植食性动物
62.8
62.8
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
图中数字为能量值，单位是J(cm2·a)(焦每平方厘米年）。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
3.能量流动的特点
“未固定”是指未被固定的太阳能
“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。
输入能量（同化量） 流入下一营养级 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
13.5%
20%
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
能量传递效率
输出（去路）
逐级递减
单位（焦/厘米2 ·年）
未利用：指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。（定时定量分析）
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
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
4.通过以上分析，你能总结出什么规律
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未被利用（未被捕食，未进入下一个营养级）
①生态系统中能量流动是单向的；
②能量在流动过程中逐级递减；
3.能量流动的特点
赛达伯格湖能量流动图解
(1)从方向上看：
单向流动
在生态系统中，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，不可_____，也不能_________；
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各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。
逆转
循环流动
原因：
能量流动的特点
赛达伯格湖能量流动图解
(2)从数值上看：
逐级递减
自身呼吸作用消耗；
被分解者分解；
暂时未被利用。
原因：
（能量传递效率为10%～20%）
能量流动的特点
任何生态系统都需要不断得到能量补充，以便维持生态系统的正常功能；
如果一个生态系统在一段较长时间内没有能量(太阳能或化学能)输入，这个生态系统就会崩溃；
① 相邻两个营养级间的能量传递效率为10%~20%；
② 营养级越多，在能量流动中消耗的能量越多；
③ 营养级越高，得到的能量越少；
④ 生态系统中食物链的营养级一般不超过5个。
3.能量流动的特点
策略1、先吃鸡，再吃玉米。
策略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。
选择1:应该先吃鸡，再吃玉米。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。
规律: 食物链越短，能量利用率越高。
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？
不矛盾。能量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中的总能量，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。
3.能量流动的特点
记忆小贴士
能量去向共有三：
呼吸、分解、往下传。
能量流动二特点：
单向流动逐级减。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
能量金字塔
1、概念：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。
2、意义：直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。
3、特点：通常都是上窄下宽的金字塔形。
原因：能量在流动中总是逐级递减的。
从能量流动金字塔可以看出：
营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就 。
4.生态金字塔
越多
（2）生物量金字塔
将各个营养级的生物量（所容纳的有机物的总干重）的多少转化图形面积的大小：
浮游动物
浮游植物
营养级
第四营养级
第三营养级
第二营养级
第一营养级
干重g/m2
1.5
11
37
809
营养级
第四营养级
第三营养级
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
数量金字塔
1、概念：用表示能量金字塔的方法表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。
2、意义：表明每个营养级中生物个体的数量。
3、特点：可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置的金字塔形。
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
鼠
草
鼬
第三营养级
原因：如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔。
4.生态金字塔
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层含义
特点
象征意义
单位时间内，食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少
自然生态系统一定为正金字塔
能量在流动过程中总是逐级递减
单位时间内，每一营养级生物的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量(现存生物有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少
每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
4.生态金字塔
生物富集作用
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: 间作套种、多层育苗、稻--萍--蛙等立体农业生产方式。
间作套种——
甘蔗和大豆间种
蔬菜大棚中多层育苗
稻—萍—蛙
6.研究能量流动的实践意义
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。
例如: 秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；用牲畜的粪便生产沼气，沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
6.研究能量流动的实践意义
能量利用率≠能量传递效率
1.能量传递效率：
生态系统中，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10％～20％
2.能量利用率：
一般指流入最高营养级的能量占生产者固定总能量的比值
特点：一般来说，食物链越短，能量利用率越高；
能量利用率=
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
6.研究能量流动的实践意义
3.研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
例如，合理确定草场载畜量，麦田除草、除虫
分析和处理数据
1926年，一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。
1.这块田共收割玉米约10 000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。
2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
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？
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ.
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
1.07×108kJ
6687.5×1.6×104kJ
=
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
2045×1.6×104kJ=
3.272×107kJ
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？
1.07×108kJ+
3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108=23.4%
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
1.3972×108÷8.5×109=1.64%
思维训练 分析和处理数据
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？
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
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？
这块玉米田的太阳能
利用效率是多少？
(12+18)/12×2675＝6687.5kg
EG=MGx1.6×104＝1.07×108kJ
△E呼=△MGx1.6×104＝3.272×107kJ
23.4%
η=1.3972×108/8.5×109＝1.64%
E固=EG+△E呼＝1.3972×108kJ
选______的食物链
选最小传递效率_____
生产者
最少消耗
选最大传递效率_____
消费者
最大消耗
获得最多
获得最少
选______的食物链
最短
最长
20%
10%
能量在食物链中传递的“最值计算”
能量流动的几种“最值”计算
例3　如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1 kg，至少消耗A约
A.100 kg B.44.5 kg
C.25 kg D.15 kg
√
解析　图中共含有三条食物链，而题中所求为至少消耗的A，根据能量流动规律分析可知，食物链越短损耗越少，效率以20%计算。故食物链A→B→猫头鹰为最短，消耗的A为1÷20%÷20%＝25(kg)。
例4　如果一个人的食物中有1/2来自绿色植物、1/4来自小型肉食性动物、1/4来自羊肉，假如能量传递效率为10%，那么此人每增加1千克体重，需消耗植物
A.10千克 B.5千克 C.100千克 D.280千克
√
解析　根据题意可以写出三条食物链：①植物→人，在此食物链中人要增重0.5千克，消耗植物：0.5÷10%＝5(千克)；
②植物→羊→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗植物：0.25÷10%÷10%＝25(千克)；
③植物→植食性动物→小型肉食性动物→人，在此食物链中，人要增重0.25千克，消耗植物：0.25÷10%÷10%÷10%＝250(千克)。
所以人要增重1千克，需消耗植物280千克。
小结
生态系统的能量流动
概念：
过程：
特点：
实践
意义：
单向流动 ：不可逆向，不可循环
逐级递减：
能量传递效率10％～20％
指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程。
使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
能量金字塔
能量的源头：
流经生态系统的总能量：
途径：
太阳能
生产者固定的太阳能的总量
去向：
未利用；呼吸消耗；下一营养级（最高级没有）；分解者分解
食物链（网）
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( ）
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（ ）
A.a+b=c B.a＞b+c C.a＜b+c D.c=a+b
√
×
√
C
B
（教材P60拓展应用）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
联系实际
（2）哪个生态系统的能量能够更多地被人类利用？为什么？
提示　如图所示
帮助人们科学规划、设计人工生态系统， 使能量得到最有效的利用。（教材P58第二段）
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。

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