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第3章
生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动(第一课时)
人教版 选择性必修2
目录
科学方法-研究能量流动的基本思路
01
能量流动的过程
02
能量流动的特点
03
生态金子塔
04
研究能量流动的实践意义
05
思维训练
06
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一只母鸡、15kg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。
流落荒岛
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。
一、科学方法-研究能量流动的基本思路
…
个体1
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 2
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 3
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量输入
个体水平
群体水平
能量储存
种群
能量散失
能量输入
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。
如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，在分析时，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
某一
营养级
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，则可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
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。
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。
二、能量流动的过程
【思考】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
二、能量流动的过程
①阅读课本P55第一、二段内容，思考以下问题：
玉米的能量来自哪里？
照射在玉米上的太阳能都被吸收了吗？
玉米吸收太阳能后，以何种形式储存？有哪些去向？
②完成玉米的能量流动示意图：（包括玉米同化量、自身呼吸作用以热能散失、用于自身生长发育繁殖、残枝败叶被分解者利用、鸡摄入/同化）
A.玉米(第一营养级)的能量流动情况
玉米
鸡
人
食物链：
二、能量流动的过程
能量的输入
能量的散失
生态系统
一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命和生态系统。
地球上几乎所有的生态系统所需要的的能量多来自太阳
在一段较长时期内没有能量（太阳能或化学能）输入，这个生态系统就会崩溃。
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。
二、能量流动的过程
生产者光合作用固定（同化）
自身生长发育繁殖
自身呼吸作用消耗
分解者分解
流向下一营养级
未被利用
光能
1%
99%散失
=照射到地面上的太阳能-反射的太阳能
=呼吸消耗的能量+流向下一营养级的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量
生产者的同化量
（固定的太阳能）
(流经生态系统的总能量)
=呼吸消耗的能量+自身生长发育繁殖的能量
形式：
热能
过程：
有机物中化学能 热能
呼吸作用
太阳能 有机物中化学能 热能
转化
若为人工生态系统，流经生态系统的能量为生产者固定的太阳能总量和人工补充的能量
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。
“一来三去”
定量不定时
定量定时
“一来四去”
思考：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，
如人工鱼塘需要投喂饲料，此时流入鱼塘生态系统的总能量如何表示？
　
生产者固定的太阳能＋人工投入的有机物中的化学能。
二、能量流动的过程
①阅读P55图3-5，思考以下问题：
母鸡的能量来自哪里？
这些能量都被母鸡吸收了吗？
母鸡吸收能量后，以何种形式储存？有哪些去向？
②完成鸡的能量流动示意图。
（包括：摄入量、粪便量、鸡同化量、自身呼吸作用以热能散失、用于自身生长发育繁殖、遗体残骸、被分解者利用、人摄入量）
B.鸡(第二营养级)的能量流动情况
玉米
鸡
人
食物链：
二、能量流动的过程
遗体残骸
呼吸作用
散失
粪便
鸡的同化量去向有：呼吸作用散失；人摄入；分解者利用
同化量=摄入量--粪便量
初级消费者摄入
初级消费者同化
……
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
分解者利用
呼吸作用
热能散失
二、能量流动的过程
①同化量=摄入量-粪便量
②输入某营养级的总能量是指该营养级同化的能量，粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，粪便量是上一营养级同化的能量。
③初级消费者同化的能量=呼吸消耗的能量+用于生长、发育和繁殖的能量
④生长、发育和繁殖的能量=分解者利用的能量+下一营养级同化的能量；
⑤最高营养级的能量去向：呼吸作用散失；分解者利用
初级消费者摄入
初级消费者同化
用于生长、发育和繁殖
次级消费者摄入
……
分解者利用
呼吸作用
热能散失
粪便
呼吸作用
散失
遗体残骸
二、能量流动的过程
构建模型-构建能量流经生产者、初级消费者、次级消费者的能量流动过程图（每个营养级有3个去向即可）
注意：
每个箭头及箭头的方向大小、菱形方块的大小代表什么含义？
能量来源
呼吸作用散失
太阳能
生产者
能量去路
每个营养级
总能量
固定的太阳能总量
各级消费者
上一个营养级
生产者：
各级消费者：
同化总量
=摄入量-粪便量
流入下一营养级
被分解者利用
均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分
二、能量流动的过程
未被利用
“输入”——
“传递”——
“转化”——
“散失”——
绿色植物通过光合作用固定太阳能是能量输入主要途径
能量沿食物链和食物网的营养级逐级传递
通过细胞呼吸以热能形式散失
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
二、能量流动的过程
学以致用
1.如图为草原生态系统的能量流动图解模型（G、H、I属于D、E、F）：
1._____________________表示流入各营养级生物的能量;
2.__________分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量；
3.____________分别表示分解者分解利用的能量；
4.兔子用于生长、发育和繁殖的能量=_____________；
5._____中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量
A、B、C、D、E、F
C+K或B-H
G、H、I
J、K、L
K
2.某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是（ ）
A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2)
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
C
能量流动模型训练
学以致用
3.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列叙述正确的是（ ）
A.图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋i
B.生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%
C.“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量属于d
D.缩短食物链可以提高能量传递效率
C
能量流动模型训练
学以致用
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
优点：小、简单、稳定
思考 讨论： 分析赛达伯格湖的能量流动
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。
三、能量流动的特点
三、能量流动的特点
分析赛达伯格湖的能量流动
思考·讨论
图中数字为能量数值，单位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年）。图中“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。为研究方便起见，这里将肉食性动物作为一个整体看待。
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）。
讨论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。
讨论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？
讨论4.通过以上分析，你能总结出什么规律？
三、能量流动的特点
三、能量流动的特点
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
能量传递效率 =
下一营养级的同化量
本营养级的同化量
×100%
三、能量流动的特点
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；一部分未被下一营养级利用；一部分被分解者分解。
能效一般为10%到20%，那么为什么能量不能全部流向下一级？
三、能量流动的特点
分析赛达伯格湖的能量流动
思考·讨论
横向比较，是否遵循能量守恒定律？纵向比较，随着营养级的升高 ，同化量有什么变化？
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。
任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能
三、能量流动的特点
特点2：逐级递减
传递效率为10％～20％
【原因】：①生物的捕食和被捕食关系是自然选择的结果，不能逆转。食物链
中各营养级的顺序是不可逆转的；
②生态系统中的能量最终以热能的形式散失，所以不可循环利用。
【原因】：①各营养级生物会因自身的呼吸作用而散失部分能量
②各营养级的能量会有一部分流向分解者。
③各营养级生物总有一部分能量不能被下一营养级利用
只能沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不循环流动
特点1：单向流动
策略1获得的能量更多，可维持更长的时间 。
三、能量流动的特点
三、能量流动的特点
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.先吃鸡，再吃玉米。
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？
能量在流经各个营养级时,上一营养级的能量大约有10%~20%传到下一营养级，
营养级越高，能量越少。因此食物链越长，能量损失越多。
为了充分利用能量，应尽量缩短食物链。
深度思考
能量是单向流动，逐级递减的在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。
1.为什么生态系统中能量流动一般不超过5个营养级？
三、能量流动的特点
2.怎样从能量流动的角度解释“一山不容二虎”？
能量流动是逐级递减的，营养级越高，得到的能量越少。
老虎处于最高营养级，要养活一只老虎，需要大量的生产者，需要很大的捕食范围。
①正推型：知低营养级求高营养级（已知甲→求丁）
获得能量最多
获得能量最少
选最 食物链
选最 食物链
按 计算
按 计算
能量的传递效率的计算
有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁”
“×20%”
短
长
“×10%”
2.流经食物链的总能量为y，猫头鹰所得能量最多为__________; 最少为_____________.
y×(20%)2
y×(10%)3
1.若某生态系统固定的总能量为24 000 kJ，则该生态系统的第三和第四营养级所获得的能量最多是_______________
960 kJ和192 kJ
②逆推型：知高营养级求低营养级（已知丁→求甲）
需最少能量
需最多能量
选最 食物链
选最 食物链
按 计算
按 计算
有关能量的“最值”计算方法：设食物链“甲→乙→丙→丁”
“÷20%”
“÷10%”
短
长
1.如果大鱼要增加1kg体重，那至少需要浮游植物的重量为：_______
最多需要浮游植物的重量为：_______
25kg
1000kg
小鱼
大鱼
1kg
浮游植物
浮游动物
1÷（20%）2 =25
1÷（10%）3 =1000
2.右图表示某生态系统食物网的图解，
猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ）
A．100kg B．44.5kg C．25kg D．15kg
C
3.某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的(　　)A．1.375倍　　B．1.875倍C．1.273倍D．0.575倍设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为1/2 a÷10%÷10%＋1/2 a÷10%＝55 a；改变食物比例后的C的能量设为b，则需要A提供的能量为2/3 b÷10%＋1/3 b÷10%÷10%＝40 b。由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化，55 a＝40 b，即b/a＝1.375。A

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