资源简介

(共28张PPT)
态
统
能
流
1. 通过分析能量在营养级间的流动情况和赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统中能量流动过程和特征。
2. 用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量关系。
3.概述研究生态系统能量流动的意义。
4.尝试调查当地某生态系统的能量流动情况。
学习目标
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。
一、能量流动的概念及过程
（1）绿色植物的能量来自哪里？通过何种生理作用获得？能量是如何转化的？
太阳的光能；光合作用；光能转化成有机物中稳定的化学能。
（2）生态系统能量流动的源头：太阳的光能
（3）生态系统能量流动的起点：绿色植物进行的光合作用
（4）输入生态系统的总能量：生产者光合作用固定的总能量
（5）生态系统能量流动的途径：食物链、食物网
（6）输入生产者的能量，有哪两部分的去向？一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失，一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动
（7）用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量，储存在生产者的什么物质中？有机物分哪些去向？一部分随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来，另一部分被初级消费者摄入体内
“能量的流动过程”，思考下列问题：
呼吸散失
用于生长、
发育、繁殖
遗体、
残枝败叶
分解者
初级消费者摄食
能量流经第一营养级示意图
太阳
生产者固定的太阳能
初级消费者
摄入
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
呼吸
散失
遗体
残骸
初级消费者
同化
分解者利用
粪便
呼吸
散失
...
能量流经第二营养级示意图
思考：
（1）兔子摄入的草中的能量有哪两个去向？________
（2）兔子同化的草中的能量有哪两个去向？________
（3）兔子粪便中的能量属于哪个营养级？
_上一营养级_______
第二营养级能量流动的分析：
①初级消费者摄人的能量（a）=初级消费者同化的能量（b）＋粪便中的能量（c），即动物粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应属于上一个营养级固定或同化的能量。
②初级消费者同化的能量（b）=呼吸作用消耗的能量（d）＋用于生长、发育和繁殖的能量（e）.
（2）各营养级能量流动分析
①未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料的形式被储存起来的能量，
②一个营养级所同化的能量=呼吸消耗的能量+被下一营养级同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。
③动物同化的能量与摄入量之间的关系：动物同化的能量=摄入量 — 粪便中有机物的能量，即摄入的食物只有一部分被同化。
④流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。
生产者
(绿色植物)
呼吸
初级消费者
(植食动物)
呼吸
次级消费者
(肉食动物)
呼吸
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
呼吸
图中箭头的方向表示什么？
箭头的由粗到细表示什么？
能量的最终去向有哪三个？
能量流动的方向
能量由多到少
一部分通过呼吸作用以热能形式散失，
一部分流向下一营养级，
一部分流向分解者。
总结
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能总量
1.能量流动的起点和来源
2.流经生态系统的总能量
4.能量流动的途径(渠道)
3.能量的去向
食物链和食物网
呼吸作用消耗；下一营养级摄入同化；分解者分解
5.能量流动的终点
热能散失
例 1 难度★☆☆ 典型★★☆
下图所示为一般生态系统的结构模式图。下列叙述正确的是 （　　）
A. 消费者将有机物转化为无机物后又被生产者重新利用
B. 能量主要以太阳能的形式在生态系统内部传递
C. 农田生态系统中能量的输入量和输出量总是相等的
D. 组分 1、2、3 可分别代表生产者、消费者和分解者
【解析】 消费者能通过自身代谢，将有机物转化为无机物排出体外，这些无机物又可以被生产者重新利用，A 项正确；流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，生态系统内部能量的传递形式是有机物中的化学能，B 项错误；在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输入量大于输出量，C 项错误；据图可知，生态系统的组分 1、2、3 可分别代表生产者、分解者和消费者，D 项错误。
【答案】 A
典型例题
例 2 难度★☆☆ 典型★★☆
下图是某草原生态系统的能量流动模型。a、b、c 表示输入各营养级生物的能量，d、e、f 表示流入分解者的能量，g、h、i 分别表示各营养级生物呼吸消耗的能量。下列分析正确的是（ ）
A. 该生态系统的结构是指非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者
B. 能量流动的特点之一是逐级递减， 从草流向兔子的能量传递效率 a/b的范围为 10% ～ 20%
C. 若一段时间内草所固定的太阳能总量为 m，则图中最高营养级所获得的能量可以是 m×c/a
D. 兔子的遗体残骸及粪便中的能量从 e 传递给分解者，被分解者分解
【解析】 该生态系统的结构包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者和营养结构，A 项错误；从草流向兔子的传递效率 b/a 的范围为 10% ～ 20%，B 项错误；由图可知，第一到第二营养级的能量传递效率为 b/a，第二营养级到第三营养级的能量传递效率为 c/b，若一段时间内草所固定的太阳能总量为 m，则图中最高营养级即第三营养级获得的能量为m×b/a×c/b=m×c/a，C 项正确；兔子的粪便中的能量从 d 传递给分解者，D 项错误。
【答案】 C
例 3 难度★☆☆ 典型★★☆
下图为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动图解，图中字母代表相应能量。下列叙述正确的是 （　　）
A. 流经该生态系统的总能量是桑树净光合作用储存的能量 C
B. 蚕用于自身生长、发育、繁殖的能量可表示为 B 1 +C 1 +D 1
C. 桑树和蚕之间的能量传递效率可用 D/C 表示，一般小于 20%
D. 将蚕沙（粪便）投入鱼塘供给鱼食用，流入鱼体内的能量属于 D 1
【解析】 流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量 A，C 为桑树用于自身生长、发育和繁殖的能量，A 项错误。蚕同化的能量一部分通过呼吸作用散失（A 1 ），另一部分用于自身生长、发育和繁殖（B 1 +C 1 +D 1 ），B 项正确。蚕同化的能量为 D=A 1 +B 1 +C 1 +D 1 ，桑树同化的能量为 A，故桑树和蚕之间的能量传递效率可用 D/A 表示，相邻两个营养级的能量传递效率一般为 10% ～ 20%，C 项错误。蚕沙（粪便）中的能量属于上一营养级（桑树）同化的能量，不属于D 1 中的能量，D 项错误。
【答案】 B
生产者
(绿色植物)
呼吸
初级消费者
(植食动物)
呼吸
次级消费者
(肉食动物)
呼吸
分 解 者
…
呼吸作用
三级消费者
(肉食动物)
呼吸
二、生态系统能量流动的特点及原因
单向流动的原因：
①能量流动是沿食物链进行的，食物链中各个营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，是不可逆转的。
②各营养级通过呼吸作用所产生的的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。
特点：单向流动、逐级递减（传递效率10%~20%）
逐级递减的原因：
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。
有关能量的计算
（1）能量流动中的最值计算（见下图）
（2）能量流动中的定值计算
①已确定营养级间能量传递效率的，不能按最值法计算，而需按具体数值计算。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
②如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则需按照各单独的食物链进行计算后合并。
①求“最多”，则能量按最低能量传递效率的10%流动
②求“最少”，则能量按最高能量传递效率的20%流动
较低营养级
较高营养级
（已知）
（未知）
①求“最多”，则能量按最高能量传递效率的20%流动
②求“最少”，则能量按最低能量传递效率的10%流动
（未知）
（己知）
例4 难度★☆☆ 典型★★☆
从健康的角度考虑，提倡素食可以减少脂肪和胆固醇等的摄入，能降低心血管等疾病的发病率。从生态系统的营养结构和生态系统的功能的角度考虑，下列对提倡素食的好处的描述，不正确的是 （　　）
A. 提倡素食能使人类的食物链缩短
B. 提倡素食能提高能量传递效率
C. 提倡素食能减少生态系统中能量的散失
D. 提倡素食能使人类从生产者中获得更多的能量
【解析】 素食是指人类直接吃生产者，提倡素食使中间环节少了，所以可以使食物链缩短，A 项正确。能量传递效率是该营养级的同化量与上一个营养级同化量的比值，一般在 10% 到 20% 之间，所以提倡素食不能提高能量传递效率，B 项错误。提倡素食缩短了食物链，所以能减少能量的散失，C 项正确。提倡素食能使人的营养级降低，缩短了食物链，减少了能量的散失，所以人能获得更多的能量，D 项正确。
【答案】 B
典型例题
例 5 难度★☆☆ 典型★★☆
“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是 （　　）
A. 鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量
B. 该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者
C. 鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节
D. 鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向
【解析】 谚语“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现的食物链是植物→蝉→螳螂→黄雀。鹰迁入后可以捕食黄雀，而黄雀是螳螂的天敌，黄雀减少螳螂会增加，而螳螂又是蝉的天敌，所以蝉的数量下降，所以鹰的迁入增加了该树林中蝉的天敌的数量，减少了蝉的数量，A 项错误。能量不能由分解者流向生产者，B 项错误。鹰的迁入增加了营养级，增加了该生态系统能量消耗的环节，C 项正确。能量流动的方向是从生产者到消费者，鹰的迁入并没有改变生态系统能量流动的方向，D 项错误。
【答案】 C
典型例题
例 6 难度★☆☆ 典型★★☆
下图 1 表示某河流生态系统的食物网及该生态系统的能量金字塔（甲、乙、丙为 3 种鱼，丁为 1 种肉食性水鸟，甲、丙不摄食藻类，箭头指示能量流动方向），图 2 表示该生态系统部分能量流动关系（图中数字表示同化的能量值）。请回答下列问题。
（1）生态系统的结构包括生态系统的组成成分和　　　　　　　。
（2）图 1 所示食物网中，遗漏一条食物链，该食物链是　　　　　　 （用文字和箭头表示），补充后，该食物网中共有　　　　条食物链，其中丙和丁的种间关系是　　　　　　　。
（3）该河流生态系统除了图 1 所示的成分外，还应有　　　　　　　　、　　　　　　。
（4）综合图 1、图 2 分析，流入第二营养级的能量是指其他鱼类和 等生物同化的能量。
（5）据图 2 分析，流入该生态系统的总能量为　　　　kJ/（m 2 ·a），乙同化的能量是　　　　kJ/（m 2 ·a），丁同化的能量是　　　　kJ/（m 2 ·a），体现了能量流动是　　　　　　的。
【解析】（1）生态系统的结构包括生态系统的组成成分和营养结构，其中营养结构即食物链和食物网。（2）由题干中提供的信息可知，甲、乙、丙为 3 种鱼，丁为 1 种肉食性水鸟，则丁可以捕食甲，因此图 1 中缺少了甲到丁的箭头，即遗漏的食物链是水草→甲→丁；补充后图 1 中共有 6 条食物链，其中丁和丙可以共同捕食甲和乙，而丙又被丁捕食，故丁和丙之间的种间关系是捕食和种间竞争。（3）图 1 中的成分只有生产者和消费者，没有分解者，也没有生态系统的非生物的物质和能量。（4）图 1 中属于第二营养级的生物有甲、乙，因此流入第二营养级的能量是指其他鱼类和甲、乙等生物同化的能量。（5）流经该生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能，即 25 000 kJ/（m 2 ·a），乙同化的能量是1 900 kJ/（m 2 ·a），丁同化的能量是 275 kJ/（m 2 ·a），体现了能量流动是逐级递减的。
【答案】 （1）营养结构（或食物链、食物网）　（2）水草→甲→丁　6　捕食和种间竞争　
（3）非生物的物质和能量　分解者 （4）甲、乙　（5）25 000　1 900　275　逐级递减
三、生态系统能量流动的结果
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多，因此系统中的能量流动一般不超过5个营养级。
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。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。
四、生态金字塔
生物量金字塔
能量金字塔：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的次序排列，所形成一个金字塔图形，
生物量金字塔：用同样的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，
数量金字塔：用同样方法表示各个营养级的生物个体的数目比值关系
湖泊生态系统能量金字塔
生产者（第一营养级）
初级消费者（第二营养级）
次级消费者（第三营养级）
三级消费者（第四营养级）
生态金字塔的类型及特点
能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
每一阶含义 每一营养级生物所含能量的多少。 每一营养级生物个体的数目。 每一营养级生物的有机物总量。
象征含义 能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点。 一般生物个体的数目在食物链中随营养级升高而逐级递减。 一般生物有机物的总量沿食物链升高而逐级递减。
分析 能量流动过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递 减的。 成千上万只昆虫生活在一株大树上时，数量金字塔的塔形也会发生变化。 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量（用质量来表示）可能低于浮游动物的生物量。
少
多
高
低
数目
营养级
低
高
高
低
能量
营养级
少
多
高
低
生物量
营养级
——鸟
——虫
——树
——浮游动物
——浮游植物
例 7 难度★☆☆ 典型★★☆
［2019·全国Ⅱ卷］如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统（假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊）和森林生态系统（假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫）数量金字塔的形状最可能是 （　　）
A. 前者为金字塔形，后者为倒金字塔形
B. 前者为倒金字塔形，后者为金字塔形
C. 前者为金字塔形，后者为金字塔形
D. 前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形
【解析】 如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则可能出现金字塔形，也可能出现倒金字塔形。只有两个营养级的夏季草原生态系统（假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊），则牧草的数量比羊多，绘制的数量金字塔为金字塔形；森林生态系统（假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫），一棵树上可以有很多昆虫，因此，昆虫的数目比乔木的数量多，绘制的数量金字塔为倒金字塔形。综上分析，前者为金字塔形，后者为倒金字塔形，A 项正确。
【答案】 A
典型例题
例8 难度★☆☆ 典型★★☆
如下图所示，a 为自然生态系统的生态金字塔，b 为城市生态系统的生态倒金字塔，下列叙述错误的是 （　　）
　
A. a 生态系统不可或缺的生物组分为生产者和分解者
B. 流经 a 或 b 生态系统的总能量为各自生产者所固定的太阳能
C. b 生态系统可以对 a 生态系统产生强烈的干扰
D. 人类活动对 b 生态系统的发展起支配作用，其中分解者的分解作用相
对较弱
【解析】 生态系统的组成成分中，不可缺少的为生产者和分解者，生产者能为生态系统提供能量，分解者将动植物遗体、动物排泄物等所含的有机物转化为简单的无机物，A 项正确。城市生态系统为人工生态系统，是人类建立起来的特殊生态系统，对其他生态系统的依赖性大，需要大量的能量输入才能维持有序高效地运转。故流入城市生态系统的能量，不仅仅为生产者固定的部分，B 项错误。b 生态系统是人工生态系统，其内的人类活动可以对 a 生态系统产生强烈的干扰，C 项正确。人类活动对城市生态系统的发展起支配作用，因为城市生态系统中的动植物种类和数量都很少，分解者的功能较弱，所以对其他生态系统有很高的依赖性，需要人们对其进行科学的管理，以维持其动态平衡，D 项正确。
【答案】 B
五、研究生态系统能量流动的意义
1.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。
例如：生态农业（秸秆的多级利用、桑基鱼塘）
2.合理调整能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分。
例如，农田中除草杀虫
合理确定草场的载畜量
1、假如现有草100公斤，至少可使鹰增重 公斤。
2、假如现有草100公斤，最多可使鹰增重 公斤
3、假如要使鹰增加2公斤体重，最少要耗草 公斤。
4、假如要使鹰增加2公斤体重，最多要耗草 公斤。
计算：在食物链 “草 兔 鹰”中，
例9 难度★☆☆ 典型★★☆
某人工投喂饲料饲养的鱼塘生态系统具有 5个种群，这 5 个种群及其固定的能量（单位：略）如下表所示。下列说法不正确的是 （　　）
A. 该鱼塘生态系统共有 4 个营养级
B. 表中至少有一个种群是分解者
C. 根据表中数据不能计算出第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率
D. 为了使能量更多地流向人类，可人工捕捞一部分甲和丁
【解析】 由题表可知，该鱼塘生态系统共有 4 个营养级，A 项正确。生态系统的生物成分包括生产者、消费者和分解者，而表格中表示 5 种生物都有固定的能量，说明只有生产者和消费者，没有分解者，B 项错误。由于该鱼塘生态系统是人工生态系统，乙和丙所示种群是该鱼塘的饲养对象，则乙和丙种群固定的能量一部分来自饲料，但这部分能量值表中并未给出，因此根据表中数据不能计算出第一营养级与第二营养级之间的能量传递效率，C 项正确。能量流动是逐级递减的，为了使能量更多地流向人类，应该尽量地减少能量的浪费，可以通过缩短食物链的方式，人工捕捞一部分甲和丁，D 项正确。 【答案】 B
典型例题
例10 难度★☆☆ 典型★★☆
下图为某一生态工程示意图。据图判断下列说法不正确的是 （　　）
A. 用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用
B. 用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
C. 用蛆蛹排泄物作有机肥还田，运用了能量循环再生原理
D. 在离开人的管理条件下，该生态工程不能正常运转
【解析】 生态工程中利用玉米的残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了物质的多级利用，A 项正确。将玉米的副产品玉米芯变废为宝，来生成木糖醇，可以增加经济效益，B 项正确。在生态系统中，物质可以循环再生利用，但是能量是单向流动、逐级递减的，C 项错误。由于在该生态系统中，人的作用非常关键，因此在离开人的管理条件下，该生态工程不能正常运转，D 项正确。
【答案】 C

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