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第二节 生态系统的能量流动
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。
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。
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。
生态系统的能量流动
1.概念：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。
个体水平
群体水平
一、能量流动的过程
1.生态系统中能量流动的起点是什么？
2.输入生态系统的总能量是什么？
3.第一营养级、第二营养级的能量去向有哪些？
尝试归纳流入某一营养级的能量去向；
4.能量流动的渠道是什么？
阅读课本55页，结合图3-5和3-6，思考以下问题：
从生产者所固定的光能(太阳能)开始
生产者固定的太阳能总量
探究一
一、能量流动的过程
能量流经第一营养级示意图：
自身呼吸作用以热能的形式散失
用于自身生长、发育、繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中
遗体、残枝败叶
被分解者分解
流入到下一营养级
①
②
③
生产者(植物)固定的太阳能
探究一
一、能量流动的过程
能量流经第二营养级示意图：
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
以热能的形式散失
遗体残骸
初级消费者
同化
分解者利用
粪便
呼吸
散失
...
①
③
②
1.初级消费者粪便中的能量包括在初级消费者同化的能量中吗？
不包括
第一营养级
2.初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级的能量？
同化量=摄入量-粪便量
探究一
一、能量流动的过程
能量流经第二营养级示意图：
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
...
①
③
②
3. 流入初级消费者的能量（初级消费者的同化量）有哪几个去向？
③被分解者利用
①呼吸作用散失
用于生长、发育和繁殖
②流入下一个营养级
探究一
一、能量流动的过程
能量流经第二营养级示意图：
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
...
①
③
②
思考1：是否每一营养级的能量去向都相同？
否，最高营养级与其他营养级不同
3.能量流动的渠道是什么？
思考2：能量在食物链中流动的形式？
有机物中的化学能
食物链和食物网
探究一
一、能量流动的过程
生态系统中的能量流动过程大致可以概括为下图：
A1
A2
A3
A4
A1是生产者固定的太阳能总量
A2是生产者流入到下一个营养级的能量
三
呼吸作用消耗
流入下一营养级
被分解者分解
流经某一营养级的
能量去向有哪些？
A1
A2
探究一
1、生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？为什么？
2、流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？
遵循能量守恒定律。 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。
不能，能量流动是单向的。
......
生产者
（绿色植物）
初级消费者
次级消费者
三级
消费者
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分解者
呼吸作用
太阳能
方框大小、箭头粗细
思考：P55
探究一
在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括(　　)。
A.通过兔子呼吸作用释放的能量
B.通过兔子的粪便流入分解者体内
C.通过狐的粪便流入分解者体内
D.流入狐体内
B
一、能量流动的过程
跟踪训练
大象是植食性动物，有一种螳螂专以象粪为食。设一大象在某时间段内同化的能量 为107KJ，则这部分能量中可流入螳螂体内的约为（ ）
A.0 KJ B.106 KJ
C.3×106 KJ D.106---2×106 KJ
A
注意：1.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，并且储存能量的过程。
2.营养级所同化的能量即本营养级的能量。排除的粪便中能量不属于同化的能量。
跟踪训练
二、能量流动的特点
分析课本56页“赛达伯格湖的能量流动图解”，完成思考讨论：
1-2题参考表格：
探究二
二、能量流动的特点
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
生物所处的营养级越高,获取的能量越___,说明能量流动具有_________的特点。
少
逐级递减
探究二
二、能量流动的特点
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.52%
20.06%
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
能量在相邻两个营养级间的
传递效率是10％～20％
探究二
能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有以下去向：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排出物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未被捕食，未能进入下一营养级。
所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。
二、能量流动的特点
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
探究二
二、能量流动的特点
(1)单向流动
a.生物的捕食和被捕食关系是自然选择的结果，不能逆转。
b.各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。
生态系统中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能量补充，以便维持生态系统的正常功能。
(2)逐级递减（传递效率为10%～20%）
a.各营养级生物都会因呼吸作用消耗一大部分能量。
b.上一营养级生物不能全部被下一营养级捕食
c.各营养级能量都要有一部分流入分解者。
知识小结
问题探讨中，你认为哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？
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。
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。
三、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
象征 意义
生物链中各营养级生物所含能量的多少
各营养级生物个体数目的多少
各营养级生物有机物总量的多少
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点。
一般情况下，生物个体数目数量在食物链中随营养级升高而逐渐减少。
一般情况下，生物量(现存生物有机物总量)沿食物链流动逐级递减。
知识梳理
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄的形状。
一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。
例如，在海洋生态系统中，由于生产者（浮游植物）的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，
一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
三、生态金字塔
知识梳理
四、研究能量流动的实践意义
以农田生态系统为例，阅读课本P58第2、3、4段，小组讨论以下问题：
1、哪些措施能增加流入农田生态系统的总能量？
间作套种等立体农业生产方式充分利用空间和资源，能增大流入农田生态系统的总能量。
除草捉虫可以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。
间作套种
稻—萍—蛙
2、及时清除农田中的杂草、捉虫的意义是什么？
除草
探究三
四、研究能量流动的实践意义
3、在现代农业生产中，可以将秸秆做成饲料喂牲畜，牲畜粪便可用于发酵生产沼气。结合所学知识对上述措施进行评价。
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
能量利用率：一般指流入最高营养级（或人类）的能量占生产者固定总能量的比值。
一般，食物链越短，能量利用率越高。
将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等； 将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料，可以生产沼气提供能源；沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
探究三
四、研究能量流动的实践意义
这种能量利用率高且减少了环境污染的生产模式就是现今大力提倡的的生态农业。
桑基鱼塘（陆基种桑、桑叶饲蚕、蚕沙喂鱼、塘泥培桑）
典例分析
四、研究能量流动的实践意义
2、实现对能量的多级利用,大大提高能量的利用率。
3、调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
1、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
知识小结
生态系统的能量流动
在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括(　　)。
A.通过兔子呼吸作用释放的能量
B.通过兔子的粪便流入分解者体内
C.通过狐的粪便流入分解者体内
D.流入狐体内
B
跟踪训练
图11为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、11、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是
A．Ⅰ是初级消费者
B．Ⅳ为分解者
C．E1为太阳能，E2为热能
D．能量可在食物链中循环利用
C
生态系统的能量流动
跟踪训练
某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2，当下列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏？（　　）
A．W1＞10W2　　　B．W1＞5W2　　　
C．W1＜10W2　　　D．W1＜5W2
D
生态系统的能量流动
下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A.B.C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为106kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为1188872×106kJ，但其中1188761×106kJ的能量未被利用。请回答下面的问题。
(1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。
(2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为________%，从第二营养级到第三营养级的转化效率为________%。
生产者
111
13.5
20
跟踪训练
生态系统的能量流动
(3)次级消费者通过呼吸作用消耗的能量
占其同化作用所得到能量的百分比是________。
111
(4)由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有：
①各营养级生物体内的大量能量被___________________；
②其次是上个营养级的部分能量_________________________；
③还有少数能量被________利用。
分解者
细胞呼吸消耗
未被下一营养级利用
60%
1、在“草→食草的昆虫→蜘蛛→蟾蜍→蛇→猫头鹰”这条食物链，设流经这条食物链的总能量为100％，按最高传递率计算，猫头鹰所得能量最多为________;最少为________
(20%)5
(10%)5
方法：
在一条食物链中，若生产者能量为100%，
第n营养级获得的能量最多为(20%)n-1，最少为(10%)n-1
题型一：知低营养级能量求高营养级获得能量(能量传递效率未知)：
能量传递效率的计算规则
拓展提升
2.如果A增重10000 kg，
C最多增加_____千克，最少增加_______千克
400
1
方法：多条食物链,
获得能量最多：选最短食物链；按×20%计算
获得能量最少：选最长食物链；按×10%计算
能量传递效率的计算规则
拓展提升
题型二：知高营养级能量求低营养级获得能量(能量传递效率未知)：
1.在“浮游植物 浮游动物 鱼”这条食物链中，如果鱼要增加100kg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：_______
方法：
在一条食物链中，共有n个营养级，则第n营养级生物每增加1 kg体重:
①“至少”需要消耗的生产者的量：
②“最多”需要消耗的生产者的量:
=5n-1
=10n-1
2500kg
10000kg
能量传递效率的计算规则
拓展提升
方法：多条食物链,
需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算
需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算
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
变式：最多需要A________kg
C
1000
能量传递效率的计算规则
拓展提升
【例1】有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚同化1kJ的能量，丙需同化多少能量（ ）
A．550kJ
B．500kJ
C．400kJ
D．100kJ
题型三：关于“定值”的计算
在食物网中,某一营养级同时从上一个营养级的多种生物中按一定比例获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
A
能量传递效率的计算规则
拓展提升
2、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．1.875倍 B．1.375倍
C．1.273倍 D．0.575倍
B
解析：解题时应该从C出发，设当食物比例A∶B＝1∶1时，C的能量为x，需要的A为(1/2)x×10＋(1/2)x×10×10＝55x。设当食物比例A∶B＝2∶1时，C的能量为y，需要的A为(2/3)y×10＋(1/3)y×10×10＝40y。由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x＝40y，则y＝1.375x。
能量传递效率的计算规则
拓展提升
35
1.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120%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．1.286倍 D．0.575倍
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，
设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为
1/2 a÷20%÷20%＋1/2 a÷20%＝15 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÷20%＋1/3 b÷20%÷20%＝(35/3) b。
根据题意可知：15 a＝(35 /3)b， 即b/a＝1.286。
C
跟踪训练
2.下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量 数值，单位是J.m-2.a-1）。下列叙述正确的是( )
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
C.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J.m-2.a-1
D.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
B
跟踪训练
4、右图中的①、 ② 、③分别表示同一生态系统中不同营养级间能量传递的多少，它们之间的关系应该是（ ）
A ①< ② < ③ B ① > ② > ③
C ① = ② = ③ D ① = ②+③
生产者
初级消费者
次级消费者
三级消费者
①
②
③
B
3、大象是植食性动物，有一种蜣螂则专门以象粪为食，设大象在某段时间所同化的能量为107kJ，则这部分能量中流入蜣螂体内的约为
A、0kJ B、106 kJ
C、2×106kJ D、106－2×106kJ
A
象粪中包含生产者同化的能量，大象同化的能量没有流入蜣螂。
跟踪训练

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