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荒岛求生
假设你像小说中鲁滨逊那样，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、15g玉米。
如果要维持更长的时间等待救援，你会如何做？
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
3.2 生态系统的能量流动（第1课时）
新教材 人教版 选择性必修2
能量输入
种群
能量储存
能量散失
能量输入
某营养级
能量储存
能量散失
科学方法：研究能量流动的基本思路
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
能量输入
个体1
个体2
个体3
……
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
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。
如果将这个种群作为一个整体来研究，则左图可以概括成下图形式，从中可以看出分析能量流动的基本思路。
如果以种群为研究对象，能量流动的渠道为食物链，可能因为食物网的复杂性而影响结果的准确性。
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？
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。
草的能量的来源
一、能量流动的过程：
光合作用
(太阳能 化学能)
第一营养级同化量=
生产者固定的太阳能
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，并且储存能量的变化过程。
呼吸消耗
分解者分解
流入下一营养级
草固定能量的去向
热能
呼吸作用
用于自身生长、发育、繁殖
一、能量流动的过程：
呼吸作用以
热能形式散失
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
一、能量流动的过程：
1.能量流经第一营养级的过程
粪便
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
同化
流入
呼吸作用
分解者
摄入
生长发育和
繁殖储存起来
同化量
=
摄入量
粪便量
－
一、能量流动的过程：
特别注意：
粪便量属于上一营养级的同化量
属于上一营养级传给分解者的能量
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
一、能量流动的过程：
注意：流入某一营养级的能量=同化量≠摄入量
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
吸呼
散失
...
能量流经第二营养级示意图
一、能量流动的过程：
流经第二营养级的总能量：
同化量
同化量
摄入量-粪便量
=
=
呼吸作用散失+用于生长
发育和繁殖
呼吸作用散失+被分解者利用+流入下一营养级
=
呼吸作用消耗
分解者分解利用
下一营养级摄食
去路：
次级消费者
摄入
用于生长
发育和繁殖
呼吸
散失
遗体
残骸
次级消费者
同化
分解者利用
粪便
吸呼
散失
能量流经最高营养级示意图
一、能量流动的过程：
呼吸作用消耗
分解者分解利用
去路：
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
归纳总结
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
生产者
（绿色植物）
初级消费者（植食性动物）
次级消费者（肉食性动物）
三级消费者（肉食性动物）
呼吸作用
……
分解者
归纳概括能量流动过程：
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？
初级消费者粪便中的能量属于以上哪个颜色箭头的部分？
生产者
（植物）
呼吸作用
初级消费者
（植食动物）
呼吸作用
次级消费者
（肉食动物）
三级消费者
（肉食动物）
呼吸作用
呼吸作用
分 解 者
呼吸作用
生态系统能量流动传递的过程
太阳能
二、能量流动的概念：
输入
生产者固定的太阳能总量为流经这个生态系统的总能量
传递
以有机物的形式沿食物链向下一营养级单向传递
散失
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。
1.输入
①能量来源:
太阳能
②能量流动的起点:
生产者固定的太阳能
③流经生态系统的总能量:
生产者所固定的全部太阳能
④能量输入方式:
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，还有人工补充的能量（例如饲料中有机物中的化学能）
特别提醒：
二、能量流动的概念：
2.传递：
①能量传递的途径（渠道）：
食物链和食物网
②能量传递的形式：
有机物中的化学能
3.转化：
太阳能
光合作用
有机物中的化学能
热能
呼吸作用
4.散失：
以热能形式散失
5.在生态系统中，能量流动大致可以概括为下图：
请思考：(1)初级消费者粪便中的能量是哪个箭头？
提示　由生产者流向分解者的箭头。
(2)哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？
提示　①或②＋③＋④。
【练习】
(3)哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？
提示　①－③或②＋④。
(4)生态系统中的能量流动和转化是否遵循能量守恒定律？
提示　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。
(5)流经生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？
提示　不能，能量流动是单向的。
植食性动物
62.8
62.8
赛达伯格湖的能量流动图解
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
0.1
7.5
5.0
327.3
122.6
14.6
三、能量流动的特点：
未固定、未利用主要指的是哪些？
思考:
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。
短时间内，某营养级的生物不会被全部捕食或死亡，因此同化量的去向(某段时间内的能量去向)还应该包括未被利用的能量。即：
未被利用是指：在统计能量流动的时间段内，某一营养级生物的同化量中未被呼吸作用消耗，也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量，有时还包括以化石燃料形式储存于地下未被人类开采的能量，还包括多年生植物上一年自身生长发育的净积累量。如草原中一批羊，羊吃草可以长大，在统计期间，有被狼捕食的，有死亡的，还有未死亡的(未利用)。
数据整理，填写表格
营养级 流入能量 输入下一营养级能量 呼吸作用散失 分解者利用 未利用 传递效率
生产者
植食性动物
肉食性动物
传递效率 =
某一营养级同化的能量
从上一营养级同化的能量
×100%
三、能量流动的特点：
464.6
62.8
96.3
12.5
293
62.8
12.6
18.8
2.1
29.3
12.6
7.5
0.1
5
13.5%
20.1%
结论：能量在流动过程中是逐级递减的，相邻营养级的传递效率大约是10%—20%。
暂未利用
②单向流动:
自身呼吸作用消耗
流向分解者
12.6
62.8
植食性动物
62.8
生产者
464.6
肉食性动物
12.6
96.3
18.8
7.5
分解者
14.6
12.5
2.1
微量
未利用
327.3
293
29.3
5.0
①逐级递减:
不可逆转，不可循环流动
未固定
三、能量流动的特点：
呼吸
122.6
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主要有以下去向：一部分通过该营养级的呼吸作用散失了；一部分以排出物、遗体或残枝败叶的形式被分解者利用；还有一部分未能进入（未被捕食）下一营养级；其他的才是流入下一营养级的能量。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。
生态系统中的能量流动是单向的；
能量在流动过程中逐级递减。
分析塞达伯格湖的能量流动
(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能( )
(2)生产者和各级消费者的能量均可流入下一个营养级( )
(3)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统( )
(4)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量( )
判断正误
×
×
√
×
1.(2021·山东烟台检测)某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是
典题应用
及时反馈　知识落实
A.生产者固定的总能量可表示为A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2
B.初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2
C.初级消费者摄入的能量为A2＋B2＋C2
D.W1＝D1＋D2
√
2.如图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是
A.生态系统中的能量流动具有单向性，
主要是因为食物链中生物之间捕食
与被捕食的关系不可逆转
B.一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率是10%～20%
C.①表示流经此生态系统的总能量
D.从能量关系看，②＞③＋④
√
解析　①表示初级消费者的同化量，C项错误。
传递效率经典考题（1999年上海）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，单位为百万千焦。请回答：
（1）请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框（A）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_______%。
111
生产者
13.5
20
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。
能量传递效率＝ = ×100%
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为10%～20%
能量传递效率的计算
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
类型一：知低求高，已知甲的能量，求丁获得的能量
最多： ，食物链越短越 。
最少： ，食物链越长越 。
×20%
多
×10%
少
（1）如对于食物网 ，由第一营养级到第二营养级的能量传递效率
是指(B＋C)同化的总能量占A同化的总能量的10%～20%。
例.在食物链“草→兔→鹰”中，假如现有草100kg，最多可使鹰增重____kg。最少可使鹰增重____kg。
1
4
类型二：知高求低，已知丁的能量，求消耗甲的能量
最多： ，食物链越长越 。
最少： ，食物链越短越 。
÷10%（×10）
多
÷20%（×5）
少
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为M，则丁获得的能量为M×a%×b%×c%。
(3)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。
例.在食物链“草→兔→鹰”中，假如要使鹰增加2kg体重，最多要消耗草 ____kg。最少要消耗草____kg。
200
50
(4)在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率为10%～20%，一般从两个方面考虑：
①知低营养级求高营养级
获得能量最多
获得能量最少
选最长食物链
选最短食物链
按“×10%”计算
按“×20%”计算
②知高营养级求低营养级
需最少能量
需最多能量
选最短食物链
选最长食物链
按“÷20%”计算
按“÷10%”计算
1
10000
2000
400
1000
100
10
1
例1.如果A消耗10000 kg，
C最多增重_____千克，最少增重___千克
400
浮游植物
浮游动物
小鱼
大鱼
1000kg
10%
10%
10%
20%
20%
25kg
1kg
例2：大鱼体重增加1kg，最多(至少）需要浮游植物多少千克
（5）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。
例3.在右图的食物网中，如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1kg，则最少需要消耗A多少kg？
在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加
沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg × 5 × 5 × 5 × 5＝625/4kg
消耗A最少，按最高传递效率20%计算（前级是后级5倍）：
75/4kg+625/4 kg=175kg
沿食物链A→B→C逆推：3/4kg × 5 × 5＝75/4kg
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
√
三、生态金字塔
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
1、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顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。
通常都是上窄下宽的金字塔形。
能量在流动中总是逐级递减的。
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
3.1 能量金字塔
生态系统的能量流动一般
不超过 。
（原因：在一个生态系统中，
营养级越高，能量 就
越大。）
5个营养级
损耗
高
低
能量
低
高
营养级
天然生态系统一定为上窄下宽的金字塔形
某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置状况
问题探讨结果
1.先吃鸡再吃玉米
采用策略1
原因：先吃鸡，较少了鸡的消耗，缩短食物链获得的能量更多，持续时间更久。
直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系。
2、生物量金字塔
用表示能量金字塔中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，即为生物量金字塔。
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
大多也是上窄下宽的正金字塔形。
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
一般来说植物的总干重通常大于植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重。
资料1：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2。
营养级 某湖泊 某海域
生产者 96 4
初级消费者 11 21
次级消费者 4 －
3.2 生物量金字塔
（每个营养级所容纳的有机物的总干量）
某湖泊的生物量
某海域的生物量
海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又不断被浮游动物和其它动物吃掉，所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量，因此生物量金字塔会出现倒置。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
3、数量金字塔
用表示能量金字塔的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔。
表明每个营养级中生物个体的数量。
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。
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
原因：
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
当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常倒置。比方说，生产者是树，初级消费者是昆虫。
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
2023/11/2
三、生态金字塔
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
水稻青蛙立体农业
蔬菜大棚中多层育苗
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，增大流入生态系统的总能量。
四、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，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率
秸秆饲料
沼气池
沼渣
（≠能量传递效率）。
能量传递效率与能量利用率不同
①能量传递效率:能量在沿食物链流动的过程中,逐级减少,若以“营养级”为单位,能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%~20%。
②能量利用率:通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值,或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值,或考虑分解者的参与,以实现能量的多级利用。
易错易混
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，合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。
[思考] 下列做法的意义：
①桑基鱼塘——桑叶养蚕，蚕蛹喂鱼，塘泥肥桑。
②秸秆还田
③玉米田除虫
④草原合理确定载畜量：放的牲畜太少不能充分利用牧草提供的能量，放牧过多会造成草场退化，使得畜产品产量下降。
①②实现能量的多级利用，提高能量的利用率
③④合理调整能量流动关系，使得能量持续高效流向对人类最有益的部分。
四、研究能量流动的实践意义
附3：某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲：乙=1：1调整为2：1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的（　　）
A、1.875倍
B、1.375倍
C、1.273倍
D、0.575倍
应该从丙出发，
甲：乙为1：1时，丙的能量为x，需要的甲为（1/2）x÷10%+（1/2）x÷10%÷10%=55x．
设当食物由甲：乙为2：1时，丙的能量为y，需要的甲为（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．
B
甲
乙
丙
二.能量流动中的最值计算
5.若某草原生态系统只存在如图所示的食物关系，尝试完成以下问题：
(1)在如图的食物网中，猫头鹰要增加20 g体重，最多消耗植物_______g，最少消耗植物_____g。
(2)假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为_____g。
(3)假如植物有2/5被兔所食，有3/5被鼠所食；鼠有2/3直接被猫头鹰捕食，有1/3被蛇捕食后流入猫头鹰体内。猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为_____g(精确到个位数)。
20 000
500
900
595
1
2
3
4
5
6

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