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(共33张PPT)
《生态系统能量流动》知识解读及实例分析
1、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。
2、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
……
一、能量流动过程解读
（1）能量流经一个种群的情况分析
（2）能量流经每个营养级生物种群的情况分析
能量输入
生产者
能量存储
能量散失
残枝败叶被
分解者分解
初级消
费者摄入
形式：热能
过程：有机物中化学能转化为热能
①第一营养级生物种群：生产者
摄入量=同化量+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
用散失
热能
粪便
呼吸作用
散失
遗体残骸
②第二营养级生物种群：初级消费者（其他中间营养级生物种群能量流动情况均相同）
③终端营养级生物种群：食物链终端，最高营养级
摄入量=同化量+粪便量
终端消费者摄入
终端消费者同化
用于生长、发育和繁殖
分解者利用
呼吸作
用散失
热能
粪便
呼吸作用
散失
遗体残骸
①摄入量=同化量+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终端营养级的能量不存在流向下一营养级。
特别提示：
3、生态系统的能量流动的定量分析
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。
各营养级的能量都有通过呼吸作用散失；都又一部分未被下一营养级利用（高端营养级除外）；都有一部分被分解者分解。
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物 分解者
输入能量
流出能量
出入比
赛达伯格湖的能量流动数据分析
464.6
62.8
13.52%
62.8
12.6
12.6
20.06%
14.6
4、能量流动的特点
（1）单向流动：原因是各个营养级的顺序是不可逆的；且各个营养级的能量总是以呼吸散失热能。
（2）逐级递减：原因是自身呼吸消耗、被分解者分解、暂时未被利用，在两个相邻营养级之间传递效率为10%-20%。
（3）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。
（4）能量传递效率不能人为提高，但能量利用率可以提高
传递效率=
上一营养级的同化量
本营养级的同化量
×100%
1.1×105
15.6%
能量流动逐级递减；维持各营养级较高的有机物输出量
例析、下图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值（单位为103kJ/m2·y）。试回答下列有关问题：
（1）该生态系统中生产者固定的总能量是_________kJ/m2·y。
（2）能量从该生态系统的第二营养级到第三营养级传递的效率为___________。
（3）试分析图中植食动物、肉食动物和顶位肉食动物随营养级的升高需要的有机物输入越来越多的原因___________________________ 。
5、生态金字塔
（1）能量金字塔：如果将单位时间内各个营养级所得到的能量数值转换成相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔。稳定的生态系统中,能量金字塔都是上窄下宽的金字塔形，见下图。
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
（2）生物量金字塔：如果将单位时间内各个营养级所容纳的有机物的总干重数值转换成相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫做生物量金字塔。
（3）生物数量金字塔：如果将单位时间内各个营养级生物数量数值转换成相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫做生物数量金字塔。
当生产者个体数量比消费者个体大得多时，数量金字塔经常是倒置的。当生产者个体小，寿命短，生物量金字塔也有可能倒置。例如，在海洋生态系统中，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。
提示：数量金字塔和生物量金字塔出现倒置的原因
例1.如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是（ ）
A.能量流动是伴随着物质利用进行的
B.图中甲为初级消费者同化的能量
C.该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量
D.乙比甲的能量少的原因是甲的遗体残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
D
点评：乙比甲的能量少的原因是甲的大部分被呼吸作用消耗一热能形式散失。
例析2、下列关于生态金字塔的叙述，正确的是（ ）
A.生态金字塔显示了各营养级之间的数值关系
B.生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链
C.生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列
D.生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制
A
点评：生态金字塔显示了各营养级之间的能量数值、生物量数值、生物数量数值关系；生态金字塔中每个营养级的生物可能属于不同食物链；生态金字塔中的数值均按营养级次序排列；生态金字塔可分别以生物数量、有机物量和能量为指标绘制。
二、研究能量流动的实践意义
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。
2、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。
例析、下图是两个农业生态系统的结构模式图。图a中农作物为人类提供的食物量、为家禽和家畜提供的饲料量,都与图b相同。
(1)图 所示生态系统的能量能够更多地被人类利用,原因是__ 。 _
b
图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用
(2)请根据图a、图b所示生态系统的结构,在下面用箭头完成这两个生态系统能量流动和利用的图解(各种生物的呼吸作用耗能和图中未标出的分解者耗能可不标出)。
三、食物网中能量“最值”的计算分析方法：
1、若已知生产者的总能量，求高营养级生物获取能量的最大值或最小值。前者按20﹪的传递效率，且按食物链最短的计算；后者按10﹪的传递效率，且按食物链最长的计算。
2、若已知高营养级生物获得的能量，求消耗生产者的能量的最大值或最小值。前者按10﹪的传递效率，且按食物链最长的计算；后者按20﹪的传递效率，且按食物链最短的计算。
例析1、假设如图所示食物网中，水稻固定的太阳
能为N，则人类获得的能量最大值为 ，
最小值为 。
例析2、如图所示食物网中，E是生产者，共含有7.1×109 KJ
能量，B生物种群总能量为2.3×108 KJ，从理论上计算A最多获
得的能量是（ ）
A、2.84×108 KJ
B、2.38×108 KJ
C、1.41×109 KJ
D、3.05×108 KJ
N/100
N/5
B
例析3、下图甲表示能量在生态系统中的流动过程，其中A、B、C表示不同类型的生物。若要使B2储存的能量增加x，最多需要A固定太阳能的量为y，则x与y的关系式应为________。
A、Y=100X B、Y>100X
C、Y=25X D、Y<25X
B
（1）如果牧草固定了1000KJ的能量, 则鹰最少能获
得 KJ能量, 最多能获得 KJ能量。
（2）若鹰要获得1KJ能量, 则至少消耗掉牧草所固定的______KJ能量, 最多消耗牧草固定的_____KJ能量。
（3）若鹰获得的能量1/2直接来自鼠、1/2来自蛇，则鹰增重1kg至少需要 kg牧草，至多需要 kg牧草
例析4、根据下图所表示的食物网进行计算:
鹰
牧草
鼠
蛇
1
40
25
1000
75
550
四、食物网中能量“成比例”的计算
分析方法：若已知某种生物同时被多种生物捕食，按一定的比例分配（如平均分配等），则从前往后计算；若已知某种生物同时捕获多种生物，按一定的比例分配（如平均分配等），则从后往前计算。
例析、若某草原生态系统只存在下面的食物关系，尝试完成以下问题：
(1)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，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为____________。
(2)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。那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为_______。(精确到个位数)
900 g
595 g
分析方法：
（一）生态系统中，能量定时定量分析时，存在未被利用量；不定时定量分析时，不存在未被利用量
（二）某营养级生物（最高营养级生物除外）同化的能量剖析为：呼吸散失热能（不是呼吸作用释放的能量）、用于自身生长、发育、繁殖等代谢活动能量，其中用于自身生长、发育、繁殖等代谢活动能量又剖析为流入下一营养级、流入分解者、未被利用量（定时分析才有）。
（三）某营养级消费者的粪便量属于上一营养级生物的同化量的一部分，且该部分能量属于上一营养级生物流入分解者能量的一部分；区分同化量、摄入量、流入量、储存量。
五、能量流动剖析
（四）能量传递是以营养级为研究对象，能量传递效率是某营养级生物同化量与上一营养级生物同化量的比值，但人工生态系统中，存在人工输入能量和人工输出能量，其中人工输入能量也参与生态系统中的能量流动，计算传递效率时要注意
（五）能量利用效率是指一个系统流向人类的能量的比值，可以透过构建合理的生态系统提高能量利用率
（六）任何生态系统中，能量流动均遵循能量守恒。其中一个不断发展的生态系统，能量总输入大于总输出（能量总输出为所有生物的呼吸散失的热能）；一个不断衰退的生态系统，能量总输入小于总输出；一个成熟的生态系统，能量总输入等于总输出。
例析1、下图表示动物利用食物的过程，对此分析正确的是 ( )

A.恒温动物的④/③值一般高于变温动物
B.哺乳动物的③/①值一般为10%～20%
C.提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
D.食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
C
例析2、一只鸟摄入昆虫100只（含2870KJ能量），传递效率为20%，则鸟的同化量为：
大于574KJ
点评：鸟的同化量为昆虫同化量的20%，但鸟的摄入量仅为昆虫同化量的一部分，所以鸟的同化量大于574KJ。
例析3、下人工鱼塘中能量流动图解部分示意图（字母表示能量的多少），相关叙述错图为正确的是（　　）
A．流经该生态系统的总能量为生产者所固定的太阳能
B．第二个营养级与第三营养级之间的能量传递效率为b+d/a+c×100%
C．第一个营养级与第二个营养级之间的能量传递效率为（c/a）×100%
D．鱼甲获得的总能量为a+c
D
例析4、如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·a)]，请回答有关问题：
(1)图中A代表的生理过程是___________。
(2)第二营养级到第三营养级的能量传递效率是_____________。第一营养级到第二营养级的传递效率是_________。
(3)流入该生态系统的总能量是_______________kJ/(m2·a)。
呼吸作用
15.625%
12.7%
1.17×105
例析5、下图A表示某生态系统的能量金字塔图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。图B是对图A中的各营养级所含有的能量进行分类剖析(图中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)。下列分析错误的是(　 )
A．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量
B．初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在c中
C．b和d之一，可代表生产者传递给分解者的能量
D．c1表示初级消费者所含能量中被次级消费者所同化的量
B
点评：c、c1、c2为流入下一营养级的能量，b、d为流入分解者能量、未被利用能量
例析6、某生态系统部分营养成分之间的关系，以及部分营养级的部分能量值(单位：J·m－2·a－1)如图。下列判断正确的是（ ）
A.草→草食性动物→肉食性动物①→
　肉食性动物②是一条食物链
B.在能量流动和物质循环中X分别代
　表热能和CO2
C.肉食性动物①属于初级消费者，由草食性动物到肉食性动物①的能量传递效率是3%
D.肉食性动物①同化的能量中只有约3.11%用于其生长、发育和繁殖
D
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