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第三章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
问题探讨
策略一：
先吃鸡，再吃玉米
哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？
一只母鸡
15kg玉米
策略二：
先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
玉米
鸡
人
玉米 鸡
人
能量流动的过程
能量流动概念：
生态系统中能量的_____、_____、_____和_____的过程。
输入
转化
散失
传递
一株玉米
通过光合作用将光能转化为有机物中的化学能
能量输入
能量输出
对于一株玉米而言，其生存所需能量的来源和去路？
呼吸作用，以热能散失
体内储存
被捕食者捕食
被分解者分解
玉米种群
第一营养级
枯枝
败叶
思考：输入生态系统的的能量来源是什么？沿着什么渠道进行传递？以什么形式传递？最终以什么形式散失？
生产者（玉米） 初级消费者（鸡） 次级消费者（人）
能量流动的过程
生产者（玉米） 初级消费者（鸡） 次级消费者（人）
任务1：阅读教材P55 一、二段内容，建构生产者能量流动的模型。
太阳能
用于自身生长发育和繁殖
绝大部分未被固定
呼吸作用，以热能散失
生产者固定的太阳能
流入下一营养级
残枝败叶被分解者利用
初级消费者（鸡）的能量来源和最终去路与生产者有什么异同点？
能量流动的过程
生产者（玉米） 初级消费者（鸡） 次级消费者（人）
任务2：建构初级消费者能量流动的来源和最终去向的模型
初级消费者的______量
初级消费者（鸡）的________量
呼吸作用，以热能散失
流入下一营养级
遗体残骸被分解者利用
同化量
粪便量
分解者
初级消费者（鸡）的能量来源和最终去路与生产者有什么异同点？
生产者和初级消费者同化量的去路相同
用于自身发育生长和繁殖
生产者（玉米）中储存的能量
摄入
摄入量 = 同化量 + 粪便量
呼吸作用 + 用于自身生长发育、繁殖
流入下一营养级+ 遗体残骸流向分解者
能量流动的过程
有机物中的化学能
（摄入量）
表示一个生物所摄取的能量。
对于动物来说，它代表动物吃进的食物的能量
葡萄糖
氨基酸
脂肪酸和甘油
吸收进入体内的有机物中的能量
（同化量）
对于动物来说，它是消化后吸收的能量
对于植物来说，它指在光合作用中所固定的能量
（粪便量）
存在于粪便中未被同化或吸收的能量
能量流动的过程
摄入量=
同化量+
粪便量
属于上一营养级的同化量
能量流动的过程
思考：处于食物链每个环节的生物，其同化量都有三个最终去向吗？
能量流经最高级营养级无“流入下一营养级”去向
玉米
鸡
人
同化量
生产者通过光合作用所固定的能量
鸡的摄入量
残枝败叶
人的摄入量
鸡的粪便
鸡的遗体残骸
人的粪便
人的遗体残骸
问：在食物链中流动的能量是同化量还是摄入量？
建构生态系统能量流动的模型
玉米
鸡
人
同化量
生产者通过光合作用所固定的能量
鸡的摄入量
残枝败叶
人的摄入量
鸡的粪便
鸡的遗体残骸
人的粪便
人的遗体残骸
能量流动的过程及特点
鸡的同化量
人的同化量
输入生态系统的的能量来源是什么？沿着什么渠道进行传递？以什么形式传递？最终以什么形式散失？
思考1、能量流经生态系统时能量形式发生了怎样的变化？
2、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？
能量单向流动，逐级递减
储存在某营养级生物体内的能量越来越少
能量流动
核心问题：哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？
一只母鸡
15kg玉米
玉米
鸡
人
玉米 鸡
人
√
例.如图表示能量流经第二营养级的示意图，a~g表示相应能量的数值大小，据图回答：
1、A~E分别表示
A:_______________________________B：________________________________
C:______________________________________
D：_________________________E:________________________
第二营养级摄入的能量
第二营养级同化的能量
用于生长、发育、繁殖的能量
流向第三营养级的能量
流向分解者的能量
能量流动的过程
活学活用
能量流动的过程
①
②
③
④
⑤
活学活用
(1)初级消费者粪便中的能量属于哪个箭头？
　
(2)哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？
(3)哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？
⑤或由生产者流向分解者的箭头
①或②＋③＋④
①－③或②＋④
思考:
补充
自然种群中生态系统中能量的输入是_________________
人工饲养鱼塘生态系统输入的能量包括_________________________________
系统集成P58 典例2 变式训练2 P64 T3
生态系统中能量的传递指的是不同生物之间通过_____________关系传递能量；传递能量的载体是______________
生产者固定的能量
生产者固定的能量+人工饲喂食物中的能量
捕食、寄生等
有机物
能量流动的计算
分析赛达伯格湖的能量流动
美国耶鲁大学生态学家林德曼
“未利用”的能量代表着什么？
有限时间内仍存活着的个体中的能量
思考：
1.流入（输入）该生态系统的总能量？
2.图中62.8、12.6代表摄入量还是同化量？
3.植食性动物粪便中的能量属于12.5还是2.1？
4.图中2.1指的是什么？包括哪几部分？
464.6
同化量
12.5
植食性动物的遗体和肉食性动物的粪便
摄入量 = 同化量 + 粪便量
呼吸作用 + 用于自身生长发育、繁殖
流入下一营养级+ 遗体残骸流向分解者
+ 未利用
能量流动的计算
讨论
1、设计表格，整理赛达伯格湖能量图解中的数据，计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
流入 呼吸作用 分解者利用 暂未利用 流出 流出/流入
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
96.3
12.5
293
62.8
62.8
18.8
2.1
29.3
12.6
12.6
7.5
微量
5.0
13.52%
20.06%
能量逐级递减
能量流动的计算
2、相邻两个营养级间的能量传递效率如何计算？
能量传递效率 =
某一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
4、流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流入下一营养级？
未利用、流向分解者、呼吸作用以热能的形式散失
注意：能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
10%～20%
3、为什么食物链上一般不超过五个营养级？
营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。
能量流动的计算
请计算每个营养级能量的来源和去向，说明是否遵循能量守恒定律？
生产者：来（464.6）=去（96.3+62.8+12.5+293）
植食性动物：来（62.8）=去（18.8+12.6+2.1+29.3）
5、能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？
不矛盾。能量在流动过程中逐级递减，指的是流入各个营养级的能量。能量守恒定律可以用于衡量流入某个生态系统的总能量。
6、长时间没有光照，对生态系统有什么影响？
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。（P57）
能量流动的计算
单向流动
②通过呼吸作用散失的热能不能再次被利用
①食物链中的捕食关系不能逆转
能量流动特点
逐级递减
原因
部分能量以热能散失、被分解者利用、未被利用。（能量传递效率为10%～20%）
原因
分析赛达伯格湖的能量流动
能量流动的计算
W1 生产者固定能量
（同化、流入、输入）
自身呼吸作用消耗
流向分解者
未利用
流向下一
营养级
C1流向分解者=遗体+下一级粪便
1.生产者的同化量： 。
2.生产者用于生长发育繁殖的能量： 。
3.初级消费者的同化量： 。
4.初级消费者用于生长发育繁殖的能量： 。
5.由第一营养级到第二营养级的传递效率为： 。
W1或A1+B1+C1+D1
W1-A1或B1+C1+D1
D1或A2+B2+C2+D2
D1-A2或B2+C2+D2
摄入量？
易错点训练：
生态系统能量流动的分析（拼图法）
（D1/W1）X 100%
下图为能量流经某生态系统第二营养级的示意图：
（1）第一营养级流向分解者的能量是20J/（cm2.a）（ ）
（2）第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是50J/（cm2.a）（ ）
（3）第三营养级同化的能量是15J/（cm2.a）（ ）
初级消费
者摄入量
粪便量
同化量
呼吸作用
生长发
育繁殖
×
×
×
分解者
能量流动的计算
能量流动的计算
下图表示某生态系统的食物网，请回答：若该生态系统的能量流动效率平均为10%，同一营养级的每种生物从上一营养级获得的能量是均等的，那么第一营养级的同化能量为2×107KJ，则鹰最终获得的能量是____________________
2 x 107
106
106
5 X 104
5 X 104
5 X 103
5 X 102
5 X 104
5 X 103
能量流动的计算
下图所示的食物网中，若人的体重增加1kg，最少需消耗水藻_____________kg。最多消耗水藻___________Kg。
25
100000
1Kg
最少：选最短的食物链
1÷20%÷20%=25kg
最多：选最长的食物链
1÷10%÷10%÷10%÷10%÷10%=100000kg
系统集成P61 素养 · 迁移
P64 T6
能量流动的计算
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______,能量损失越多。为了充分利用能量,应尽量缩短食物链。
有关能量的“最值”计算方法:设食物链“甲→乙→丙→丁”
①正推型:知低营养级求高营养级(已知甲→求丁)
获得能量最 ，选最___食物链，按__________计算
获得能量最少，选最____食物链，按_________计算
1.若某生态系统固定的总能量为24 000kJ,则该生态系统的第三和第四营养级所获得的能量最多是________________
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___________
②逆推型:知高营养级求低营养级(已知丁一求甲)
需最少能量，选最____食物链，按______算；需最多能量，选最___食物链，按______算。
"÷20%”
“÷10%”
长
短
长
多
短
"×20%"
长
"×10%"
960 kJ和192 kJ
y×(20%)2
y×(10%)2
生态金字塔
如果将生态系统各营养级间的关系，由低到高绘制成图，通常呈现一个金字塔图形，称为生态金字塔。
概念
类型
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
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，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
生态金字塔
（1）能量金字塔
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
能量递减
营养级递增
特点：
通常都是上窄下宽的
正金字塔形。
原因：
能量在流动中总是逐级递减的。
意义：
直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系
生态金字塔
（2）生物量金字塔
用表示能量金字塔中的方法表示各营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重），即为生物量金字塔。
概念
逐级递减
特点：
一般为正金字塔形
但是也有可能倒置
意义：
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。
生态金字塔
（2）生物量金字塔
倒置的生物量金字塔
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
在水域生态系统中，生产者(浮游植物)个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，因此，某一时刻调查浮游植物的生物量会低于浮游动物的生物量。此时的生物量金字塔也就成了上宽下窄了。
一段时间上看，浮游植物的生物量（包含已被摄食掉的部分）仍高于浮游动物，生物量金字塔并没有真正倒置。
生态金字塔
（3）数量金字塔
如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。
概念
特点：
一般为正金字塔形
树
昆虫
食虫鸟
鹰
数量金字塔会出现倒金字塔吗？
消费者的个体小而生产者的个体大
意义：
直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系。
小结：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
特点
象征意义
每一营养级生物所含能量的多少
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总量
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
系统集成P60
研究能量流动的意义
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，增大流入某个生态系统的总能量。
研究能量流动的意义
2、研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
如果把作物秸秆当燃料烧掉,人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜,，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。
研究能量流动的意义
我国古代就已发展出”桑基鱼塘“生产方式：利用桑叶喂蚕,蚕沙养鱼,塘泥肥桑,在桑、蚕、鱼之间形成良性循环。
研究能量流动的意义
3、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。
只有根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。

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