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3.2 生态系统的能量流动
新教材 人教版 选择性必修2
请写出食物链
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。
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。
流落荒岛
讨论：
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。
问题探讨
应该先吃鸡，再吃玉米（即选择1），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
√
第一营养级
第二营养级
第三营养级
一.生态系统的能量流动
论证方案2
（生产者）
（初级消费者）
（次级消费者）
食物链1：
第一营养级
第二营养级
（生产者）
（初级消费者）
食物链2：
有多少能量能够从玉米最终流向鲁滨逊？
第一营养级（生产者）的能量来源及去路
第二营养级（初级消费者）的能量来源及去路
第一营养级
第二营养级
第三营养级
一.生态系统的能量流动
论证方案2
（生产者）
（初级消费者）
（次级消费者）
食物链1：
①阅读课本P55第一、二段内容，讨论以下问题：
玉米的能量来自哪里？
照射在玉米上的太阳能都被吸收了吗？
玉米吸收太阳能后，以何种形式储存？有哪些去向？
②构建玉米的能量流动示意图：
（自身呼吸作用以热能散失、用于自身生长发育繁殖、残枝败叶、被分解者利用、鸡摄入）
A.玉米(第一营养级)的能量流动情况
玉米
鸡
人
一.生态系统的能量流动
论证方案2
食物链1：
玉米固定的太阳能
呼吸作用散失
用于自身生长发育繁殖
鸡摄入
分解者利用
光合作用
固定(同化)
散失
呼吸作用散失
枯枝败叶
呼吸作用散失；
鸡摄入；
分解者利用；
未被利用
一.生态系统的能量流动
A.玉米(第一营养级)的能量流动情况
大部分
同化量 = 生产者固定的太阳能总量
99%
1%
玉米固定的太阳能的去向：
未利用
①阅读P55图3-5，讨论以下问题：
母鸡的能量来自哪里？
这些能量都被母鸡吸收了吗？
母鸡吸收能量后，以何种形式储存？有哪些去向？
②完成鸡的能量流动示意图。
（粪便、鸡同化量、自身呼吸作用以热能散失、用于自身生长发育繁殖、遗体残骸、被分解者利用、人摄入量）
一.生态系统的能量流动
B.鸡(第二营养级)的能量流动情况
呼吸作用散失
用于自身生长发育繁殖
鸡摄入
粪便
鸡
同化量
遗体残骸
人摄入
分解者利用（呼吸作用散失）
—
=
鸡粪便中能量是谁的能量？
属于玉米同化量
呼吸作用散失；
人摄入；
分解者利用；
未被利用
同化量
摄入量
粪便量
一.生态系统的能量流动
B.鸡(第二营养级)的能量流动情况
鸡的同化量去向有：
未利用；
粪便量
摄入量
同化量
经消化吸收得到的能量
来源于所摄食玉米的同化量
粪便属于上一营养级的同化量
呼吸作用散失
用于自身生长发育繁殖
人摄入
粪便
人
同化量
遗体残骸
一.生态系统的能量流动
C.人(第三营养级)的能量流动情况
分解者利用（呼吸作用散失）
属于上一营养级的同化量
呼吸作用散失；
分解者利用
最高营养级的能量去向：
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
分解者（残枝败叶）
下一营养级摄入
生产者固定的太阳能
未被利用
（草根）
散失
粪便
下一级同化量
呼吸作用散失
分解者（遗体残骸）
下一营养级摄入
未被利用
（活体石油煤炭）
同化量=摄入量 - 粪便量
同化量=呼吸散失 + 生长发育繁殖
同化量=呼吸散失 + 流入下一营养级 + 分解者 + 未利用
生产者同化量
二、能量流动的过程
1%的
可见光
=呼吸散失 + 流入下一营养级 + 分解者
同化量
时间足够（最终去向）
一. 能量流动的过程
由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量
方案1
方案2
方案一能让你维持更长的时间来等待救援
先
后
一部分
吃鸡蛋
一部分
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。
生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。
能量流动的过程
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
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
分 解 者
呼吸作用
生产者固定的太阳能为流经生态系统的总能量
输入
传递
以有机物的形式沿食物链和食物网向下一营养级传递
热能散失
在生态系统中，能量流动大致可以概括为如图：
(1)输入该生态系统的总能量是什么？
(2)生态系统中能量传递的形式和渠道分别是什么？
热能形式散失
能量流动的过程
(3)生态系统中能量散失的途径和形式分别是什么？
太阳能
(4)初级消费者粪便中的能量属于以上哪个箭头的部分？
①
②
③
④
⑤
(5)哪些或哪个箭头代表初级消费者的同化量？
①或②＋③＋⑤
(6)哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？
④
①－③或②＋⑤
能量流动的过程
途径：
形式：　　　　　
太阳能→有机物中的________→热能
形式：最终以　　　　形式散失
过程：
输入
传递
转化
散失
生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
散失
食物链和食物网
有机物中的化学能
生产者通过光合作用固定的太阳能总量（其次化能合成）
化学能
热能
呼吸作用
能量流动概念：
转化
例1.大象是植食性动物，有一种蜣螂专以象粪为食，设大象在某段时间所同化的能量为107，那么这部分能量可流入蜣螂体内的约有（ ）
A.0 B. 106 C.2× 106 D.107 - 2× 106
A
一.生态系统的能量流动
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
未被利用
用于自身生长、发育和繁殖
一.生态系统的能量流动
模型构建2：构建某一营养级的能量流动模型
1.能量流动的过程
2.下图所示为某生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化,下列有关叙述错误的是(　　)
A.A表示物种甲同化的能量
B.E表示物种甲呼吸散失的能量
C.D表示分解者呼吸散失的能量
D.A中的能量包括物种甲粪便中的能量
D
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。
讨论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？
思考 讨论：生态系统中的能量流动
方框大小、箭头粗细
一.生态系统的能量流动
1.能量流动的过程
不能，
能量流动是单向的。
讨论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？
思考 讨论：生态系统中的能量流动
方框大小、箭头粗细
一.生态系统的能量流动
1.能量流动的过程
自然和人工生态系统的填空标准：
①.流经自然生态系统的总能量是：
②.流经人工生态系统的总能量是：
③.自然生态系统的能量来源是：
④.人工生态系统的能量来源是：
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能
太阳能
太阳能和人工输入的有机物中的化学能
一.生态系统的能量流动
2.能量流动的概念
Raymond Lindeman
对能量流动做了定量分析
《生态学的营养动态概说》
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
优点：小、简单、稳定
一.生态系统的能量流动
3.能量流动的特点
思考 讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。
1.用表格的形式，将图中的数据进行整理，并计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
2.通过以上分析，请总结出能量流动的特点并分析原因。
一.生态系统的能量流动
思考 讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
3.能量流动的特点
未利用：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。（定时定量分析）
营养级 该营养级同化量 下一营养级同化量 能量传递效率
（不保留小数）
生产者
植食性动物
肉食性动物
3.上一营养级的能量为何不能百分之百地传递至下一营养级？
部分能量被自身呼吸作用消耗，部分能量被分解者利用，部分能量未被利用（有限时间内）。
464.6
62.8
62.8
12.6
12.6
20%
14%
20%
14%
3.能量流动的特点
相邻营养级间的能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
×100%
逐级递减
能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%
三. 能量流动的特点
总结：赛达伯格湖的能量流动的特点
赛达伯格湖能量流动图解
(1)从方向上看：
单向流动
(2)从数值上看：
逐级递减
（能量传递效率为10%～20%）
讨论4.通过以上分析，你能总结出什么规律？
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
总有一部分能量经自身呼吸消耗、被分解者分解、被下一个营养级利用。（能量传递效率为10%～20%）
原因
分析赛达伯格胡的能量流动
思考·讨论
三、能量流动的特点
小结：生态系统能量流动的特点
能量传递效率：一般10-20%
营养级数量：一般不超过5个营养级
1.生态系统中的能量是单向流动的。
2.能量在流动过程中逐级递减。
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。
二、能量传递效率的计算
1.在食物网中能量的最值计算
知低营养级
求高营养级
获得能量最多
选 食物链
效率按 计算(相乘)
获得能量最少
选 食物链
效率按 计算(相乘)
最短
×20%
最长
×10%
最多为： .最少为： .
a×(10%)3
例1：在A→B→C→D ，已知A的能量为a，则D获得的能量最多为？最少为？
E
a×(20%)2
知高营养级
求低营养级
需最多能量
选 食物链
效率按 计算(除以)
需至少能量
选 食物链
效率按 计算(除以)
最短
÷20%
最长
÷10%
最多为： .至少为： .
b÷(10%)3
b÷(20%)2
例2：在A→B→C→D，已知D的能量为b，则消耗A能量最多多少？至少为？
E
技法必备
若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%，则：
正推：知低营养级求高营养级 获能量最多 选最短食物链，按×20%计算
获能量最少 选最长食物链，按×10%计算
逆推：知高营养级求低营养级 需能量最多 选最长食物链，按÷10%计算
需能量最少 选最短食物链，按÷20%计算
二.能量流动中的最值计算
5.下图所示食物网中,E是生产者,共含有7.1×109 kJ 的能量,B的总能量为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
B
最少？
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物
输入能量 464.6 62.8 12.6
赛达伯格湖的能量流动数据分析
除了用数字表示之外，还有什么方法可以表示生态系统中能量流动逐级递减的特征？
生态金字塔
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
1.什么是能量金字塔？有何特点及意义？
2.什么是生物量金字塔？有何特点及意义？
3.在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？
4.什么是数量金字塔？有何特点及意义？
5.在什么情况下，数量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
6.列表从含义、形状、特点、意义等方面比较三种金字塔的异同。
7.研究能量流动有何实践意义？请举例说明。
请同学们自主阅读教材P57-58，小组合作思考讨论完成问题。
五、生态金字塔
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。
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物
输入能量 464.6 62.8 12.6
肉食性动物
12.6
生产者
464.6
植食性动物
62.8
（1）特点
通常都是上窄下宽的正金字塔形。
（2）原因
能量在流动中总是逐级递减的。
（3）意义
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系。
从能量流动金字塔可以看出：营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。
五、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。
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
（1）特点
一般为正金字塔形，有可能倒置
（2）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。
五、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。
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
（3）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。
在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？
五、生态金字塔
2.生物量金字塔：
在什么情况下，生物量金字塔可能是上宽下窄倒置的金字塔形？
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。
五、生态金字塔
3.数量金字塔：
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
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
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。
（1）特点
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形。
（2）原因
如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔。
五、生态金字塔
3.数量金字塔：
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
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
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。
（3）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。
人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
五、生态金字塔
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每层含义
特点
象征意义
特殊形状
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
某些人工生态系统可呈现倒金字塔形
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
海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物
每一营养级生物个体的数目
一般为正金字塔
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而减少
如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒金字塔形，如昆虫和树；
4、生态金字塔
　实战训练　
例.(2020·临沂外国语学校高二月考)甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔，下列与之相关的说法，错误的是
A.生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，基本呈现
图丙所示形态
B.由于能量流动具有逐级递减的特征，能量金字塔通常呈现丙图所示形态
C.不能用图甲表示生物数量金字塔
D.生态金字塔中每一层代表一个营养级，分解者不包含在其中
人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。
人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？
五、生态金字塔
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。
请同学们自主阅读教材P58，小组合作思考下列做法的意义：
六、研究能量流动的实践意义
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。
间作套种
多层育苗
六、研究能量流动的实践意义
稻—萍—蛙
立体农业
（下图是两个农业生态系统的模式图。图a中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
（1）分析这两幅图， 完成这两个生态系统的能量流动图解
（2）哪个生态系统的能量能够更多地被人类利用？为什么？
联系实际
六、研究能量流动的实践意义
练习与应用
二、拓展应用
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
练习与应用
二、拓展应用
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。
练习与应用
二、拓展应用
1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a 中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
【答案】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，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。
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。
实现能量多级利用，从而大大提高能量的利用率
（ 能量利用率≠能量传递效率）
粪便制作沼气
用秸秆作饲料
六、研究能量流动的实践意义
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。
稻田除草、除虫等。
合理确定草场的载畜量
牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量；牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。
六、研究能量流动的实践意义
1926年，美国一位生态学家研究了一块玉米田的能量流动情况，得到如下数据。
1.这块田共收割玉米约10000株，质量为6000 kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675 kg，折算为葡萄糖6687 kg。
2.据他估算，这些玉米在整个生长过程中，通过细胞呼吸消耗的葡萄糖共2045kg。
3.1kg葡萄糖储存1.6×104 kJ能量。
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能总量为8.5×109kJ。
六、研究能量流动的实践意义
分析和处理数据
思维训练
1.这些玉米的含碳量折算合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？
葡萄糖为：6687.5kg
储存的能量为：6687.5×1.6×104 =1.07×108KJ
2.这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
2045×1.6×104KJ=3.272×107 KJ
六、研究能量流动的实践意义
分析和处理数据
思维训练
3.这些玉米在整个生长季节所固定的太阳能总量是多少？ 呼吸作用消耗的能量占所固定太阳能的比例是多少？
呼吸消耗能量占固定太阳能的比例为：3.272×107/1.3972×108=23.4％
玉米固定的太阳能总量是：1.07×108+3.272×107=1.3972×108
4.这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
利用效率=1.3972×108/8.5×109=1.64%
分析和处理数据
思维训练
六、研究能量流动的实践意义
分析和处理数据
思维训练
六、研究能量流动的实践意义
汉水丑生侯伟作品
概念检测
1．生态系统中所有生物的生命活动都需要能量，而不同营养级的生物获取能量的途径是有差别的。据此判断下列表述是否正确。
（1）太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。（ ）
（2）生态系统中初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少。（ ）
（3）能量沿食物链流动是单向的。（ ）
√
×
√
汉水丑生侯伟作品
概念检测
2．流经神农架国家级自然保护区的总能量是（ ）
该保护区中生产者体内的能量
照射到该保护区的全部太阳能
该保护区中生产者所固定的太阳能
该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C
汉水丑生侯伟作品
概念检测
3．在一定时间内，某生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，则a、b、c之间的关系是（ ）
A.a=b+c B.a＞b+c C. a＜b+c D.c=a+b
B

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