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第3章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
第1课时
问题探讨
假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。
A、先吃鸡，再吃玉米
B、先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
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？
能量流动：生态系统中能量的、、和的过程。输入传递转化散失能量的输入能量的散失生态系统一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没有生命的生态系统能量输入能量储存能量散失某个营养级能量输入种群能量储存能量散失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？研究生态系统中能量流动一般在群体水平上01能量流动的过程太阳能大都被地球表面的大气层吸收，散射和反射了，只有大约1%以可见光的形式被生产者通过光合作用固定。这样，太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。01能量流动的过程呼吸作用以热能形式散失小草固定的能量去哪了呢？生长发育和繁殖储存起来小草固定的能量01能量流动的过程同化量＝呼吸消耗量＋生长发育繁殖同化量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级＋流向分解者(同化量)(呼吸消耗量)1、生产者的能量流动流经生态系统的总能量01能量流动的过程兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？粪便粪便属于上一营养级的同化量同化量=摄入量粪便量－呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来小草固定的能量01能量流动的过程呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来同化量=摄入量粪便量－兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？兔同化的能量遗体残骸01能量流动的过程2、第二营养级的能量流动初级消费者摄入初级消费者同化粪便分解者利用用于生长发育和繁殖次级消费者摄入遗体残骸呼吸作用散失呼吸作用散失…同化量＝摄入量-粪便量同化量＝呼吸消耗量＋生长发育繁殖同化量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级＋流向分解者01能量流动的过程1、流经第二营养级的总能量初级消费者同化量思考：2、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？同化量摄入量-粪便量=3、能量在食物链中流动的形式是什么？有机物中的化学能2、第二营养级的能量流动能量流经第三、四营养级的过程与第二营养级的情况大致相同。初级消费者摄入初级消费者同化粪便分解者利用用于生长发育和繁殖次级消费者摄入遗体残骸呼吸作用散失呼吸作用散失…01能量流动的过程呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来粪便粪便属于上一营养级的同化量同化量=摄入量粪便量－兔同化的能量遗体残骸狐吃兔后能将摄入的兔全部同化吗？01能量流动的过程3、最高营养级的能量流动狐狸同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？最高营养级摄入最高营养级同化粪便分解者利用用于生长发育和繁殖遗体残骸呼吸作用散失呼吸作用散失狐同化的能量呼吸作用以热能形式散失生长发育和繁殖储存起来遗体残骸生产者固定的太阳能
生产者
的同化量
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
被下一营养级所摄食
分解者利用
初级消费者摄入
初级消费者粪便量
初级消费者同化量
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
被下一营养级所摄食
分解者利用
次级消费者摄入
次级消费者粪便量
次级消费者同化量
呼吸作用以热能形式散失
用于生长、发育和繁殖
…….
能量流动的过程01①②③④(1)初级消费者粪便中的能量是哪个箭头？　(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？⑤①或②＋③＋④①－③或②＋④思考:⑤能量流动的过程
01
并不是所有生态系统的能量输入都只有生产者。
人工鱼塘等生态系统的输入能量还包括饲料中有机物中的能量。
能量流动并不是只在食物链（网）中传递。
生产者、消费者的遗体中的能量会流入分解者。
注意：
归纳总结
能量流动的过程01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？遵循；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。2.流经生态某生态系统的能量能否再回到这个生态系统中来？为什么？不能，因为能量流动是单向的。源头：流经生态系统总能量：　　　　　　　途径：形式：　　　　　太阳能→有机物中的________→热能过程：形式：最终以　　　　形式散失输入传递转化散失太阳能食物链和食物网有机物中的化学能生产者固定的太阳能总量化学能热能呼吸作用能量流动概念：生态系统中能量的、、和的过程。输入传递转化散失归纳总结能量流动的过程01
第三章 第二节
生态系统的能量流动（第二课时）
能量流动的特点
Part 1
植食性动物
62.8
62.8
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
327.3
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
122.6
14.6
分析赛达伯格湖的能量流动P56
思考.讨论
呼吸作用中以
热能形式散失
用于自身生长、
发育、繁殖
流入下一个营养级
流向分解者
未利用
某营养级的能量在某段时间内的去向
1
某营养级的能量的最终去向
2
某营养级
同化量
呼吸作用中以
热能形式散失
用于自身生长、
发育、繁殖
流入下一个营养级
流向分解者
某营养级
同化量
能量流动的特点
Part 1
流入 呼吸作用 分解者利用 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
能量流动过程中逐级递减
思考*讨论1：用表格的形式，将每个营养级能量的“流入”和“流出”的数据进行整理。(这里的“流出”指流向下一营养级的能量)
思考*讨论2：计算“流出”该营养级能量占“流入”该营养级能量的百分比。
13.52%
20.06%
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
注意:一般来说,能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
10%～20%
随堂训练
1.判断下列说法是否正确。
(1)一只狼捕食了一只兔子，意味着这只兔子中约有10%～20% 的能量流入狼的体内。（ ）
(2)相邻两个营养级的能量传递效率一定是10%～20%。（ ）
不是的。能量的传递效率指的是相邻两个营养级之间能量的传递效率，约为10%～20%，不能用于两个个体之间。
不是的。相邻两个营养级的能量传递效率一般是10%～20%，这个数值是林德曼根据赛达伯格湖统计出来的，并不适用于所有的生态系统。具体到某相邻两个营养级的能量传递效率，则可能会小于10%或大于20%。
×
×
能量流动的特点
Part 1
思考*讨论3：流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百流到下一个营养级？
①一部分通过本营养级自身的呼吸作用散失了。
②一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶不能进入下一个营养级，而被分解者利用。
③一部分未能进入（未利用）下一个营养级。
思考*讨论4：通过以上分析，你能总结出能量流动有什么特点？
能量流动的特点
Part 1
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、未被下一个营养级利用。（能量传递效率为10%～20%，一般不超过5个营养级）
原因
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。
玉米
鸡
人
方案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。
玉米
人
鸡
方案1：先吃鸡，再吃玉米
若选择方案2，则增加了玉米到人的食物链的长度，由于能量逐级递减，最后人获得的能量较少。
鲁滨逊的选择？
拓展延伸
能量流动的相关计算
1.能量传递效率的计算公式：
（1）能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
（2）在食物网中能量传递效率“最值”计算
例1：计算食物链甲→乙→丙→丁→戊中,戊获得的能量，已知甲所固定的太阳能为105 J， 戊最多可获得能量为：
105 × 20% × 20% × 20% × 20% = 160J
105 × 10% × 10% × 10% × 10% = 10J
戊最少可获得能量为：
（10%～20%）
拓展延伸
能量流动的相关计算
1.能量传递效率的计算公式：
（1）能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
（2）在食物网中能量传递效率“最值”计算
（10%～20%）
正推：知低营养级求高营养级 获能量最多 选最短食物链（若有取食比例，则每条都计算），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
随堂训练
例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（ ）
A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ
【解析】第四营养级获能量最大值：
24000×20%×20%×20%=192kJ
例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加
1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）
A. 25 kg B. 125 kg C. 625 kg D. 3125 kg
【解析】应按照能量传递的最大效率20%计算。设需消耗第一营养
级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。
生态金字塔
Part 2
1.能量金字塔：P57
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）来表示：
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。
生态金字塔
Part 2
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）。
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。
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。
（3）意义
生态金字塔
Part 2
2.生物量金字塔：
思考：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。
生态金字塔
Part 2
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。
（3）意义
直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目关系。
生态金字塔
Part 2
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，每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，每营养级所容纳的有机物的总干重
一般为正金字塔,有时会出现倒金字塔形
一般生物量随食物链中营养级的升高而减少
单位时间内，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
研究能量流动的意义
Part 3
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。
稻—萍—蛙
间作套种
多层育苗
研究能量流动的意义
Part 3
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
研究能量流动的意义
Part 3
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。
随堂训练
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。请分析哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？P60拓展应用1（2）
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利用，提高了能量的利用率。
图b
图a
①
②
√
练习巩固
某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是（ ）
A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1 × 100%
C.流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2)
D.生产者用于自身生长、发育和繁殖的能量可表示为(B1＋C1＋D1)
C
流入下一营养级
呼吸作用
自身生长发育繁殖
被分解者分解
未利用
一、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。 ( )
√
×
√
练习与应用
2. 流经神农架国家级自然保护区的总能量是( )
A. 该保护区中生产者体内的能量
B. 照射到该保护区中的全部太阳能
C. 该保护区中生产者所固定的太阳能
D. 该保护区中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C
练习与应用
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. aB
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
(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。
练习与应用

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