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生态系统中的能量单向递减流动
第3节
浙科版 选择性必修2
1.能阐明初级生产量、次级生产量
2.能分析能量流动的过程、特点和规律
3.能说出能量金字塔的特点
能量是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。
初级生产量是生态系统的基石
（1）概念 是指绿色植物通过光合作用所固定的能量或所合成的有机物质，单位为J/（m2·a）。
1.初级生产量
物质变化：无机物 有机物
能量变化：光能 化学能
叶绿体
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O
2.8×106J
（注：2.8×106J是指合成1mol葡萄糖所需能量）
GP：总初级生产量
R：植物呼吸消耗量
（呼吸速率）
NP：净初级生产量
（表观光合速率）
（2）净初级生产量
在初级生产量中，有一部分被植物的呼吸（R）所消耗，剩下的才用于植物的生长和繁殖，这就是净初级生产量（NP）。
（真正光合速率）
GP=NP+R
生物量（干重）：净生产量在某一调查时刻前的积累量。
单位：g/m2 或J/m2
GP-R
NP
=
增加
减少
不变
=0
<0
>0
生物量
生物量
生物量
（3）总初级生产量（GP）、呼吸量（R）与生物量之间的关系
（4）不同陆地生态系统净初级生产量比较：
生态系统 热带雨林 北方针叶林 温带草原 苔原
净初级生产量（NP） 2000 g/(m2 a) 800 g/(m2 a) 500g/(m2 a) 140g/(m2 a)
分析讨论：
1、热带雨林与北方针叶林NP不同的主要环境限制因素是
温度
2、热带雨林和温带草原NP不同的主要环境限制因素是
雨量（水）
2.次级生产量
靠取食植物、其他动物和一切现成有机物而生产出来的有机物或固定的能量就称为次级生产量。
（1）概念：
凡是异养生物都属于次级生产者，即除了生产者以外的生物均属于次级生产者
（2）次级生产者
田鼠有没有获得玉米的全部能量
吃进的
同化的
净次级生产量
吃剩的
尿粪
呼吸
玉米植株
可利用的
不可利用的
利用的
未利用的
（总次级生产量）
3.生产过程
动物摄入的食物并不能全部被同化和利用，其中有相当一部分是以粪、尿的方式排出体外而未被利用
总次级生产量：被消费者所同化的总能量称为总次级生产量
摄入量=同化量+尿粪量
总次级生产量=净次级生产量+呼吸量
生态系统的能量流动包括能量输入、传递和散失的过程
在生态系统中，能量不断地沿着太阳→植物→植食动物→肉食动物→顶位肉食动物的方向流动，称为能量流动
一.概念：
输入
传递
散失
源头：
流经生态系统的总能量：
生理过程：
渠道：
形式：
过程：
形式：
太阳能
生产者固定的太阳能总量
光合作用
食物链和食物网
有机物中的化学能
热能
各营养级生物自身的呼吸作用和分解者的呼吸作用
2.能量流动包括能量的输入过程、传递过程和散失过程
植物通过什么途径获得总初级生产量？
植物的总初级生产量有那些去向？
鼠能否全部获得植物的净初级生产量？为什么？
没有流入鼠的净初级生产量以什么形式存在，还可流向谁？
鼠同化的能量有那些去向？鼬呢？
1.能量流经第一营养级的过程
99%
散失
1%
固定(同化)
生产者所固定的全部太阳能
用于生长
发育和繁殖
初级消费者
（植食性动物）
分解者利用
残枝 败叶
分解作用
散失
呼吸作用
散失
生长发育和繁殖
未利用
二、能量流动的过程
2.能量流经第二营养级的过程
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
…
未利用
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
特别注意：
粪便属于上一营养级的同化量
问题：
能量流经第三、四及最高营养级的过程是怎样的呢？
生产者
初级消费者
次级消费者
三级
消费者
呼 吸 作 用
分 解 者
呼吸作用
（热能）
…
太阳能
生态系统能量流动过程图解
初级消费者摄入量
吸收
同化量
未同化量：
消化
呼吸作用散失
未被利用
分解者利用
流入下一营养级
粪便量
同化量=摄入量—粪便量
3.流入每一营养级的能量去向
2024/1/25
未吸收
均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
62.8
12.6
呼吸作用
122.6
7.5
分解者
14.6
12.5
未利用
327.3
29.3
5.0
塞达伯格湖能量流动图解
植食性动物62.8
肉食性动物12.6
96.3
18.8
293
分析塞达伯格湖的能量流动
0.1
图中数字为能量值，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。
营养级 流入能量 流出能量 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.5%
20.1%
1.用表格的形式，将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级上的能量“流入”和“流出”整理成为一份清单(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。
2.计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
0.1
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
能量在生态系统中沿食物链单向流动、逐级递减
1.生态系统中能量流动是单向（流动）的。
原因：（1）生物之间的捕食关系不可逆转。
（2）各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。
2.能量在流动过程中逐级递减。（能量传递效率为10%～20%）
原因：（1）各营养级的生物都会因自身呼吸作用散失掉一部分能量。
（2）各营养级能量都要有一部分流入分解者。
（3）各营养级生物都不能全部被下一营养级捕食,各个营养级能量都有一部分未利用。
林德曼效率 = ×100%
第（n+1）个一营养级的同化量
第 n 个一营养级的同化量
3.能量传递效率的计算
例：如图为某农场的年能量流动示意图单位：103 kJ/(m2·y)，A、B、C、D共同构成生物群落。从第二营养级到第三营养级的能量传递效率是______　
据图分析，第二营养级(B)同化的能量为(16＋2)×103 kJ/(m2·y)，传递到第三营养级(C)的能量为3×103 kJ/(m2·y)，所以其能量传递效率为3×103/18×103×100%＝16.67%。
16.67%
（1）假如现有草100kg，最少可使鹰增重______kg，最多可使鹰增重____Kg
4.高、低营养级间能量的互算
在能量流动的相关问题中，若题干中未作具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10％，最高效率为20％。
（2）假如要使鹰增加2kg体重，最少要消耗草________kg,最多要消耗草________kg
1
50
例1.在食物链“草→兔→鹰”中，
②由高营养级求低营养级时，若求“最(至)多”值，则按最低效率10％传递；若求“最(至)少”值，则按最高效率20％传递。
①由低营养级求高营养级时，若求“最(至)多”值，则按最高传递效率20％计算；若求“最(至)少”值，则按最低传递效率10％计算。
4
200
例2.某人捕得一条重2 kg的杂食海鱼，若此鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，则该鱼至少需要海洋植物____kg。
80
1kg
0.5kg
0.5kg
按传递效率20％计算
5kg
2.5kg
12.5kg
62.5kg
2.5kg
草
草食鱼类
杂食海鱼
小型肉食鱼类
1/2
1/4
1/4
2kg
12.5kg
80kg
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
（1）能量的流动呈现下宽上窄的金字塔
1.特点：
生态系统中能量流动呈金字塔形
（2）能量金字塔绝不会有倒置的
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
2.能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔的比较
2024/1/25
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。
例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业生产方式。
间作套种
多层育苗
稻—萍—蛙
人类将生态系统中的能量流动规律应用于农业生产
2024/1/25
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，秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；用牲畜的粪便生产沼气，沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田。实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
能量利用率≠能量传递效率
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
2024/1/25
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。
生态系统的能量流动
生产量
能量流动特点
沿食物链（网）或营养级流动
次级生产量
初级生产量
总初级生产量
净初级生产量
总次级生产量
净次级生产量
单向流动，不可逆
逐级递减
传递效率低（10%~20%）
从一个营养级到另一个营养级
传递过程中

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