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第2节 生态系统的能量流动
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。
以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：
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。
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。
知识点1 能量流动的过程
能量流动的过程
个体1
…
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 2
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
个体 3
储存在体内的能量
呼吸作用散失的能量
能量输入
能量储存
种群
能量散失
研究生态系统中能量流动一般在群体水平上
能量输入
研究能量流动的基本思路
营养级层次
某一营养级
能量流动的过程
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
形式：最终以　　　　形式散失
过程：
输入
传递
转化
散失
概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
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
光合作用
呼吸作用
分解作用
呼吸作用以
热能形式散失
草→兔→鹰
生长、发育和
繁殖储存起来
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
残枝败叶
被分解者分解
能量流动的过程
99%
散失
1%
(同化)
同化量：指某一营养级从外环境中得到的全部化学能（非己→自己）
流入下一营养级
粪便
同化
流入
呼吸作用
分解者
摄入
生长发育和
繁殖储存起来
同化量
=
摄入量
粪便量
－
能量流动的过程
草→兔→鹰
呼吸作用
分解者
生长、发育和
繁殖储存起来
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔的 同化量
能量流动的过程
草→兔→鹰
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
鹰的 同化量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
能量流动的过程
草→兔→鹰
同化量 = 摄入量-粪便量
同化量 = 呼吸作用散失的能量+用于生长、发育、繁殖的能量
= 呼吸作用散失的能量+流向分解者的能量+流向下一营养级的能量
①某营养级的能量最终去向（定量不定时）
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
被分解者分解利用
流入下一个营养级
②某营养级的能量某段时间内的能量去向（定量定时）
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
被分解者分解利用
流入下一个营养级
未被利用的能量
（活体、石油煤炭）
初级消费者的摄入量
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
生产者固定的太阳能
属于上一营养级的同化量
次级消
费者摄入
用于生长发育繁殖
初级消费者同化
初级消费者摄入
散失
呼吸作用
遗体
残骸
粪便
分解者利用
散失
呼 吸
作 用
营养级之间能量流动过程图解
…
生产者
(绿色植物)
呼吸作用
初级消费者
(植食性动物)
呼吸作用
次级消费者
(肉食性动物)
呼吸作用
分 解 者
…
呼吸作用
三级消费者
(肉食性动物)
呼吸作用
注意：
(2)箭头由粗到细：
(1)方框从大到小：
随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。
表示流入下一营养级的能量逐级递减。
生态系统的能量流动图解
能量流动的过程
思考·讨论·生态系统中的能量流动
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？
遵循能量守恒定律。能量在生态系统中流动、转化后，一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，另一部分储存在生态系统（生物体的有机物）中，两者之和与流入生态系统的能量相等。
不能。能量流动是单向的。
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？
1、如图为某草原生态系统流经第二营养级的能量示意图，a～g表示能量值,F表示流向下一营养级的能量。
2、如图为某生态系统能量流动示意图







呼吸作用散失的热能
流向分解者的能量
未被利用
初级消费者同化的能量
知识点2 能量流动的特点
1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。
能量流动的特点
林德曼得到的数据如下图所示。
能量流动的特点
思考 ? 讨论
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}营养级
流入能量
流出能量
（输入下一营养级）
出入比
（传递效率）
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
能量传递效率 =
下一营养级同化量
本营养级同化量
×100%
能量流动的特点
能量流动的特点及原因
(1)单向流动
①不逆转：
②不循环：
(2)逐级递减
营养级顺序不可逆
呼吸作用散失的热能不能被重新利用
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。
（能量传递效率：一般为10%-20%）
营养级数量：
一般不超过5个营养级
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；
一部分被分解者分解；
一部分未被下一营养级利用（未利用）
所以进入下一营养级的能量逐级递减
【典例】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）。下列说法错误的是( )
A. 图中A代表的生理过程是呼吸作用
B. 碳从动物流向分解者的形式为有机物
C. 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15.6%
D. 该生态系统中生产者固定的总能量9.6×104kJ/m2y
D
2.5
14
能量传递效率的计算
获得能量最多
获得能量最少
选最长食物链
选最短食物链
按“×10%”计算
按“×20%”计算
有最少能量
有最多能量
选最短食物链
选最长食物链
按“÷20%”计算
按“÷10%”计算
①正推型（知低营养级，求高营养级，用乘法）
②逆推型（知高营养级，求低营养级，用除法）
一、能量的最值计算
下一营养级同化量
本营养级同化量
×100%
能量传递效率＝
二、不涉及“最多”、“至少”，计算时，需按具体数值计算
（×5）
（×10）
能量传递效率的计算
在食物网中，猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，则猫头鹰的体重若增加20 g，至少需要消耗植物的重量为
(　　 )
A．600 g　　　B．900 g C．1 600 g D．5 600 g
B
知识点3 生态金字塔
生态金字塔
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
（一）能量金字塔
能量金字塔能直观、准确地反映出生态系统各营养级间能量的关系。
上窄下宽的塔型
第四营养级
第三营养级
第二营养级
第一营养级
（二）生物量金字塔----各个营养级的生物量
（每个营养级所容纳的有机物的总干重）
（三）数量金字塔---各个营养级的生物个体的数量比值关系
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
营养级
第四营养级
第三营养级
一般为正金字塔形状，有可能倒置
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。
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
可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄倒置的金字塔形
生态金字塔
生态金字塔
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
请想一想：哪种指标构建的金字塔能更客观的表示生态系统能量传递规律，不出现倒置现象呢？
能量金字塔能更客观、准确的表示能量在各营养级间的传递规律。
知识点4 研究能量流动的实践意义
能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
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，增大流入生态系统的总能量。
能量流动的实践意义
饲料
稻谷
人类
秸杆
粪
一级利用
牛
太阳能
二级利用
焚烧
水稻
食用菌
二级利用
菌渣
猪、羊
三级利用
沼气池
粪
三级利用
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。
*能量的利用率≠能量的传递效率
能量流动的实践意义
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。
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。
分析和处理数据
1926年，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10 000株，质量为6000kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675kg。
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。

请根据以上数据计算：
这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？这些葡萄糖储存的能量是多少？
3.1kg葡萄糖储存1.6×104kJ能量。
4.在整个生长季节，入射到这块玉米田的太阳能为8.5×109kJ.
=
2675×180(C6H12O6)÷72(C6)
6687.5kg
1.07×108kJ
6687.5×1.6×104kJ
=
这些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？
2045×1.6×104kJ=
3.272×107kJ
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？
1.07×108kJ+
3.272×107kJ=1.3972×108kJ
3.272×107÷1.3972×108×100%=23.4%
这块玉米田的太阳能利用效率是多少？
1.3972×108÷8.5×109×100%=1.64%
【思维训练】
处理数据
根据计算结果，画出能量流经该玉米种群的图解，图解中应标明各环节能量利用和散失的比例
习题巩固
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 ( )
√
×
√
习题巩固
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
习题巩固
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
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。
农作物
家禽、家畜
人
粪肥
饲料
食物
粪肥
食物
图a
太阳能
农作物
家畜、家禽
人
图a 能量流动图解
农作物
家禽、家畜
人
燃烧
沼气池
(含微生物)
食用菌
粪肥
饲料
粪肥
粪肥
菌渣等
秸秆
沼渣沼液做肥料
沼渣
图b
太阳能
农作物
家畜、家禽
人
沼气池
(含微生物)
食用菌
图b 能量流动图解
Exercises to consolidate
习题巩固
(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？
图b所示的生态系统中流向分解者的能量，还有一部分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多级、充分利用，提高了能量利用率。
Exercises to consolidate
习题巩固
2.将一块方糖放入水中，方糖很快溶解，消失得无影无踪。溶解在
水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？
不能，在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝着无序(熵增)的方向发展。
Exercises to consolidate
习题巩固
生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造自己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几。这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？
硅藻利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量，依靠能量完成由无序向有序（熵减）的转化，维持其生命活动。
通过以上事例，对能量流动在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
能量输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。
THANK YOU!
谢谢各位！
先吃鸡，再吃玉米。
先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。
Ecological pyramid
生态金字塔
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
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
Class summary
课堂总结
能量流动
概念：
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程
过程
能量的源头：
流经生态系统的总能量：
生产者固定的太阳能总量
途径：食物链和食物网
特点
单向流动：
逐级递减：
沿食物链方向由低营养级流向下一营养级
能量沿食物链流动过程中逐级递减；传递效率10%~20%。
研究意义：
调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分
太阳能
1. 能量流动是生态系统三大基本功能之一。生态系统中，能量沿食物链流动时，每个营养级都有能量输入、转化、传递和散失。
2. 生态系统中，能量沿食物链单向流动并逐级递减。
3. 生命是开放的系统，时刻进行着物质和能量的输入和输出，以维持生态系统的正常功能。
4. 建立模型与定量分析是生态系统研究的常用方法。
1.完成以下填空：
(1)补充图中标号代表的内容
甲：_________；乙：_____________；丙：_____________；
丁：__________；戊：____________。
生产者
初级消费者
次级消费者
呼吸作用
分解者
(2)生态系统所需能量的最终来源是________。
(3)能量输入生物群落的途径主要是_______________________。
太阳能
生产者的光合作用
2.某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是（ ）
A.生产者固定的总能量可表示为(A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.B2表示初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量
C.流入初级消费者的能量为(A2+B2+C2)
D.W1=D1+D2
A
3.如图表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。若图中A表示某食物网中第二营养级所摄入的全部能量，则下列说法不正确的是(　　)
A．图中B表示同化的能量
B．图中C表示流入下一营养级的能量
C．图中D表示通过呼吸作用散失的能量
D．图中a值与c＋d＋e的值相同
B
（2020·浙江高考真题）下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是（ ）A．营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低B．呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多C．生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型就越大D．营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多
【答案】B【详解】A、相邻营养级之间的能量传递效率的高低与营养级数量无关， A错误；B、净生产量=同化量-呼吸消耗量，生物量实际是净生产量在某一调查时刻前的积累量，所以，呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多，B正确；C、生产者的净初级生产量越大，各级消费者的体型不一定越大，C错误； D、食物链越长，在能量流动中损失的能量就越多，所以营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D错误。故选B。
能量流动过程
初级消费者的摄入量
粪便量
呼吸作用散失
用于生长、发育、繁殖
遗体残骸
分解者
次级消费者摄入
次级消费者的同化量
粪便量
上一营养级的同化量
（初级消费者的同化量）
（流向次级消费者的能量）
同化量
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
遗体
残枝败叶
分解者
生产者固定的太阳能
能量流动的特点
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？
思考 ? 讨论
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；
一部分被分解者分解；
一部分未被下一营养级利用（未利用）
4.从方向上看，能量流动是否会逆转，能不能循环流动？为什么？
（1）生态系统各营养级间取食和被食的关系是不可逆的。
（2）各营养级通过呼吸作用散失的热能不能再被生物利用。
不会逆转，不能循环流动。因为：
THANK YOU!
谢谢各位！

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