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第41讲 生态系统的能量流动
概念图
考点一 生态系统中能量流动
生产者固定的太阳能总量
食物链和食物网
热能
1.能量流动的概念理解
人工生态系统的总能量是：生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能
包括各营养级自身的呼吸消耗和分解者的呼吸作用
2.第一营养级能量流动
　　教材隐性知识:
源于选择性必修2 P55“思考·讨论”：生态系统中的能量流动和转化遵循能量守恒定律。流入生态系统的能量一部分储存在生物体　　　中，而另一部分通过生物的　　作用以　　的形式散失至非生物环境中，两部分之和与流入生态系统的能量　　(填“相等”或“不相等”)。
有机物
呼吸
热能
相等
同化量的“二、三、四”去向
3.第二营养级及其后营养级能量流动
①摄入量＝同化量＋粪便量
②粪便中的能量不属于该营养级同化的能量，应为上个营养级同化的能量中流向分解者的部分。
③粪便中的能量≠尿液中的能量：粪便中的能量不属于动物同化量，但尿液中尿素所含能量应属于动物同化量的一部分。
总结：
1.最高营养级，没有被下一营养级同化这一个去向。
2.未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量，最终也将被分解者利用。
4.能量流经生态系统的过程
低
高
热能
5.能量流动的特点
10%～20%
同化量
呼吸消耗
分解者
5.能量流动的特点
【考点速览·诊断】
(1)越冬灰鹤粪便中的能量不属于其同化量的一部分。(2021·辽宁卷，19D)( )
(2)利用茶树废枝栽培灵芝，可提高能量的传递效率。(2021·福建卷，6C)( )
提示　可提高能量利用率，但不能提高能量的传递效率。
(3)狼从猎物获得的能量大于猎物从生产者获得的能量。(2019·海南卷，25B)( )
提示　由于能量流动逐级递减，因此猎物从生产者获得的能量大于狼从猎物获得的能量。
(4)一只狼捕食了一只兔子，则该狼就获得了这只兔子能量的10%～20%。[2016·江苏卷，16C(改编)]( )
提示　能量传递效率是指相邻营养级之间同化量的比值。
√
×
×
×
【情境推理·探究】
1.[2019·全国卷Ⅱ，T31(1)]当某种大型肉食性动物迁入一个新的生态系统时，原有食物链的营养级有可能增加。生态系统中食物链的营养级数量一般不会太多，原因是______________________________________________________
_________________________________________________________________。
生产者固定的能量在沿食物链流动过程中大部分都损失了，传递到下一营养级的能量较少
2.下图为某草原生态系统中的食物网(只显示部分)。
牧民通过养羊获取该生态系统的能量，经测算发现羊的同化量远小于草同化量的1/10，其原因可能是______________________________________________________________________________。
能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是10%～20%，羊属于第二营养级，该营养级还有食草昆虫和鼠等多个种群
例1.如图表示生态系统中各营养级能量的类型和去向(d表示该营养级未被利用的能量)。下列叙述正确的是( )
A.消费者从生产者摄取的能量数值可用b1表示，且此部分能量存在于有机物中
B.图中a1、a2可表示生产者与消费者的呼吸量,且所占比例基本相符
C.生产者到初级消费者的能量传递效率为b1/(a1+b1+c1+d1) x100%
D.在食物链中，各营养级获得能量的方式及能量的用途相同
A
呼吸作用
5
3.3%
(2)第三营养级到第四营养级能量传递的效率是
？
传递效率的计算
例2.“小养殖、小种植、小加工、小工匠”四小农场是推进乡村振兴过程中的重要力量,如图所示为一个小型人工生态农场的模式图以及该小型人工生态农场中农作物和鸡的部分能量值(单位:104kJ)。请根据图和表格分析，下列说法正确的是（ ）
A.该小型生态系统的结构包括生物成分及它们之间形成的营养结构
B.该生态系统中第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为17.2%
C.该小型生态系统通过食物网流向人的能量值为3.4×105 KJ
D.与常规农业种植模式相比,人工生态农场实现能量的多级利用,提高了能量传递效率
B
农作物流向下一级：
鸡同化量：
人同化量：
(1)小银鱼为肉食性鱼,养殖的小银鱼除饲料外还以小型的鱼虾为食。科研人员对小银鱼的能量流动情况进行分析，结果如表所示(数字为能量值，单位是kJ/ (cm2.a) ) 。
据表分析，小银鱼粪便中的能量是 kJ/(cm2.a) , 从小型的鱼虾到小银鱼的能量传递效率为 %(保留一位小数)。
(2）在富营养化湖泊中种植芦苇、莲藕等挺水植物既能有效抑制浮游植物过度繁殖生长又能治理富营养化，其原理是 .
32.8
14.9
芦苇、莲藕等挺水植物能遮挡阳光、吸收无机盐，抑制浮游植物的繁殖；并通过收获相关产品输出水中的N、P
科学家曾对一个由植物、田鼠和鼬三个环节组成的食物链进行了能流分析，得到下表相关数据。NP(净同化量)=GP(总同化量)-R(呼吸量)。
（1）II所代表的动物是______，其呼吸产生的能量用于________。
(2)第一营养级与第二营养级的净同化量与总同化量的比值不同，主要原因是_______________________。
(3)该食物链中，第一营养级到第二营养级的能量传递效率为________，该数据不在10%～20%这一范围，原因是_____________。
田鼠
生命活动和维持体温
呼吸消耗的能量不同
0.3%
III中未利用的部分太多
例3.（不定选项）如图是某生态系统一条食物链(共有3个营养级)中的三个种群一年内能量流动统计的部分数据。下列有关叙述正确的是( )
A.三个种群组成的食物链是Ⅱ→Ⅰ→Ⅲ
B.种群Ⅱ全部生物的呼吸作用消耗能量为5.45×107kJ
C.第一营养级到第二营养级的能量传递效率约为13.5%
D.不同营养级之间的能量流动以有机物为载体
ACD
(1)求最值（传递效率不确定，能量在食物网中的传递比例不确定）
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
6.能量流动中的计算
例1.
如图为某生态系统中的食物网简图，若E种群中的总能量为5.8×109kJ，B种群的总能量为1.6×108kJ，从理论上分析，A种群获得的总能量最多是（　　）
A 2.0×108kJ
B．2.32×108kJ
C．4.2×108kJ
D．2.26×108kJ
A
A
E
B
C
D
附1：若a表示海鸟食物中甲壳类食物所占的比例，若要使海鸟的体重增加x，至少需要生产者的量为y，那么x与y的关系式可表示为：____________。
y＝625x－600ax
附2：若营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，它们构成的食物关系如图。其中，甲能量中比例为x的部分直接提供给丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量________________kJ(用含所给字母的表达式表示)。
25A/(1＋4x)
甲 x 1/5 + 甲 (1-x) 1/5 1/5 =A
整理：(5x + 1-x ) 甲/25 = A
甲
乙
丙
(2)求定值
1.已确定营养级间能量传递效率。例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。
2.如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。
6.能量流动中的计算
例2.(按照单独的食物链进行计算后再合并)
在如图食物网中，假如猫头鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么，猫头鹰若要增加20 g体重，最少需要消耗的植物为(　　)
A．80 g　　　
B．900 g　　　
C．800 g　　　
D．600 g
B
例3.在如图所示的食物网，如将A流向C和B的比例由C∶B＝1:1调整为2:1，能量传递效率按10%计算，C获得的能量是原来的_______倍。
2024/2/26
1.27
在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载C的数量是原来的_______倍。
1.375
7.生态金字塔的类型及特点
项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
每一阶含义(营养级) 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体的数目 每一营养级生物的有机物总量
象征含义 能量沿食物链流动过程中一定逐级递减 一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 一般生物有机物的总质量沿食物链升高而逐级递减
数量受个体大小影响
生物量受个体寿命影响
项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
分析 能量流动的过程中总是有能量的耗散，故能量流动逐级递减 成千上万只昆虫生 活在一株大树上时，该数量金字塔的塔形也会发生变化： 浮游植物的个体小，寿命短，又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物的生物量：
7.生态金字塔的类型及特点
但其数量金字塔还是正的
第三营养级可能正常
例4.(2023·江西高考模拟)如图表示某生态系统的能量金字塔,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同营养级的生物,E1、E2代表两种能量形式。下列有关叙述正确的是(　　)
A.图中生产者、分解者,是实现生态系统物质循环的关键成分
B.生态系统中的CO2、H2S等在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ之间循环利用
C.畜牧业中,放养与圈养相比,可提高Ⅱ到Ⅰ的传递效率
D.E2表示的能量主要是通过光合作用固定的
D
例5.(2019·全国卷Ⅱ)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示,并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔,则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草,第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木,第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能(　　)
A.前者为金字塔形,后者为倒金字塔形
B.前者为倒金字塔形,后者为金字塔形
C.前者为金字塔形,后者为金字塔形
D.前者为倒金字塔形,后者为倒金字塔形
A
(1)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。
(2)帮助人们科学规划、设计　　　　　　，使能量得到最有效的利用。
(3)帮助人们合理地调整生态系统中的　　　　关系，使能量持续高效地流向　　　　　　的部分。
人工生态系统
能量流动
对人类最有益
8.研究能量流动的实践意义
1.海水立体养殖模式，能够：
2.生态农场中设计沼气池和利用农作物秸杆培育蘑菇，实践意义：
3.从生态系统能量流动角度分析，有关国家全力合作进行灭蝗减灾的意义是：
增大流入该生态系统的总能量
实现对能量的多级利用，提高能量利用率
调整生态系统的能量流动关系，使能量更多地流向对人类有益的部分
教材隐性知识：
(1)源于选择性必修2 P59“探究·实践”：人们主要通过　　　　的方法提高作物的光能利用效率。
(2)源于选择性必修2 P60“拓展应用2”：溶解在水中的方糖不能变回原来的形状，原因是_____________________________________
_________________。
合理密植
在一个封闭的系统中，物质总是由有序朝
着无序的方向发展
例1.(2021·浙江6月选考，7)下列关于生态金字塔的叙述，正确的是（ ）
A.生态金字塔显示了各营养级之间的数量关系
B.生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链
C.生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列
D.生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制
A
链接高考：能量流动的习题
例2.(2021·山东，24)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物残体残骸等为食的海参。某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N表示营养级。
(1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是__________________________。
海参活动能力弱，活动范围小
(2)图中M用于生长、发育和繁殖的能量为_______kJ/(m2·a)。由M到N的能量传递效率为____%(保留一位小数)，该生态系统中的能量_____(填“能”或“不能”)在M和遗体残骸间循环流动。
2 488
6.3
不能
(3)养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是__________________________________________________________。
由于海带的竞争，浮游植物数量下降，牡蛎的食物减少，产量降低
(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是_____________________。在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是_________________________
___________________________________________________________。
能充分利用空间和资源
维持生态系统的稳定性，保
持养殖产品的持续高产(或实现生态效益和经济效益的可持续发展)
例3.如图为某人工鱼塘生态系统的能量流动过程中部分环节涉及的能量[单位为×103 kJ/(m2·a)]，其中有机物输入是指人工饲喂过程中各营养级同化的能量，请回答有关问题：
(1)图中①代表的生理过程是_________，图中②代表的物质中的能量主要以______________
的形式储存。
呼吸作用
有机物中化学能
(2)该生态系统生产者固定的总能量为_________kJ/(m2·a)，能量从第二营养级到第三营养级的传递效率约为_______。
1.1×105
15.6%
(3)若该鱼塘对某类鱼的容纳量为8 000尾，则捕捞后这种鱼的数量为______尾时可获得最大持续捕捞量。
4 000
例5.(2019·天津高考模拟)如图为能量流动示意图。其中a1是流入第一营养级的总能量,下列相关说法正确的是(　　)
A.第一营养级传递给分解者的总能量是a4
B.能量散失a3不能再被生物同化利用
C.a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在
D.第一营养级和第二营养级之间能量传递效率是a6÷a2
B

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