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3.2 生态系统的能量流动
一、能量流动的概念（p54）
阅读书p55第1段，思考：
1、能量是如何输入到生态系统？
2、传递的途径？
3、转化的方式？
4、散失的形式和过程？
生态系统中能量的_______、_______、_______和_______的过程。
输入
传递
转化
散失
地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自
太阳能
能量流动起点：
（输入到生态系统的总能量:）
由生产者固定
这些能量通过 （生物）的 （生理过程）固定起来。
生产者
光合作用
生产者能否将照射到地球表面的所有太阳能都固定起来？
（P55第一段）
能量的输入
约1%的可见光被生产者固定
是由________________的太阳能开始的。
思考：能量固定后在各营养级之间以什么形式传递？
太阳能
光合作用 转化
有机物中化学能
生物 作用
释放能量
呼吸
能否直接用于各项生命活动？
思考：能量在各营养级之间以什么形式传递？
(可直接用于生命活动)
ATP
热能
(大部分散失)
能量的传递和转化
释放的能量是否全部可以利用？
⑴ 散失途径：
⑵ 散失形式：
热能
主要通过生物的呼吸作用
能量的散失
判：生态系统的能量最终将以热能的形式散失（ ）
√
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
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。
以营养级为研究对象，
研究能量的去向
P54【科学方法】
研究能量流动的基本思路
备选策略1：先吃鸡，再吃玉米。
备选策略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。
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，食物只有15Kg玉米和一只母鸡可以食用，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？ 　　　　
问题探讨
玉米
鸡
人
玉米
鸡
人
你愿意分部分食物给鸡吃么？
关键：
人要获得更多能量
能量流动的过程
一.
能量流动的特点
二.
主
要
内
容
.
.
.
.
二、能量流动的过程
假设某草原生态系统仅有一条食物链：草 兔 狐。
生产者
（草）

（第一营养级）
1、能量流经第一营养级的情况
阅读课本P55第2段，用箭头号（线条）、关键词构建概念模型 ，分析能量流经第一营养级（草）的情况。包括草的能量如何得来？草固定的能量将有何去处？

任务一：模型构建
初级消费者
摄入a
用于生长
发育和繁殖e
次级消费者
摄入i
呼吸d
散失
遗体残骸
f
初级消费者
同化b
分解者利用
粪便c
呼吸
散失
a=
b=
e=
右图是p55能量流经第二营养级示意图，
其中字母表示相应的能量值。
请写出能量值的等量关系。
b+c
d+e
f+i
摄入量=同化量 + 粪便量
思考：初级消费者摄入的能量是否等于它同化的能量？
①呼吸作用以
热能形式散失
草的能量如何得来？
草固定的能量将何去？
1%
②生长发育和
繁殖储存起来
呼吸作用以热能形式散失
生长
发育
繁殖
被分解者分解
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
B.残枝败叶
被分解者分解
二、能量流动的过程
A.流入下一营养级
（兔）
1.能量流经第一营养级的情况
生产者固定的太阳能
残枝败叶
短期内
被捕食
未被利用
生
产
者
书p55第2段
呼吸作用散失
生长
发育
繁殖
被分解者分解
流入下一营养级
生产者固定的太阳能
残枝败叶
被捕食
生
产
者
思考：初级消费者摄入的能量是否等于它同化的能量？
分解者中的能量包括了？
（2）兔子（初级消费者）粪便中的能量是属于谁？
狐粪便中的能量是属于谁？
最终流向了谁？
（1）输入（流入）初级消费者的能量是指其摄入的能量还是同化的能量？
属于草
摄入的能量=
摄入
消化吸收
非己→自己
粪便
（非己→自己）
（未吸收：非己）
（3）能量输入到狐（最高营养级）的去向？与生产者一样吗？
分解者
未被吸收
本营养级遗体残骸的能量
属于兔
下一营养级
同化的能量
粪便中的能量
+
+_______________粪便中的能量
粪便的能量属于上一营养级
输入该营养级的能量
分 解 者
呼 吸 作 用
生产者
初级消费者
次级消费者
散失
固定(同化）
同化
同化
呼吸作用
图3-6：生态系统的能量流动示意图
(2)流经该生态系统的总能量是 （用图中数字），代表_______________。
①
1、呼吸作用散失。
3、被分解者分解利用。
2、流入下一个营养级。（ 除最高营养级外 ）
(1)各个营养级同化的能量去向？
生产者固定的太阳能
①
②
③
④
判：生态系统的能量最终
将以热能的形式散失（ ）
√
分 解 者
呼 吸 作 用
生产者
初级消费者
次级消费者
散失
固定(同化）
同化
同化
呼吸作用
图3-6：生态系统的能量流动示意图
①
②
③
④
（3）图中的箭头号的方向能否改变，为什么？
这说明能量流动有何特点？
（4）能量能否全部流入到下一个营养级？为什么？
这说明能量流动有何特点？
单向流动
不能
（箭头和方框的大小）
不能，捕食关系是不可逆转的；
逐级递减
（书p56倒数第2段）
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。（p57第2段）
呼吸作用散失掉的能量不能重回。
教材课后习题·拓展应用
2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，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？
生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，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？通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。
【提示】
P53 学以致用
1.下图表示初级消费者能量流动的部分过程,括号中的字母表示能量,初级消费者通过呼吸作用散失的能量为b。下列相关说法正确的是(　　)
A.应在B处加上标有细胞呼吸的箭头
B.初级消费者同化的能量为n-a
C.次级消费者摄入的能量为n-a-b
D.B为初级消费者同化的总能量
答案:B
5.下图是某生态系统的能量流动过程图解。请回答下列问题。
(1)图中的哪个箭头是不应存在的 　　　。
(3)图中②③⑤⑧所代表的能量可用等式表示为　　　　。
(4)该生态系统的能量流动就是指①→②→③→④的流动过程,这种说法对吗 为什么
　。
三、能量流动的特点
P56 资料：林德曼——赛达伯格湖的能量流动数据
讨论1.用表格的形式，将数据进行整理。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）。
讨论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。
也不包括流向分解者的能量（因为分解者不属于营养级）
任务二：图转表
营养级 流入能量 流出能量（输入后一个营养级） 出入比（传递效率）


生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.5％
20％
同化量
同化量
下一营养级同化量
本营养级同化量
×100%
能量传递效率=
能量在营养级间的传递效率大约是10% ~ 20%
P56旁栏思考：能量在流动过程中逐级递减，与能量守恒定律矛盾吗？为什么？
不矛盾
逐级递减：指流入各个营养级的能量逐级递降。
能量守恒：指输入到某个生态系统的总能量=输出的四条去路的能量之和。
同化量
用于生长、发育、繁殖的能量（储存）
流向分解者的能量
①同化量＝呼吸消耗量＋ ____________ ____
②同化量＝呼吸消耗量 ＋___ ______ ＋ ___ ___________
用于生长、发育、繁殖的能量
流向下一营养级能量
流向分解者的能量
练习1：
下图A、B、C代表的含义是？
练习2
1250
练习3.牛是以草为食，有一种蜣螂专门以牛粪为食，在能量流动中牛粪所含的能量属于哪一部分？设牛在某段时间所同化的能量为107 kJ，则这部分能量中流入蜣螂体内的约为
A.草的同化量，0 B.牛的同化量，106 kJ
C.草固定的太阳能，2×106 kJ D.牛的摄入量，106～2×106 kJ
√
牛粪不属于大象的同化量，属于植物的同化量
下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1)。该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为 。
25%
（3780+4200）÷31920×100%＝25%
能量传递效率=
本营养级的同化量
下一营养级的同化量
×100%
判断：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%(　　)
×
书P57 传递效率：指相邻营养级之间
练习4
任务三（数转图）：请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
肉食性动物
12.6
生产者
464.6
植食性动物
62.8
能量金字塔
四、生态金字塔:
能量金字塔
生物量金字塔
数量金字塔
——由单位时间内各营养级所得到的能量数值由低到高绘制的图形。
①能量金字塔
低
高
低
高
营养级
能量
A
B
C
D
第一营养级
第二营养级
第三
营养级
第四
营养级
——特点：
自然生态系统一定为正金字塔
（1）为什么“一山不容二虎”？
能量流动具有逐级递减的特点，营养等级越高，获得的能量越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级。
②数量金字塔
对一片草地上的所有生物成员作了统计：
生产者（野草） 5 842 424株；
初级消费者（草原动物、昆虫）
708 624只；
次级消费者（肉食动物、吃昆虫的小鸟）
354 904 只；
三级消费者（肉食动物、吃小鸟的鹰）
3只。
一定是正金字塔形？
特殊情况：
昆虫
树
鸟
③生物量金字塔
直观的反映生态系统各营养级所容纳的 的关系。
——用同样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
营养级
第四营养级
第三营养级
大多数是正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
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
有机物的总干重
特殊情况：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。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的要多。
P58 什么情况下可能是倒置的金字塔？
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？(p57旁栏思考）
研究生态系统的能量流动的意义：
(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。
稻—萍—蛙立体农业
五、研究能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
冬小麦夏玉米套作
蔬菜大棚中多层育苗
充分利用空间和资源，获得更大的收益。
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提供能源，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（注意：不能提高传递效率）
。
(2)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。
粉碎秸秆作为饲料
沼气池
沼渣
能量利用率=能量传递效率 ？
（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。
例如: 合理确定草场的载畜量，稻田除草、除虫等。
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。
练习：根据生态学原理，要使能量流经食物链总消耗最少，人们应采用哪种食物结构：
A．以禽类、蛋类为主
B．以淡水养殖的鱼、虾为主
C．以谷物和植物蛋白为主
D．以猪肉等家畜肉类为主
C
P54 问题探讨
食物链越短，能量到我体内的越多，我活的时间就越长呀！
B.先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡
A.先吃鸡，然后吃玉米　　　　
思
路
一
思
路
二
练习： 有一条食物链，共有4个营养级，其中虎位于最高营养级。若第一营养级共有能量1000J，问：虎最少能获得多少能量？
A B C D
若D营养级含有能量为3J，求最少消耗A的能量为______________J？
1000 × ( )3 = 1
六、能量流动的有关计算：
3 ÷ ( )3
= 375
10%
20%
（即生产者要损耗最少）
①正推型：
②逆推型：
最多
或生产者消耗______:
食物链：最___
传递效率：____
▲归纳：能量流动的“最值”计算：
A B C D
求消费者获能最多：
或生产者消耗____：
食物链：最短
传递效率：20%
长
10%
E
求消费者D获能最少：
最少
看大本p55 左3
注意：
已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，需按题目指定数值计算。
例：在右图的食物网中，如果C从B、F中获得的能量比为3∶1，C增重1kg，则最少需要消耗A多少kg？
消耗A最少，按最高传递效率20%计算：
沿食物链A→B→C逆推：
沿食物链A→D→E→F→C逆推：
75/4kg+625/4kg=175kg
1÷20%X3/4 ÷20%＝75/4kg
1/4kg X 5 X 5 X 5 X 5＝625/4kg
1÷20%X1/4 ÷20%÷20%÷20%＝75/4kg
一、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。
B
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。
(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利用，提高了能量的利用率。
①
②
练习与应用
二、拓展应用
2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，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？
生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，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？
通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？
【答案】不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。
硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输入对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。
练习与应用

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