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第2节 生态系统的能量流动
人教2019版高中生物学《选择性必修2生物与环境》
第3章 生态系统及其稳定性
问题探讨：
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，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15 kg玉米。
讨论：你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间等待救援
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。
先
后
方案1
方案2
一部分
一部分
一、生态系统的能量流动的概念
指生态系统中能量的 过程。
输入、传递、转化和散失
能量输入
个体1
呼吸作用散失的能量
储存在体内的能量
个体2
个体3
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
…
能量流动的分析
能量输入
种群
能量储存
能量散失
研究生态系统的能量流动一般在 水平上。
种群
二、生态系统的能量流动的过程
二、生态系统的能量流动的过程
1
构建第一营养级能量流动模型
初级消费者摄入
残枝败叶
呼吸作用
分
解
者
利
用
散失
生产者固定太阳能
用于生长发育和繁殖
太阳能
散失
呼 吸 作 用
光合作用
二、生态系统的能量流动的过程
2
构建第二营养级能量流动模型
遗体残骸
呼吸作用
分
解
者
利
用
散失
用于生长发育和繁殖
散失
呼 吸 作 用
粪便
初级消费者摄入
初级消费者同化
次级消费者摄入
二、能量流动的过程
初级消费者摄入
初级消费者同化
用于生长发育和繁殖
次级消费者摄入
遗体
残骸
残枝败叶
呼吸作用
分
解
者
利
用
散失
生产者固定太阳能
用于生长发育和繁殖
太阳能
散失
呼 吸 作 用
发生类似初级消费者的变化
粪便
光合作用
光合作用
固定
太阳
能
生长
发育
繁殖
等
呼吸
作用
分解者分解
同化
次级消费者
摄入
呼吸作用
散失
⑦
散失
能量在第三营养级中的变化
次级消费者
同化
用于生长
发育和繁殖
三级消费者
摄入
①
③
②
⑤
④
⑥
⑧
粪便
分解者利用
呼吸作用
训练：
写出右图各序号的名称？
遗体
残骸
计算：
1、摄入的能量＝ 的能量 + 中的能量。
（注意：粪便中的能量是属于
的同化量）
2、同化能量＝摄入量－ 中所含能量。
同化能量= 的能量+
用于 的能量。
同化能量＝ 的能量+ 被下一营养级 的能量 +
释放的能量+ 。
同化
粪便
上一营养级
粪便
呼吸散失
同化
分解者
未利用的能量
生长发育繁殖等
呼吸散失
小结：生态系统中的能量流动过程
初级消费者
（植食性动物）
生产者
（植物）
次级消费者
（肉食性动物）
分解者
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
呼吸作用
太阳能
三级消费者
（肉食性动物）
能量去路
自身呼吸作用消耗
被下一营养级的生物所利用（最高营养级除外)
被分解者所利用
能量来源
生产者：
消费者：
太阳能
上一营养级
【小结】：
一、生态系统的能量流动的概念：
生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
二、生态系统的能量流动过程：
1、能量的输入：
①能量来源： 。
②能量流动的起点： 。
③方式： 。
④流经生态系统的总能量： 。
⑤能量转化： 。
2、能量的传递：
①能量流动的渠道： 。
②形式： 。
③能量转化： 。
散失
转化
输入
传递
太阳能
生产者固定太阳能
主要是光合作用
生产者固定太阳能的总量
光能→有机物中的化学能
食物链和食物网
有机物中的化学能
有机物中的化学能→有机物中的化学能
3、能量的散失：
①途径： 。
②形式： 。
③能量变化： 。
整个过程能量的变化是 。
呼吸作用
热能
有机物中的化学能→热能
光能→有机物中的化学能→热能
4、能量来源与去路：
能量来源：生产者的能量来自 ；
消费者的能量来自 。
能量去向： 。
最高营养级的能量去向： 。
太阳能
呼吸作用散失、流入下一营养级、
分解者分解作用、未利用。
上一营养级
呼吸作用散失、分解者分解作用、
未利用。
主要的能量去向：
呼吸作用散失
【巩固练习】：
1．判断：
(1)生态系统的能量流动就是指能量的输入和散失过程( )
(2)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能( )
(3)流经第三营养级的总能量是指三级消费者摄入到体内的能量(　)
(4)生产者通过光合作用合成有机物时，能量就从无机环境输入到了生物群落(　)
×
×
×
√
2、关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是(　　)
A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程
B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量
C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量
D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级
3、由草、兔、狐组成的食物链中，兔所获得的能量，其去向不包括(　　)
A．兔呼吸作用释放的能量
B．由兔的粪便流入分解者体内的能量
C．流入狐体内的能量
D．由狐的粪便流入分解者体内的能量
√
√
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
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。
三
1
分析塞达伯格湖的能量流动
三、能量流动的特点
1
分析塞达伯格湖的能量流动
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)。
1
分析塞达伯格湖的能量流动
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。
营养级 流入能量/
[J/(cm2. a)] 流出能量(输入后一 个营养级)/J[(cm2. a)] 出入比/%
生产者
植食性动物
肉食性动物 ----- -----　
分解者 14.6 -----　 -----　
464.6
62.8
12.6
62.8
12.6
13.52
20.06
1
分析塞达伯格湖的能量流动
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
各营养级的能量都有：
一部分通过呼吸作用散失；
一部分未利用；
一部分被分解者利用。
1
分析塞达伯格湖的能量流动
4.通过以上分析，你能总结出什么规律
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。
【小结】三、能量流动的特点
1、单向流动
2、逐级递减
原因：食物链中因捕食关系的各个营养级的顺序
是不可逆的。
原因：
②一部分能量随呼吸作用散失
①一部分能量被分解者利用
③还有一部分能量未利用
注意：能量在相邻两个营养级间的传递效率为 。
10%～20%
回答问题：
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，几乎没有任何食物。你身边尚存的食物只有1只母鸡、15 kg玉米。你认为以下哪种生存策略能让你维持更长的时间等待救援
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。
先
后
方案1
方案2
一部分
一部分
采用方案1人获得的能量更多，可以维持更长的时间。
1、肉类和鸡蛋的价格比粮食和蔬菜高，从生态学的观点看，这是由于（ ）
A.动物饲养麻烦，花时间多，投资大
B.动物性食品营养价值高
C.食物链延长，能量流失多，动物性食品成本高
D.植物栽培比较容易
2、大象是植食性动物，有一种螳螂则专以象粪为食。设一大象在某一段时间所同化的能量为107KJ，则这部分能量中可流入螳螂体内的为（ ）
A、0KJ B、106KJ
C、2×106KJ D、106KJ---2×106KJ
【巩固练习】：
√
√
3、如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是(　)
A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJ
B．从乙到丙的能量传递效率为15%
C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率
D．食物链的营养关系一般不可逆转，这决定了能量流动的单向性
√
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
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。
生产者
464.6
植食性动物
62.8
肉食性动物
12.6
四、生态金字塔
(一)概念：
如果将生态系统各营养级间的关系，由低到高绘制成图，通常呈现一个金字塔图形，称为生态金字塔。
(二)类型：
1. 能量金字塔：
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）的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。
①概念：
②特点：
正金字塔形
资料1：夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g m-2。
营养级 某湖泊 某海域
生产者 96 4
初级消费者 11 21
次级消费者 4 －
2.生物量金字塔
（每个营养级所容纳的有机物的总干量）
某湖泊的生物量
某海域的生物量
海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又不断被浮游动物和其它动物吃掉，所以在某一时刻调查到的浮游植物的生物量很可能低于第二营养级的生物量，因此生物量金字塔会出现倒置。
为什么某海域的生物量会出现金字塔倒置？
一般为正金字塔形,但是也有可能倒置。
特点：
资料2：夏季两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个 hm-2。
3.生物数量金字塔
营养级 某草地 森林
生产者 1500万 2000
初级消费者 200万 150万
次级消费者 90万 －
某草地的生物数量
某森林的生物数量
为什么温带森林的生物量会出现金字塔倒置？
当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常倒置。比方说，生产者是树，初级消费者是昆虫。
鼠
草
鼬
昆虫
树
一般为正金字塔形,但是也有可能倒置。
特点：
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
【小结】四、生态金字塔
1.常用金字塔来说明生态系统中哪两者之间的关系（ ）
A.能量和营养级 B.个体大小与营养级
C.个体大小与个体数量 D.个体数量与生物类型
2．在能量金字塔中，贮存能量最多的成分是（ ）
A.生产者 B.初级消费者
C.次级消费者 D.分解者
3．根据生态学原理，要使能量流经食物链的总消耗量降到最低，人们应采取下列哪一种食物结构 （ ）
A．以淡水养殖的鱼类为主
B．以家畜的肉类为主
C．以谷类和植物蛋白为主
D．以禽类的肉和蛋为主
【巩固练习】：
√
√
√
4、右图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是(　　)
A．Ⅰ是初级消费者
B．Ⅳ为分解者
C．E1为太阳能，E2为热能
D．能量可在食物链中循环利用
√
根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链（网）流经老虎的能量已减到很少的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生态学道理。
1、从生态系统中能量流动的角度分析，为什么说“一山不容二虎”
迁移创新：
从能量传递的数量和效率看，能量流经各营养级是逐级递减的，单向不循环的，传递效率为10％－20％。所以,食物链一般不超过五个营养级，到第五营养级以后，可利用的能量已减少到不能维持其生存的程度了。
2、食物链一般不超过5个营养级
五、研究能量流动的实践意义
甘蔗和大豆间种
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。
冬小麦夏玉米套作
蔬菜大棚中多层育苗
稻-萍-蛙立体农业生产
如桑基鱼塘：
讨论：人们能不能改变能量流动的客观规律？
不能改变能量流动的客观规律，但可设法设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
实现对能量的多级利用，大大提高能量的利用率。
五、研究能量流动的实践意义
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。
五、研究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的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
稻田除虫
稻田除草
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。
3.帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。
1.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。
2.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。
【小结】五、研究能量流动的实践意义
1．下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔，请思考：
(1)依生态学原理看，同样的玉米，上述哪种营养结构可养活更多的人口？为什么？
(2)一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多，对吗？为什么？
(3)若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则甲中的人与乙中的人体内污染物浓度哪个更高？
不对。甲、乙营养结构中“牛”“人”代表的是相应营养级环节，并非“一个人”。
乙中更高
甲种营养结构能养活更多的人口，因为乙中人处于第三营养级，能量损耗加大，养活的人口更少。
【巩固练习】：
2.判断题：
(1)生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的 (　)
(2)相邻两个营养级的能量传递效率不会小于10%，也不会大于20%(　　)
(3)能量金字塔和生物量金字塔可以出现倒置现象(　　)
(4)生态系统中的能量可被多级循环利用，从而大大提高能量的利用率(　　)
(5)研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类(　　)
(6)生态农业的建立，提高了各营养级间的能量传递效率（ ）
(7)一种蜣螂专以象粪为食，则该种蜣螂最多能获取大象所同化能量的20%（ ）
×
×
×
×
×
×
×
(8)当狼捕食兔子并同化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级（ ）
(9)生产者通过光合作用制造了有机物时，能量就由非生物环境流入了生物群落（ ）
(10)生态系统的能量是伴随物质而循环利用的（ ）
(11)使用粪便作肥料，其中的能量可以流向农作物，从而实现对能量的多级利用（ ）
(12)生态系统中的能量最终都以热量形式散发到大气中（ ）
(13)生态系统的能量流动是循环利用，逐级递减的（ ）
(14)流经某生态系统的总能量是生产者积累的有机物中的全部能量 （ ）
(15)生态农业的建立实现了物质和能量的多级循环利用,提高了能量的利用率 （ ）
×
×
×
×
×
×
√
√
3、下表是某农田生态系统中田鼠种群摄食植物后能量流动情况，下列有关叙述错误的是(　　)
项目 摄取量 粪便量 呼吸作用
散失量
能量[J/(hm2·a)] 1.05×1010 3.50×109 4.55×109
A.田鼠同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖
B．田鼠粪便量不属于其同化能量中流向分解者能量的一部分
C．以田鼠为食的天敌最多可获得的能量为1.4×109 J/(hm2·a)
D．田鼠的上一营养级同化的能量至少为7.0×1010 J/(hm2·a)
√

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