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第三章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动（第一课时）
问题探讨
假如你像小说中的鲁滨逊那样，流落在一个荒岛上，除了饮用水之外没有任何食物。你随身带的食物只有一只母鸡、15kg 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来等待救援？
1. 先吃鸡再吃玉米。
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。
如果将这个种群作为一个整体来研究，则可以概括成右图形式。
选必二 P54
科学方法：研究能量流动的基本思路
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
能量输入
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。
能量流经一个种群的情况可以图示如下：
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。
如果将一个营养级的所有种群作为一个整体，那么左图将概括为何种形式呢？
选必二 P54
科学方法：研究能量流动的基本思路
能量储存
种群
能量散失
能量输入
能量输入
某营养级
能量储存
能量散失
可以比较精确地测量每一个营养级能量的输入值和输出值。
生态系统能量流动的研究一般在群体水平上进行。
将群体视为一个整体进行研究是系统科学常用的研究方法。
深入内部考察个体
整合局部
环节规律
探索系统
动态规律
能量流动
概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
阳光
能量流经生物个体的过程
呼吸作用以
热能形式散失
【思考】1. 草的能量如何得来？
2. 光能全部被草吸收了吗？
3. 草固定的能量将何去？
1%
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
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
【思考】兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
【思考】兔同化了小草的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
流入下一营养级
兔同化的能量
【思考】鹰同化了兔的能量后，这些能量有哪些去向？
呼吸散失
生长
发育
繁殖
遗体
残骸
分解者
鹰同化的能量
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
一、能量流动的过程
生态系统能量流动在营养级层次研究
分 解 者
呼 吸 作 用
生态系统能量流动在营养级层次研究
生产者
初级消费者
(绿色植物)
次级消费者
(植食性动物)
(肉食性动物)
模型构建1：构建食物链的能量流动模型
一、能量流动的过程
营养级之间能量流动过程图解
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
同化量＝摄入量－粪便量
能量流动
概念：生态系统中能量的 、 、 和 的过程。
输入
传递
转化
散失
一、能量流动的过程
1. 输入
（1）能量来源：__________。
（2）起点：____________________。
（3）流入生态系统的总能量：____________________________。
太阳能
生产者的光合作用
生产者固定的全部太阳能，即总/真/实际光合速率
《狂K重点》 P25
一、能量流动的过程
2. 传递
（1）渠道/途径：__________________。
食物链和食物网
（2）传递的形式：____________________。
有机物中的化学能
3. 转化：
___________→_______________________→_________
太阳能
有机物中的化学能
热能
4. 散失：
通过_____________最终以_______的散失。
呼吸作用
热能
《狂K重点》 P25
模型构建2：构建某一营养级的能量流动模型
一、能量流动的过程
能量来源
呼吸作用散失
太阳能
生产者
能量去路
每个营养级
总能量
固定的太阳能总量
各级消费者
上一个营养级
生产者：
各级消费者：
同化总量
=摄入量-粪便量
流入下一营养级
被分解者利用
(未利用)
均属于用于自身生长、发育和繁殖的部分
模型构建3：能量流经第二营养级的过程
一、能量流动的过程
生产者
未捕食
被捕食
未摄入
摄入
未同化（如粪便等：能量属于上一级）
同化
呼吸消耗
构成机体
（生长、发育、繁殖）
分解者利用
被捕食（下一营养级）
未利用
自然和人工生态系统的填空标准：
1.流经自然生态系统的总能量是：
2.流经人工生态系统的总能量是：
3.自然生态系统的能量来源是：
4.人工生态系统的能量来源是：
生产者固定的太阳能
生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的化学能
太阳能
太阳能和人工输入的有机物中的化学能
一、能量流动的过程
【P55思考·讨论】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？
思考·讨论：生态系统中的能量流动
遵循能量守恒定律。
能量在生态系统中流动、转化后，一部分储存在生态系统生物体的有机物中，另一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，两者之和与流入生态系统的能量相等。
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？
不能，
能量流动是单向的。
由于每一营养级和分解者都需要呼吸作用以热能的形式散失掉一部分能量
方案2
方案1
方案一能让你维持更长的时间来等待救援
先
后
一部分
吃鸡蛋
一部分
问题探讨
哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援？
1. 先吃鸡再吃玉米。
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。
随堂练习
1. 完成以下填空：
(1)补充图中标号代表的内容
甲：_________；乙：_____________；丙：_____________；
丁：__________；戊：____________。
(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_______________________。
生产者
初级消费者
次级消费者
呼吸作用
分解者
太阳能
生产者的光合作用
第三章 生态系统及其稳定性
第2节 生态系统的能量流动
授课教师：XXX
选必二 P56
3.2.2 能量流动的特点及能量传递效率的计算
二、能量流动的特点
Raymond Lindeman
对能量流动做了定量分析
《生态学的营养动态概说》
林德曼（1915-1942）
赛达伯格湖
优点：小、简单、稳定
深1米，面积为14480平方米，湖岸线长500米 。湖底深度一致、性质均一，没有大的波浪。
二、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。
林德曼得到的数据如右。
未利用：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。（定时定量分析）
非可见光和部分被反射的可见光没有被固定
营养级 流入能量 (同化量) 流出能量 （流入下一营养级） 呼吸散失 分解者利用 未利用 出入比
生产者
植食性动物
肉食性动物
1. 用表格的形式，将图中的数据进行整理。并计算“流出”该营养级的能量占“流入”该营养级能量的百分比。
2. 通过以上分析，请总结出能量流动的特点并分析原因。
能量传递效率 =
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
464.6
62.8
12.6
13.5%
20%
62.8
96.3
12.5
293
12.6
18.8
2.1
29.3
7.5
微量
5.0
/
输出（去路）
能量传递效率
逐级递减
二、能量流动的特点
(1)从方向上看：
在生态系统中，能量流动只能沿着_____________，由_____营养级流向_____营养级，不可_________，也不能_____________；
1. 能量流动的特点及原因
单向流动
食物链
低
高
逆转
循环流动
①生物之间的捕食关系是长期自然选择的结果，一般不可逆转；
②各营养级呼吸作用散失的热能无法再利用。
原因：
二、能量流动的特点
(2)从数值上看：
能量在相邻两个营养级间的传递效率是____________________。
1. 能量流动的特点及原因
逐级递减
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。
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。
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？
选必二 P56
思考·讨论：分析赛达伯格湖的能量流动
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用以热能的形式散失；
一部分未被下一营养级利用；
一部分被分解者分解。
（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：
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？
随堂练习
下列有关生态系统的叙述，正确的是（　　）
A．生态系统不断需要来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能
B．流经人工鱼塘生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量
C．生态系统的结构由生产者、消费者、分解者、非生物物质和能量构成
D．营养级越高的生物体型越大，数量越少
A
A、生态系统的能量是逐级递减的，所以不断需要来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能，A正确；
B、流经人工鱼塘生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量和人工投喂饲料中的化学能之和，B错误；
C、生态系统的结构由生态系统的成分（包括生产者、消费者、分解者、非生物物质和能量）和营养结构（包括食物链、食物网）构成，C错误；
D、一般来说，营养级越高的生物体型越大，数量越少，但是有特例，例如，树→虫，D错误。
二、能量流动的特点
2. 能量传递效率的计算
该营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
(1)相邻营养级的能量传递效率：10%～20%，计算方法如下：
能量传递效率＝
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
类型一：知甲求丁
最多： ，食物链越短越 。
最少： ，食物链越长越 。
×20%
多
×10%
少
能量传递效率不是以个体或种群为单位，而是以 为单位。
营养级
二、能量流动的特点
2. 能量传递效率的计算
类型二：知丁求甲
最多： ，食物链越长越 。
最少： ，食物链越短越 。
÷10%
多
÷20%
少
(2)食物链中能量的最值计算
设食物链“甲→乙→丙→丁”，分情况讨论(如下表)：
例如，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若甲的能量为M，则丁获得的能量为M×a%×b%×c%。
(3)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算。
二、能量流动的特点
2. 能量传递效率的计算
(4)在食物网中分析在解决有关能量传递的计算问题时，需要确定相关的食物链，能量传递效率为10%～20%，一般从两个方面考虑：
①知低营养级求高营养级
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
②知高营养级求低营养级
需最少能量
需最多能量
选最短食物链
选最长食物链
按“÷20%”计算
按“÷10%”计算
随堂练习
1. 有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传递到庚的能量相等，则庚同化1 kJ的能量，丙最少需同化的能量为(　　)
A．550 kJ
B．500 kJ
C．400 kJ
D．100 kJ
2. 如图表示某生态系统食物网的图解，若一种生物摄食两种前一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则猫头鹰体重增加1 kg，至少需要消耗A(　　)
A．100 kg
B．312.5 kg
C．25 kg
D．15 kg
A
甲
乙
丙
丁
己
戊
庚
A
随堂练习
3. 下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加 20g 体重，至少需要消耗植物（ ）
A. 900g　　　 B. 500g C. 200g D. 600g
A
食物网中，某一营养级同时从上一营养级的多种生物中按比例获得能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
随堂练习
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
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
随堂练习
3. 某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲：乙=1：1调整为2：1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的（　　）
A、1.875倍 B、1.375倍
C、1.273倍 D、0.575倍
B
应该从丙出发，
甲：乙为1：1时，丙的能量为x，需要的甲为（1/2）x÷10%+（1/2）x÷10%÷10%=55x．
设当食物由甲：乙为2：1时，丙的能量为y，需要的甲为（2/3）y÷10%+（1/3）y÷10%÷10%=40y．由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x=40y，则y=1.375x．
甲
乙
丙
总结
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。
一、概念检测
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。 ( )
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
练习与应用 （书本P60）
C
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练习与应用 （书本P60）
B
随堂练习
1. 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
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
随堂练习
2. 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(　　)
B
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
随堂练习
3. 下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述不正确的是(　　)
B
A. 生物与生物之间的捕食关系不可逆转，所以能量流动具有单向性
B. ①表示流经生态系统内部的总能量
C. 各营养级间的能量传递效率一般为10%~20%
D. 从能量关系看②>③+④
随堂练习
(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
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。
随堂练习
(2021·衡水高三开学考试)在分析生态系统的能量流动时经常涉及“总能量”、 “摄入量”、“输入量(输入到某一营养级的能量)”、“同化量”、“粪便量”、“能量传递效率”等说法，则下列说法中正确的是(　　)
A. 太阳辐射到某一生态系统中的能量即为输入生态系统的总能量
B. 生产者积累的有机物中的能量为输入生态系统的总能量
C. 某一营养级生物的摄入量减去粪便量，为该营养级生物同化量
D. 相邻两营养级生物中高营养级与低营养级生物的摄入量之比表示能量传递效率
C
随堂练习
(2021·北京高考模拟)下图为甲、乙两生态系统中的食物网。请回答问题。
(1)食物网由 　　　　交织而成，它反映了　　 中 　　关系。
(2)在食物网甲中，A鱼体内的能量直接来自　　 　　。
(3)甲、乙两食物网的营养级最多均有　 级，导致这一现象出现的原因是__________________________________________________________________
　。
多条食物链
群落
捕食
藻类、食肉昆虫
甲
乙
四
能量在各个营养级之间的传递效率只有大约10%~20%(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)

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