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第2节
生态系统的能量流动
第3章 生态系统及其稳定性
应该先吃鸡，再吃玉米（即选择1）。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
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。
生态系统中能量的_____、______、______和_____的过程，称为生态系统的能量流动。
一、能量流动的概念
散失
输入
传递
转化
1.研究个体水平能量流动的基本思路
2.研究种群水平能量流动的基本思路
研究能量流动的基本思路
能量输入
某个营养级
能量储存
能量散失
3.研究某营养级水平能量流动的基本思路
二、能量流动的过程
1.输入生态系统的总能量
（2）太阳每天输送到地球的能量大约只有1%以可见光的形式被生态系统的______通过__________转化成_______，固定在它们所制造的______中。这样，太阳就_____到了生态系统的________。
有机物
第一营养级
请用一句话来概括输入生态系统的总能量。
生产者固定的太阳能总量
（1）地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自______。
太阳
生产者
光合作用
化学能
输入
**若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人为补充的能量（例如饲料中有机物中的能量）
三
二、能量流动的过程
2.生态系统能量流动的示意图
思考1：能量流动的渠道是什么？
思考2：能量在食物链中流动的形式？
食物链和食物网
有机物中的化学能
呼吸作用以
热能形式散失
草的能量如何得来？
光能全部被草吸收了吗？
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
1.能量流经第一营养级的过程
被初级消费者摄入
粪便
兔吃草后能将摄入的草全部同化吗？
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
－
1.能量流经第二营养级的过程
呼吸作用
分解者
生长发育和
繁殖储存起来
兔同化了小草的能量后，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
流入下一营养级
兔同化的能量
1.能量流经第二营养级的过程
能量流动的过程
生态系统能量流动在营养级层次研究
能量流经生物个体的过程
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)
生态系统中能量的传递是沿食物链和食物网渠道进行的。
能量流动的过程
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
…
热能散失
作用
呼吸
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
未被利用
书本P55
生产者通过光合作用将光能转化成为化学能，固定在它们所制造的有机物中（其次还有化能合成作用）
一、生态系统的能量流动的过程
1.输入
①能量来源:
太阳能
②能量流动的起点:
生产者固定太阳能
③流经生态系统的总能量:
生产者所固定的全部太阳能
④能量输入过程:
**若为人工生态系统，流经生态系统的总能量除生产者固定的太阳能总量，还有人为补充的能量（例如饲料中有机物中的能量）
2.传递：
①能量传递的途径（渠道）：
食物链和食物网
②能量传递的形式：
有机物中的化学能
3.转化：
太阳能
光合作用
有机物中的化学能
呼吸作用
热能
4.散失：
通过呼吸作用，以热能形式散失
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
归纳总结
例题2.如图为生态系统中能量流动的部分过程．下列叙述不正确的是（　　）
A. ①中的能量来自生产者的同化作用
B. 分解者利用的能量一定比a小
C. b为初级消费者用于生长发育和繁殖的能量
D. 应在a处加上细胞呼吸散失的热能箭头
B
三、能量流动的特点
赛达伯格湖的能量流动图解
图中数字为能量数值，单位是J/(cm2.a)（焦每平方厘米每年）。图中“未固定”是指未被固定的太阳能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一营养级和分解者利用的能量。为研究方便起见，这里将肉食动物作为一个整体看待。
讨论1.用表格的形式将图中的数据进行整理。例如，可以将每一营养级的能量“流入”和“流出”整理成一份清单（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量）完成《金版》P61探究二
三、能量流动的特点
464.6
62.8
62.8
12.6
12.6
赛达伯格湖的能量流动图解
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。
三、能量流动的特点
464.6
62.8
62.8
12.6
12.6
能量传递效率=
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
13.5%
20.1%
能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。
×100%
三、能量流动的特点
讨论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
流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有以下去向：
①一部分通过该营养级的呼吸作用散失；
②一部分作为排出物、遗体或残枝败叶被分解者利用；
③一部分未利用。
赛达伯格湖的能量流动图解
讨论4：通过以上分析，你能总结出什么规律？(即能量流动的特点)
1.单向流动：
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_________；
食物链
低
高
逆转
循环流动
（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。
原因：
2.逐级递减：
（能量相邻两个营养级传递效率为10%～20%）
生态系统中能量流动是单向的。
能量在流动过程中逐级递减。
原因：
（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。
三、能量流动的特点
思考：生态系统中能量流动一般不超过5个营养级，原因是什么？
在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。第五营养级以后的能量太少，不足以维持该营养级生物的生存。
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。如果一个生态系统在一段较长时期内没有能量（太阳能或化学能）输入，这个生态系统就会崩溃。
规律: 食物链越短，能量利用率越高。
能量利用率=
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
（能量相邻两个营养级传递效率为10%～20%）
P55思考·讨论 生态系统中的能量流动
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？
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。
不能。能量流动是单向的。
例题1.如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中，正确的是（ ）
A. 图中A＝D，B＝E，C＝F
B. K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量
C. 食物链中能量最少的是分解者所处的营养级
D. 第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D
B
例题.如图表示某生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是（ ）
A．①是流入该生态系统的总能量
B．分解者获得的能量最少
C．图中②/①的比值代表草到兔的能量传递效率
D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
D
能量传递效率 = ×100%
某一营养级的同化量
上一营养级的同化量
例1：如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(　　)
该食物网中第一营养级同化的能量为31 920 J·m－2·a－1，第二营养级同化的能量为3 780＋4 200＝7 980J·m－2·a－1，则第一营养级到第二营养级的能量传递效率为7 980÷31 920×100%＝25%
能量传递效率的计算规则
①若题中没有给出了传递效率值，则一般认为能量传递效率最低为10％，最高为20％。若题中给出了传递效率值则按给出的值计算。
②由高营养级求低营养级时，若求“最(至)多”值，则按最低效率10％传递；若求“最(至)少”值，则按最高效率20％传递。
③由低营养级求高营养级时，若求“最(至)多”值，则按最高传递效率20％计算；若求“最(至)少”值，则按最低传递效率10％计算。
例.在食物链“草→兔→鹰”中，假如现有草100kg，最多可使鹰增重____kg。最少可使鹰增重____kg。
1
4
例.在食物链“草→兔→鹰”中，假如要使鹰增加2kg体重，最多要消耗草____kg。最少要消耗草____kg。
200
50
高、低营养级间能量的互算
例1.如果A增重10000 kg，
C最多增加_____千克，最少增加___千克
400
1
方法：多条食物链,
获得能量最多：选最____食物链；按×___%计算
获得能量最少：选最____食物链；按×___%计算
短
20
长
10
方法：多条食物链,
需最少能量：选最____食物链；按÷____%计算
需最多能量：选最____食物链；按÷____%计算
例2.猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约（ ），最多需要消耗A约（ ）
A．1000kg B．44.5kg
C．25kg D．15kg
C
A
短
20
长
10
第一营养级
第二营养级
第三营养级
第四营养级
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顺序排列，可形成一个金字塔图形，叫做能量金字塔
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
上窄下宽的金字塔形
能量逐级递减
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
（4）原因：
四、生态金字塔
直观的反映生态系统各营养级所容纳的有机物的总干重的关系
2、生物量金字塔
用表示能量金字塔中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），即为生物量金字塔
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
大多也是上窄下宽的正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
（4）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
3、数量金字塔
用表示能量金字塔的方法表示各营养级的生物个体的数目比值关系，即为数量金字塔
直观的反映生态系统各营养级的生物个体的数目比值关系
可以是上窄下宽的正金字塔形，也可以是上宽下窄的倒置正金字塔形
（1）概念：
（2）意义：
（3）特点：
（4）原因：
营养级
第二营养级
第一营养级
个体数量
昆虫
树
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
如果消费者的个体小而生产者的个体大，则会呈现倒置金字塔
生物量金字塔在什么情况下，可能是上宽下窄倒置的金字塔形呢？
一般情况下，生物量金字塔是上窄下宽的金字塔形，但是有时候会出现倒置的金字塔形。例如，在海洋生态系统中，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。
能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层含义
象征 意义
生物链中各营养级生物所含能量的多少
各营养级生物有机物总量的多少
各营养级生物个体数目的多少
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点。
一般情况下，生物量(现存生物有机物总量)沿食物链流动逐级递减。
一般情况下，生物个体数目数量在食物链中随营养级升高而逐渐减少。
四、生态金字塔
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，增大流入某个生态系统的总能量。例如，间作套种、多层育苗、稻——萍——蛙等立体农业。
五、研究能量流动的实践意义
间作套种
多层育苗
稻——萍——蛙
2.研究生态系统的能量流动，可以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。例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣田肥。
五、研究能量流动的实践意义
用秸秆作饲料
粪便制作沼气
提高能量的利用率
（≠能量的传递效率）
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。
例如，合理放牧、麦田除草。
五、研究能量流动的实践意义
调查当地某生态系统中的能量流动情况
非生物的物质和能量；生产者，包括水稻、杂草、浮游植物等；消费者，包括蜘蛛、田螺、鱼(如泥鳅、黄鳝)、青蛙、浮游动物、昆虫、鸟类等；分解者，包括多种微生物。
2.初级消费者有田螺、浮游动物、植食性的昆虫和鸟等。一般而言，植食性的昆虫和鸟等对水稻生长构成危害，田螺数量较多时也会对水稻生长构成危害。农民采取喷洒农药、竖稻草人等措施防止或减少这些动物的危害。
以稻田生态系统为例。
组成成分：
1.生产者主体是水稻，其他生产者有杂草、浮游植物等。农民主要通过喷洒除草剂或人工除草的方式抑制杂草的生长。
5.农民对秸秆的传统处理方式有焚烧或填埋等；现代农业生态工程提出了综合利用思想。例如，秸秆可作为多种工业原材料，还可以用来生产沼气，以充分利用其中的能量。
3.次级消费者有肉食性鱼、青蛙和蜘蛛等。一般而言，这些消费者对水稻生长的利大于害。农民通过禁捕，或适量放养等措施，实现生态农业的目标。
7.通过稻田养鱼等措施，实现立体化生态农业；通过建造沼气池，实现能量的多级利用。
6.主要通过合理密植的方法提高作物的光能利用效率。
4.养殖动物的饲料来源有水稻秸秆、粮食（如玉米）、饼粕等。
调查当地某生态系统中的能量流动情况
分析和处理数据
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
例题2.下图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A.B.C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为106kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为1188872×106kJ，但其中1188761×106kJ的能量未被利用。请回答下面的问题。
(1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。
(2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为________%，从第二营养级到第三营养级的转化效率为________%。
生产者
111
13.5
20
111
(3)次级消费者通过呼吸作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是_______。
(4)由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有：
①各营养级生物体内的大量能量被___________________；
②其次是上个营养级的部分能量________________________；
③还有少数能量被________利用。
60%
细胞呼吸消耗
未被下一营养级利用
分解者

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