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(共32张PPT)
3.3生态系统中的能量单向递减流动
学习目标
通过分析生态系统的能量流动过程，建立生命系统的物质与能量观，培养理解能力。
通过分析能量流动过程，归纳总结能量流动的特点，养成科学思维习惯，培养解决问题能力。
通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用和关注生产生活的态度，培养创新能力。
物质循环
能量流动
信息传递
生态系统的功能
能量流动
初级生产量是生态系统的基石
概念：是指绿色植物通过光合作用所固定的能量或所合成的有机物质，单位为J/（m2·a）。
物质变化：无机物 → 有机物
能量变化：光能 → 化学能
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O
叶绿体
2.8×106J
（注：2.8×106J是指合成1mol葡萄糖所需能量）
GP：总初级生产量
R：植物呼吸消耗量
（呼吸速率）
NP：净初级生产量
（表观光合速率）
净初级生产量：在初级生产量中，有一部分被植物的呼吸（R）所消耗，剩下的才用于植物的生长和繁殖，这就是净初级生产量（NP）。
（真正光合速率）
GP=NP+R
单位：g/m2 或J/m2
初级生产量是生态系统的基石
生物量（干重）：净生产量在某一调查时刻前的积累量。
GP-R
NP
=
增加
减少
不变
=0
<0
>0
生物量
生物量
生物量
总初级生产量（GP）、呼吸量（R）与生物量之间的关系：
初级生产量是生态系统的基石
不同陆地生态系统净初级生产量比较：
生态系统 热带雨林 北方针叶林 温带草原 苔原
净初级生产量（NP） 2000 g/(m2 a) 800 g/(m2 a) 500 g/(m2 a) 140
g/(m2 a)
分析讨论：
1.热带雨林与北方针叶林NP不同的主要环境限制因素是__________
温度
2.热带雨林和温带草原NP不同的主要环境限制因素是_________
雨量（水）
初级生产量是生态系统的基石
次级生产量
靠取食植物、其他动物和一切现成有机物而生产出来的有机物或固定的能量就称为次级生产量。
概念：
凡是异养生物都属于次级生产者，即除了生产者以外的生物均属于次级生产者。
次级生产者：
田鼠有没有获得玉米的全部能量
次级生产量
动物摄入的食物并不能全部被同化和利用，其中有相当一部分是以粪、尿的方式排出体外而未被利用
总次级生产量：被消费者所同化的总能量称为总次级生产量
摄入量=同化量+尿粪量
总次级生产量=净次级生产量+呼吸量
不可利用的 未利用的 吃剩的 鸟粪 呼吸
食源
可利用的
利用的
吃进的
总次级生产量
净次级生产量
生长
繁殖
生态系统的能量流动包括能量输入、传递和散失的过程
概念：在生态系统中，能量不断地沿着太阳→植物→植食动物→肉食动物→顶位肉食动物的方向流动，称为能量流动
呼吸作用
散失（热能）
粪便
呼吸作用
散失
（热能）
分解者利用
遗体残骸
摄入
用于生长发育繁殖
摄入量 = 同化量 + 粪便量
捕食者摄入
同化
消化吸收合成自身物质，储存能量
初级消费者
同化
呼吸作用
分解者
下一
营养级
上一
营养级
初级消费者
摄入（a）
初级消费者
同化(b)
粪便(c)
分解者利用
用于生长发育和繁殖（e）
次级消费者
摄入（i）
遗体
残骸
(f)
呼吸
作用
(d)
散失
呼吸作用
散失
…
未利用
(j）
能量流经第二营养级的过程
生产者
初级消费者
次级消费者
三级
消费者
呼 吸 作 用
分 解 者
呼吸作用
（热能）
…
太阳能
生态系统的能量流动包括能量输入、传递和散失的过程
总量：
生产者固定的太阳能
①输入
形式：
②传递
途径：
食物链和食物网
太阳能→有机物中化学能→热能
③转化
④散失
过程：热能（呼吸作用）
形式：有机物中化学能→热能
最高营养级
摄入
最高营养级
同化
粪便
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
遗体
残骸
呼吸作用
散失
呼吸作用
散失
【思考】最高营养级同化的能量去向有哪些？
①呼吸作用中以热能的形式散失
②以遗体残骸的形式被分解者利用
生态系统的能量流动包括能量输入、传递和散失的过程
最高营养级没有流入下一营养级的能量去向
分析塞达伯格湖的能量流动
植食性动物
62.8
62.8
太阳能
未
固
定
生产者
464.6
分解者
12.5
呼吸作用
96.3
未利用
327.3
293
2.1
18.8
29.3
12.6
肉食性动物
12.6
微量
7.5
5.0
122.6
14.6
单位（焦/厘米2 ·年）
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）
未固定：是指未被固定的太阳能
能量传递效率 =
下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%
营养级 流入能量 流出能量（输入下一营养级） 出入比（传递效率）
生产者
植食性动物
肉食性动物
464.6
62.8
13.5%
62.8
12.6
20.1%
12.6
分析塞达伯格湖的能量流动
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？
通过以上分析，你能总结出什么规律？
各营养级的能量都有一部分通过呼吸作用散失；一部分未被下一营养级利用；一部分被分解者分解。
1. 单向流动
2. 逐级递减
各个营养级的顺序是不可逆的；且各个营养级的能量总是以呼吸散失热能。
传递效率为10％～20％
两个营养级之间
逐级递减的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、暂时未被利用。
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。
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。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。
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。
能量传递效率与能量利用效率的比较
传递效率=
上一营养级的同化量
下一营养级的同化量
×100%
能量利用率=
生产者能量
流入最高营养级的能量
×100%
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
规律: 食物链越短，能量利用率越高。
若题干中未做具体说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。
在食物链A→ B→C→D中，则有
（1）已知A营养级净增重N,
按20%计算。则为N × (20%)3
①D营养级最多增重多少
②D营养级至少增重多少
按10%计算。则为N × (10%)3
（2）已知D营养级净增重M,
①至少需要A营养级多少
②最多需要A营养级多少
按20%计算。则为M ÷ (20%)3
按10%计算。则为M ÷ (10%)3
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营
养级生物最多能获得的能量是（ ）
A. 24kJ B. 192kJ C.96kJ D. 960kJ
B
例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重
增加1kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（ ）
A.25kg B.125kg C.625kg D.3125kg
C
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
（1）正推型（知低营养级，求高营养级）：
获能最少选 食物链 ；
获能最多选 食物链 。
最长
×10%
×20%
最短
（2）逆推型（知高营养级，求低营养级）：
需能最少选 食物链 ；
需能最多选 食物链 。
最短
÷20%
最长
÷10%
能量传递效率的计算：
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
不涉及“最多”、“至少”，计算时，需按具体数值计算。
在能量分配比例已知时，按比例分别计算，最后相加
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（前级是后级5倍）：
沿食物链A→B→C逆推：3/4kg X 5 X 5＝75/4kg
沿食物链A→D→E→F→C逆推：1/4kg X 5 X 5 X 5 X 5＝625/4kg
75/4kg+625/4 kg=175kg
能量在生态系统中沿食物链单向流动，逐级递减
除了用图中数字表示外，你还能用什么方法表示生态系统能量流动逐级递减的特点呢？
生态金字塔：
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
生态系统中的能量流动呈金字塔形
能量金字塔
请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积的图形表示，并按营养级由低到高排列。
赛达伯格湖的能量流动数据分析
能量分析 生产者 植食性动物 肉食性动物
输入能量 464.6 62.8 12.6
生产者
植食性动物
肉食性动物
营养级
生态系统中的能量流动呈金字塔形
热量
热量
热量
热量
三级消费者（0.1%）
次级消费者（1%）
初级消费者（10%）
生产者（100%）
通常都是上窄下宽的金字塔形
能量在流动中总是逐级递减的
能量在流动过程中，随着营养级的增加而呈现逐渐减少的趋势，因此能量的流动呈现下宽上窄的金字塔形。
直观的反映出生态系统各营养级间能量的关系
特点：
原因：
意义：
概念：
热量
热量
热量
热量
三级消费者（0.1%）
次级消费者（1%）
初级消费者（10%）
生产者（100%）
生态系统中的能量流动呈金字塔形
类型项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
特点 正金字塔 一般为正金字塔，有时会出现倒金字塔 一般为正金字塔
象征意义 能量沿食物链流动过程中是逐级递减的 一般地，生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减 生物量沿食物链中随营养级升高而逐级递减
每一级含义 每一营养级生物所含能量的多少 每一营养级生物个体数目的多少 每一营养级生物有机物总量的多少
特殊形状 人工鱼塘生态系统 海洋生态系统中，生产者浮游植物个体小、寿命短，又会不断被浮游动物吃掉，因而某一时间浮游植物的生物量可能要低于其捕食者浮游动物。
多
高
少
低
能
量
营
养
级
多
高
少
低
数
目
营
养
级
多
高
少
低
生
物
量
营
养
级
鸟
树
昆虫
生态系统中的能量流动呈金字塔形
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。
间种套作
稻—萍—蛙
蔬菜大棚中的多层育苗
人类将生态系统中的能量流动规律应用于农业生产
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。
农业生态系统中，将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料，可以生产沼气提供能源；沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。
人类将生态系统中的能量流动规律应用于农业生产
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。
根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。
人类将生态系统中的能量流动规律应用于农业生产
1.生态金字塔可以表示生态系统各营养级之间的某种数量关系。下列相关叙述错误的是( )
A.能量金字塔中第二营养级的能量不能回流到第一营养级
B.一般来说,自然生态系统中能量金字塔总是呈上窄下宽的金字塔型
C.生态金字塔的最底层代表的是生产者.最顶层代表的是分解者
D.出现倒置个体数量金字塔可能与生物个体体型的大小有关
【答案】C
【解析】生态金字塔的最底层代表的是生产者，最顶层代表的是消费者，生态金字塔中无分解者，C错误。
随堂练习
2.如图是某生态系统中第三营养级的能量流动示意图，其中a为摄入量f为流向下一营养级的能量。下列相关叙述正确的是( )
A.能量沿食物链的流动是双向的B.该第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的同化量C.第三、四营养级之间的能量传递效率可用f/（a-d）表示D.该营养级未利用的能量属于f能量的一部分
【答案】B
【解析】能量沿着食物链单向流动，A错误；该第三营养级粪便中的能量属于第二营养级的同化量的一部分，B正确；d不单单指粪便中的能量，因此第三、四营养级之间的能量传递效率可以用/b表示，C错误；未利用的能量属于c,D错误。
随堂练习
3.如图是赛达伯格湖的能量流动图解[单位：kJ/（m2·a）]。据图分析，下列相关叙述正确的是( )
A.图中12.5kJ/（m2·a）的能量仅包括了生产者的枯枝败叶B.植食性动物呼吸量与其同化量比值高于肉食性动物C.流经该生态系统的总能量是各个营养级同化量之和D.第二营养级用于生长发育繁殖的能量为44kJ/（m2·a）
，第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为20%
【答案】D
【解析】A、图中12.5kJ/(m2.a)的数值是指生产者传给分解者的能量，包括生产者的枯枝败叶和植食性动物的粪便，A错误;植食性动物和肉食性动物呼吸量和同化量的比值分别是18.8/62.8≈0.3和7.5/12.6≈0.6，植食性动物呼吸量与其同化量比值低于肉食性动物，B错误;流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，是第一营养级的同化量，不是各个营养级同化量之和，C错误;第二营养级用于生长发育繁殖的能量为62.8-18.8=44kJ/(m2.a)，第二营养级同化量为62.8kJ/(m2.a)，流入第三营养级的能量为12.6kJ/(m2.a)，则第二营养级到第三营养级的能量传递效率为12.6/62.8×100%≈20%，D正确。
随堂练习
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