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3.2 生态系统的能量流动
第三章 生态系统及其稳定
人教版（2019）
选择性必修二 生物与环境
先吃鸡！
先吃玉米！
先吃鸡还是先吃玉米？
生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程。
生态系统的能量流动的概念
研究方法：构建模型
第一营养级
第二营养级
第三营养级
生产者
初级消费者
次级消费者
第四营养级
三级消费者
能量流动的过程
探究活动1：阅读P55第1、2段，构建第一营养级能量流动过程概念模型。
生产者固定
（光合作用）
呼吸作用散失
用于生长、发育、繁殖
分解者利用
（残枝败叶）
呼吸作用散失
初级消费者摄入
……
初级消费者摄入
粪便
初级消费者同化
呼吸作用散失
生长发育繁殖
遗体残骸
分解者利用
呼吸作用散失
次级消费者摄入
……
探究活动2：第二营养级能量流动过程概念模型：
初级消费者
摄入
分解者利用
用于生长
发育和繁殖
次级消费者
摄入
散失
遗体
残骸
初级消费者
同化
粪便
散失
呼 吸作 用
呼吸作用
核心归纳：某一营养级能量流动的相关分析
初级消费者的同化量
未被利用量：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。
一般是指生物每年的积累量和以化石燃料形式被储存起来的能量
=呼吸作用散失+流入下一营养级+分解者分解
（+未被利用量）
=摄入量 — 粪便量
=呼吸作用散失+生长发育繁殖
该营养级摄入量
粪便量
同化量
呼吸量
生长发育繁殖
未利用
流入下一营养级
分解者
分解
【典例1】某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链“a→-b→c”，d为分解者。如图是该生态系统中能量流入b处发生的一系列变化示意图，下列说法错误的是
A.图中的甲表示b的同化量，乙表示b用
于生长、发育和繁殖的能量
B.参与过程丁的都是异养型生物，主要
包括营腐生的细菌、真菌等
C.当生态系统处于相对稳定的状态时，b的种群数量一般处于K/2
D.图中d的能量不全部来自b生物
√
【典例2】某同学绘制了如图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中不正确的是
A.生产者固定的总能量可表示为
（A1+B1+C1+A2+B2+C2+D2)
B.由第一营养级到第二营养级的
能量传递效率为D1/(A1+B1+C1+D1)×100%
C.流入初级消费者的能量为（A2+B2+C2）
D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
√
生产者
(植物)
生态系统的能量流动图解
呼吸
初级消费者
(植食动物)
次级消费者
(肉食动物)
呼吸
呼吸
分 解 者
…
呼吸
三级消费者
(肉食动物)
呼吸
太阳光能
化学能
热能（最终归宿）
A
B
C
D
E
F
思考：
（1）初级消费者粪便中的能量在图中哪个箭头中？
（2）图中哪个（哪些）箭头属于初级消费者生长发育繁殖的能量？
D
C+E或B-A
能量
输入
①来源：
②相关生理过程： 作用或 作用。
③输入总量： 。
能量传递
①传递途径： 。
②传递形式： 。
能量散失
①形式： 能。
②过程：生物的 作用以及分解者的 作用。
能量转化
转化形式： → →
总结：
太阳能
光合 化能合成
生产者固定的太阳能
食物链和食物网
有机物中的化学能
太阳能
有机物中的化学能
热能
热
呼吸
分解
探究活动3：分析赛达伯格湖的能量流动：
1.以表格形式，将每一营养级的能量“流入”和“流出”整理为一份清单（注意：此处“流出”特指输入后一个营养级的能量），并计算出入比。
能量流动的特点
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 （第一营养级） 464.6 62.8 13.5%
植食性动物 （第二营养级） 62.8 12.6 20.1%
肉食性动物 （第三营养级） 12.6 /
1、为什么流入某营养级的能量不能百分之百地流人后一个营养级
逐级递减
耗散掉的能量包括: ①呼吸散失的热能；
②为分解者利用的能量；
③ “未利用”的能量
能量传递效率大约为10%-20%
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 （第一营养级） 464.6 62.8 13.5%
植食性动物 （第二营养级） 62.8 12.6 20.1%
肉食性动物 （第三营养级） 12.6 /
2.流经某生态系统的能量能否再回到这个生态系统？
单向流动
能量流动的特点
1.生态系统中的能量是单向流动的。
2.能量在流动过程中逐级递减。
能量传递效率：一般10-20%
营养级数量：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。
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。
玉米
鸡
人
玉米
鸡
人
√
先吃鸡还是先吃玉米？
学以致用
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。
学以致用
为什么说“一山不容二虎”？
学以致用
在市场上，肉一般比蔬菜贵，试从生态系统能量流动的角度分析原因？
蔬菜一般属于生产者范畴，而肉属于消费者范畴，由于能量传递的效率只有10%~20%，也就是说要得到1千克的肉至少要消耗5千克的植物；所以相同重量的肉比蔬菜贵。
生态金字塔
项目 能量金字塔 数量金字塔 生物量金字塔
形状
每一阶 含义 每一营养级生物所含能量的多少
特殊 例子
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
研究能量流动的意义
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。
研究能量流动，能改变能量传递的效率吗？
研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划、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，提高能量的利用率。
研究能量流动的意义
能量利用率≠能量传递效率
在一个草场上，如果放羊的牲畜太少，就不能充分利用牧草所能提供的能量；如果放羊的牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。只有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。
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。
研究能量流动的意义
【典例3】关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用，下列叙述错误的是
A.除虫除草可以让农田生态系统中的能量流向对人类更有益的部分
B.多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率
C.根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量
D.沼渣、沼液作为肥料还田，使能量循环利用
√
能量传递效率的相关计算
能量传递效率一般是10%~20%
例1：在草原上，牛以草为食，蜣螂以牛粪为食,假设牛同化的能量为105kJ思考：被牛同化的能量中约有多少流入蜣螂？
A．0kJ B．10.5 kJ
C．21kJ D．介于10.5kJ和21kJ之间
A
同化量=摄入量-粪便量
例2：在食物链“草→兔→鹰”中，
假如现有草100公斤，
至少可使鹰增重 公斤；最多可使鹰增重 公斤。
假如要使鹰增加2公斤体重，
最少要耗草 公斤；最多要耗草 公斤。
1
4
200
50
草 → 兔 → 鹰
狐
1、题目没有限制能量来源或分配比例
【变式2】如图表示某生态系统中的食物网示意图，若E同化的总能量为5.8×109kJ，B同化的总能量为1.6×108kJ，则理论上A同化的能量最多为
A.4.2×107 kJ B.2.0×108 kJ
C.1.0×108 kJ D.2.3×108 kJ
【变式1】如图所示的食物网中，若人的体重增加1kg，最少需消耗水
藻 kg,最多消耗水藻 kg。
√
25
100000
例3：由于“赤潮”的影响，一条6kg重的杂食性海洋鱼死亡，假如该杂食性海洋鱼的食物有1/3来自植物，1/3来自食草鱼类,1/3来自以食草鱼类为食的小型肉食鱼类;那么按能量传递效率20%来计算，该杂食性鱼从出生到死亡共需海洋植物
A.310 kg B.240 kg C.180 kg D.150 kg
√
植物→食草鱼类→小型肉食鱼类→杂食性海洋鱼
6kg
2kg
2kg
2kg
【变式1】如图所示，若黄雀的全部同化量来自两种动物——食草昆虫和螳螂，且它们各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是多少千克（ ）
A.G/125 B.G/100 C.G/75 D.G/50
√
【变式2】生物甲、乙、丙，构成食物关系如右图。
(1)甲能量中比例为a的部分直接提供给丙，则要使丙能量增加mkJ，至少需要消耗甲的能量为__________kJ(用所给字母的表达式表示)。
(2)丙能量中比例为a的部分直接由甲提供，则要使丙能量增加mkJ，至少需要消耗甲的能量为______________kJ(用所给字母的表达式表示)。
25m/(4a+1)
m
X
aX
(1-a)X
m
am
(1-a)m
25m-20am
2、题目有限制能量来源或分配比例
①确定能量来源或分配比例规则（怎么来或怎么去）
②按照规则推另一方（从规则方出发）
例4：某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A：B=
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C的数量是原来的（ ）
A.1.375倍 B.1.875倍 C.1.273倍 D.0.575倍
√
3、能量来源比例改变的计算
【变式】回答以下有关能量计算的问题
(1)若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是1∶1，将此食物结构改为4∶1，能量传递效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的________倍。
(2)若植物向动物及向人提供的能量比例由1∶1调整为1∶4，能量流动效率按10%计算，则调整后供养的人口是前者的________倍。
1.96
1.49
4、具有人工能量输入的能量传递效率计算
例5：如图是某人工鱼塘生态系统能量流动过程中部分环节涉及的能量值[单位为103 kJ/(m2·y)]，据图分析：
1.该生态系统中流入生物群落的总能量有
。
生产者固定的太阳能、输入的有机物中的化学能
2.生产者、植食性动物和肉食性动物固定的总能量分别是多少？
110×103 kJ/(m2·y)
16×103 kJ/(m2·y)
7.5×103 kJ/(m2·y)
3.生产者→植食性动物、植食性动物→肉食性动物的能量传递效率分别是多少？(结果保留小数点后一位有效数字)。
生产者→植食性动物:
(16－2)/110×100%＝12.7%
植食性动物→肉食性动物：
(7.5－5)/16×100%＝15.6%
4.为什么生产者→植食性动物的能量传递效率，比植食性动物→肉食性动物的低？
植食性动物以绿色植物为食，食物中的纤维素难消化吸收；肉食性动物以植食性动物为食，食物中的蛋白质等更易消化吸收。
谢谢观看

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