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三、 生态系统中的能量单向递减流动
生态系统
第三章
知 识 点 一
知识点一　初级生产量是生态系统的基石
1. 初级生产量
(1)概念：绿色植物通过 所固定的能量或所合成的有机物 质，单位为g/(m2 a)或J/(m2 a)。
(2)作用：所有的 和 都直接或间接地利用初级生 产量为生，因此初级生产量是生态系统的 。
光合作用　
消费者　
分解者　
基石　
(3)总初级生产量和净初级生产量
①概念：在初级生产量中，有一部分被植物的 (R)所消耗，剩 下的才用于植物的 和 ，这就是净初级生产量(NP)。
②总初级生产量(GP)＝净初级生产量(NP)＋呼吸消耗量(R)。当GP＞R 时，生物量(干重) ，当GP＜R或GP＝R时，生物量 或 。
③不同生态系统的净初级生产量的比较
呼吸　
生长　
繁殖　
增加　
减少　
不变　
a.陆地生态系统： 的净初级生产量是最高的，温带常绿 林、落叶阔叶林、北方针叶林、草原和荒漠的净初级生产量依次减少。
b.海洋生态系统：年净初级生产总量仅约为陆地生态系统的 。
热带雨林　
一半　
(4)影响因素
①群落的垂直结构：在森林中， 的初级生产量最高， 次之，草本植物更低。
②群落的演替：初级生产量随群落的演替而逐渐 ，但当群落演 替到顶极时，群落的能量输入与输出、生产量和呼吸消耗量达到平衡。
乔木　
灌木　
增加　
2. 次级生产量
(1)概念：异养生物利用取食植物、其他动物和一切 而 生产出来的有机物或固定的能量。
(2)来源：植物、其他动物和一切 。
(3)不同生态系统净次级生产总量的比较：海洋的净次级生产总量相当 于陆地净次级生产总量的 。
现成有机物　
现成有机物　
3倍多　
×
×
×
√
A. 顶极群落的能量输入与输出、生产量和呼吸消耗量达到平衡
B. 即使没有初级生产量也会存在消费者和分解者
C. 不同生态系统的初级生产量基本一致
D. 生物的总初级生产量越大则其净初级生产量和生物量也就越大
A
【解析】没有初级生产量就不会有消费者和分解者，也就不会有生 态系统，B错误；不同生态系统的净初级生产量存在很大差异，C错 误；生物的总初级生产量越大，其净初级生产量和生物量不一定越 大，D错误。
【拓展归纳】　比较初级生产量和次级生产量
项目 初级生产量 次级生产量
能量来源 太阳能 植物、其他动物和一切现成有机物
生产生物 生产者 消费者、分解者
二者关系 ①次级生产量直接或间接来自初级生产量；②都有一部分 被呼吸消耗，剩下的一部分用于生长和繁殖
知 识 点 二
知识点二　生态系统的能量流动包括能量输入、传递和散失的过程
1. 能量流动的含义：在生态系统中，能量不断地沿着 →植物 → →肉食动物→顶级肉食动物的方向流动。
太阳　
植食动物　
2. 能量流动的过程
(1)太阳能进入生态系统的 过程。
(2)食物链和食物网的能量 过程。
(3)能量通过生物体的呼吸以热能的形式 的过程。
输入　
传递　
散失　
3. 能量流动研究层次
能量流动研究层次包括 和 两个层次。在食 物链层次上进行能量流动分析，是把每一个 都作为能量从 生产者到顶级肉食者移动过程中的一个环节，当能量沿着一条食物 链在几个物种间流动时，测定食物链每一个环节上的能量值。在生 态系统层次上分析能量流动，是把每个物种都归属于一个特定 的 中(依据该物种主要食性)，然后精确地测定每一 个 能量的输入值和输出值。
食物链　
生态系统　
物种　
营养级　
营养级　
×
×
×
【例2】　某草地一条经典的食物链由植物→田鼠→鼬构成，科研人员 对此食物链的能量流动进行了研究分析，其结果如表所示［单位： J/(hm2 a)］。下列说法中，正确的是
植物 固定的太阳能 2.45×1011
田鼠 摄入量 1.05×109
粪便量 3.00×108
呼吸量 7.15×108
鼬 摄入量 2.44×107
粪便量 1.90×106
呼吸量 2.18×107
C
【解析】田鼠的同化量＝摄入量－粪便量＝1.05×109－3.00×108 ＝7.5×108［J/(hm2 a)］，A错误；每一个营养级用于生长和繁殖 的能量等于同化量减去呼吸量，包括流向下一个营养级(最高营养级 除外)、流向分解者和未被利用的能量，B错误；鼬的粪便量最终流 向分解者，但不属于鼬而属于其上一个营养级(第二个营养级)流向 分解者的部分能量，C正确；在任何生态系统中都存在着捕食食物 链和腐食食物链，陆地生态系统以腐食食物链为主，海洋生态系统 以捕食食物链为主，D错误。
知 识 点 三
知识点三　能量在生态系统中沿食物链单向流动、逐级递减
1. 能量流动的特点
(1)特点： 、 。
(2)原因：①通过生物体的 而散失的 不能重新转化 为 和 。
② 营养级获得的能量也不能回流到 的营养级。
单向流动　
逐级递减　
呼吸　
热能　
化学能　
太阳能　
高一级　
原来　
百分比　
√
√
×
营养级 同化量(GP) 净生产量(NP) 流向分解者的能量
Ⅰ 871.27 369.69 211.85
Ⅱ 141.10 62.07
Ⅲ 15.91 2.81
Ⅳ 0.88 0.34
注：能量值单位均为×105 J/(m2 a)。
D
A. 流经该湖泊生态系统的总能量为871.27×105 J/(m2 a)
B. 第Ⅱ营养级与第Ⅲ营养级之间的能量传递效率约为11.3％
C. 分解者用于生长和繁殖的能量明显少于211.85×105 J/(m2 a)
D. 该生态系统未利用的能量约为228.59×105 J/(m2 a)
【解析】流经该湖泊生态系统总能量为生产者固定的太阳能，即 871.27×105 J/(m2 a)，A正确；第Ⅱ营养级同化量为141.10×105 J/(m2 a)，第Ⅲ营养级同化量为15.91×105 J/(m2 a)，第Ⅱ营养级 与第Ⅲ营养级之间的能量传递效率约为15.91÷141.1×100％ ≈11.3％，B正确；流向分解者的能量，一部分用于分解者的呼吸 作用，故分解者用于生长和繁殖的能量明显少于211.85×105 J/(m2 a)，C正确；
净生产量(NP)＝GP－呼吸作用消耗的能量，生产者的净生产量为 369.69×105 J/(m2 a)，传递给第二个营养级的能量为141.10×105 J/(m2 a)，则生产者体内未利用的能量和流向分解者的能量之和为 369.69×105－141.10×105＝228.59×105 J/(m2 a)，同理，第Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ营养级未利用的能量和流向分解者的能量之和分别为 46.16×105 J/(m2 a)、1.93×105 J/(m2 a)、0.34×105 J/(m2 a)， 而由表可知，Ⅰ～Ⅳ营养级流向分解者的能量之和为211.85×105 J/(m2 a)，故该生态系统未利用的能量约为(228.59＋46.16＋1.93 ＋0.34)×105－211.85×105＝65.17×105 J/(m2 a)，故该生态系统 未利用的能量低于228.59×105 J/(m2 a)，D错误。
知 识 点 四
知识点四　能量金字塔与能量流动规律应用于农业生产
1. 能量金字塔
(1)特点：呈现 的金字塔形，不会出现倒金字塔形。
(2)不同生态系统的能量传递效率：一般情况下，陆生生态系统大约只 有 ，而海洋生态系统会大于 。
下宽上窄　
10％　
10％　
2. 能量流动规律应用于农业生产
(1)有利于帮助人类合理地 生态系统中的能量流动关系，使能 量 地流向对 的方向。
(2)在农业生态系统中，根据能量流动规律建立的人工生态系统，可使 能量得到充分利用。
调整　
持续高效　
人类有益　
×
×
×
　　
A. 生物富集能发生在生态系统Ⅰ中，而不会发生在生态系统Ⅱ中
B. 能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减
C. 一个吃玉米的人获得的能量比一个吃牛肉的人获得的能量多
D. 流经生态系统Ⅱ的浮游植物的能量多于浮游和底栖动物
D
【解析】生物富集在生态系统Ⅰ、Ⅱ中都会发生，A错误；能量流动的特 点是单向流动、逐级递减，但是能量传递效率不会随营养级的升高而逐 级递减，B错误；一个吃玉米的人所获得的能量不一定比一个吃牛肉的 人获得的能量多，关键在于各自摄取的食物中所含能量的多少，C错 误；生态系统的能量流动是逐级递减的，浮游植物属于第一个营养级， 浮游和底栖动物属于第二个营养级，因此流经生态系统Ⅱ的浮游植物的 能量多于浮游和底栖动物，D正确。
自 我 检 测
自我检测
A. 草所同化的能量属于总初级生产量
B. 该食物链中鼠是初级消费者，不属于植食动物营养级
C. 若调查草的生物量，仅需收割地上部分进行测量
D. 鹰脱落的毛皮不属于次级生产量
A
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A. 能量流动包括能量的输入、传递和散失的过程
B. 生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一个营养级
C. 在生态系统中，能量沿着食物链和食物网流动
D. 分解者所需的能量可来自各营养级用于生长和繁殖的能量
【解析】生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余流入下一个营养级 和分解者，还有未被利用的能量，B错误。
B
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A. 甲、乙、丙、丁分别表示不同的营养级
B. 甲、乙、丙、丁之间形成一条甲到丁的食物链
C. 甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到 的能量
D. 甲、乙、丙、丁的大小变化体现了能量流动的特点是 逐级递减
B
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A. 第三个营养级与第二个营养级之间的能量传递效率为c/b×100％
B. 流经该生态系统的总能量可表示为g＋b＋j，即初级生产量
C. 初级消费者同化的能量除图示流向外，还存在部分暂时未利用的能量
D. 若生态系统营养级越多，则流向人类的能量就越少
C
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【解析】第二个营养级与第三个营养级之间的能量传递效率为第三个营 养级的同化量/第二个营养级的同化量＝c/(b＋m)×100％，第二个营养 级同化的能量包括从上一个营养级同化的能量(b)和有机物输入的能量 (m)，A错误；流经该生态系统的总能量可表示为a＋m，a为生产者固 定的能量，为初级生产量，B错误；初级消费者同化的能量为b＋m， 流向途径有呼吸作用消耗(h)、流向分解者(k)、流向下一营养级(c)，还 存在部分暂时未利用的能量，C正确；生态系统营养级越多，则流向人 类的能量不一定就越少，如人吃水稻，人为第二个营养级，与生态系统 中营养级的多少无关，D错误。
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A. 该食物网中的生物与非生物环境共同构成一个生态系统
B. 幽蚊幼虫呼吸消耗的能量为827(J m－2 a－1)
C. 该食物网中第一个到第二个营养级的能量传递效率为25％
D. 浮游植物能量多的原因是其将太阳能转化为化学能的效率高
C
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【解析】该食物网中的生物只含有生产者和消费者，没有分解者，所以 不能与非生物环境共同构成一个生态系统，A错误；幽蚊幼虫同化的能 量为840 (J m－2 a－1)，其同化量的去向包括呼吸消耗、流入下一个营 养级［13 (J m－2 a－1)］、分解者利用、未利用的能量，因此幽蚊幼虫 呼吸消耗的能量应该小于827 (J m－2 a－1)，B错误；该食物网中第一个 到第二个营养级的能量传递效率＝(3 780＋4 200)÷31 920×100％＝25 ％，C正确；食物网中能量流动是单向流动、逐级递减的，浮游植物能 量多的原因是其处于第一个营养级，而其他营养级的能量归根结底都来 自第一个营养级，D错误。
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A. 黄鼬是次级消费者，属于次级生产者
B. 松鼠摄入的食物全部被其同化和利用
C. 净次级生产量可用于松鼠生长、呼吸和繁殖
D. 松鼠粪便中含有的能量属于其总次级生产量
A
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【解析】松鼠摄入的食物，有一部分未被其同化，以粪便的形式排 出体外而未被利用，B错误；总次级生产量减去呼吸量，为净次级 生产量，可用于松鼠的生长和繁殖，C错误；松鼠粪便中的能量属 于上一个营养级的同化量，不属于松鼠的同化量，更不属于其总次 级生产量，D错误。
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A. 若B摄入的能量比例增大，则A→B的能量传递效率增大，B的同化 效率(同化量/摄入量)增大
B. 若B未消化利用的比例增大，不改变B→C的能量传递效率，则A→B 的能量传递效率减小
C. 若B呼吸的能量比例增大，不改变A→B的能量传递效率，则B的生 长效率(生长量/同化量)减小
D. 若该生态系统为海洋生态系统，
A为生产者，则流向分解者的能量 比例通常小于陆地生态系统
A
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【解析】两个营养级之间能量传递效率一般是10％，A→B的能量传递 效率不会随着B的摄入量增大而增大，一般增大的是能量利用率，A错 误；若B未消化利用的比例增大，根据公式同化量 ＝ 摄入量—粪便量 可知，B营养级的同化量减少，A营养级同化量不变，则A→B的能量传 递效率减小，B正确；由公式：同化量 ＝呼吸作用散失量＋用于生长和 繁殖的量可知，若B呼吸的能量比例增大，不改变A→B的能量传递效 率，即B营养级的同化量不变，则用于生长和繁殖的量减少，那么B的 生长效率(生长量/同化量)减小，C正确；若该生态系统为海洋生态系统，由于环境特殊，部分消费者的残体或排放的代谢废物，漂浮在水中，这时大概率会被其他消费者摄入并利用或水流等因素快速分散，总体上流向分解者的能量比例通常会小于陆地生态系统，D正确。
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