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(共59张PPT)
第3章 生态系统及其稳定性
第2节　生态系统的能量流动
课时目标 1.运用系统观分析能量流动，认同一切生命活动都伴随着能量变化。(生命观念)
2．运用模型法和定量分析法，分析能量流动的过程和特点。(科学思维)
3．基于能量流动的规律和特点，科学指导生产实践，提高能量利用率。(社会责任)
一、能量流动的概念与过程
1．能量流动的概念
生态系统中能量的____、____、转化和____的过程。
2．能量流动的过程
传递
输入
散失
二、能量流动的特点
1．能量流动的特点
2．能量传递效率的计算
(1)计算公式
(2)一般生态系统中相邻两个营养级间的能量传递效率为______________。
3．生态系统维持正常功能的条件
任何生态系统都需要不断得到来自______的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。
10%～20%
系统外
三、生态金字塔
1．能量金字塔
(1)金字塔每一层代表单位时间内各营养级所得到的____数值。
(2)由于能量在流动过程中总是逐级递减，因此能量金字塔通常都是________的金字塔形。
2．生物量金字塔
(1)金字塔每一层代表各个营养级______(每个营养级所容纳的______________)。
(2)特点：大多也是________的金字塔形。
能量
上窄下宽
生物量
有机物的总干重
上窄下宽
3．数量金字塔
(1)金字塔每一层代表各个营养级中生物个体的____。
(2)特点：不同生态系统，金字塔的形状会有差异。有时会呈现________倒置的金字塔形。
四、研究能量流动的实践意义
1．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______。例如，间作套种、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。
数量
上宽下窄
总能量
2．可以帮助人们科学地规划和设计____________，使能量得到______的利用。例如，秸秆喂牲畜、粪便制作沼气、沼渣肥田，这样就实现了对能量的____利用，从而大大提高能量的______。
3．还可以帮助人们合理地调整生态系统中的________关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。例如，合理确定草场载畜量等。
人工生态系统
最有效
多级
利用率
能量流动
◆名师点睛
1．流经生态系统的总能量主要是生产者固定的太阳能，而不是照射到植物体上的太阳能。
2．某些细菌利用无机物氧化时所释放的能量制造有机物，这些能量也属于流入生态系统的能量。
◆助学巧记
数量金字塔的特例：从个体数量上来讲，第二营养级(昆虫)＞第三营养级(鸟)＞第一营养级(树)。
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。 (　　)
2．初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。 (　　)
3．初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量，储存在有机物中。(　　)
4．由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量就会越少。 (　　)
√
×
×
√
5．沼渣还田可以实现对能量的多级利用，从而提高生态系统的能量传递效率。(　　)
6．生态金字塔都呈上窄下宽的金字塔形。 (　　)
×
×
◆思维启迪
结合本节知识，思考为什么“一山不能容二虎”。
提示：从能量流动的角度考虑，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。老虎一般属于第四营养级或第五营养级，因此处于食物链顶端的老虎的生存需要消耗大量能量，由于生态系统的能量是有限的，所以处于食物链顶端的老虎的数量会很少。
任务一__能量流动的过程
在生态系统中，能量流动大致可以概括为下图。
[问题探究]
1．初级消费者粪便中的能量是哪个箭头？
答案：由生产者流向分解者的箭头。
2．哪个或哪些箭头代表初级消费者的同化量？
答案：①或②＋③＋④。
3．哪些箭头代表初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量？
答案：①－③或②＋④。
4．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？
答案：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。
1．能量流动概念的理解
2．能量流动的1个流程图和3个关系式
(1)摄入量＝同化量＋粪便中的能量。
(2)同化量＝用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸作用消耗的能量。
(3)用于生长、发育和繁殖的能量＝分解者利用的能量＋下一个营养级的同化量＝同化量－呼吸作用消耗的能量。
粪便量与遗体残骸(或枯枝败叶)量的比较
(1)不同点：某一营养级的粪便量，不属于该营养级的同化量，而是属于其上一营养级的同化量；某一营养级的遗体残骸(或枯枝败叶)量，属于该营养级的同化量。
(2)相同点：粪便和遗体残骸(或枯枝败叶)中的能量，最终都流向分解者。
1．下图表示草场上某种草和某种羊的能量流动关系，下列对该图的描述正确的是(　　)
A．a表示草光合作用固定的能量
B．b表示草同化的能量中未利用的部分
C．c表示羊呼吸散失的热量
D．c属于羊流入分解者的能量
B
解析：
a表示草用于生长、发育和繁殖的能量，属于同化量的一部分，A错误；a的能量一部分被羊摄入，一部分随着残枝败叶流向分解者，还有一部分未利用，B正确；c表示羊排出的粪便中的能量，C错误；c属于草流入分解者的能量，D错误。
2．(2025·贵阳高二检测)从池塘一定深度采取水样，分别等量装于透光白瓶和不透光黑瓶中，测定两瓶中初始有机物总量均为M0。将两瓶悬浮于水体某深度24 h后，测得白瓶和黑瓶的有机物总量分别为M1和M2。下列叙述正确的是(　　)
A．M1－M0可表示瓶内第一营养级的生物量
B．M1－M2可表示瓶内生产者制造有机物的总量
C．M2可表示瓶内生物呼吸作用消耗有机物的总量
D．M1可表示瓶内生产者用于生长、发育和繁殖的能量
B
解析：
黑白瓶法可直接用来测量水生生物的呼吸速率与净光合速率。白瓶中生产者光合作用制造有机物的总量一般大于生产者及其他生物通过呼吸作用消耗有机物的总量，因此白瓶中有机物的总量将增加，M1－M0可表示瓶内生物积累有机物的总量，A错误；瓶内生产者制造有机物的总量＝瓶内生物积累有机物的总量＋瓶内生物呼吸作用消耗有机物的总量，即(M1－M0)＋(M0－M2)＝M1－M2，B正确；黑瓶中生物呼吸作用消耗有机物，因此黑瓶中有机物的总量将减少，M0－M2可表示瓶内生物呼吸作用消耗有机物的总量，C错误；
解析：
瓶内生产者用于生长、发育和繁殖的能量＝瓶内生产者光合作用制造有机物的总量－瓶内生产者呼吸作用消耗有机物的总量，因为瓶内生产者呼吸作用消耗有机物的总量未知，因此无法进行计算，D错误。
3．下图表示初级消费者能量流动的部分过程，括号中的数值表示能量，初级消费者呼吸散失的能量为b。下列说法正确的是(　　)
A．应在B处加上标有呼吸作用的箭头
B．初级消费者同化的能量为n－a
C．次级消费者摄入的能量为n－a－b
D．B为初级消费者所同化的总能量
B
解析：
图中A表示初级消费者同化的能量，B表示用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量，应在A处加上标有呼吸作用的箭头，A、D错误；初级消费者同化的能量为n－a，B正确；B处能量为n－a－b，其中部分能量被分解者利用，还有部分能量流入下一营养级，因此被次级消费者摄入的能量小于n－a－b，C错误。
任务二__能量流动的特点、生态金字塔及研究能量流动的实践意义_
下面是赛达伯格湖的能量流动图解。
[问题探究]
1．据图分析，该生态系统中生产者、植食性动物、肉食性动物固定或同化的能量分别是多少？
答案：464.6 J/(cm2·a)、62.8 J/(cm2·a)、12.6 J/(cm2·a)。
2．第一营养级到第二营养级之间的能量传递效率约为多少？
答案：13.5%。
3．在某些人工湖中养鱼，人工去除营养级较高的大型肉食性鱼类，留下小型肉食性鱼类摄食虾、贝等小型动物，这样做的目的是什么？
答案：减少营养级，减少能量消耗，增加鱼产量；调整能量流动关系，使能量更多地流向鱼类，提高经济效益。
1．能量流动的特点及原因分析
(1)单向流动的原因
①食物链中各营养级之间的捕食关系是长期自然选择的结果，不可逆转。
②各营养级生物通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用。
(2)逐级递减的原因
①各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。
②各营养级的能量都会有一部分流入分解者。
③各营养级的能量还有一部分未被利用。
2．能量传递效率
(1)能量传递效率：一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%～20%的能量能够流到下一个营养级。
(2)能量传递效率是营养级之间的关系，不是个别食物链中生物种群之间的关系。
3．生态金字塔
项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
形状
每一层含义 单位时间内各营养级所得到的能量数值 每个营养级所容纳的有机物的总干重 各个营养级中生物个体的数目
特点 天然生态系统通常为上窄下宽的金字塔形 一般为上窄下宽的金字塔形 一般为上窄下宽的金字塔形
项目 能量金字塔 生物量金字塔 数量金字塔
象征意义 能量在沿食物链流动过程中逐级递减 生物量(有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而减少 生物个体的数目随食物链中营养级的升高而减少
特殊形状 某些人工生态系统(如人工鱼塘)可呈现倒置的金字塔形 海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物，呈现倒置的金字塔形 如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，就会呈现倒置的金字塔形
能量传递效率与能量利用率的比较
(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中逐级递减，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。
(2)能量利用率：一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者所固定的能量的比值。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。一般来说，食物链越短，能量利用率越高。
1．(2025·哈尔滨高二检测)农产品的定价有一定的规律，比如以玉米价格为参照，猪肉价格是玉米的5～10倍，这与生态系统中能量流动的特点有密切关系。下列相关叙述错误的是(　　)
A．相邻营养级间的能量传递效率为猪肉价格和玉米价格关系提供依据
B．生态系统中的营养关系不能逆转导致能量流动表现为逐级递减
C．可以设计人工生态系统使能量得到多级利用而提高能量的利用率
D．生态系统中的能量流动涉及能量的输入、传递、转化和散失过程
B
解析：
能量传递效率是相邻两个营养级同化的能量之比，传递效率一般是10%～20%，而以玉米价格为参照，猪肉价格是玉米的5～10倍，据此推测，相邻营养级间的能量传递效率为猪肉价格和玉米价格关系提供依据，A正确；生态系统中的营养关系不能逆转导致能量只能单向流动，B错误；可以设计人工生态系统使能量得到多级利用而提高能量的利用率，这是研究能量流动的意义之一，C正确；生态系统中的能量流动涉及能量的输入、传递、转化和散失过程，D正确。
2．某校园生态系统的部分食物网如下图所示。下列分析不正确的是(　　)
A．图中每一层若表示生物数量，则金字塔的形状是变化的
B．消费者的营养级越高，其可利用的总能量越少
C．若乌鸫被驱出校园，则该生态系统的营养结构复杂程度降低
D．酢浆草同化的能量最多有20%流向蜗牛
D
解析：
昆虫的数量可能多于植物的数量，A正确；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，因此消费者的营养级越高，可利用的总能量就越少，B正确；若乌鸫被驱出校园，则该生态系统的食物网会变得简单，营养结构复杂程度会降低，C正确；相邻两个营养级之间的能量传递效率为10%～20%，是指一个营养级同化的能量有10%～20%流向下一个营养级，而不是指某种生物同化的能量中有10%～20%流向某一种捕食者，D错误。
3．生态学家研究了某草原生态系统的能量流动情况，其局部能量流动情况如下图所示，字母代表能量。下列分析正确的是(　　)
A．能量D1的最终去向是流向下一营养级和分解者
B．生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是C1＋D1＋E1
C．第一、二营养级间的能量传递效率为C1/(A1－B1)×100%
D．缩短食物链能提高能量传递效率
B
解析：
能量D1的最终去向是流向分解者，A错误；生产者用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量是同化量减去呼吸消耗量，即C1＋D1＋E1，B正确；第一、二营养级间的能量传递效率＝第二营养级的同化量/第一营养级的同化量＝C1/A1×100%，C错误；缩短食物链能减少能量消耗，但不能提高能量传递效率，D错误。
生态农业的推进——社会责任
“藏粮于地、藏粮于技”充分体现了粮食生产既要土壤条件打好基础，又要开发和提高生产技术。生态农业是运用现代科学技术成果和现代管理手段，以及传统农业的有效经验建立起来的，能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化高效农业。
下图是一个“生态农业”的模式图。
设计1：考查信息获取与分析和比较的能力
(1)仔细观察图中各环节的关系，图中的箭头都是食物链关系吗？试从能量流动的角度分析，与传统农业相比，该生态农业的优点是______
_____________________________________________________________。
设计2：考查原因分析与长句表达能力
(2)秸秆在沼气池中处理成沼渣后有利于植物的吸收利用，原因是什么？__________________________________________________________
______________。
设计3：考查问题解决能力与社会责任
(3)该生态农业各环节的能量流动最终去向都是哪里？由此说明研究能量流动具有什么意义？______________________________________
______________。
答案：(1)图中的箭头并非都是食物链关系。该生态农业的优点是提高了物质和能量的利用率，减轻了环境污染
(2)秸秆在沼气池中处理成沼渣后，微生物将秸秆中的有机物分解为无机物，有利于植物的吸收利用
(3)该生态农业各环节的能量流动最终去向都是人类。由此说明研究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；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；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
1．流经某一生态系统的总能量是(　　)
A．照射到该生态系统中的全部太阳能
B．该生态系统中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C．该生态系统中生产者体内的能量
D．该生态系统中生产者所固定的太阳能
D
解析：
照射到该生态系统中的全部太阳能不能被生产者全部固定，生产者固定的太阳能才是流经生态系统的总能量。故选D。
2．(2024·郑州高二检测)下图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。下列对该图分析不合理的是(　　)
A．能量流动是伴随着物质利用进行的
B．图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸作用以热能形式散失的能量
D．乙比甲的能量少的原因主要是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
D
解析：
在生态系统的能量流动过程中，物质是能量流动的载体，能量是物质循环的动力，即能量流动是伴随着物质利用而进行的，A正确；图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含的能量，B正确；该图不够完善，没有标出甲中因呼吸作用散失的能量，C正确；乙比甲的能量少的主要原因是呼吸作用消耗了很多的能量，D错误。
3．下表表示从桑树到蚕能量流动的定量分析。下列叙述错误的是(　　)
B
途径 被蚕吃掉的桑叶 蚕粪便含有的能量 蚕呼吸消耗的能量 用于蚕生长、发育和繁殖的能量
能量/J 419 209.5 146.6 62.9
A.粪便中含有的能量属于桑树的同化量
B．从桑树到蚕的能量传递效率是15%
C．流入蚕的能量有一部分以热能形式散失
D．表中数据可支持能量流动是逐级递减的观点
解析：
蚕粪便中的能量属于上一个营养级的能量，即蚕粪便中含有的能量属于桑树的同化量，A正确；能量传递效率是指相邻两个营养级之间同化量的比值，依据表格可知，蚕同化的能量＝419－209.5＝209.5 J，但因未知桑树的同化量，故不能计算从桑树到蚕的能量传递效率，B错误；流入蚕的能量(蚕同化的能量)中有一部分在蚕的呼吸作用中以热能的形式散失，C正确；依据表格可知，在流经蚕的能量中有一部分会通过呼吸作用散失，且还有流向分解者等的能量，则可推测流入下一营养级的能量会减少，故表中数据可支持能量流动是逐级递减的观点，D正确。
4．(2025·沈阳高二检测)某湖泊生态系统的能量金字塔如图所示，其中甲、乙、丙为3种鱼，丁为1种水鸟。下列分析错误的是(　　)
A．该生态系统的数量金字塔的形状与能量金字塔的相同
B．水草和藻类等生产者是该湖泊生态系统的基石
C．丁同化的能量会流向分解者和下一营养级的生物
D．丙与丁的种间关系为捕食和种间竞争
C
解析：
该生态系统的数量金字塔的形状与能量金字塔的相同，均为正金字塔形，A正确。水草和藻类等生产者，通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中。太阳能转化为化学能，从而可以被生物所利用，因此生产者是该湖泊生态系统的基石，B正确。丁属于最高营养级，其同化的能量不会流向下一营养级的生物，C错误。丁捕食丙，丙和丁均捕食乙，因此丙与丁的种间关系为捕食和种间竞争，D正确。
5．(2024·济南高二检测)对农作物收获后剩余的新鲜秸秆有四种科学处理方法：①作为肥料还田；②制沼气；③制成青贮饲料(切碎后进行发酵，可长期保存且保持营养和新鲜度)；④培育菌菇类食品。下列关于这些方法的叙述，错误的是(　　)
A.方法①中秸秆的物质和能量被植物利用
B．与方法①相比，方法②提高了秸秆中能量的利用率
C．与秸秆焚烧相比，方法③可提高第一、二营养级之间的能量传递效率
D．方法④可使秸秆中的能量更多地流向人类
A
解析：
能量流动是单向的，方法①中秸秆的能量不能被植物利用，A错误；秸秆放入沼气池中发酵生产沼气，实现了物质的循环利用，可提高能量的利用率，B正确；青贮饲料是把新鲜的秸秆切碎后进行发酵，可长期保存且保持营养和新鲜度，是一种简单、可靠、经济的秸秆处理技术，经微生物发酵作用的秸秆能量可被牛羊充分利用，因此能提高第一、二营养级之间的能量传递效率，C正确；秸秆作为培养基培育菌菇类食品，菌菇类食品能被人类食用，故可使秸秆中能量更多地流向人类，提高了能量的利用率，D正确。
6．下图表示某农田生态系统中能量流经某几个营养级的示意图(其中字母表示能量值)。请据图回答：
(1)生态系统的能量流动是指_________________________________
______________。
图中①②③表示的能量的去向是____________________________。
(2)初级消费者粪便中的能量包含在________(填图中字母)中。该生态系统从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为__________(用图中字母表示)。
(3)农田中要经常除杂草、灭害虫，从能量流动角度分析，其意义是
________________________________________________________________________。
(4)流入初级消费者的总能量小于生产者固定的太阳能，原因是____
______________。
答案：(1)生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程　通过呼吸作用以热能的形式散失
(2)g　e/b×100%
(3)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
(4)生产者固定的太阳能包含了被自身呼吸消耗、传递给第二营养级、流向分解者和未利用四个部分
解析：
(1)生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。图中①②③表示的能量的去向是通过呼吸作用以热能的形式散失。(2)图中g 表示初级消费者没有同化的能量即粪便中的能量，该能量属于上一营养级(生产者)同化的能量。能量从第二营养级到第三营养级的传递效率为次级消费者的同化量/初级消费者的同化量，即 e/b×100%。(3)农田是人工生态系统，要经常除掉杂草以防止竞争营养，灭害虫以防止害虫捕食农作物，即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。
解析：
(4)生态系统中，初级消费者作为第二营养级，其同化量由第一营养级(生产者)传递而来。以第一营养级进行能量流动分析，生产者固定的太阳能包含了被自身呼吸消耗、传递给第二营养级、流向分解者和未利用四个部分，故流入初级消费者的总能量小于生产者固定的太阳能。

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