【Syx】生态系统的能量流动 2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修2

第3章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动先吃鸡，再吃玉米。先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。[问题探讨]

假设你像小说中的鲁滨逊一样，也流落到一个荒岛上，那里除了能饮用的水以外，几乎无任何食物。你随身尚存食物只有一只母鸡、15Kg玉米。

以下哪种生存策略能让你维持更长的时间来等待救援：A、先吃鸡，再吃玉米

B、先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。玉米鸡人玉米鸡人A、先吃鸡，再吃玉米B、先吃玉米，同时用一部分玉米喂鸡，吃鸡产下的蛋，最后吃鸡。目录研究能量流动的基本思路能量输入个体1个体2个体3……储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量储存在体内的能量呼吸作用散失的能量以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性。1.能量流经一个种群的情况可以图示如下：（研究个体水平能量流动的基本思路）能量输入某营养级能量储存能量散失2.将这个种群作为一个整体来研究如图：能量输入种群能量储存能量散失（研究种群水平能量流动的基本思路）以种群为研究对象，食物链或食物网作为能量流动的渠道，过于复杂而影响结果。3.将一个营养级的所有种群为整体来研究如图：（研究营养级水平能量流动的基本思路）一、能量流动的过程1、概念：生态系统中能量的

、

、

和

的过程。输入传递转化散失地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来自______。太阳（1）输入生态系统的总能量：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________。有机物第一营养级生产者固定的太阳能总量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）2、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)（2）生态系统能量的传递：生态系统中能量的传递是沿食物链和食物网渠道进行的。①能量流经第一营养级的过程1%呼吸作用以热能形式散失用于自身生长、发育和繁殖残枝败叶被分解者利用被初级消费者摄入草的能量从哪来，如何得来？储存在体内的能量有哪些去向？草进行呼吸作用后能量转化和用途是？光能全部被草吸收了吗？光合作用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－②能量流经第二营养级的过程兔子粪便中的能量属于哪个营养级的能量？粪便量是上一营养级的同化量的一部分呼吸作用遗体、排遗物被分解者利用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？兔同化的能量②能量流经第二营养级的过程被次级消费者摄入能量在第三、四营养级的变化，与第二营养级的情况大致相同。属于上一营养级的同化量中流向分解者的部分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…散失呼吸作用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①呼吸作用散失用于生长、发育和繁殖②流入下一个营养级③被分解者利用（最高营养级无）①②③某一营养级的同化量④未被利用（活体、石油煤炭）粪便量摄入量－=①当能量进入生态系统时是由太阳能转化为化学能。②能量在生态系统内部之间是以有机物中的化学能流动的太阳能有机物中的化学能热能ATP中化学能各营养级通过呼吸作用、分解者分解作用产生的热能散失到无机环境中去，不会返回生物群落被循环利用。（3）生态系统能量的转化：源头：

流经生态系统总能量：途径：形式：太阳能→有机物中的________→热能形式：最终以

形式散失过程：输入传递转化散失概念：生态系统中能量的

、

、

和

的过程。输入传递转化散失太阳能食物链和食物网有机物中的化学能生产者固定的太阳能总量化学能热能呼吸作用一、能量流动的过程1.中间的方块表示什么？其大小意味着什么？2.中间的箭头表示什么？其粗细意味着什么？3.指向分解者的箭头分别代表着什么？初级消费者粪便中的能量属于哪个颜色箭头的部分？动植物遗体、动物排遗物各营养级的同化量随营养级的升高，储存在生物体内的能量越来越少。营养级之间的能量传递表示流入下一营养级的能量逐级递减。

1941年美国耶鲁大学生态学家林德曼发表了《一个老年湖泊内的食物链动态》的研究报告。他对50万平方米的赛达伯格湖作了野外调查和研究后用确切的数据说明，生物量从绿色植物向食草动物、食肉动物等按食物链的顺序在不同营养级上转移。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探究二营养级流入能量流出能量出入比生产者

植食性动物肉食性动物二、能量流动的特点464.662.812.662.812.6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。营养级流入能量流出能量出入比生产者

植食性动物肉食性动物二、能量流动的特点能量传递效率＝=×100%某一营养级的同化量上一营养级的同化量能量在相邻两个营养级之间的传递效率为10%～20%。464.662.812.662.812.613.5%20.1%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?二、能量流动的特点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。

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。《金版》P61点拨提升二、能量流动的特点

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。《金版》P636、8《报》P22、P34、10、P4BCCB

能量类型生物类型自身呼吸消耗的能量甲未被利用的能量流入下一营养级的能量输入有机物的能量生产者1

2102562

933868-初级消费者25288564

<m></m>

192次级消费者6323B1968三级消费者18

<m></m>

10-12

CAB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11113.520111(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3、在市场上，肉为什么一般比蔬菜贵？

蔬菜属于生产者，而肉属于消费者，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。1、食物链为什么一般不超过5个营养级？2、“一山不容二虎”的原因？拓展：能量流动的特点实例分析：能量流经各营养级是逐级递减的，单向不循环的，传递效率为10％－20％。能量每流经一级都要丢失一大部分，所以食物链越长，流量流失就越多,得到的能量越少。因此，食物链到第五营养级以后，可利用的能量已减少到不能维持其生存的程度了。

当营养级级别达到四、五级时，都必须依靠多条食物链才能满足生命对能量的需求。否则这些生物将无法获得足以维持生命的能量而被淘汰，同时，随营养级别的升高，能量的递减必将造成生物的个体数量逐级减少。生产者464.6植食性动物62.8肉食性动物12.6请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积或体积的图形表示，并按营养级由低到高排列。生产者464.6植食性动物62.8肉食性动物12.6三、生态金字塔包括能量金字塔、数量金字塔和生物量金字塔。能量金字塔特点：上窄下宽的金字塔形能量逐级递减原因：生物量金字塔（每个营养级所容纳的有机物的总干量）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特点：上窄下宽的金字塔形

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？

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。数量金字塔上窄下宽的正金字塔形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上宽下窄的倒金字塔形（各营养级的生物个体的数目）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《报》P2探究三、P36、7思考讨论2：人类位于食物链的顶端，从能量金字塔来看，人口数量日益增长，这会对地球上现有的生态系统造成什么影响？答案：人口数量日益增长，会要求低营养级有更多的能量流入人类所处的营养级，也就是说，人类所需要的食物会更多，将不得不种植或养殖更多的农畜产品，会给地球上现有的自然生态系统带来更大的压力。四、能量流动的实践意义甘蔗和大豆间种冬小麦夏玉米套作稻-萍-蛙立体农业蔬菜大棚中多层育苗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，增大流入生态系统的总能量。可提高阳光、土地利用率套种主要是在一种作物生长的后期，种上另一种作物，其共同生长的时间短。可以延长光合作用时间，提高作物对光能的利用率间作套种是运用群落的空间结构原理，以充分利用空间和资源为目的而发展起来的一种农业生产模式，也可称为立体农业轮作轮作是指在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物。可以使作物充分利用土壤中的矿质元素，还可以减少作物病虫害的发生。轮作就是在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物。轮作也可以提高作物产量。每种作物都有一些专门为害的病虫杂草，连作（在同一块地上长期连年种植一种作物）可使这些病虫草周而复始地恶性循环式地感染为害，如黄瓜的霜霉病、根腐病、跗线螨；番茄病毒病、晚疫病、辣椒的青枯病、立枯病等。而轮作能够改变原有的食物链，防止病虫害；抑制杂草生长，减轻草害。例如，利用前茬作物根系分泌的灭菌素，可以抑制后茬作物上病害的发生，如甜菜、胡萝卜、洋葱、大蒜等的根系分泌物可抑制马铃薯晚疫病发生，小麦根系的分泌物可以抑制茅草的生长。轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素，防止土壤中营养物质偏耗而造成土壤肥力的枯竭，把用地和养地结合起来。不同作物吸收土壤中的营养元素的种类、数量及比例各不相同，根系深浅与吸收水肥的能力也各不相同。长期种植一种作物，因其根系总是停留在同一水平上，该作物大量吸收某种特需营养元素后，就会造成土壤养分的偏耗，使土壤营养元素失去平衡。如禾谷类作物对氮、磷、硅吸收较多，对钙吸收较少，而豆科作物对钙、磷、氮吸收较多，对硅吸收较少。由于根瘤菌的固氮作用及根、叶残留物较多，种豆科作物之后，土壤含氮量较高，土壤较疏松；在雨水充足或有灌溉系统的地区，大豆和其他作物轮作可以提高氮的利用率。叶菜类、十字花科蔬菜作物，其根系分泌有机酸，可使土壤中难溶性的磷得以溶解和吸收，具有富集土壤磷的功能。但多数作物对固定在土壤中的磷却难以吸收。另外，连作由于耕作、施肥、灌溉等方式固定不变，会导致土壤理化性质恶化，肥力降低，有毒物质积累，有机质分解缓慢，有益微生物的数量减少。而轮作可以改变农田生态条件，改善土壤理化特性，增加生物多样性。饲料稻谷人类秸杆粪一级利用牛太阳能二级利用焚烧水稻食用菌二级利用菌渣猪、羊三级利用沼气池粪三级利用②研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划和设计人工生态系统，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。四、能量流动的实践意义例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣田肥。③研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理的调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向人类最有益的部分。牲畜过少，不能充分利用牧草所提供的能量；牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。四、能量流动的实践意义《报》P21、5、7例如：农田除杂草；防治害虫；杀灭田鼠从物质循环的角度，人工除草能加快物质循环利用，草秆为茶树提供无机盐、CO2；从能量流动的角度，人工除草能调整生态系统中的能量流动关系，使能量更多流向茶树。技巧方法

能量传递效率的相关计算

1.能量传递效率的计算公式

注：①食物链越短，最高营养级获得的能量越多；②生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中损耗的能量越少。

3.能量传递效率有关的“定值”计算

（2）若在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径获得的能量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。

【例】下图是一个食物网，假如鹰的食物有2/5来自兔，2/5来自鼠，1/5来自蛇，那么鹰若要增加20g体重，至少需要消耗植物（）

A.900gB.500gC.200gD.600g【答案】A能量流动的特点

B

7.[2021·泰州模拟]某同学在分析羊食草的过程后绘制了如下能量流动模型。下列相关叙述正确的是(

)。DA.有机肥中化学能的主要流向是被草吸收、同化、利用B.流经该生态系统能量的唯一来源是过程①固定的光能C.羊所排粪便中的能量应该属于羊同化的能量D.③中的能量应该来自羊“生长、发育、繁殖”的能量[解析]

植物不能利用有机肥中的能量，只有分解者将有机物分解后，植物利用其中的矿质元素，有机肥中的能量主要流向土壤微生物（分解者），A错误；据图可知，流经该生态系统能量有过程①固定的光能，此外还有有机肥中的化学能，B错误；羊所排粪便中的能量应属于上一营养级即草所同化的能量，C错误；③为羊遗体、残骸流向分解者的部分，其中的能量应该来自羊“生长、发育、繁殖”的能量，D正确。二、拓展应用1.下图是两个农业生态系统的模式图。图a中农作物为人类提供的食物、为家禽和家畜提供的饲料，都与图b相同。(1)分析这两幅图，完成这两个生态系统的能量流动图解。(2)哪个生态系统的能量能够更多地被人类所利用？为什么？答案：图b所示生态系统中流向分解者的能量，还有一部分可以以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，因此，该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。2.将一块方糖放入水中，方糖很快就会溶解，消失得无影无踪。溶解在水中的方糖还能再自行变回原来的形状吗？为什么？生活在水中的硅藻，它们能利用溶解在水中的硅化物制造口己绚丽精致的外壳，而通常情况下水体中硅化物的含量极为微少，仅有百万分之几，这比方糖溶解后水中的含糖量低得多。硅藻依靠什么力量筑造自己的精美小“屋”呢？通过以上事例，你对能量在生态系统中的作用是否有了进一步的认识？答案：不能。在一个封闭的系统中,物质总是由有序朝着无序(熵增加)的方向发展。硅藻能利用获取的营养通过细胞呼吸释放能量,依靠能量完成物质由无序向有序的转化,维持其生命活动。能量的输人对于生态系统有序性的维持来说是不可缺少的。(2021年广东一模)12.“桑基鱼塘”被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产，它的“塘基种桑、桑叶喂蚕、蚕沙(蚕的粪便)养鱼、鱼粪肥塘、塘泥壅桑”生产方式成为生态农业的典范。相关叙述正确的是（

）A.该群落的物种组成是区别于其他农田群落的重要特征B.蚕沙中的能量属于蚕同化的能量C.“桑基鱼塘”在本生态系统内实现了物质循环功能D.塘泥中丰富的有机物(肥)可被桑树直接吸收利用【答案】A【详解】“桑基鱼塘”是一种特殊的群落，因此和其它农田群落有区别，A正确；蚕沙中