生态系统的能量流动学案1（人教版必修3）

第2课时生态系统的能量流动

［目标导读］1.结合教材P93能量流动的分析，能够说出能量流动的概念。2.结合教材P94图

5—6、图5—7,理解能量在生态系统中的流动过程。3.结合教材P95图5—8,分析总结能最

流动的特点。4.通过教材内6生态农业，概述研究能量流动的意义。

［重难点击］能量流动的过程和特点。

知识•储备区温故追本溯源推陈方可知新

1.牛•态系统的组成成分包括牛•产者、消费者、分解者、非生物的物质和能量,各组成成分

间相互作用形成一个统一的整体。

2.生态系统的营养结构是食物链和食物网。生态系统的主要功能是能量遮动和物质遁坯，

就是沿着此渠道进行的。

3.绿色植物通过光合作用把太阳能转化为有机物中稳定的化学能,化能自养生.物则通过化

能合成作用把氧化无机物时释放的化学能转化为有机物中稳定的化学能。

4.生物通过呼吸作用把有机物中稳定的化学能释放出来，大部分以热能形式散失,少部分

储存在迎中。

5.在“草一兔一狼”这条食物链中，草通过光合作用固定了太阳能，属于第一营养级。兔

生命活动需要的能量来自卜邕属「第二营养级，初级消费者。狼生命活动需要的能量

来自于也，属于第三营养级，次级消费者。

【课堂导入】

下图是世界排名第一的羽毛球运动员林丹，他在比赛前要摄入大量营养物质，有能量的

输入；在比赛过程中，有能量的转化和散失。一切生命活动都伴随着能量的变化，没有

能量的输入，也就没有生命和生命系统。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过

程如何呢？

学习•探究区基础自学落实重点互动探究

探究点一能量流动的过程

黑麦草是一年生或多年生草本植物，是重要的栽培牧草和绿肥作物。下图是山羊吃黑麦草的

图片，请分析山羊和黑麦草的能量流动过程。

I.观察黑麦草的能量去向，分析：

生K发育和繁殖

(DA是通过光合作用完成的,该过程使光能转化成化学能,以有机物的形式储存在黑

麦草体内。

(2)13是通过叫邀作用为生长发育提供能最，这个过程产生的能最大部分以热能的形式

散失掉了。

(3)C过程中，枯枝落叶中的有机物被分解竟分解为无机物，能量被释放。

(4)D是指部分能最被山羊通过捕食摄入体内，最终同化为自身的能最。

(5)能量流动过程中，我们经常以种群作为整体研究对象，请完成下图并归纳能量流动

的概念。

能hi—一种群一能一储存

-----♦能一散失

生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输△、废递、转化和散失的过程。

2.结合上述内容完成能量流经第二营养级的示意图

分

解

常失呼吸作用者

利

用

3.结合1、2,概括生态系统能量流动示意图，请据图分析:

呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用

r—/

■，黎、，女鬻驶、」次—三血费.…

(野)7(机喷动物)7(肉食性动物)U才(肉食性动物)

----f\

I分解者-H

"V

呼吸作用

(1)能量的输入

①源头：木阳能或氧化无机物产生的化学能。

②相关生理过程：光合作用或化能合成作用。

③能量转换形式：光能或氧化无机物产生的化学能f有机物中的化学能。

④输入总量：生产者固定的全部能量。

(2)能量的传递

①传递途径：食物链和食物网。

②传递形式：有机物中的化学能。

(3)能量的散失

①形式：热能。

②一般途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。

③特殊途径：动植物遗体形成煤炭、石油等，经过燃烧放出热能。

小贴士同化量和摄入量的比较同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物

的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量=摄入量一粪便量。消费者产生的粪便中

的能量属于上一营养级。

【归纳提炼】

某营养级(消费者)的能量变化理解简图

【活学活用】

1.结合探究点3的生态系统能量流动示意图判断:

(1)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量)

(2)初级消费者的粪便量属于第二营养级能量)

(3)同化量W用于生长发育和繁殖的能量()

(4)呼吸作用所产生的能量都是以热能的形式散失()

(5)分解者的分解作用也是通过呼吸作用完成的()

⑹能量a=e+b+I()

⑺箭头a代表生产者的同化量，方框②代表初级消贽者的摄入量()

(8)生态系统中的能量流动和转化不遵循能量守恒定律，总量越来越少()

(9)流经该生态系统的能量能够重新再回到这个生态系统，被重复利用()

答案(1)X(2)X(3)J(4)X(5)7(6)V(7)X(8)X(9)X

解析(1)狼排出粪便中的能量属于兔子，未被狼获得。(2)初级消费者的粪便量属于第

一营养级的能量。(4)呼吸作用所产生的能量一部分储存在ATP中，其余以热能的形式

散失。(7)方框②代表初级消费者的同化量。(8)生态系统中的能量流动和转化遵循能量

守恒定律。(9)能量流动的特点是单向流动、逐级递减的，不能重复利用。

探究点二能量流动的特点及相关计算

美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定

量分析，得出了如图所示的数据[单位：J/(cm%)],请完成以下分析：

1.由图得知

(1)经过长期的自然选择，食物链中各营养级的顺序是不可逆转的。

(2)各营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生热能而散失掉,无法再利用。

因此，能量流动的方向是里包的，只能从上一个营养级流向上一个营养级，不可逆转,

也不能循环流动.

下一营养级同化量

2.能量传递效率计算公式为：相邻两个营养级的传递效率=十一，募薪儡;：X100%,

请将图中各营养级的“输入”能量和“输出”到下一个营养级的能量整理出来填在表

格中,并计算相邻营养级之间的传递效率。[J/(cnr-a)]

输出到下传递

输入

一营养级效率

第i营养级（生产者）464.662.813.5%

第二营养级（植食性动物）62.812.620.1%

第三营养级（肉食性动物）12.6———

3,由2中数据可以看出

（I）各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大一部分能最。

（2）各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物所利用。

（3）还有少部分能量随着戏枝败叶或遗体等直接传递给了分解者。

因此，输入各营养级的能量不可能百分之百地流入下一营养级，能量在沿食物鞋流动过

程中是逐级递减的。

4.由2中传递效率可以看出，能量在相邻两营养级间的传递效率大约是二助%。若将

单位时间内各营养级所得到的能量、每个营养级有机体的数量及单位空间内各营养级的

生物量数值绘制成金字塔，如下面图表所示。

能量金字塔数量金字塔生物量金字塔

低高少高少高

能A营营生A营

数

形状员养养物养

级级量级

高低多低多低

一般呈正金字塔形，

通常为正金字塔形,有时会出现倒金字塔

有时会出现倒金字塔形，如某一时间浮游

形，如成千上万的昆植物的生物量（用质

特点呈正金字塔形

虫以一株树为生量来表示）可能低于

浮游动物的生物量

雷G—瑞鸟

•浮游

动物

浮游

植物

据图分析，一条食物捱中一般不超过4〜5个营养级的原因：生态系统中能最流动的传

递效率一般是10%〜20%,营养级越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能维持一

个新的营养级。

5.下图是某一食物网的示意图:

(1)如果A增重100千克，①C最多增重生千克。②C最少增重辿千克。

(2)如果C增重1千克，①至少需消耗A21千克。②最多需消耗A10000千克。

⑶如果C从B、F中获得的能量比为3：1,C增重I千克，则最少需要消耗A175千克。

小贴士(1)“未利用”能量如：多年生植物上一年自身生长发育的净积累量；未

来得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。

(2)能量传递效率是指相邻两营养级间，而不是种群，更不是个体。

(3)一般来说，在以低营养级生物为主的生态系统中，传递效率可以低于10%；仅在

特殊条件下，某传递效率有可能高于20%,时间过长将导致生态系统被破坏。

(4)能量传递效率相关计算中，有时用生物量质量等来代表生物所含有的能量。

【归纳提炼】

能量流动的极值计算

(1)能量在食物链中传递的计算

①在一条食物链中若某一营养级的总能量为n,则最多传到下一营养级的能量为0.2n,

最少为0.Ino

②在一条食物链中，某一营养级的能量为n,需要前一营养级的能量至少为n4-20%=5n,

最多为n*O%=IOn。

(2)能量在食物网中传递的计算，设食物链A-B-CfD-E,分情况讨论

情景设置提出的问题计算思路计算公式

至少需要A营养级

传递效率取20%XX(20%)4=Y

E营养级多少

净增重Y至多需要A营养级

传递效率取10%XX(IO%)4=Y

多少

E营养级最多增重

传递效率取20%XX(20%)4=Y

A营养级多少

净增重XE营养级至少增重

传递效率取10%XX(IO%)4=Y

多少

(3)在已知高营养级求需要低营养级最值时，若高营养级有多种食物来源，要注意高营

养级食物来源有没有具体分配，若有就不能选最短或最长的食物挂，而要按分配情况逐

一计算，然后相加。

【活学活用】

2.如图为某生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列各

项中正确的是()

A.①表示流经该生态系统内部的总能量

B.一般情况下，次级消费者增加1kg,生产者至少增加100kg

C.生物与生物之间的捕食关系•般不可逆转，所以能量流动具有单向性

D.从能量关系看②^③+④

问题导析(1)生产者固定的太阳能的总量是流经该生态系统的总能量,所以①不表示

(表示、不表示)流经该生态系统内部的总能量。

(2)次级消费者增加I千克，求生产者至少增加多少千克，传递效率应取20%。

⑶图中次级消费者的能量去路还可能有通过次级消费者呼吸作用散失的热能、未利用

能量,所以②与③+④的大小关系为②，③十④。

答案C

解析①仅仅是流经该生态系统内部总能量的一部分；次级消费者增加1kg,生产者至

少增加25kg;从能量关系上看，②>@+④。

探究点三研究能量流动的实践意义

某市在落实“禁烧秸秆”工作的过程中，化“堵”为“疏”，引导农民设计建立了如下

生态系统模式图，阅读教材思考如下问题：

1.相比农作物秸秆直接燃烧，上述生态系统实现了农作物中能量的谩到用，提高了能量

利用率。这说明：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。

2.有人说：“由于上述生态系统是人工设计，所以其中营养级之间能量的传递效率可由人

类任意控制。”你认为对吗？

答案不对。

3.在上述生态系统中，人们为提高农作物的产量，要经常到田间除草、灭虫、灭鼠。这样

做的目的是合理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。

小贴士能量传递效率与能量利用效率的比较

(1)能量传递效率：计算公式为：能量传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同

化量X1()0%,能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%〜20机

(2)能量利用效率：流入最高营养级的能量占生产者能量的比值。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，因此食物倍越短，能量利用效率越

高。

【归纳提炼】

根据生态系统的能量流动规律，在实际生产生活中借鉴以下措施

(I)尽量缩短食物链。

(2)充分利用生产者。

(3)充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。

【活学活用】

3.在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态

系统(如图所示)。请判断下列说法的正误：

沼

渣

、

沼

液

作

肥

料

林地

沼气池

(1)该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽、家畜()

(2)该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分()

(3)该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率()

(4)微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量()

⑸多途径利用农作物可提高该系统的能量利用率()

(6)沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用()

(7)沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者()

⑻沼气可以用来作燃料或者取暖，是“低碳经济，低碳生活”很好的体现

()

答案⑴J⑵J(3)X(4)V(5)V(6)X(7)J(8)J

解析能量只能单向流动，逐级递减。在食物网相邻营养级之间传递效率并没有改变,

改变的只是能量利用率。

⑥课堂小结

计态

设

生生产者固定的能量

业使

农

，

生

量到

能

得

态

级用

多

利食物锌和食物网

系

统

的

态

询

整生意

能

能支

系

统中

量

一

址

流动

流

的

美

系

过

使

，

能

址

持

续

高

效

地

流

向

对人

类

最

益

彳

的

部

分

自我•检测区检测学习效果体验成功快乐

1.根据生态学的原理，要使能量流经食物链的总消耗最少，人们应采取哪一种食物结构

（）

A.以家禽的蛋类为主

B.以淡水养殖的鱼、虾为主

C.以谷物和植物蛋白为主

D.以鸡、猪等家禽、家畜的肉类为主

答案C

解析根据能量流动逐级递减的原理，食物链越长，流经食物链的总能量损失越多。由

此可知，以植物性产品为食的生物与植物（生产者）组成的共有两个营养级的食物链

最短，能量在此种食物彳连流动时损失最少。

2.如图食物网中的华南虎体重每增加1kg,至少需要消耗植物（）

植物u斑羚）华南虎

、野猪/

A.10kgB.25kg

C.50kgD.100kg

答案B

解析解本题的关犍有二：一是理解“至少”的含义，应按照能量传递效率20%计算:

二是对图的理解，即图中的斑羚和野猪无需分开计算。华南虎体重增加1kg,则至少需

要消耗初级消费者（斑羚和野猪）5kg,需要消耗生产者（植物）至少为25kg。

3.“草一兔子一狐狸一狼”为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中，正确

的是（）

A.该食物链中兔子是初级消费者、第•营养级

B.兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草固定的能量的一部分

C根据能量金字塔可知，处于塔尖的狼，其个体体内的能量少于兔子个体体内的能量

D.狐狸捕食一只兔子，则该兔子体内的能量全部流向狐狸

答案B

解析生产者是第一营养级；兔子的粪便不属于兔子的同化量；能量金字塔描述的是

营养级之间的能量关系，不能简单等同于单个个体。

4.下图是对某湖泊的能量考查结果［单位：千焦/（厘米2・年）］,请据图回答：

⑴流经该生态系统的总能量主要是指,有

千焦/（厘米4年）。

（2）能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为%，这说明了能量流动的特

点是的，也就是说食物链越长，越多。

⑶D（热能）是通过______________释放的能审。

（4）能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用一

答案⑴生产者固定的太阳能的总量0.46

（2）13.5逐级递减能量流失（3）呼吸作用（4）呼吸放出的热能

解析解答本题容易出现的问题是：①识图不准，分辨能力差，把487.28当成正确答

案；②能量传递效率应该通过计算作答，不能填写10%〜20%:③热能是通过各营养级

生物的呼吸作用而释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。“呼吸作用”

此时不能用“分解作用”或“代谢作用”来代替。

学案•导练设计答题规范训练学习效果评估

【基础过关】

知识点一能量流动的过程

1.如图是某个农业生态系统的结构模式图，该图中能表示生态系统能量流动的箭头的是

（）

答案c

解析农作物的能量可传给人、鸡、猪、牛，而鸡、猪、牛的能量也可传给人：但人和

鸡、猪、牛的能量不能传给农作物，这是由食物链的方向决定的。

2.在一个草原生态系统中，如果要研究被第二营养级羊同化的能量去向，不应包括下列选

项中的（）

A.羊的呼吸消耗量B.羊的粪便量

C.羊的生长量D.部分死亡羊的重量

答案B

解析生产者所固定的能量被第二营养级摄入后，一部分被第二营养级的生物同化，用

于生长、发育和繁殖及通过呼吸作用消耗，还有一部分未被同化，通过巽便等排出体外。

因此羊的粪便量不是被羊同化的能量去向。

3.如图表示某草原生态系统中的能量流动图解，①〜④表示相关过程的能量数值。卜列有

关叙述正确的是（）

A.①是流入该生态系统的总能量

B.分解者获得的能量最少

C.图中②/①的值代表草->兔的能量传递效率

D.③和④分别属于草和免同化量的一部分

答案D

解析流入该生态系统的总能量应该是草同化的总能量，①代表的是兔同化的总能量；

能量流动的特点是单向流动、逐级递减的，所以食物链中营养级级别最高的孤获得的能

量最少：图中②代表的是狐同化的总能量，则②/①的值代表兔一狐的能量传递效率：

兔粪便中的能量并不是兔同化量的一部分，而是草同化量的一部分，兔遗体、残骸中的

能量属于鬼同化量的一部分。

知识点二能量流动的特点及相关计算

4.在一个生态系统中，已知初级消费者与次级消费者的个体数分别为Ni、N2,个体平均

重量分别为Mi、M2,则下列关系式正确的是（）

A.NI-MI>N2-M2B.NrMi<N2-M2

C.NI-MI=N2-M2D.NrMi^N2-M2

答案A

解析能量流动是逐级递减的，一般生物量可以代表能量值，所以NRMI>NTM：。

5.以下表示动物利用食物的过程，下列分析正确的是（）

合物①获取ht②食入出③同化盘④有机物质积累出

区初一未获取依一未食入量一未同化量一呼吸代谢消耗量

A.恒温动物的④/③值一般高于变温动物

B.哺乳动物的③/①值一般为10%〜20%

C.提高圈养动物生长量一般需提高③/②值

D.食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物

答案C

解析恒温动物相对于变温动物来说，代谢强，所以呼吸代谢消耗量相对多，有机物积

累少，④/③值一般低于变温动物；相邻两个营养级的能量传递效率是10%〜20%,哺

乳动物与其上一个营界级（食物）之间的传递效率表示为③/（①+未获取量）；提高图养动

物的生长量应该提高③/②值，这样才能促使有机物积累；食肉哺乳动物与食草哺乳动

物的③/②值无法比较。

6.下列关于生态系统的能量流动的叙述中，不正确的是（）

A.能量流动是单向的、不循环的

B.食物链越短，可供最高营养级消费者获得的能量越多

C.初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少

D.营养级越多，散失的能量越多

答案C

解析次级消费者获得的能量为初级消费者总能量的10%〜20%。初级消费者越多，向

下可传递的能量也就越多，因此次级消费者获得的影量也越多。

知识点三研究能量流动的实践意义

7.2009年我国各地粮食蔬菜价格不断攀升，导致肉、蛋类食物价格不断I：涨，并且后者价

格一直远高于前者价格。从生态学观点来看，这主要是因为（）

A.动物饲养麻烦、投资大

B.动物性食品营养价值高

C.食物链延长，能后流失多，成本高

D.植物栽培比较容易

答案C

解析从生态学观点来看，肉、蛋类取自第二营养级甚至更高营养级的生物，而它们的

能量均来自于第一营养级的能量传递，并且能量传递效率大致不变，所以生产者（粮食、

蔬菜）价格上涨，必定导致由此而来的肉、蛋类价格的上涨，并且肉、蛋类价格要高于

粮食、蔬菜价格，因为在传递过程中有大量的能量损失掉了，必然导致成本的提高。

8.我国北方的一些地区每年都会发生一定程度的蝗灾，当地政府和农牧民常用喷洒农药的

方法来杀灭蝗虫。20D0年发生蝗灾时，新疆某地邀请来一批养鸭户，把几十万只鸭子

放养到虫害严重的草原上，收到很好的效果。下列有关叙述中，错误的是

（）

A.利用农药灭虫，农药对蝗虫起选择作用，生存下来的蝗虫都是抗药能力较强的

B.利用鸭子消灭蝗区，根本目的是调整生态系统能量流动关系，使能量更多地流向鸭

子

C.利用鸭子消灭蝗虫，从生态系统的成分看，鸭子是次级消费者，鸭子与草原上的牛、

羊的关系是种间互助

D.利用鸭子消灭蝗虫不仅可以获得较好的经济效益，而且还能减轻污染、保护其他生

物

答案B

解析利用鸭子消灭蝗虫并非想使能量更多地流向鸭子，根本目的是利用鸭子与蛭虫的

捕食关系更好地消灭螳虫，获得更好地经济效益。

【能力提升】

9.据图判断，下列叙述不正确的是（）

产品输出产品输出产品输出

A.食川菌也利用了农作物通过光合作用储存的能量

B.每一级生产环节都获得产品，提高了生态经济效益

C.由于食物链延长，能量逐级损耗，系统总能量利用率降低

D.由于各级产物都可以利用，减少了废物和污染

答案C

解析通过巧接食物健，实现了对能量的多级利用，能量利用率提高。

10.如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出情况下，下列说法

正确的是（）

A.能量主要是以太阳能的形式输入生态系统

B.组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者

C.在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出廉和输入最相等

D.如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物

答案A

解析地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳能，A项正确；太阳能被生

产者通过光合作用转化为有机物中的化学能，生产者除了绿色植物之外，还有能进行化

能合成作用的硝化细菌等生物，D项错误；组分1、2、3分别代表生产者、分解者和消

费者，B项错误；农田生态系统中由于部分能量被固定在植物的有机物中，因此输出量

和输入量不相等，C项错误。

11.如图为某生态系统能量流动示意图[单位：J/(cn?.a)],以下分析不正确的是

()

先.51"21171

I亍I

A.甲的数值是1250J/(cm2.a)

B.乙到丙的能量传递效率为15%

C.每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被「利用

D.乙的个体数目一定比甲少

答案D

解析一般情况下，遍着营养级的增加，动物个体的数量会减少，个体的体积会增大，

但是也存在特殊情况，例如树上的昆虫与树之间的关系。

12.下图是麻风树林中两个营养级的能量流动图解，已知麻风树的总能量为a,其中字母代

表了能量，下列叙述不正确的是()

rd

麻风树林fa，-

A.从麻风树输入下一营养级的能量传递效率为a'/a

B.c是第二营养级用于生长发育和繁殖的能量

C.d是指呼吸作用消耗的能量

D.该图中不包括非生物的物质和能量

答案A

解析由题干中的信息可知，该图只包括两个营养级，麻风树是第一营养级，则/只

能代表第二营养级摄入量，b代表第二营养级的同化量，其中d代表用于呼吸作用消耗

的能量，c是指第二营林级用于生长、发育和繁殖的能量，e则是第二营养级流入分解

者的能量；该图解中包括了生产者、消费者和分解者，没有非生物的物质和能量。

13.下表是对某生态系统营养级和能量流动情况的调查结果。表中的①②③④分别表示不

同的营养级.⑤为分解者.GP表示生物同化作用同定的能量，NP表示生物体储存的

能量(NP=GP-R),R表示生物呼吸消耗的能量，下列有关叙述正确的是

()

单位：小口画々)

GPNPR

①15.912.8113.10

②871.27369.69501.58

③0.880.340.54

④141.2062.0779.13

⑤211.8519.26192.59

A.生态系统能量流动的渠道可能是②一④一①一③〜⑤

B.能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率约为5.5%

C.若该生态系统维持现在的能量输入、输出水平，则有机物的总量会增多

D.④营养级GP的去向中，未被利用的能量有一部分残留在自身的粪便中

答案C

解析根据题干信息，⑤为分解者，不参与食物链均成。GP表示生物同化作用固定的

能量，即流经每一营养级的总能量，根据①、②、③、④