第48講 生態(tài)系統(tǒng)的能量流動
1.分析生態(tài)系統(tǒng)中的能量在生物群落中單向流動并逐級遞減的規(guī)律。2.舉例說明如何利用能量流動規(guī)律，使人們能夠更加科學(xué)、有效地利用生態(tài)系統(tǒng)中的資源。3.解釋生態(tài)金字塔表征了食物網(wǎng)各營養(yǎng)級之間在個體數(shù)量、生物量和能量方面的關(guān)系。
生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。
能量的輸入：生產(chǎn)者所固定的太陽光能。 能量的傳遞：食物鏈和食物網(wǎng)。 （形式：有機物中的化學(xué)能） 能量的轉(zhuǎn)化和散失：太陽能→有機物中的化學(xué)能→熱能。
研究能量流動的基本思路
能量流經(jīng)一個種群的情況可以圖示如下
以個體為研究對象，有很大的局限性和偶然性，如果個體死亡，數(shù)據(jù)可能不準確；不同個體間差異過大。
如果將這個種群作為一個整體來研究，則左圖可以概括成下圖形式，從中可以看出分析能量流動的基本思路。
如果以種群為研究對象，能量流動的渠道為食物鏈，在分析時，可能因為食物網(wǎng)的復(fù)雜性而影響結(jié)果的準確性。
如果將一個營養(yǎng)級的所有種群作為一個整體，那么左圖將概括為何種形式呢？
可以比較精確地測量每一個營養(yǎng)級能量的輸入值和輸出值。
(1)能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程
生產(chǎn)者所固定的全部太陽能
初級消費者（植食性動物）
(2)能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程
流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量
初級消費者糞便中的能量包括在初級消費者同化的能量中嗎？
能量在食物鏈中流動的形式是什么？
(3)能量流經(jīng)最高營養(yǎng)級的過程
最高營養(yǎng)級同化的能量去向有哪些？
①呼吸作用中以熱能的形式散失；②以遺體殘骸的形式被分解者利用；（最高營養(yǎng)級沒有流入下一營養(yǎng)級的能量去向）
請歸納各營養(yǎng)級能量去向
呼吸作用中以熱能形式散失
用于自身生長、發(fā)育、繁殖
*最高營養(yǎng)級沒有這一去向
某營養(yǎng)級的能量某段時間內(nèi)的能量去向
練習(xí)：如圖為草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解模型（G、H、I屬于D、E、F）：1._________________表示流入各營養(yǎng)級生物的能量 寫出其中等量關(guān)系_______________2.________分別表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量；3.__________分別表示分解者分解利用的能量；4.兔子用于生長、發(fā)育和繁殖的能量=___________；5.___中能量包括兔子尸體及狼糞便中的能量
A、B、C、D、E、F
A=D、B=E、C=F
被牛同化的能量中約有多少流入屎殼郎？
練習(xí)：在草原上，牛以草為食，屎殼郎（蜣螂）以牛糞為食 在能量流動的分析中牛糞中所含的能量屬于哪一部分？
并不是所有生態(tài)系統(tǒng)的能量輸入都只有生產(chǎn)者。 人工魚塘等生態(tài)系統(tǒng)的輸入能量還包括飼料中有機物中的能量。能量流動并不是只在食物鏈（網(wǎng)）中傳遞。 生產(chǎn)者、消費者的遺體中的能量會流入分解者。生產(chǎn)者同化的能量就是其通過光合作用制造的有機物中的能量，即總光合作用量。初級消費者同化量中流入分解者的能量=初級消費者遺體殘骸+次級消費者糞便中所含的能量。
為了研究能量流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈時，每一級的能量變化和能量傳遞效率，美國生態(tài)學(xué)家林德曼對一個結(jié)構(gòu)性對簡單的天然湖泊——賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，得出了如下數(shù)據(jù)：
單位（焦/厘米2 ·年）
分解者 14.6
未被利用 327.3
呼吸 122.6
(1)用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進行整理。例如，可以將每一營養(yǎng)級上的能量“流入”和“流出”整理成為一份清單(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。(2)計算“流出”該營養(yǎng)級的能量占“流入”該營養(yǎng)級能量的百分比。
賽達伯格湖的能量流動圖解的數(shù)據(jù)整理
能量在流動、轉(zhuǎn)化后，流入下一個營養(yǎng)級的能量、呼吸作用散失、分解者分解及未被利用的能量總和是多少？
能量的來源=能量的去向
仔細觀察不同營養(yǎng)級間能量的流入和流出有什么關(guān)系？
某一營養(yǎng)級能量的流入=上一個營養(yǎng)級能量的流出
能量的傳遞效率=流入營養(yǎng)級的能量（同化）/上一個營養(yǎng)級流入的能量（同化）
仔細觀察各個能量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系我還能得到什么樣的關(guān)系式？
流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量=流出生態(tài)系統(tǒng)的總能量
生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向（流動）的。
原因：能量只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再依次流向后面的各個營養(yǎng)級，不可逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)流動。
能量在流動過程中逐級遞減。（能量傳遞效率為10%～20%）
原因：（1）各營養(yǎng)級的生物都會因自身呼吸作用散失掉一部分能量。 （2）各營養(yǎng)級能量都要有一部分流入分解者。 （3）各營養(yǎng)級生物都不能全部被下一營養(yǎng)級捕食,各個營養(yǎng)級能量都有一部分未利用。
(1)根據(jù)下圖所表示的食物網(wǎng), 結(jié)合能量流動的特點進行計算:
①如果牧草固定了1000焦耳的能量, 則貓頭鷹最少能獲得______焦耳能量.
②若貓頭鷹要獲得1千焦能量, 則至少消耗掉牧草所固定的______千焦能量。
選最大的傳遞效率20%
選最小的傳遞效率10%
4.能量流動的有關(guān)計算
最多能獲得______焦耳能量.
最多消耗牧草固定的______千焦能量.
練習(xí):某人捕得一條重2 kg的雜食海魚，若此魚的食物有1/2來自植物，1/4來自草食魚類，1/4來自以草食魚類為食的小型肉食魚類，則該魚至少需要海洋植物＿___＿ kg。
植物→草食魚類→雜食魚
植物→草食魚類→小型肉食魚類→雜食魚
練習(xí).若E生物種群的干物質(zhì)量為5.8×109Kj,B生物種群的干物質(zhì)量為1.3×108Kj,從理論上分析,A物種種群的干物質(zhì)量至少應(yīng)為____________ Kj。
5.生態(tài)金字塔的類型及特點
將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營養(yǎng)級順序排列，可形成一個金字塔圖形，叫做能量金字塔
直觀的反映出生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間能量的關(guān)系
通常都是上窄下寬的金字塔形
能量在流動中總是逐級遞減的
直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級所容納的有機物的總干重的關(guān)系
用表示能量金字塔中的方法表示各營養(yǎng)級的生物量（每個營養(yǎng)級所容納的有機物的總干重），即為生物量金字塔
大多也是上窄下寬的正金字塔形
一般來說植物的總干重通常大于植食性動物的總干重，而植食性動物的總干重也大于肉食性動物的總干重
用表示能量金字塔的方法表示各營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系，即為數(shù)量金字塔
直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系
可以是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒置正金字塔形
如果消費者的個體小而生產(chǎn)者的個體大，則會呈現(xiàn)倒置金字塔
單位時間內(nèi)，食物鏈中每一營養(yǎng)級生物所同化的能量的多少
自然生態(tài)系統(tǒng)一定為正金字塔
能量在流動過程中總是逐級遞減
某些人工生態(tài)系統(tǒng)可呈現(xiàn)倒金字塔形
單位時間內(nèi)，每一營養(yǎng)級生物的有機物的總干重
一般為正金字塔,有時會出現(xiàn)倒金字塔形
一般生物量(現(xiàn)存生物有機物的總干重)隨食物鏈中營養(yǎng)級的升高而減少
海洋生態(tài)系統(tǒng)中，浮游植物個體小，壽命短，又會不斷被捕食，因而某一時間調(diào)查到的生物量可能低于浮游動物
每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目
一般生物個體數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而減少
如果消費者個體小而生產(chǎn)者個體大，就會呈現(xiàn)倒金字塔形，如昆蟲和樹；
6.研究能量流動的實踐意義
(1)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。 例如，間種套作、多層育苗、稻——萍——蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。
(2)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用；例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣田肥
*沼氣池實現(xiàn)了對能量的多級利用，大大提高了能量的利用率；
*能量的利用率≠能量的傳遞效率
(3)研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧? 例如，合理確定草場的載畜量，稻田除草、除蟲等。
我國古代就已發(fā)展出“?；~塘”生產(chǎn)方式:利用桑葉喂蠶，蠶沙(蠶糞)養(yǎng)魚，魚塘泥肥桑，在桑、蠶、魚之間形成良性循環(huán)。 古人在設(shè)計這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式時，不一定清楚其中的科學(xué)道理。請從生態(tài)系統(tǒng)能量流動特點出發(fā)，分析這種設(shè)計的合理性。
“桑基魚塘”的設(shè)計理念是從人類所需出發(fā)，通過能量多級利用，充分利用流經(jīng)各營養(yǎng)級的能量，提高生產(chǎn)效益。
考向　能量流動的過程1.如圖表示在某生態(tài)系統(tǒng)中，能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的示意圖。下列對該圖分析不合理的是( )A.能量流動是伴隨著物質(zhì)利用進行的B.圖中甲為初級消費者同化的能量C.該圖不夠完善，缺少甲中因呼吸作用以熱能形式散失的能量D.乙比甲的能量少的原因主要是甲的遺體殘骸中的能量被分解者利用而　未傳遞下去
解析;在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中，物質(zhì)是能量流動的載體，能量是物質(zhì)循環(huán)的動力，能量流動是伴隨著物質(zhì)利用而進行的，A正確；該圖不夠完善，沒有標出甲中因呼吸作用散失的能量，C正確；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錯誤。
考向　能量流動的特點及應(yīng)用
1.如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量傳遞示意圖，以下敘述不正確的是( )
A.能量流動是從甲固定的太陽能開　始的，流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量　為1 250 kJB.從乙到丙的能量傳遞效率為15%C.將乙和丙的糞便作為有機肥還田，　可以提高能量傳遞效率D.食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系一般不可逆轉(zhuǎn)，這決定了能量流動的單向性
解析:能量流動是從甲(生產(chǎn)者)固定的太陽能開始的，流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為175＋200＋875＝1 250(kJ)，A項正確；
從乙到丙的能量傳遞效率＝×100%＝15%，B項正確；
將乙和丙的糞便作為有機肥還田，可以提高能量的利用率，但不能提高能量的傳遞效率，C項錯誤。
考向三　能量流動的有關(guān)計算
1.如圖所示的食物網(wǎng)中，戊的食物有1/2來自乙，1/4來自丙，1/4來自丁，且能量從生產(chǎn)者到消費者的傳遞效率為10%，從消費者到消費者的能量傳遞效率為20%。若戊體重增加20 g，需要消耗植物( )
A.1 125 g B.1 600 gC.2 000 g D.6 500 g
解析:甲為生產(chǎn)者，戊共有以下食物鏈：①甲→乙→戊，戊增加20×1/2＝10(g)，需要乙10×5＝50(g)，需要甲50×10＝500(g)；②甲→丙→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丙5×5＝25(g)，需要甲25×10＝250(g)；③甲→丙→丁→戊，戊增加20×1/4＝5(g)，需要丁5×5＝25(g)，需要丙25×5＝125(g)，需要甲125×10＝1 250(g)，故共需要甲500＋250＋1 250＝2 000(g)。
1.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動就是指能量的輸入和散失過程(　　)2.一只狼捕食了一只兔子，就完成了能量流動(　　)3.相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率不會小于10%，也不會大于20%(　　)4.一種蜣螂專以象糞為食，則該種蜣螂最多能獲取大象所同化能量的20%(　　)5.營養(yǎng)級越高的生物獲得的能量越少，體型也越小(　　)6.“桑基魚塘”實現(xiàn)了能量的多級利用，大大提高了能量的傳遞效率(　　)7.生態(tài)系統(tǒng)中的能量可被多級循環(huán)利用，從而大大提高了能量的利用率(　　)
1.(選擇性必修2 P54)能量流動：生態(tài)系統(tǒng)中__________________________ 的過程。2.(選擇性必修2 P56)生態(tài)系統(tǒng)的能量單向流動的原因：________________ 。3.(選擇性必修2 P56)能量流動逐級遞減的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________。4.(選擇性必修2 P57)任何生態(tài)系統(tǒng)都需要　　　　　　　　　　　　，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。
能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散
系是長期自然選擇的結(jié)果，不可逆轉(zhuǎn)；生產(chǎn)者不能再利用散失的能量
某個營養(yǎng)級同化的能量自
身呼吸要消耗一部分，還有一部分被分解者分解利用，還有一部分未被利用，所以不能將全部的能量流入下一個營養(yǎng)級
不斷來自系統(tǒng)外的能量補充
5.(選擇性必修2 P57)能量金字塔直觀地反映出生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間能量的關(guān)系，由于能量在流動過程中總是　　　　，因此能量金字塔通常都是　　　　　　　　　。6.(選擇性必修2 P58)從能量流動的角度分析建設(shè)“沼氣池”的意義是____ 。7.(選擇性必修2 P58)從能量流動的角度分析，合理確定草場載畜量的目的是______________________________________________________________________。
了對能量的多級利用，從而大大提高了能量的利用率
調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?br/>8.源于選擇性必修2 P55“思考·討論”：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉(zhuǎn)化遵循能量守恒定律。流入生態(tài)系統(tǒng)的能量一部分儲存在生物體　　　中，而另一部分通過生物的　　作用以　　的形式散失至非生物環(huán)境中，兩部分之和與流入生態(tài)系統(tǒng)的能量　　(填“相等”或“不相等”)。
9.源于選擇性必修2 P55“圖3－5”：在一定時間內(nèi)，某生態(tài)系統(tǒng)中全部生產(chǎn)者固定的能量值為a，全部消費者所獲得的能量值為b，全部分解者所獲得的能量值為c，則a　　b＋c(填“>”“＝”或“

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