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1、第2节 生态系统的能量流动1、生态系统中的能量流动（1）概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。（2）过程:见下图。 （3）分析：输入途径：主要是通过生产者的光合作用。起点：从生产者固定太阳能开始，流经一个生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量。渠道：食物链和食物网。能量流动中能量形式的变化：太阳光能生物体有机物中的化学能热能（最终散失）后一营养级同化的能量能量在食物链（网）中流动形式：有机物中的化学能。前一营养级同化的能量能量传递效率=能量散失的主要途径：细胞呼吸（包括各营养级生物本身的呼吸及分解者的呼吸）能量散失的形式:热能（呼吸作用产生）2、能量在流经每一营养级时的分流问题
2、：（1）能量来源生产者的能量来自太阳能。各营养级消费者的能量一般来自上一个营养级。同化量=摄入量粪便中所含能量。（2）能量去路每个营养级生物细胞呼吸产生的能量一部分用于生命活动，另一部分以热能形式散失。每个营养级生物有一部分能量流到后一个营养级（注意：最高营养级无此途径）。每个营养级生物的遗体、粪便、残枝败叶中的能量被分解者分解而释放出来。未被利用的能量（储存在煤炭、石油或化石中的能量，最终去路是上述三个途径）（3）流入某一营养级的能量来源和去路图解 （4）流入某个体的能量去路图解 3、能量流动特点：单向流动：生态系统内的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向下一个营养级，不能逆向流动
3、，也不能循环流动。逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%-20%。单向流动原因：在食物链中，相邻营养级生物吃与被吃的关系不可逆转。各营养级的能量大部分以细胞呼吸产生热能的形式散失掉，这些能量是无法再利用的。逐级递减原因：每个营养级的生物都会因细胞呼吸消耗相当大的一部分能量，供自身利用和以热能形式散失。每个营养级中的能量都要有一部分流入分解者。每个营养级的生物总有一部分能量不能被下一营养级利用。【提醒】上一个营养级未散失的能量是否能全部传递到下一个营养级？为什么？捕食不彻底：当动物体在捕食猎物时，由于相互之间经过长期的自然选择，捕食者能够捕食到猎
4、物，但不可能将其种群中的全部个体捕食。摄食不彻底：当动物捕食成功后，在取食对方时，也不可能将对方的所有有机物全部吃下。消化不彻底：当动物将食物摄取到消化道中之后，也不可能将其中的全部营养都能吸收。【特别提示】（1）能量传递效率的计算 如某食物链中，生物A到生物B的能量传递效率为：。若在食物网中，则A传递给下一个营养级的的能量传递效率为：。（2）一条食物链中营养级一般不超过4-5个。原因是：能量传递效率为10%-20%，传到第4-5营养级时，能量已经很少了，再往下传递不足以维持一个营养级。4、能量金字塔（1）概念：各个营养级单位时间内所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形，叫做
5、能量金字塔。（2）意义：从能量金字塔可以看出，在一个生态系统中，营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多。生态系统中的能量流动一般不超过45个营养级。5、研究能量流动的意义：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。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。如农田生态系统中，必须清除杂草、防治农作物的病虫害。补充：其他金字塔（1）数量金字塔：每一层表示各个营养级生物的个体数。一般呈金字塔形。（2）生物量金字塔：每一层表示各个营养级生物的质量。一般呈金字塔形。【特别提示】用数量金字塔或生物量金字塔来表示能量关系时，有时会出现倒
6、置的情况（如下图）：能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点正金字塔形一般为正金字塔形一般为正金字塔形象征含义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减每一阶含义每一营养级生物所含能量的多少每一营养级生物个体的数目每一营养级生物的有机物总量特殊形状无极少6、能量流动类题例解（1）、考察能量流动特点例1、一个池塘有生产者（浮游植物）、初级消费者（植食性鱼类）、次级消费者（肉食性鱼类）、分解者（微生物）。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者、分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是 ：
7、（ ） Aa=b+d Bab+d Cab+d Dac+d【解析】一个生态系统中，流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。该生态系统中生产者固定的全部能量是a，即流经该系统的各个营养级的总能量是a，数值是最大的。此能量去路：一部分在生产者的呼吸作用中以热能形式散失到环境中；一部分用于自身的生长、发育、繁殖；在后一部分能量中，一部分随植物遗体和残枝败叶等被分解者分解释放出来，还有一部分沿着食物链流入初级消费者，除小部分能量随动物粪便排出体外，其余被初级消费者同化。能量依次沿食物链单向流动、逐级递减传递下去。根据题意应有ab+c+d,所以ab+d【答案】B（2）、能量传递中的“至少”和“最多”
8、例2、如图食物网，鹰的体重增加20克，至少消耗植物？最多消耗植物？【解析】:至少消耗植物应按照最短食物链：植物鼠鹰和最大能量传递效率20%计算。所以20克/（20%）2=500克最多消耗植物应按照最长食物链：植物鼠蛇鹰和最小能量传递效率10%计算。所以20克/（10%）3=20000克【答案】至少消耗植物500克,最多消耗植物20000克.（3）、食物网中未按比例的传递效率计算例3、如图表示某生态系统食物网的图解，猫头鹰体重每增加1kg，至少消耗A约 A100kg B44.5kg C25kg D15kg 【解析】根据题干，未标明每条食物链在能量传递过程中所占的比例，要求至少消耗A为多少，计算是
9、应遵循按照最短的食物链按照最大能量传递效率。所以AB猫头鹰，当猫头鹰体重增加1kg，（1kg20）20=25kg【答案】C（4）、食物网中的每条食物链涉及到比例分配例4、如图为某生态系统中食物网简图，图中甲庚代表各种不同的生物。 已知各营养级之间的能量转化效率为10%，若一种生物摄食两种下一营养级的生物，且它们被摄食的生物量相等，则丁每增加10千克生物量，需消耗生产者（ ）千克。A1000kg B2344.5kg C265kg D3250kg 【解析】根据题干，各营养级之间的能量转化效率为10%；若一种生物摄食两种下一营养级的生物，则它们被摄食的生物量相等；如图我们可以得到三条食物链：戊庚丁
10、戊甲丁 戊己甲丁当丁增加10千克生物量，应有5千克来自庚，5千克来自甲。则消耗庚和甲各50千克，由戊庚丁，此时消耗戊500千克。甲增重50千克，其中25千克来自戊，由戊甲丁，此时消耗戊250千克；还有25千克来源于己，由戊己甲丁，消耗戊2500千克。共500+250+2500=3250千克。【答案】D（5）、关于传递效率中的函数关系例5、在下右图食物网中a表示动物性食物所占比例，若要使鸟体重增加x，至少需要生产者量为y，那么x与y的关系可表示为：（ ）A. y=90ax+10a B.y=25ax+5xC. y=20ax+5a D.y=100ax+10a【解析】该题中有两条食物链：草鸟 草虫鸟。
11、其中动物性食物所占比例为a，则草虫鸟中，至少需要生产者=(ax20%)20%=25ax,在草鸟中，x（1- a）20%= 5x -5ax。则y=20ax+5x【答案】B（6）、能量流动在生态系统中的图解例6、下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，各代表一定的能量值，下列各项中正确的是：（ ）A表示流经生态系统内部的总能量B一般情况下，增加1Kg，至少增加100KgC生物与生物之间的捕食关系一般不可逆转，所以能量流动具单向性D从能量关系看+【解析】能量在生态系统内是单向流动的，每个营养级都要消耗约8090的能量。因此，能量流动是逐级递减的，生态系统只有不断地从外界获取能量(太阳能)，能量流动才
12、能持续下去。流经该系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量，而不是。增加1Kg，按照最大能量传递效率20%计算至少增加25Kg.。从能量关系看+。【答案】C(7)、能量流动的几种“最值”计算 在已知较高营养级生物的能量求消耗较低营养级生物的能量时，若求“最多”值，则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递，若求“最（至）少”值，则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递。反之，已知较低营养级生物的能量求传递给较高营养级生物的能量时，若求“最多”值，则说明较低营养级生物的能量按“最高”效率传递，若求“最少”值，则说明较低营养级生物的能量按“最低”效率传递。这一关系可用下图来表示。在某食物网中，
13、确定生物量变化的“最多”或“最少”时，应遵循以下原则： 1. 以生物的同化量（实际获取量）为标准的“最值”计算例7. 下图为某生态系统食物网简图，若E生物种群总能量为，B生物种群总能量为，从理论上计算，A贮存的总能量最少为（ ）A. B. C. D. 2. 以生物的积累量为标准的“最值”计算例8. 已知某营养级生物同化的能量为1000kJ，其中95%通过呼吸作用以热能的形式散失，则其下一营养级生物获得的能量最多为（ ）A. 200kJB. 40kJC. 50kJD. 10kJ3.能量值的几种不同表示方式及相关计算例9.在能量金字塔中，如果生产者在光合作用过程中产生240mol的氧气，其全部用于
14、初级消费者分解血糖，则其释放并贮存在ATP中的能量最多有（ ）可被三级消费者捕获？A. B. C. D. 例10.如果一个人食物有1/2来自绿色植物，1/4来自小型肉食动物，1/4来自羊肉，假如传递效率为10%，那么该人每增加1千克体重，约消耗植物（ ）A. 10千克 B. 28千克C. 100千克D. 280千克(8)、数量（生物体数目）表示法及计算例11.在一片草原上，假如一年中，至少有70000只昆虫生活才可养活一只食虫鸟，而食虫鸟若按10%的能量传递率将能量传给鹰，则理论上每年大约需要3000只食虫鸟才能维持一只鹰的生存，那么如果鹰只靠捕食食虫鸟来生活，则每年至少需要（ ）只昆虫才能保
15、证一只鹰的生存？A. B. C. D. 无法统计例12.一片树林中，树、昆虫和食虫鸟类的个体数比例关系如下图所示。下列能正确表示树、昆虫、食虫鸟之间的能量流动关系的是（选项方框面积表示能量的大小）（ ）例13. 在“棉花棉蚜食蚜蝇瓢虫麻雀鹰”这条食物链中，如果食蚜蝇要有5m2的生活空间才能满足自身的能量需求，则一只鹰的生活空间至少是（ ）A. B. C. D. 例14.具有三个营养级的能量金字塔，最上层的体积是最下层的（ ）A. 10%20%B. 1%4%C. 0.1%1%D. 1%10%（9）、能量流动与生态系统的稳定性例15.某生态系统中初级消费者和次级消费者的总能量分别是W1和W2，当下
16、列哪种情况发生时，最有可能使生态平衡遭到破坏？（ ）A. W110W2B. W15W2 C. W110W2D. W15W2例16.某海滩黄泥螺种群现存量约3000吨，正常状况下，每年该种群最多可增加300吨，为充分利用黄泥螺资源，又不影响可持续发展，理论上每年最多捕捞黄泥螺的吨数为（ ）A. 3000 B. 1650 C. 1500 D. 不超过3000（10）、巧用拼图法解决能量流动计算难点输入第一营养级的能量(W1)被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养
17、级的D1。(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于(大于、等于、小于)W1(呼吸作用消耗的缘故)。(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效率等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%20%。例17.下图为生态系统能量流动示意图，下列等式中不可能成立的是()AB2A
18、(10%20%) BAFB1C1D1E1CA(B1B3)C1C2C3 DC3B2(80%90%)（11）、巧用拼图法解决能量流动计算难点若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是11，将此食物结构改为41，能量流动效率按10%计算，则调整后可供养的人口是前者的_倍？解析若人类获取植物性食物与动物性食物的比例是11，如下左图，共需植物性食物的相对值为55；如果动物性食物与植物性食物的比例是14，则共需植物性食物的相对值是28(如下右图)。前者对食物的消耗量是后者的1.96倍，这也就说明后者可供养的人数是前者的1.96倍。答案1.96互动探究若上题改为：植物向动物及向人提供的能量比例由11调整为14
19、，则调整后供养的人口是前者的多少倍？提示设植物能量为M，则调整前，人所得能量为：M10%M(10%)2，调整后人所得能量为M10%M(10%)2，则调整后调整前比值为/1.49，即调整后供养的人口是调整前的1.49倍。技巧点拨若食物网中有多条食物链，计算某一生物获得的能量或需要某一生物提供的能量时，首先，要清楚某一生物从不同食物链中获得的能量的比例或某一生物给不同生物提供能量的比例；其次，要结合每条食物链中的能量传递效率。本题(1)中由猫头鹰食物来源比例“递推到植物”，(2)中则由“植物向下传递的比例”顺推到猫头鹰；进行上述类型能量流动计算时务必应搞清按“正推型”还是按“逆推型”计算，若由高营养级“食物来源比例”计算植物量，则需要由高营养级“递推”至植物；若由植物“下传比例”求所耗植物量则应由植物“顺推至高营养级，依据高营养级所获得的同化量求所耗植物量”。
