第三章第2節生態系統的能量流動假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。策略2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。流落荒島你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？策略1.先吃雞，再吃玉米。問題·探討假設你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg玉米。策略2.先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。流落荒島你認為以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援？策略1.先吃雞，再吃玉米。問題·探討玉米雞人玉米雞人應選擇1；若選擇2，則增加了食物鏈的長度，能量逐級遞減，最后人獲得的能量較少。寫出以上涉及到的食物鏈/網1第一部分能量流動的概念生態系統中能量的

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的過程。1.能量流動的概念：輸入傳遞轉化散失主要通過光合作用（其次還有化能合成作用）（1）輸入：①形式：太陽能（主要）②途徑：一、能量流動的概念流經生態系統的總能量：一般為生產者固定的太陽能總量食物鏈和食物網（2）傳遞：①形式：有機物中的化學能②途徑：生態系統中能量的

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的過程。1.能量流動的概念：輸入傳遞轉化散失一、能量流動的概念（3）轉化：熱能有機物中的化學能太陽能光合作用呼吸作用生態系統中能量的

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的過程。1.能量流動的概念：輸入傳遞轉化散失一、能量流動的概念呼吸作用（4）散失：①形式：熱能②途徑：生態系統中能量的

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的過程。1.能量流動的概念：輸入傳遞轉化散失一、能量流動的概念能量輸入種群能量儲存能量散失能量輸入某營養級能量儲存能量散失2.科學方法：研究能量流動的基本思路能量流經一個種群的情況可以圖示如下：能量輸入個體1個體2個體3……儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內的能量呼吸作用散失的能量以個體為研究對象，有很大的局限性和偶然性，如果個體死亡，數據可能不準確；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，可能因為食物網的復雜性而影響結果的準確性。如果將一個營養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級能量的輸入值和輸出值。2第二部分能量流動的過程生產者初級消費者次級消費者第一營養級第二營養級第三營養級二、能量流動的過程（1）植物的能量來源于哪里？（2）照射在植物上的太陽能都被吸收了嗎？如何被吸收?（3）植物吸收太陽能后，以何種形式儲存？（4）植物中的能量有哪些去向？1.第一營養級的能量流動情況太陽能1%1%光合作用有機物中化學能二、能量流動的過程呼吸消耗分解者分解流入下一營養級草固定能量的去向熱能呼吸作用用于自身生長、發育、繁殖二、能量流動的過程呼吸作用以熱能形式散失生產者所固定的太陽能太陽能用于生長、發育、繁殖流入初級消費者殘枝敗葉等被分解者利用未利用二、能量流動的過程1.第一營養級的能量流動情況總光合作用=呼吸作用+凈光合作用也稱為：生產者的同化量小草同化了太陽能后,這些能量有哪些去向?呼吸作用以熱能形式散失被下一營養級的生物所利用；被分解者所利用；未被利用的能量（最終被分解者分解）。用于生長發育繁殖小結短期來看：能量流出某一營養級的4個（或2個）途徑長期來看：能量流出某一營養級有3個(或2個)途徑攝入思考1：兔子所吃的草（攝入量），其中全部能量都流入到兔子身上了么？問題3：這些能量之間有何關系？糞便中的能量同化量攝入量＝同化量+糞便量問題4：糞便量屬于誰的能量？屬上一營養級的能量。二、能量流動的過程沒有問題1：哪些能量轉化成了兔子自己的能量？問題2：哪些沒有被兔子吸收的？2.第二營養級的能量流動情況兔同化了小草的能量后，這些能量有哪些去向？二、能量流動的過程生長、發育和繁殖流入下一營養級呼吸作用散失遺體殘骸被分解者利用2.第二營養級的能量流動情況呼吸作用以熱能形式散失初級消費者同化初級消費者攝入用于生長、發育、繁殖次級消費者攝入分解者利用未利用二、能量流動的過程2.第二營養級的能量流動情況遺體殘骸糞便散失呼吸作用小結短期來看：能量流出某一營養級的4個(或兩個)途徑呼吸作用以熱能形式散失被下一營養級的生物所利用；被分解者所利用；未被利用的能量（最終被分解者分解）。用于生長發育繁殖長期來看：能量流出某一營養級有3個(或兩個)途徑初級消費者攝入初級消費者同化用于生長、發育和繁殖次級消費者攝入……分解者利用呼吸作用熱能散失糞便呼吸作用散失①同化量=攝入量-糞便量②流入某一營養級的能量為：該營養級生物所同化的全部能量，而不是攝入量。糞便中的能量不屬于該營養級同化的能量，糞便量是上一營養級同化的能量。③初級消費者同化的能量=呼吸消耗的能量+用于生長、發育和繁殖的能量④生長、發育和繁殖的能量=分解者利用的能量+下一營養級同化的能量；⑤最高營養級的能量去向：呼吸作用散失；分解者利用遺體殘骸二、能量流動的過程能量來源呼吸作用散失太陽能生產者能量去路每個營養級總能量固定的太陽能總量各級消費者上一個營養級生產者：各級消費者：同化總量=攝入量-糞便量流入下一營養級被分解者利用均屬于用于自身生長、發育和繁殖的部分利用箭頭和文字表示能量的來源和去路，嘗試構建該食物鏈完整的能量流動模型。二、能量流動的過程生態系統中能量的傳遞是沿食物鏈和食物網渠道進行的。能量流動的過程——小結

二、能量流動的過程注意：若為人工生態系統，流經生態系統的總能量除生產者固定的太陽能總量，還有人工補充的能量（例如飼料中有機物中的化學能）。遵循能量守恒定律。能量在生態系統中流動、轉化后，一部分儲存在生態系統生物體的有機物中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態系統的能量相等。討論1：生態系統中的能量流動和轉化是否遵循能量守恒定律？為什么？討論2：流經某生態系統的能量能否再回到這個生態系統中來？為什么？不能，能量流動是單向的。所以，流落荒島的你是先吃雞還是先吃玉米呢？為什么？由于每一營養級和分解者都需要呼吸作用以熱能的形式散失掉一部分能量，營養級越高，散失的能量越多二、能量流動的過程生態系統中的能量流動思考·討論輸入量＝輸出量討論3：流向分解者的能量，能否流向生產者？消費者呢？流向分解者的能量，可流向消費者（食用菌），不能流向生產者。先吃雞，再吃玉米。先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產下的蛋，最后吃雞。3第三部分能量流動的特點RaymondLindeman對能量流動做了定量分析《生態學的營養動態概說》

林德曼（1915-1942）賽達伯格湖優點：小、簡單、穩定思考?討論：分析賽達伯格湖的能量流動深1米，面積為14480平方米，湖岸線長500米。湖底深度一致、性質均一，沒有大的波浪。三、能量流動的特點分析賽達伯格湖的能量流動思考·討論圖中數字為能量數值，單位是J/(cm2.a)(焦每平方厘米年）。圖中“未固定”是指未被固定的太陽能，“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一個營養級和分解者利用的能量。為研究方便起見，這里將肉食性動物作為一個整體看待。討論1.用表格的形式，將圖中的數據進行整理。例如，可以將每一營養級上的能量“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）。討論2.計算“流出”該營養級的能量占“流入”該營養級能量的百分比。討論3.流入某一營養級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養級？討論4.通過以上分析，你能總結出什么規律？三、能量流動的特點能量分析生產者植食性動物肉食性動物分解者輸入能量流出能量出入比賽達伯格湖的能量流動數據分析464.662.813.52%62.812.612.620.06%14.6三、能量流動的特點分析賽達伯格湖的能量流動思考·討論能量傳遞效率=某一營養級同化量上一營養級同化量×100%能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率大約是為10%-20%討論1.用表格的形式，將圖中的數據進行整理。例如，可以將每一營養級上的能量“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）。討論2.計算“流出”該營養級的能量占“流入”該營養級能量的百分比。分析賽達伯格湖的能量流動思考·討論討論3.流入某一營養級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養級？三、能量流動的特點討論4.通過以上分析，你能總結出什么規律？流入某一營養級的能量主要有以下去向：①一部分通過該營養級的呼吸作用散失了；②一部分以遺體殘骸的形式被分解者利用；③還有一部分未被利用（未被捕食）；其他的才是流入下一營養級的能量。所以，流入某一營養級的能量不可能百分之百地流到下一營養級。（1）單向流動：(2)逐級遞減：不可逆轉，不可循環流動傳遞效率為10％～20％兩個營養級之間逐級遞減的原因：自身呼吸消耗、被分解者分解、暫時未被利用。任何生態系統都需要不斷得到來自系統外的能量補充，以便維持生態系統的正常功能。1.能量流動的特點及原因三、能量流動的特點原因：①營養級順序、生物之間食物關系是不可逆轉的（能量沿食物鏈單向流動）；②呼吸作用散失的熱能不能被生物體再利用。2.能量傳遞效率的計算三、能量流動的特點②能量傳遞效率針對的是相鄰兩個營養級之間的同化量之比，且能量傳遞效率不能提高。=某一營養級同化量上一營養級同化量①能量傳遞效率×100%（1）能量在相鄰兩個營養級間的傳遞效率為10%～20%。③營養級越多，在能量流動中消耗的能量越多，一般不超過5個營養級。④營養級越高，得到的能量越少。能量流經各營養級是逐級遞減的，傳遞效率為10％－20％。食物鏈一般不超過5個營養級，到第五營養級以后，可利用的能量已減少到不能維持其生存的程度了。能量每流經一級都要丟失一大部分，所以食物鏈越長，流量流失就越多。思考：為什么食物鏈一般不超過5個營養級?第一營養級A15A125A1125A1625A13125A0.00032A第六營養級第五營養級第四營養級第三營養級第二營養級根據生態系統中能量流動逐級遞減的特點和規律，營養級越高，可利用的能量就越少，老虎在生態系統中幾乎是最高營養級，通過食物鏈（網）流經老虎的能量已減到很少的程度。因此，老虎的數量將是很少的。故“一山不容二虎”有一定的生態學道理。思考：為什么說“一山不容二虎”?Ⅱ.最少可使鷹增重____kg。Ⅰ.最多要消耗草______kg。Ⅱ.最少要消耗草

kg。14①已知低營養級同化量，求高營養級同化量：在食物鏈“草→兔→鷹”中，假如現有草100kg，則：Ⅰ.最多可使鷹增重____kg。能量傳遞效率按

來算。能量傳遞效率按

來算。×20%×10%20050②已知高營養級同化量，求低營養級同化量：在食物鏈“草→兔→鷹”中，要使鷹增加2kg體重，則：能量傳遞效率按

來算。能量傳遞效率按

來算。÷10%÷20%（2）能量在食物鏈中傳遞的“最值計算”Ⅱ.獲得能量最少：選最

食物鏈；按

計算Ⅰ.獲得能量最多：選最

食物鏈；按

計算短長×10%×20%如果草有10000kg，鷹最多增加

kg，最少增加

kg。4001（3）能量在食物網中傳遞的“最值計算”①已知低營養級同化量，求高營養級同化量草鷹兔蛇青蛙食草昆蟲Ⅱ.需最多能量：選最

食物鏈；按

計算Ⅰ.需最少能量：選最

食物鏈；按

計算若鷹的體重增加1kg，最少需消耗草____kg，最多消耗草_________kg。2510000短長÷10%÷20%（3）能量在食物網中傳遞的“最值計算”②已知高營養級同化量，求低營養級同化量草鷹兔蛇青蛙食草昆蟲1．在食物網中，能量傳遞效率不是以個體或種群為單位的，而是以營養級為單位的，如對于食物網，由第一營養級到第二營養級的能量傳遞效率是指B和C同化的總能量占A同化的總能量的比例。2．求最高營養級獲得能量的"最大值"或"最小值"(1）在一條食物鏈中，若生產者（第一營養級）所含的能量為a，則第n營養級獲得的能量最多為a.（20%)n-1，最少為a.（10%)n-1。(2）在多條食物鏈中，沒有限制能量來源比例或能量分配比例，若已知較低營養級生物的能量，求較高營養級生物獲得的能量：知低營養級求高營養級獲得能量最多獲得能量最少選最短食物鏈按相鄰兩營養級間能量傳遞效率為20％計算選最長食物鏈按相鄰兩營養級間能量傳遞效率為10％計算3．求最低營養級消耗量的"至少"或"最多"(1）若一條食物鏈共有n個營養級，則第n營養級生物每增加1kg體重①"至少"需要消耗的生產者的量：(2）在多條食物鏈中，沒有限制能量來源比例或能量分配比例，若已知較高營養級生物的能量，求所需較低營養級生物的能量：知高營養級求低營養級需最多能量需最少能量選最長食物鏈按相鄰兩營養級間能量傳遞效率為10％計算選最短食物鏈按相鄰兩營養級間能量傳遞效率為20％計算②"最多"需要消耗的生產者的量：易錯：不能正確區分能量流動過程中"正向"和"反向"的計算根據能量傳遞效率進行"正向"和"反向"推導計算時，要注意題目給出的條件：(1）若已知較低營養級生物的能量，求較高營養級生物獲得的能量，則用能量值乘以能量傳遞效率；反之，則用能量值除以能量傳遞效率。(2）要注意題目是否給出了能量傳遞效率的具體數值。生命在等待中逝去······

請給我們一個“先吃雞”的理由！按最大傳遞效率20%計算假設雞自身重3kg，玉米15kg。3×20%+15×20%=3.6kg（15×1/3×20%+3）×20%+15×2/3×20%=2.8kg問題探討雞玉米人玉米雞人?策略2：先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，最后吃雞。策略1：先吃雞，再吃玉米。練一練：在草原上，牛以草為食，屎殼郎以牛糞為食思考：a、在能量流動的分析中牛糞中所含的能量屬于哪一部分？b、被牛同化的能量中約有多少流入屎殼郎？生產者固定的太陽能0在如圖的食物網中，如果C從B、F中獲得的能量比為3∶1，C增重1kg，則最少需要消耗A多少kg？課堂訓練沿食物鏈A→D→E→F→C逆推：1/4kg×5×5×5×5＝625/4kg消耗A最少，按最高傳遞效率20%計算

75/4kg+625/4kg=175kg沿食物鏈A→B→C逆推：3/4kg×5×5＝75/4kg

[典例透析]【典例】(1)若人類獲取植物性食物與動物性食物的比例是1∶1，將此食物結構改為4∶1，能量流動效率按10%計算，則調整后可供養的人口是前者的________倍 (2)若植物向動物及向人提供的能量比例由1∶1調整為1∶4，則調整后供養的人口是前者的________倍1.961.49C審題指導2.將一塊方糖放入水中，方糖很快溶解，消失得無影無蹤。溶解在水中的方糖還能再自行變回原來的形狀嗎？為什么？生活在水中的硅藻，它們能利用溶解在水中硅化物制造自己絢麗精致的外殼，而通常情況下水體中硅化物的含量極為微少，僅有百萬分之幾。這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？不能，在一個封閉的系統中，物質總是由有序朝著無序(熵增加)的方向發展。硅藻能利用獲取的營養通過細胞呼吸釋放能量，依靠能量完成由無序向有序的轉化，維持其生命活動。通過以上事例，對能量流動在生態系統中的作用是否有了進一步的認識？能量輸入對于生態系統有序性的維持來說是不可缺少的。P60拓展應用23.任何生態系統的能量都需要不斷得到系統外的能量補充（太陽能或化學能），以便維持生態系統的正常功能（P57）。三、能量流動的特點呼吸作用23未利用70植食性動物生產者太陽能分解者30.549肉食性動物0.052.15.10.25有機物輸入52輸出4第四部分生態金字塔能量分析生產者植食性動物肉食性動物分解者輸入能量賽達伯格湖的能量流動數據分析464.662.812.614.6除了用數字表示之外，還有什么方法可以表示生態系統中能量流動逐級遞減的特征？肉食性動物12.6植食性動物62.8生產者464.6如果將單位時間內各個營養級所得到的能量數值轉換成相應面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營養級的次序排列，可形成一個金字塔圖形，叫做能量金字塔。生態金字塔包括能量金字塔、數量金字塔和生物量金字塔四、生態金字塔能量金字塔生物量金字塔數量金字塔形狀每一層含義特點象征意義單位時間內，食物鏈中每一營養級生物所同化的能量的多少自然生態系統一定為正金字塔能量在流動過程中總是逐級遞減單位時間內，每一營養級生物的有機物的總干重一般為正金字塔,有時會出現倒金字塔形（當生產者個體小，壽命短）一般生物量(現存生物有機物的總干重)隨食物鏈中營養級的升高而減少每一營養級生物個體的數目一般為正金字塔,有時會出現倒金字塔形（當消費者個體數量比生產者個體數量大得多時）一般生物個體數目在食物鏈中隨營養級升高而減少四.生態金字塔P57思考題P58思考題會要求低營養級有更多的能量流入人類所處的營養級，也就是說，人類將不得不種植或養殖更多的農畜產品，會給地球現有的自然生態系統帶來更大的壓力。在海洋生態系統中，由于生產者(浮游植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。當然，總的來看，一年中浮游植物的總的生物量還是比浮游動物的要多。從生態金字塔的角度分析為什么生態系統中能量流動一般不超過5個營養級？各個營養級的生物都會因呼吸作用消耗掉大部分能量，其余能量有一部分流入分解者，只有一小部分能夠被下一營養級的生物利用。流到第五營養級時，余下的能量很少，甚至不足以養活一個種群，因此食物鏈上一般不超過五個營養級

。四、生態金字塔數量金字塔和生物量金字塔出現倒置的原因當消費者個體數量比生產者個體數量大得多時，數量金字塔經常是倒置的。當生產者個體小，壽命短，生物量金字塔也有可能倒置。例如，在海洋生態系統中，浮游植物的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。四、生態金字塔樹昆蟲鳥5第五部分研究能量流動的實踐意義1.研究生態系統的能量流動，可以幫助人們將生物在時間、空間上進行合理配置，增大流入某個生態系統的總能量。例如:間種套作、多層育苗、稻--萍--蛙等立體農業生產方式。2.研究生態系統的能量流動，可以幫助人們科學地規劃和設計人工生態系統，使能量得到最有效的利用。例如:秸稈用作飼料喂牲畜，可獲得肉、蛋、奶等；用牲畜的糞便生產沼氣，沼氣池中的沼渣還可以作為肥料還田。實現了對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用率。能量利用率≠能量傳遞效率簡記為：合理配置：增大流入生態系統的總能量簡記為：科學規劃：提高能量利用率五.研究能量流動的實踐意義3.研究生態系統的能量流動，還可以幫助人們合理地調整生態系統中的能量流動關系，使能量持續高效地流向對人類最有益的部分。例如:合理確定草場的載畜量，稻田除草、除蟲等。簡記為：適當調整：使能量持續高效地流向對人類最有益的部分五.研究能量流動的實踐意義[思考]下列做法的意義：①桑基魚塘——桑葉養蠶，蠶蛹喂魚，塘泥肥桑。②“秸稈—牲畜——沼氣——沼渣”還田③玉米田除蟲④草原合理確定載畜量：放的牲畜太少不能充分利用牧草提供的能量，放牧過多會造成草場退化，使得畜產品產量下降。①②實現能量的多級利用，提高能量的利用率③④合理調整能量流動關系，使得能量持續高效流向對人類最有益的部分。五.研究能量流動的實踐意義思考：種植農作物時，要清除雜草和害蟲，從能量流動角度分析其目的是？五.研究能量流動的實踐意義(2)圖b所示生態系統中流向分解者的能量，還有一部分以生活能源或食物中化學能的形式被人類再度利用，因此，該生態系統實現了能量的多級、充分利用，提高了能量的利用率。P60拓展應用1太陽能農作物家畜、家禽人

除草：為了使太陽能更多地流向農作物。捉蟲：為了使農作物中的能量散失減少。2023/11/20P59探究·實踐·調查當地某生態系統中的能量流動情況以稻田生態系統為例。組成成分：非生物的物質和能量；生產者，包括水稻、雜草、浮游植物等；消費者，包括蜘蛛、田螺、魚(如泥鰍、黃鱔)、青蛙、浮游動物、昆蟲、鳥類等；分解者，包括多種微生物。

1.生產者主體是水稻，其他生產者有雜草、浮游植物等。農民主要通過噴灑除草劑或人工除草的方式抑制雜草的生長。2.初級消費者有田螺、浮游動物、植食性的昆蟲和鳥等。一般而言，植食性的昆蟲和鳥等對水稻生長構成危害，田螺數量較多時也會對水稻生長構成危害。農民采取噴灑農藥、豎稻草人等措施防止或減少這些動物的危害。3.次級消費者有肉食性魚、青蛙和蜘蛛等。一般而言，這些消費者對水稻生長的利大于害。農民通過禁捕，或適量放養等措施，實現生態農業的目標。4.養殖動物的飼料來源有水稻秸稈、糧食（如玉米）、餅粕等。5.農民對秸稈的傳統處理方式有焚燒或填埋等；現代農業生態工程提出了綜合利用思想。例如，秸稈可作為多種工業原材料，還可以用來生產沼氣，以充分利用其中的能量。6.主要通過合理密植的方法提高作物的光能利用效率。7.通過稻田養魚等措施，實現立體化生態農業；通過建造沼氣池，實現能量的多級利用。1926年，美國一位生態學家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數據。1.這塊田共收割玉米約10000株，質量為6000kg。