第3章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動先吃雞，再吃玉米。先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。[問題探討]

假設(shè)你像小說中的魯濱遜一樣，也流落到一個荒島上，那里除了能飲用的水以外，幾乎無任何食物。你隨身尚存食物只有一只母雞、15Kg玉米。

以下哪種生存策略能讓你維持更長的時間來等待救援：A、先吃雞，再吃玉米

B、先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。玉米雞人玉米雞人A、先吃雞，再吃玉米B、先吃玉米，同時用一部分玉米喂雞，吃雞產(chǎn)下的蛋，最后吃雞。目錄研究能量流動的基本思路能量輸入個體1個體2個體3……儲存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內(nèi)的能量呼吸作用散失的能量儲存在體內(nèi)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。1.能量流經(jīng)一個種群的情況可以圖示如下：（研究個體水平能量流動的基本思路）能量輸入某營養(yǎng)級能量儲存能量散失2.將這個種群作為一個整體來研究如圖：能量輸入種群能量儲存能量散失（研究種群水平能量流動的基本思路）以種群為研究對象，食物鏈或食物網(wǎng)作為能量流動的渠道，過于復(fù)雜而影響結(jié)果。3.將一個營養(yǎng)級的所有種群為整體來研究如圖：（研究營養(yǎng)級水平能量流動的基本思路）一、能量流動的過程1、概念：生態(tài)系統(tǒng)中能量的

、

、

和

的過程。輸入傳遞轉(zhuǎn)化散失地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需的能量都來自______。太陽（1）輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量：太陽每天輸送到地球的能量大約只有1%以可見光的形式被生態(tài)系統(tǒng)的________通過__________轉(zhuǎn)化成_______，固定在它們所制造的______中。這樣，太陽就_____到了生態(tài)系統(tǒng)的________。有機(jī)物第一營養(yǎng)級生產(chǎn)者固定的太陽能總量生產(chǎn)者光合作用化學(xué)能輸入**若為人工生態(tài)系統(tǒng)，流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量除生產(chǎn)者固定的太陽能總量，還有人為補(bǔ)充的能量（例如飼料中有機(jī)物中的能量）2、過程：生態(tài)系統(tǒng)能量流動在營養(yǎng)級層次研究能量流經(jīng)生物個體的過程分解者呼吸作用生態(tài)系統(tǒng)能量流動在營養(yǎng)級層次研究生產(chǎn)者初級消費(fèi)者(綠色植物)次級消費(fèi)者(植食性動物)(肉食性動物)（2）生態(tài)系統(tǒng)能量的傳遞：生態(tài)系統(tǒng)中能量的傳遞是沿食物鏈和食物網(wǎng)渠道進(jìn)行的。①能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程1%呼吸作用以熱能形式散失用于自身生長、發(fā)育和繁殖殘枝敗葉被分解者利用被初級消費(fèi)者攝入草的能量從哪來，如何得來？儲存在體內(nèi)的能量有哪些去向？草進(jìn)行呼吸作用后能量轉(zhuǎn)化和用途是？光能全部被草吸收了嗎？光合作用糞便兔吃草后能將攝入的草全部同化嗎？同化流入呼吸作用分解者攝入生長發(fā)育和繁殖儲存起來同化量=攝入量糞便量－②能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程兔子糞便中的能量屬于哪個營養(yǎng)級的能量？糞便量是上一營養(yǎng)級的同化量的一部分呼吸作用遺體、排遺物被分解者利用生長發(fā)育和繁殖儲存起來兔同化了小草的能量后，這些能量有哪些去向？兔同化的能量②能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程被次級消費(fèi)者攝入能量在第三、四營養(yǎng)級的變化，與第二營養(yǎng)級的情況大致相同。屬于上一營養(yǎng)級的同化量中流向分解者的部分次級消費(fèi)者攝入用于生長發(fā)育繁殖初級消費(fèi)者同化初級消費(fèi)者攝入…散失呼吸作用遺體殘骸糞便分解者利用散失呼吸作用營養(yǎng)級之間能量流動過程圖解①呼吸作用散失用于生長、發(fā)育和繁殖②流入下一個營養(yǎng)級③被分解者利用（最高營養(yǎng)級無）①②③某一營養(yǎng)級的同化量④未被利用（活體、石油煤炭）糞便量攝入量－=①當(dāng)能量進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)時是由太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。②能量在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部之間是以有機(jī)物中的化學(xué)能流動的太陽能有機(jī)物中的化學(xué)能熱能ATP中化學(xué)能各營養(yǎng)級通過呼吸作用、分解者分解作用產(chǎn)生的熱能散失到無機(jī)環(huán)境中去，不會返回生物群落被循環(huán)利用。（3）生態(tài)系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化：源頭：

流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)總能量：途徑：形式：太陽能→有機(jī)物中的________→熱能形式：最終以

形式散失過程：輸入傳遞轉(zhuǎn)化散失概念：生態(tài)系統(tǒng)中能量的

、

、

和

的過程。輸入傳遞轉(zhuǎn)化散失太陽能食物鏈和食物網(wǎng)有機(jī)物中的化學(xué)能生產(chǎn)者固定的太陽能總量化學(xué)能熱能呼吸作用一、能量流動的過程1.中間的方塊表示什么？其大小意味著什么？2.中間的箭頭表示什么？其粗細(xì)意味著什么？3.指向分解者的箭頭分別代表著什么？初級消費(fèi)者糞便中的能量屬于哪個顏色箭頭的部分？動植物遺體、動物排遺物各營養(yǎng)級的同化量隨營養(yǎng)級的升高，儲存在生物體內(nèi)的能量越來越少。營養(yǎng)級之間的能量傳遞表示流入下一營養(yǎng)級的能量逐級遞減。

1941年美國耶魯大學(xué)生態(tài)學(xué)家林德曼發(fā)表了《一個老年湖泊內(nèi)的食物鏈動態(tài)》的研究報告。他對50萬平方米的賽達(dá)伯格湖作了野外調(diào)查和研究后用確切的數(shù)據(jù)說明，生物量從綠色植物向食草動物、食肉動物等按食物鏈的順序在不同營養(yǎng)級上轉(zhuǎn)移。討論1.用表格的形式將圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。例如，可以將每一營養(yǎng)級的能量“流入”和“流出”整理成一份清單（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量）完成《金版》P61探究二營養(yǎng)級流入能量流出能量出入比生產(chǎn)者

植食性動物肉食性動物二、能量流動的特點464.662.812.662.812.6討論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。營養(yǎng)級流入能量流出能量出入比生產(chǎn)者

植食性動物肉食性動物二、能量流動的特點能量傳遞效率＝=×100%某一營養(yǎng)級的同化量上一營養(yǎng)級的同化量能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率為10%～20%。464.662.812.662.812.613.5%20.1%討論3：流入某一營養(yǎng)級的能量，為什么不會百分之百地流到下一個營養(yǎng)級?二、能量流動的特點流入某一營養(yǎng)級的能量除了流入下一營養(yǎng)級的之外，還有以下去向：①一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作用散失；②一部分作為排出物、遺體或殘枝敗葉被分解者利用；③一部分未利用。

討論4：通過以上分析，你能總結(jié)出什么規(guī)律？(即能量流動的特點)1.單向流動：

在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能沿著____

__由___

營養(yǎng)級流向____營養(yǎng)級，不可_____，也不能_________；食物鏈低高逆轉(zhuǎn)循環(huán)流動（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。原因：2.逐級遞減：（能量傳遞效率為10%～20%）生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。能量在流動過程中逐級遞減。原因：（1）生物之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果，一般不可逆轉(zhuǎn)；

（2）各營養(yǎng)級呼吸作用散失的熱能無法再利用。《金版》P61點撥提升二、能量流動的特點

任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。如果一個生態(tài)系統(tǒng)在一段較長時期內(nèi)沒有能量（太陽能或化學(xué)能）輸入，這個生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。《金版》P636、8《報》P22、P34、10、P4BCCB

能量類型生物類型自身呼吸消耗的能量甲未被利用的能量流入下一營養(yǎng)級的能量輸入有機(jī)物的能量生產(chǎn)者1

2102562

933868-初級消費(fèi)者25288564

<m></m>

192次級消費(fèi)者6323B1968三級消費(fèi)者18

<m></m>

10-12

CAB例題2.下圖是某湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的定量分析圖解。圖中A.B.C代表三個營養(yǎng)級，數(shù)字均為實際測得的能量數(shù)，單位為106kJ。已知該生態(tài)系統(tǒng)受到的太陽輻射為1188872×106kJ，但其中1188761×106kJ的能量未被利用。請回答下面的問題。(1)請將流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量數(shù)填寫在圖中的方框內(nèi)，這部分能量是________所固定的太陽能。(2)能量從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)化效率為________%，從第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的轉(zhuǎn)化效率為________%。生產(chǎn)者11113.520111(3)次級消費(fèi)者通過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)由圖可知，下個營養(yǎng)級不能得到上個營養(yǎng)級的全部能量，原因有：①各營養(yǎng)級生物體內(nèi)的大量能量被___________________；②其次是上個營養(yǎng)級的部分能量________________________；③還有少數(shù)能量被________利用。60%細(xì)胞呼吸消耗未被下一營養(yǎng)級利用分解者3、在市場上，肉為什么一般比蔬菜貴？

蔬菜屬于生產(chǎn)者，而肉屬于消費(fèi)者，由于能量傳遞的效率只有10%~20%，也就是說要得到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貴。1、食物鏈為什么一般不超過5個營養(yǎng)級？2、“一山不容二虎”的原因？拓展：能量流動的特點實例分析：能量流經(jīng)各營養(yǎng)級是逐級遞減的，單向不循環(huán)的，傳遞效率為10％－20％。能量每流經(jīng)一級都要丟失一大部分，所以食物鏈越長，流量流失就越多,得到的能量越少。因此，食物鏈到第五營養(yǎng)級以后，可利用的能量已減少到不能維持其生存的程度了。

當(dāng)營養(yǎng)級級別達(dá)到四、五級時，都必須依靠多條食物鏈才能滿足生命對能量的需求。否則這些生物將無法獲得足以維持生命的能量而被淘汰，同時，隨營養(yǎng)級別的升高，能量的遞減必將造成生物的個體數(shù)量逐級減少。生產(chǎn)者464.6植食性動物62.8肉食性動物12.6請同學(xué)們將賽達(dá)伯格湖的能量流動數(shù)據(jù)，用相應(yīng)面積或體積的圖形表示，并按營養(yǎng)級由低到高排列。生產(chǎn)者464.6植食性動物62.8肉食性動物12.6三、生態(tài)金字塔包括能量金字塔、數(shù)量金字塔和生物量金字塔。能量金字塔特點：上窄下寬的金字塔形能量逐級遞減原因：生物量金字塔（每個營養(yǎng)級所容納的有機(jī)物的總干量）原因：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特點：上窄下寬的金字塔形

生物量金字塔在什么情況下，可能是上寬下窄倒置的金字塔形呢？

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)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(diào)查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。當(dāng)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。數(shù)量金字塔上窄下寬的正金字塔形營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第一營養(yǎng)級個體數(shù)量昆蟲樹營養(yǎng)級第二營養(yǎng)級第一營養(yǎng)級個體數(shù)量鼠草鼬第三營養(yǎng)級上寬下窄的倒金字塔形（各營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目）能量金字塔生物量金字塔數(shù)量金字塔形狀每一層含義象征意義生物鏈中各營養(yǎng)級生物所含能量的多少各營養(yǎng)級生物有機(jī)物總量的多少各營養(yǎng)級生物個體數(shù)目的多少能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特點。一般情況下，生物量(現(xiàn)存生物有機(jī)物總量)沿食物鏈流動逐級遞減。一般情況下，生物個體數(shù)目數(shù)量在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐漸減少。四、生態(tài)金字塔《報》P2探究三、P36、7思考討論2：人類位于食物鏈的頂端，從能量金字塔來看，人口數(shù)量日益增長，這會對地球上現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)造成什么影響？答案：人口數(shù)量日益增長，會要求低營養(yǎng)級有更多的能量流入人類所處的營養(yǎng)級，也就是說，人類所需要的食物會更多，將不得不種植或養(yǎng)殖更多的農(nóng)畜產(chǎn)品，會給地球上現(xiàn)有的自然生態(tài)系統(tǒng)帶來更大的壓力。四、能量流動的實踐意義甘蔗和大豆間種冬小麥夏玉米套作稻-萍-蛙立體農(nóng)業(yè)蔬菜大棚中多層育苗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(jìn)行合理配置，增大流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量。可提高陽光、土地利用率套種主要是在一種作物生長的后期，種上另一種作物，其共同生長的時間短?？梢匝娱L光合作用時間，提高作物對光能的利用率間作套種是運(yùn)用群落的空間結(jié)構(gòu)原理，以充分利用空間和資源為目的而發(fā)展起來的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，也可稱為立體農(nóng)業(yè)輪作輪作是指在同一塊田地上，按預(yù)定的種植計劃，輪換種植不同的作物?？梢允棺魑锍浞掷猛寥乐械牡V質(zhì)元素，還可以減少作物病蟲害的發(fā)生。輪作就是在同一塊田地上，按預(yù)定的種植計劃，輪換種植不同的作物。輪作也可以提高作物產(chǎn)量。每種作物都有一些專門為害的病蟲雜草，連作（在同一塊地上長期連年種植一種作物）可使這些病蟲草周而復(fù)始地惡性循環(huán)式地感染為害，如黃瓜的霜霉病、根腐病、跗線螨；番茄病毒病、晚疫病、辣椒的青枯病、立枯病等。而輪作能夠改變原有的食物鏈，防止病蟲害；抑制雜草生長，減輕草害。例如，利用前茬作物根系分泌的滅菌素，可以抑制后茬作物上病害的發(fā)生，如甜菜、胡蘿卜、洋蔥、大蒜等的根系分泌物可抑制馬鈴薯晚疫病發(fā)生，小麥根系的分泌物可以抑制茅草的生長。輪作還可以均衡利用土壤中的礦質(zhì)元素，防止土壤中營養(yǎng)物質(zhì)偏耗而造成土壤肥力的枯竭，把用地和養(yǎng)地結(jié)合起來。不同作物吸收土壤中的營養(yǎng)元素的種類、數(shù)量及比例各不相同，根系深淺與吸收水肥的能力也各不相同。長期種植一種作物，因其根系總是停留在同一水平上，該作物大量吸收某種特需營養(yǎng)元素后，就會造成土壤養(yǎng)分的偏耗，使土壤營養(yǎng)元素失去平衡。如禾谷類作物對氮、磷、硅吸收較多，對鈣吸收較少，而豆科作物對鈣、磷、氮吸收較多，對硅吸收較少。由于根瘤菌的固氮作用及根、葉殘留物較多，種豆科作物之后，土壤含氮量較高，土壤較疏松；在雨水充足或有灌溉系統(tǒng)的地區(qū)，大豆和其他作物輪作可以提高氮的利用率。葉菜類、十字花科蔬菜作物，其根系分泌有機(jī)酸，可使土壤中難溶性的磷得以溶解和吸收，具有富集土壤磷的功能。但多數(shù)作物對固定在土壤中的磷卻難以吸收。另外，連作由于耕作、施肥、灌溉等方式固定不變，會導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化，肥力降低，有毒物質(zhì)積累，有機(jī)質(zhì)分解緩慢，有益微生物的數(shù)量減少。而輪作可以改變農(nóng)田生態(tài)條件，改善土壤理化特性，增加生物多樣性。飼料稻谷人類秸桿糞一級利用牛太陽能二級利用焚燒水稻食用菌二級利用菌渣豬、羊三級利用沼氣池糞三級利用②研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學(xué)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。/實現(xiàn)對能量的多級利用，提高能量的利用率。四、能量流動的實踐意義例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣田肥。③研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理的調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向人類最有益的部分。牲畜過少，不能充分利用牧草所提供的能量；牲畜過多，就會造成草場的退化，使畜產(chǎn)品的產(chǎn)量下降。四、能量流動的實踐意義《報》P21、5、7例如：農(nóng)田除雜草；防治害蟲；殺滅田鼠從物質(zhì)循環(huán)的角度，人工除草能加快物質(zhì)循環(huán)利用，草稈為茶樹提供無機(jī)鹽、CO2；從能量流動的角度，人工除草能調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量更多流向茶樹。技巧方法

能量傳遞效率的相關(guān)計算

1.能量傳遞效率的計算公式

注：①食物鏈越短，最高營養(yǎng)級獲得的能量越多；②生物間的取食關(guān)系越簡單，生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程中損耗的能量越少。

3.能量傳遞效率有關(guān)的“定值”計算

（2）若在食物網(wǎng)中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級多種生物獲得能量，且各途徑獲得的能量比例確定，則按照各單獨(dú)的食物鏈進(jìn)行計算后合并。

【例】下圖是一個食物網(wǎng)，假如鷹的食物有2/5來自兔，2/5來自鼠，1/5來自蛇，那么鷹若要增加20g體重，至少需要消耗植物（）

A.900gB.500gC.200gD.600g【答案】A能量流動的特點

B

7.[2021·泰州模擬]某同學(xué)在分析羊食草的過程后繪制了如下能量流動模型。下列相關(guān)敘述正確的是(

)。DA.有機(jī)肥中化學(xué)能的主要流向是被草吸收、同化、利用B.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)能量的唯一來源是過程①固定的光能C.羊所排糞便中的能量應(yīng)該屬于羊同化的能量D.③中的能量應(yīng)該來自羊“生長、發(fā)育、繁殖”的能量[解析]

植物不能利用有機(jī)肥中的能量，只有分解者將有機(jī)物分解后，植物利用其中的礦質(zhì)元素，有機(jī)肥中的能量主要流向土壤微生物（分解者），A錯誤；據(jù)圖可知，流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)能量有過程①固定的光能，此外還有有機(jī)肥中的化學(xué)能，B錯誤；羊所排糞便中的能量應(yīng)屬于上一營養(yǎng)級即草所同化的能量，C錯誤；③為羊遺體、殘骸流向分解者的部分，其中的能量應(yīng)該來自羊“生長、發(fā)育、繁殖”的能量，D正確。二、拓展應(yīng)用1.下圖是兩個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的模式圖。圖a中農(nóng)作物為人類提供的食物、為家禽和家畜提供的飼料，都與圖b相同。(1)分析這兩幅圖，完成這兩個生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解。(2)哪個生態(tài)系統(tǒng)的能量能夠更多地被人類所利用？為什么？答案：圖b所示生態(tài)系統(tǒng)中流向分解者的能量，還有一部分可以以生活能源或食物中化學(xué)能的形式被人類再度利用，因此，該生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)了能量的多級、充分利用，提高了能量的利用率。2.將一塊方糖放入水中，方糖很快就會溶解，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的硅化物制造口己絢麗精致的外殼，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？通過以上事例，你對能量在生態(tài)系統(tǒng)中的作用是否有了進(jìn)一步的認(rèn)識？答案：不能。在一個封閉的系統(tǒng)中,物質(zhì)總是由有序朝著無序(熵增加)的方向發(fā)展。硅藻能利用獲取的營養(yǎng)通過細(xì)胞呼吸釋放能量,依靠能量完成物質(zhì)由無序向有序的轉(zhuǎn)化,維持其生命活動。能量的輸人對于生態(tài)系統(tǒng)有序性的維持來說是不可缺少的。(2021年廣東一模)12.“桑基魚塘”被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)定為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，它的“塘基種桑、桑葉喂蠶、蠶沙(蠶的糞便)養(yǎng)魚、魚糞肥塘、塘泥壅?！鄙a(chǎn)方式成為生態(tài)農(nóng)業(yè)的典范。相關(guān)敘述正確的是（

）A.該群落的物種組成是區(qū)別于其他農(nóng)田群落的重要特征B.蠶沙中的能量屬于蠶同化的能量C.“?；~塘”在本生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)功能D.塘泥中豐富的有機(jī)物(肥)可被桑樹直接吸收利用【答案】A【詳解】“?；~塘”是一種特殊的群落，因此和其它農(nóng)田群落有區(qū)別，A正確；蠶沙中