3.2生态系统的能量流动（2019人教版）

第2节生态系统的能量流动课程内容掌握要求能量流动的概念与过程能量流动的特点生态金字塔研究能量流动的实践意义掌握能量流动的概念和流动过程，了解能量流动的来源与去路具备各类能量流动图像的识别和分析能力了解能量流动的特点和能量的传递效率计算方法具备分析食物链中能量传递的计算能力掌握生态金字塔各个类型的定义和形状了解研究能量流动的实践意义一．能量流动的概念与过程1.能量流动的概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。2.能量流动的过程（1）输入地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。太阳每天输送到地球的能量大约有1×1019kJ。这些能量绝大部分都被地球表面的大气层所吸收、散射和反射掉了，大约只有1%以可见光的形式，被生态系统的生产者通过光合作用转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中。这样，太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。注意：生态系统的能量总输入在自然生态系统中，为生产者固定的太阳能总量；在人工生态系统中，为生产者固定的太阳能总量和人工输入的物质中（例如饵料、生活污水等）含有的化学能。（2）传递、转化和散失=1\*GB3①第一营养级的能量流动过程=2\*GB3②第二（三、四）营养级的能量流动过程二．能量流动的图像分析1.能量图像基础（1）能量类型=1\*GB3①摄入量：消费者通过吃的行为摄入的能量（生产者不存在摄入量）。=2\*GB3②同化量：某一营养级从外环境中得到的全部化学能。=3\*GB3③未利用的能量：当下处于生产者或消费者体内无法确定最终去向的能量。（2）能量流动的公式=1\*GB3①摄入量=同化量+粪便量=2\*GB3②同化量=呼吸作用以热能的形式散失+用于生长、发育和繁殖等生命活动=3\*GB3③用于生长、发育和繁殖等生命活动=以残枝败叶、遗体残骸的形式被分解者分解利用+流入下一营养级（+未利用的能量）注意：食物链为A→B的情况下，B的粪便量不属于B的同化量，但属于A的同化量中流向分解者的部分。3.常见图像（1）能量流动的示意图典型考法——【例】（多选题）图为某一湖泊能量流动示意图，其中A～L表示能量值（单位相同）、甲～丙表示不同营养级。下列相关表述正确的是（）A．能量A仅指可见光中的一小部分B．能量E、F、G、H指各营养级呼吸作用散失的热能C．能量J是分解者分解乙的遗体残骸和粪便释放的能量D．若某种生物是杂食性生物，它可能同时占据乙、丙两个营养级【答案】ABD【解析】A、生产者只能吸收可见光，所以能量A仅指可见光中的一小部分，A正确；B、据图分析可知，能量E、F、G、H指各营养级呼吸作用散失的热能，B正确；C、能量J是分解者分解乙的遗体残骸和丙粪便释放的能量，C错误；D、若某种生物是杂食性生物，它可能捕食甲和乙两个营养级的生物，则该生物可能同时占据乙、丙两个营养级，D正确。（2）单一营养级能量流动的图像（以消费者为例，通常题目不出生产者）典型考法——【例】（多选题）如图为某生态系统中能量流动部分示意图（字母表示能量的多少），下列叙述不正确的是（

）A．图中b=h+c+d+e+f+iB．c表示的是第一营养级的同化量C．“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便中的能量包含在e中D．缩短食物链可以提高能量传递效率【答案】ABD【解析】A、初级消费者的摄入量b=c+h=h+d+f，A错误；B、c表示的是初级消费者的同化量，即第二营养级的同化量，B错误；C、狼粪便中的能量来自e，属于兔子的同化量（c），C正确；D、缩短食物链能提高能量利用率，但不能提高能量传递效率，D错误。（3）多营养级能量流动的图像=1\*GB3①基础版图像（通常题目中不出现摄入量和粪便量）W1：生产者固定的太阳能总量，也是生产者的同化量。A1：生产者呼吸作用以热能的形式散失的；A2：初级消费者呼吸作用以热能的形式散失的。B1：生产者未利用的能量；B2：初级消费者未利用的能量。C1：生产者流向分解者的能量；C2：初级消费者流向分解者的能量。D1：生产者流向下一营养级的能量，也是初级消费者的同化量；D2：初级消费者流向下一营养级的能量，也是次级消费者的同化量。典型考法——【例】某同学绘制了如图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是（

）A．生产者固定的总能量可表示为W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2B．A1和C1分别表示初级消费者呼吸作用以热能的形式散失的能量和被分解者利用的能量C．初级消费者摄入的能量等于A2＋B2＋C2D．B2代表用于初级消费者生长、发育和繁殖等生命活动的总能量【答案】A【解析】A、生产者固定的总能量可表示为W1＝A1＋B1＋C1＋D1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正确；B、A1和C1分别表示生产者呼吸作用以热能的形式散失的能量和被分解者利用的能量，B错误；C、初级消费者同化的能量为D1＝A2＋B2＋C2＋D2，C错误；D、B2表示未被利用的能量，初级消费者用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的总能量可用B2＋C2＋D2表示，D错误。=2\*GB3②提升版图像典型考法——【例】如图是赛达伯格湖的能量流动图解[单位：kJ/（m2·a）]。据图分析，第二营养级用于生长发育繁殖的能量为（）kJ/（m2·a）。【答案】44【解析】第二营养级用于生长发育繁殖的能量为62.818.8=44kJ/（m2·a）。三．能量流动的特点1.生态系统中能量流动是单向的。在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级、不可逆转、也不能循环流动。——单向流动2.能量在流动过程中逐级递减。输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个营养级（损耗的能量包括呼吸作用和分解者的分解作用），能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。——逐级递减3.能量的传递效率=1\*GB3①一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有10%~20%的能量能够流到下一个营养级，也就是说，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%。=2\*GB3②能量的传递效率的计算公式典型考法——【例】如图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量值，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118872.0百万千焦，但其中118761.0百万千焦的能量未利用。能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为（）%。【答案】13.5【解析】流经生态系统的总能量是指生态系统中生产者固定的太阳能，该部分能量有以下四个去向：大部分被呼吸作用消耗，一部分未被利用，一部分流向分解者，一部分流向下一个营养级。因此生产者所固定的全部太阳能的总量为3.0+15.0+41.5+51.5=111.0百万千焦。A为生产者，是第一营养级，B为初级消费者，是第二营养级，因此从A到B能量的传递效率为第二营养级所同化的能量/第一营养级的同化量×100%，即15/111×100%=13.5%。=3\*GB3③能量的传递效率和能量的利用效率的区别能量的传递效率强调的是两个相邻的营养级之间的传递效率，通常情况下是不可改变的（特殊情况：通过提高捕食者的消化能力可以提高能量的传递效率）。能量的利用效率强调的是在人为干涉的生态系统中，通过对废物的二次利用，将本来会被浪费的能量重新供应到人类需要的地方，通常情况下人为建立的生态工程可以提高能量的利用效率。4.营养级级数有限的原因在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中的能量流动一般不超过5个营养级。5.任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。如果一个生态系统较长时间内没有能量（太阳能或化学能）输入，这个生态系统就会崩溃。四．能量流动的计算1.基础计算根据给定的能量传递效率，计算每一营养级的能量多少。食物链：A→B，能量传递效率为X%（10<X<20）已知A，求B：B=A×X%（X=10，即÷10，X=20，即÷5）已知B，求A ：A=B÷X%（X=10，即×10，X=20，即×5）2.最值计算（1）根据已知和求的目标推测能量损耗情况多或者少食物链：A→B已知A，求B：B最大，能量损耗小；B最小，能量损耗大已知B，求A ：A最大，能量损耗大；A最小，能量损耗小（2）根据能量损耗情况考虑发生最值的情况下需要的选择能量损耗多：能量传递效率取最小值10%；食物链选择最长的食物链能量损耗少：能量传递效率取最大值20%；食物链选择最短的食物链3.计算典型例子典型例子1：已知C含有1kJ的能量，求A最少需要多少的能量？由于已知C求A最少，为能量损耗最少的情况，选择能量传递效率为20%，食物链最短的即A→C。C为1kJ，A为1×5=5kJ。典型例子2：已知C含有1kJ的能量，其中有1/2来自于B，有1/2来自于A，能量传递效率为10%，求A有多少的能量？按照倒序的方向，从C向A的方向推理，最终计算出需要A50+5=55kJ。典型例子3：已知C有A和B两种食物来源，原来其中有1/2来自于B，有1/2来自于A，现在其中有1/3来自于B，有2/3来自于A，能量传递效率为10%，求现在每养活1kJ的C比原来节省了多少kJ的A？按照原来的食物比例和现在的食物比例分别进行推理。原来的食物比例：每养活1kJ的C，需要A50+5=55kJ。现在的食物比例：每养活1kJ的C，需要A100/3+20/3=40kJ。所以现在每养活1kJ的C比原来节省5540=15kJ的A。典型考法——【例】如图中蛇的食物有3/5来自鼠，2/5来自蛙。从理论上讲，蛇每增加1kJ能量，至少需消耗植物（）。A．15kJ B．65kJ C．350kJ D．460kJ【答案】B【解析】要计算植物消耗的最少量，能量传递效率应按照20%来计算，蛇从两条食物链获得能量即植物→鼠→蛇（3/5）、植物→昆虫→蛙→蛇（2/5），则所需要消耗的植物量为3/5÷20%÷20%+2/5÷20%÷20%÷20%=65kJ，B正确。【例】某生态系统存在如右图所示的食物关系，为了减少资源消耗，若将乙的食物比例由甲：丙=1：1调整为3：1，若能量传递效率按照10%计算，则该生态系统能承载乙的数量是原来的（

）倍。A．31/22 B．22/31 C．3 D．22/13【答案】D【解析】设当食物由甲∶丙为1∶1时，乙的能量为x，需要的甲为1/2x÷10%+1/2x÷10%÷10%=55x。设当食物由甲∶丙为3∶1时，乙的能量为y，需要的甲为3/4y÷10%+1/4y÷10%÷10%=32.5y。由于两种情况下，生产者的数量是一定的，所以55x=32.5y，则该生态系统能承载乙的数量是原来的22/13倍。五．生态金字塔1.能量金字塔（1）定义：将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形。（2）形状：能量金字塔直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系，由于能量在流动过程中总是逐级递减，因此能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。2.生物量金字塔（1）定义：表示各个营养级的生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系。（2）形状：生物量金字塔大多也是上窄下宽的金字塔形，一般来说，植物的总干重通常大于植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重。3.数量金字塔（1）定义：表示各个营养级的生物个体的数目比值关系。（2）形状：在一个草原生态系统中，吃草的鼠比草的数目少，吃鼠的鼬又比鼠的数目少，这时，数量金字塔是上窄下宽的金字塔形。但是，如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔就会呈现上宽下窄倒置的金字塔形。4.能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，统称为生态金字塔。典型考法——【例】（多选题）生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔等。某时刻调查了某地的几种生态金字塔，结果如图所示。下列相关叙述正确的是（）A．甲可表示该地的能量金字塔B．该地各营养级数量金字塔与乙类似C．丙可表示该地生物量金字塔D．生态金字塔中一般不包括分解者【答案】CD【解析】A、能量金字塔，一般为正金字塔型，上窄下宽，A错误；B、数量金字塔的情况与乙正好相反，是正金字塔形，B错误；C、生物量金字塔大多是上窄下宽，C正确；D、分解者不属于任何营养级，生态金字塔表示的各营养级生物量、能量、数量的关系，D正确。六．研究能量流动的实践意义1.帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。例如，农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、稻萍蛙等立体农业生产方式都充分地利用了空间和资源，获得了更大的收益。2.帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。例如，在农业生态系统中，如果把作物秸秆当燃料烧掉，人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料，可以生产沼气提供能源；沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用效率。3.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。例如，在一个草场上，如果放养的牲畜过少，就不能充分利用牧草所能提供的能量；如果放养的牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。只有根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持续高产。典型考法——【例】研究生态系统的能量流动可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。下列关于生态系统中能量流动的叙述，正确的是（

）A．不同类型的生态系统中，流入生态系统的总能量都是生产者固定的太阳能B．“稻—萍—蛙”立体养殖能充分利用群落的空间和资源，提高能量传递效率C．沼气发酵使植物同化的能量得到多级利用，沼渣施肥使能量重新流入生产者D．玉米田除虫调整了能量流动关系，使能量持续高效的流向对人类最有益的部分【答案】D【解析】A、不同类型的生态系统中，流入生态系统的总能量主要是生产者固定的太阳能，可能还有其他形式的能量输入，如人为投放饵料中的能量，A错误；B、“稻—萍—蛙”立体养殖模式充分利用了群落的空间和资源，但不能提高能量传递效率，B错误；C、沼气发酵使植物同化的能量得到多级利用，生产者的能量主要来源于光能，不能来源于沼渣，C错误；D、玉米田除虫调整了能量流动关系，使更多的能量留存在玉米体内，玉米生长旺盛，因此，一定程度上提高了生产者同化能量的比例，D正确。1．（多选题）我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是（

）A．鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量B．该生态系统中细菌产生的能量不能流向生产者C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节D．蝉、螳螂、黄雀、鹰和植物构成一个生态系统【答案】BC【解析】A、“螳螂捕蝉，黄雀在后”对应的食物链是植物→蝉→螳螂→黄雀，若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中，则鹰的迁入会导致黄雀减少，黄雀减少增加了螳螂的数量，因此该树林中蝉的数量减少，A错误；B、该生态系统中细菌属于分解者，其产生的能量不可流向生产者，B正确；C、鹰的迁入延长了食物链，增加了该生态系统能量消耗的环节，C正确；D、生态系统是指一定区域内，所有生物和无机环境的总称，蝉、螳螂、黄雀、鹰和植物不能构成一个生态系统，D错误。2．研究人员对某地生态系统的能量流动进行了研究，结果如图，图中字母代表能量值。下列有关叙述错误的是（

）A．图中h表示兔子同化量中流入分解者的一部分B．图中d表示兔子用于生长、发育和繁殖的能量C．图解表明能量流动的特点是单向流动D．能量流动指能量的输入、传递、转化和散失的过程【答案】A【解析】A、h表示兔子摄入的能量中流入分解者的一部分，属于植物固定的能量的一部分，A错误；B、图中c表示兔子的同化量，f表示兔子呼吸作用散失的能量，d表示兔子用于生长、发育和繁殖的能量，B正确；C、根据图中箭头可表明能量流动的特点是单向流动，C正确；D、能量流动指能量的输入、传递、转化和散失的过程，具有单向流动，逐级递减的特点，D正确。3．在“草→兔→鹰”的食物链中，能量流经兔所处营养级的过程如图所示[数字和字母均表示能量值，单位为：J/(cm2•a)]。已知草所处营养级的同化量为500J/(cm2•a)。下列叙述错误的是（

）A．与圈养兔相比，散养兔的D/B比值较低 B．“C”用于兔生长、发育和繁殖的能量C．草与兔所处营养级之间的能量传递效率为16% D．兔子的粪便中含有草的部分同化量【答案】A【解析】A、与圈养兔相比，散养兔的D/B比值较高，因为散养兔的活动量包括躲避天敌过程中的活动量均上升，因而呼吸散失的热量更多，A错误；B、图中B表示同化量，同化量包括呼吸消耗和用于自身生长、发育和繁殖的能量，即“C”为用于兔生长、发育和繁殖的能量，B正确；C、草所处营养级的同化量为500，兔所处营养级的同化量为30+50=80，则草与兔所处营养级之间的能量传递效率为80÷500=16%，C正确；D、兔子吃草，即摄入草的能量，但摄入的能量并没有全部都流入兔子体内，粪便中的能量没有流入其体内，不属于兔同化量，但是草同化量的一部分，D正确。4．（多选题）某小组通过调查森林中的动植物绘制出的食物网如图所示。刚开始，狐狸食物的1/2来自灰喜鹊，其余1/2来自松鼠。后来变为1/3来自灰喜鹊，其余2/3来自松鼠。下列相关叙述正确的是（）A．调整前狐狸要获得1kJ能量，至少需要消耗树木75kJ的能量B．调整后狐狸要获得1kJ能量，至少需要消耗树木175/3kJ的能量C．调整食物来源后，更有利于狐狸的生存D．调整能量流动关系可以提高能量传递效率【答案】ABC【解析】ABC、能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%~20%，各营养级间能量传递效率为20%时，消耗的生产者少。狐狸食物的1/2来自灰喜鹊，1/2来自松鼠时，消耗的树木为：1/2÷20%÷20%÷20%+1/2÷20%÷20%=75kJ；调整后消耗树木的能量为：1/3÷20%÷20%÷20%+2/3÷20%÷20%=175/3kJ，调整后狐狸要获得1kJ能量消耗的树木少于调整前，调整食物来源后，更有利于狐狸生存，ABC正确；D、营养级间能量传递效率不会因食物来源调整而发生变化，D错误。5．表是某生态系统中A~F各个种群能量数值（单位：102kJ/m2·a），且每个种群只处于一个营养级，已知F为分解者，下列叙述正确的是（

）ABCDEF用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量数值66.22.1408.50.81.921.1呼吸作用消耗的能量数值74.69.7554.31.69.5211.0A．生产者同化的能量为1.1392×105kJ/m2·aB．B与E的种间关系为捕食关系C．D属于三级消费者，位于第四营养级D．第一营养级到第二营养级能量的传递效率约为10%【答案】C【解析】A、能量是逐级递减的，营养级越高，能量越少，同化的能量=用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量数值+呼吸消耗的能量数值，故C为生产者，生产者同化的能量为（408.5＋554.3）102kJ/m2·a即9.628×104kJ/m2·a，A错误；B、同化的能量=用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量数值+呼吸消耗的能量数值，所以A同化的能量=66.2+74.6=140.8，B同化的能量=11.8，C同化的能量=962.8，D同化的能量=2.4，E同化的能量=11.4，所以食物链是C→A→B→D和C→A→E→D，即B与E的种间关系为竞争关系，B错误；C、结合B选项的分析，D属于三级消费者，位于第四营养级，C正确；D、C为第一营养级，A为第二营养级，第一营养级到第二营养级能量的传递效率约为140.8÷962.8×100％约为14.6%，D错误。6．如图为某生态系统的能量流动过程图解，N1、N2、N3表示同化能量值。下列叙述正确的是（）A．流经该生态系统的总能量为N1B．图中A表示“未利用”，指未被生物自身呼吸作用消耗的能量C．人为输入的条件下，生产者到消费者的能量传递效率约为×100%D．将动物粪便作为肥料还田，植物可从中吸收有机物，提高能量传递效率【答案】C【解析】A、流经该生态系统的总能量为N1+N3，A错误；B、图中“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗、未被后一个营养级利用，也未被分解者利用的能量，B错误；C、人为输入的条件下，N1为生产者固定的太阳能，N2是流入从生产者流入到消费者的能量，生产者到消费者的能量传递效率约为N2/N1×100%，C正确；D、植物不能吸收有机物，土壤微生物可以利用这些有机物，将动物粪便作为肥料还田，实现了能量的多级利用，不能提高该系统的能量传递效率，D错误。7．下列对能量金字塔的叙述，错误的是（

）A．能量金字塔能直观反映生态系统各营养级之间能量的关系B．能量金字塔通常是上窄下宽的金字塔形C．能量金字塔的最高营养级位于金字塔的最底层D．能量金字塔的形状体现了能量流动逐级递减的特征【答案】C【解析】ABD、能量在营养级之间只能单向流动，且逐级递减，能量金字塔直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系，通常都是上窄下宽的金字塔形，体现了能量流动逐级递减的特征，ABD正确；C、最高营养级所固定的能量最少，在金字塔的最顶层，生产者是最低营养级，其固定的能量最多，在金字塔的最底层，C错误。8．下列叙述正确的是（

）