1、第第 2 2 节节 生态系统的能量流动生态系统的能量流动 能量流动的概念和过程 自主梳理 1.能量流动的概念 (1)概念 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。 (2)对概念的理解 2.能量流动的过程 (1)从宏观角度分析能量流动的过程 生产者中的能量主要来自绿色植物光合作用固定的太阳能，是流经该生态系统的总能量。 消费者中的能量来自上一个营养级。 分解者中的能量来自生产者和消费者。 某营养级同化的能量分为两个去向： 一部分通过呼吸作用以热能的形式散失， 一部分用于 生长、发育和繁殖等生命活动。 (2)从微观角度分析某一个营养级(非最高营养级)能量的去路 (1)生态系统的能量流动指能量
2、的输入和散失过程。() 提示 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)地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。() (3)初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。() (4)初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量，储存在有机物中。() 提示 摄入量减去粪便量才是同化量。 应用示例 (2021 山西太原市调研)下列关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是( ) A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程 B.生产者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一营养级 C.在生态系统中，能量沿着食物链和食物网流动 D.分解者所需的能量可来
3、自各营养级用于生长、发育和繁殖的能量 答案 B 解析 生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、 传递、 转化和散失的过程， A 正确； 生产者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一营养级和分解者，B 错误；在生 态系统中，能量沿着食物链和食物网流动，C 正确；各营养级生物同化的能量除去自身呼吸 作用散失的能量，为各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，这些能量一部分流向分解 者，一部分流向下一营养级，D 正确。 对点小练 在由“草鼠狐”组成的一条食物链中，鼠经同化作用所获得的能量，其去 向不包括( ) A.通过鼠呼吸作用释放的能量 B.通过鼠的粪便流入分解者体内 C.通过狐的粪便流
4、入分解者体内 D.流入狐体内并被同化的能量 答案 B 解析 鼠为第二营养级， 同化的能量一部分通过呼吸作用以热能的形式散失； 其余的用于生 长发育和繁殖等生命活动，其中一部分以遗体残骸的形式被分解者利用，一部分被狐摄入。 被狐摄入的能量中一部分以粪便的形式被分解者利用， 剩下的被狐所同化； 由于鼠的同化量 等于摄入的能量减去粪便中的能量，因此鼠的粪便中的能量属于草的同化量。 素养提升 1.某一个营养级的能量在一定时间内的去路 (1)自身呼吸作用消耗 (2)流入下一营养级 (3)被分解者分解利用 (4)“未利用”(指未被 自身呼吸作用消耗，也未被下一营养级和分解者利用)。 2.能量流动的 1 个
5、流程图和 3 个关系式 (1)摄入量同化量粪便中的能量。 (2)同化量用于生长、发育和繁殖的能量呼吸作用消耗的能量。 (3)用于生长、发育和繁殖的能量分解者分解利用量下一个营养级同化量同化量呼 吸作用消耗的能量。 应用示例 如图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化示意图，下列有关叙 述正确的是( ) A.B 表示物种甲同化的能量 B.E 表示物种甲呼吸散失的能量 C.C 表示物种甲流向分解者的能量 D.A 中的能量包括物种甲粪便中的能量 答案 B 解析 分析物种甲的能量去路可知，A 表示物种甲同化的能量，B 表示物种甲用于自身生长 发育、繁殖等生命活动所需的能量，C 中还包括物种甲粪
6、便中的能量，D 表示分解者通过呼 吸作用散失的能量，E 表示物种甲通过呼吸作用散失的能量。物种甲粪便中的能量属于甲上 一个营养级的同化量。 对点小练 (2021 河北石家庄调研)如图表示初级消费者能量流动的部分过程， 括号中的数值 表示能量，初级消费者呼吸散失的能量为 b，下列说法正确的是( ) A.应在 B 处加上标有呼吸作用的箭头 B.初级消费者同化的能量为 na C.次级消费者摄入的能量为 nab D.B 为初级消费者所同化的总能量 答案 B 解析 图中 A 表示初级消费者同化的能量，B 表示用于生长发育和繁殖等生命活动所需的 能量，应在 A 处加上标有呼吸作用的箭头，A 错误；初级消费
7、者同化的能量为 na，B 正 确； B 处能量为 nab， 其中部分能量被分解者分解利用， 还有部分能量流入下一营养级， 因此，被次级消费者摄入的能量小于(nab)，C、D 错误。 联想质疑 遇到这种情况，单从能量流动方向来讲，应该先吃鸡后吃玉米。 (1)流经整个自然生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，而不是照射到所有植物体上的 太阳能，因为有相当一部分的太阳能没有被生产者捕捉和固定。 (2)流经人工生态系统的总能量等于人工投放的饵料中的能量和生产者固定的太阳能两者的 总和。 (3)某些自养细菌(生产者)可以利用无机物氧化时所释放的能量来制造有机物， 即通过化能合 成作用固定能量。 (4)最
8、高营养级的消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。 第二营养级的同化量有哪些去路？ 提示 自身呼吸作用散失的热能； 随着遗体残骸被分解者分解释放的能量； 流入下一 营养级的能量。其中和的和，又称为用于第二营养级生长、发育和繁殖的能量。 粪便量与遗体残骸(或枯枝败叶)量的比较 不同点：某一营养级的粪便量，不属于该营养级的同化量，而是属于其上一营养级的同化 量；某一营养级的遗体残骸(枯枝败叶)量，属于该营养级的同化量； 相同点：粪便和遗体残骸(枯枝败叶)中的能量，最终都流向分解者。 能量流动的特点、研究意义及生态金字塔 自主梳理 1.能量流动的特点 2.生态金字塔 3.研究能量流动的实践意义 (1
9、)帮助人们将生物在时间、空间上合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。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。 但不能循环利用 （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，如将作物秸秆 用作饲料喂牲畜获得肉、蛋、奶等，实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。 但不能提高能量传递效率 (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，如合理确定草场载畜量。 (1)生态系统的能量流动是逐级递减的，原因是一个营养级同化的能量只有一部分流入下一
10、 个营养级。() (2)生态系统的能量流动是单向的，原因是一个营养级呼吸散失的能量不能被生产者再同化， 以及捕食关系是不可逆的。() (3)由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量 就会越少。() 提示 虽然较高营养级所能利用的能量较少， 但有时较高营养级的生物个体体积较小时， 较 高营养级的生物数量会较多，如一棵大树和昆虫。 (4)沼渣还田可以实现对能量的多级利用，从而提高生态系统的能量传递效率。() 提示 沼渣还田可以实现对能量的多级利用， 从而大大提高能量的利用率， 但是不能提高生 态系统的能量传递效率。 (5)生态金字塔都呈上窄下宽的金字塔形。()
11、提示 数量金字塔和生物量金字塔有时候会出现上宽下窄的倒置金字塔。 应用示例 (2019 全国卷，6)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食 物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统 (假设第一营养级是牧草， 第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木， 第二营 养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是( ) A.前者为金字塔形，后者为倒金字塔形 B.前者为倒金字塔形，后者为金字塔形 C.前者为金字塔形，后者为金字塔形 D.前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形 答案 A 解析 夏季草原生态系统中， 作为第一营养级的牧草的个体数量远大于作为第
12、二营养级的羊 的个体数量，该生态系统数量金字塔的形状最可能是金字塔形。而在森林生态系统中，作为 第一营养级的乔木的一个个体上生活着大量的作为第二营养级的昆虫个体， 该生态系统数量 金字塔的形状最可能为倒金字塔形。 对点小练 (2021 河南郑州联考)如图为某果园中能量流经某害虫种群的示意图图中数据的 单位为 kJ/(m2 a)。下列叙述错误的是( ) A.若要防治虫害，则应设法使该害虫种群的能量摄入量减少 B.据图可知，该害虫同化的能量大部分通过自身呼吸作用以热能的形式散失 C.从图中可以看出，生态系统的能量流动具有逐级递减的特点 D.由害虫流入分解者的能量包括图中粪便和遗体残骸等中的能量 答
13、案 D 解析 图示为流经某害虫种群的能量情况的调查统计， 害虫摄入的能量包括粪便量和同化量， 同化量的去向包括呼吸作用散失的能量、 流向下一营养级的能量和流向分解者的能量。 害虫 可能以果树的叶片或果实等为食， 若果园要防治虫害， 则需要设法减少害虫对叶片或果实等 的摄入，即减少害虫种群的摄入量，A 正确；害虫同化量呼吸作用散失的能量储存的能 量(用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量)，故害虫呼吸作用散失的能量是 1 9701 40268.01499.99kJ/(m2 a)，而储存的能量为 68.01 kJ/(m2 a)，说明害虫同化的能量大部 分通过自身呼吸作用以热能的形式散失，B 正确
14、；由于呼吸作用散失等，生态系统的能量流 动具有逐级递减的特点，C 正确；由害虫流入分解者的能量属于害虫同化量的一部分，而害 虫粪便中的能量为上一营养级同化量的一部分， 故图中粪便中的能量不属于由害虫流入分解 者的部分，D 错误。 素养提升 科学思维有关能量传递效率的计算 (1)计算出相关种群之间的能量传递效率：能量传递效率(e)下一营养级的同化量/上一营养 级的同化量100%； (2)判断各营养级之间的关系： 若 10%e20%， 则两个种群是相邻营养级； 若 e10%， 则两种群间至少隔了 1 个营养级；若 e20%，则两种群为同一营养级。 应用示例 (2021 河南名校联盟)某草原上长期生
15、活着兔、狐和狼等生物，形成了一个相对稳 定的生态系统，经测定，各种生物所含能量如表所示能量单位：kJ (km2 a) 1。则该生态系 统的食物链(网)可表示为( ) 生物种类 草 兔 狐 狼 所含能量 9.9109 1.5109 0.9108 0.7108 A.草兔狐狼 B.草兔狼狐 C. D. 答案 C 解析 由表中数据可知，草与兔之间的能量传递效率约为 15.2%，因此两者之间存在捕食关 系，即兔吃草；狐、狼与兔之间的能量相差一个数量级，它们与兔之间也存在捕食关系；狐 与狼的能量相差不大，并且两者的能量之和约是兔所含能量的 10.7%，可判定狼和狐都以兔 为食，且二者之间不存在捕食关系，C
16、 项符合题意。 对点小练 (2021 西安高新一中调研)甲、乙两个水池中各有由 5 个物种构成的食物网，如图 所示， 且这两个水池的生态系统在没有人为干扰的情况下均达到相对平衡状态。 请据图回答 下列问题： (1)每个水池生态系统中有_条食物链，流经该生态系统的总能量来自_所固 定的太阳能。 (2)假如鲫鱼的 1/4 食物来自绿藻，1/2 来自轮虫，且该系统能量从生产者到消费者的传递效 率为 10%， 从消费者到消费者的能量传递效率为 20%。 如果鲫鱼种群增加的能量为 200 kJ， 那么其中来自绿藻和轮虫的能量分别为_kJ 和_kJ。 答案 (1)5 绿藻和水草 (2)500 500 解析
17、 (1)由图可知，两个水池中都有 5 条食物链，分别是：绿藻鲫鱼，绿藻轮虫 鲫鱼，绿藻螺蛳鲫鱼，水草螺蛳鲫鱼，水草鲫鱼。该生态系统的总能量 来自生产者绿藻和水草所固定的太阳能。(2)鲫鱼种群增加的能量为 200 kJ，其中 1/4(50 kJ) 来自绿藻，1/2(100 kJ)来自轮虫，绿藻和轮虫到鲫鱼的传递效率分别为 10%、20%，则来自 绿藻和轮虫的能量分别是 50/10%500 kJ、100/20%500 kJ。 科学思维能量流动过程图解 应用示例 (2021 江西南昌二中期末)如图表示某草原生态系统中能量流动图解， 表示 相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是( ) A.是流入该生
18、态系统的总能量 B.图中/的比值代表草到兔的能量传递效率 C.分解者获得的能量最少 D.和分别属于草和兔同化量的一部分 答案 D 解析 是兔这一营养级摄入的能量，流入该生态系统的总能量是草固定的太阳能总量，A 错误；和均表示摄入量，所以/的比值不能代表第二营养级到第三营养级的能量传 递效率，B 错误；最后动植物尸体的能量全部流入分解者，分解者获得的能量不是最少，C 错误；是兔食草后未吸收的残渣中的能量，是兔子的遗体残骸，它们分别属于草和兔同 化量的一部分，D 正确。 对点小练 (2021 石嘴山市期末)某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中 W1为生产者 固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是
19、( ) A.生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1A2B2C2D2) B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(D1/W1)100% C.流入初级消费者的能量为(A2B2C2) D.图解表明能量流动特点是单向流动、逐级递减 答案 C 解析 生产者固定的总能量可表示为(A1B1C1D1)，A1呼吸作用消耗，B1未被利用， C1流向分解者，而 D1A2B2C2D2是流入下一营养级的能量，A 正确；由第一营养级 到第二营养级的能量传递效率为 D1/(A1B1C1D1)100%D1/W1100%，B 正确；流 入初级消费者的能量为 D1(A2B2C2D2)， C 错误； 图解表明能量流动的特点是
20、单向流 动、逐级递减，D 正确。 联想质疑 能量沿营养级流动，逐级递减 数量金字塔的特例：从个体数量上来讲，第二营养级(虫)第三营养级(鸟)第一营养级 (树)。 除掉菜园里的害虫，减少白菜中流向害虫的能量 为什么“一山不能容二虎” 提示 从能量流动的角度考虑，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， 老虎一般属于第四营养级或第五营养级。 因此处于食物链顶端的老虎的生存需要 消耗大量能量，由于生态系统的能量是有限的，所以处于食物链顶端的老虎的数量会很少。 能量的利用率能量传递效率 (1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中是逐级递减的，若以“营养级”为单位， 能量在相
21、邻两个营养级之间的传递效率为 10%20%。 (2)提高能量利用率的方法：调整生态系统中的能量流动关系，即调整流入人体中的能量 占生产者所固定的总能量的比值， 提高流向对人类有益部分的能量比例； 将原本流向分解 者的能量再次流向对人类有益的部分，以实现能量的多级利用。 左图中箭头指的是摄入量， 指的是粪便量， 所以兔的同化量等于； 若没有箭头， 则代表的是兔的同化量。 能量流动“拼图”的分析方法 (1)W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级未利用的能量； (2)各营养级用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量为 B1C1D1或 B2C2D2； (3)能量传递效率不会是 100%，从
22、左图可以看出，相邻两个营养级的传递效率等于 D1/W1100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为 10%20%； (4)利用“拼图法”可得关系式：W1A1B1C1D1A1B1C1A2B2C2D2，D1 A2B2C2D2。 思维导图 必背语句 1.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。 2.一个营养级的同化量包括自身呼吸散失、 流 向下一个营养级、被分解者利用和未被利用 的能量。 3.能量流动是沿食物链进行的， 食物链中各营 养级之间的捕食关系是经过长期自然选择而 形成的，所以能量流动是不可逆转的。 4.各营养级生物及分解者通过呼吸作用散失 的热能不
23、能被生物群落重复利用，因此能量 流动是不能循环的。 .一个营养级的能量不能 100%地传递给下一 个营养级，所以能量流动具有逐级递减的特 点，能量传递效率为 10%20%。 随堂检测 1.下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是( ) A.营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低 B.呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多 C.生产者的同化量越大，各级消费者的体型就越大 D.营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多 答案 B 解析 在流入生态系统能量一定的情况下， 相邻营养级之间的能量传递效率相对较高才能维 持高营养级生物的生存，A 错误；呼吸消耗量在同化量中占
24、比越少，意味着积累越多，生物 量增加就越多，B 正确；生产者的同化量越大，能养活的消费者越多，但与消费者的体型大 小无关，C 错误；由于能量传递过程中逐级递减，因此营养级所处的位置越高，该营养级所 具有的总能量就越少，D 错误。 2.(2021 华师一附中调研)在一个生态系统中，草食动物所同化的能量等于( ) A.生产者固定的太阳能的总量 B.生产者固定的太阳能的总量减去生产者的呼吸量 C.被草食动物吃了的植物所含的能量减去粪便等排遗物中的能量 D.用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量 答案 C 解析 生产者固定的太阳能的总量是流经生态系统的总能量， A 错误； 生产者固定的太阳
25、能 的总量减去生产者的呼吸散失的热量是植物用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量，B 错 误； 草食动物所同化的能量等于被草食动物摄食的植物所含的能量减去粪便等排遗物中的能 量，C 正确；用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量和呼吸消耗的能量之 和才是草食动物所同化的能量，D 错误。 3.如图是某一个湖的能量金字塔，下列相关描述不正确的是( ) A.甲、乙、丙、丁分别表示不同的营养级 B.甲、乙、丙、丁之间形成一条甲到丁的食物链 C.甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能量 D.甲、乙、丙、丁的大小变化体现了能量流动是逐级递减的特点 答案 B 解析 生态系统的能量金字塔是
26、将单位时间内各个营养级所得到的能量数值由低到高绘制 成的图，由于能量逐级递减，所以甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能 量 A、C、D 正确；甲、乙、丙、丁每一层都有多种生物，因此，此金字塔所示生物间含有 复杂的食物网，而不是简单的一条食物链，B 错误。 4.(2021 福建泉州五中质检)如图为生态系统中能量流动部分示意图，a、b、c、d、e 各代表 一定的能量值，下列各项中不正确的是( ) 第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为(cd/b)100% 图中d包含了次级消费 者粪便中的能量 在人工饲养的高密度鱼塘中生产者固定的能量肯定大于初级消费者固定的能量 在食 物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同 A. B. C. D. 答案 A 解析 第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为(c/b)100%，错误；次级消费者粪 便中的能量属于初级消费者固定的能量，因此不可能存在于 d 中，错误；在人工饲养的高 密度鱼塘这一特殊生态系统中， 由于不断地投入食物， 因此生产者固定的能量不一定大于初 级消费者固定的能量， 错误； 食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途是不完全相 同的，错误。