生态系统的能量流动

生态系统的能量流动
一、能量流动的过程
1． 概念理解
输入—⎩
⎪⎨⎪
⎧
源头：太阳能流经生态系统的总能量：生产者固定的太阳能总量
⇓
传递—⎩
⎪⎨⎪⎧
途径：食物链和食物网
形式：有机物中的化学能
⇓ 转化—太阳能→有机物中的化学能→热能
⇓
散失—⎩
⎪⎨⎪⎧
形式：最终以热能形式散失
过程：自身呼吸作用
2、能量流动过程图解
(1)能量的来源：太阳能。

(2)起点：从生产者固定太阳能开始。

(3)流经生态系统的总能量：生产者通过光合作用所固定的全部太阳能。

(4)渠道：食物链和食物网。

(5)能量转化：太阳能→有机物中的化学能→热能(最终散失)。

(6)流动形式：有机物中的化学能。

(7)散失途径：呼吸作用，包括各个营养级自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。

(8)能量散失的形式：以热能形式散失。

3． 观察下图能量在营养级之间流动过程图解，回答相关问题。

(1)相关分析：
①摄入量＝同化量＋粪便量。

②同化量＝摄入量－粪便量＝呼吸消耗量＋净同化量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级＋被分解者利用。

③净同化量＝同化量－呼吸消耗量＝流入下一营养级＋被分解者利用。

特别注意：同化量为每一营养级通过摄食并转化成自身有机物的能量，摄入量是消费者摄入的能量，同化量＝摄入量－粪便量。

消费者产生的粪便中的能量，不属于该营养级同化的能量，它实际上与上一营养级的遗体、残骸一样，属于未被利用的那部分能量。

(2)流入某一营养级能量的来源和去路 ①能量来源⎩⎪⎨⎪
⎧
a.生产者的能量主要来自太阳能
b.消费者的能量来自于上一营养级
同化的能量
②能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析： A 、定量不定时(能量的最终去路)⎩⎪⎨⎪
⎧
a.自身呼吸消耗
b.流入下一营养级
c.被分解者分解利用
B 、定量定时：流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内的去路可有四条：a.自身呼吸消耗；b.流入下一营养级；c.被分解者分解利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”。

如果是以年为单位研究，这部分的能量将保留到下一年。

(3)能量流动特点的原因分析 ①单向流动：
A 、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长期自然选择的结果，是不可逆转的。

B 、各营养级通过呼吸作用所产生的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动无法循环。

②逐级递减：
A 、各营养级生物都会因呼吸作用消耗大部分能量。

B 、各营养级的能量都会有一部分流入分解者，包括未被下一营养级生物利用的部分。

(4)能量传递效率的计算公式
相邻两个营养级的传递效率＝下一营养级同化量
上一营养级同化量
×100%。

特别注意：能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。

其计算公式为能量传递效率＝(下一营养级同化量/上一营养级同化量)×100%。

能量利用效率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入最高营养级的能量占生产者能量的比值，或考虑分解者的参与，以实现能量的多级利用。

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，因此食物链越短，能量利用效率越高；同时，生态系统中生物种类越多，营养结构越复杂，抵抗力稳定性越强，能量利用效率越高。

能量流动的过程中总是有能量的成千上万只昆虫生活在一株大
树上时，该数量金字塔的塔形
也会发生变化
浮游植物的个体小，寿命短，
又不断被浮游动物吃掉，所以某一时间浮游植物的生物量(用质量来表示)可能低于浮游动物
的生物量
在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物在营养级上的差别，能量传递效率为10%～20%，解题时注意题目中是否有“最多”“最少”“至少”等特殊的字眼，从而确定使用10%或20%来解题。

1．能量传递效率的相关“最值”计算
(1)食物链越短，最高营养级获得的能量越多。

(2)生物间的取食关系越简单，生态系统的能量流动过程中消耗的能量越少。

具体计算方法如下：
________kg。

Array解析：能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。

求最少消耗水藻时，选最短的食物链，如水藻→小鱼→人，传递效率按20%计算，设最少消耗水藻为x，则x×20%×20%＝1 kg，x＝25 kg；求最多消耗水藻时，选最长的食物链，如水藻→水蚤→虾→小鱼→大鱼→人，传递效率按10%计算，设最多消耗水藻为y，则y×10%×10%×10%×10%×10%＝1 kg，y＝100 000 kg。

答案：25100 000
2．能量传递效率的有关“定值”计算
(1)已确定营养级间能量传递效率的，不能按“最值”法计算，而需按具体数值计数。

例如，在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D获得的能量为M×a%×b%×c%。

(2)如果是在食物网中，某一营养级同时从上一营养级多种生物获得能量，且各途径所获得的生物量比例确定，则按照各单独的食物链进行计算后合并。

[演练2]如图所示的食物网中，戊的食物有1/2来自于乙，1/4来自于丙，1/4来自于丁，且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%。

若戊体重增加20 g，需要消耗植物() A．1 125 g B．1 600 g
C．2 000 g D．6 500 g
解析：甲为生产者，戊共有以下食物链：①甲→乙→戊，戊增加20 g×1/2＝10 g，需要乙10×5＝50 g，需
要甲50×10＝500 g；②甲→丙→戊，戊增加20 g×1/4＝5 g，需要丙5×5＝25 g，需要甲25×10＝250 g；③甲→
丙→丁→戊，戊增加20 g×1/4＝5 g，需要丁5×5＝25 g，需要丙25×5＝125 g，需要甲125×10＝1 250 g，故共
需要甲500 g＋250 g＋1 250 g＝2 000 g。

答案：C
3．用拼图法进行能量流动计算
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(B1＋C1＋D1)。

而后一部分能量中，包括现存的植物体B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1，如下图所示：
(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，在一个生态系统中，所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于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
W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%。

[演练3]某同学绘制了下图所示的能量流动图解(其中W
1
为生产者固定的太阳能)，下列叙述不．正确的是()
A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)
B．由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/W1
C．流入初级消费者体内的能量可表示为(A2＋B2＋C2)
D．图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减
解析：生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋D1)，A1表示呼吸作用消耗，B1表示未被利用，C1表示流向分解者，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2，是流入下一营养级的能量；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/(A1＋B1＋C1＋D1)＝D1/W1；流入初级消费者的能量为D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，单向流动表示沿着食物链向高营养级传递，而不能倒过来传递；逐级递减表示前一营养级生物所包含的能量只有10%～20%能够传给下一营养级生物。

答案：C
三、食物链(网)的构建
1．依据捕食关系曲线构建食物链(网)
根据先上升先下降者为被捕食者，后上升后下降者为捕食者，可以确定下图中食物链为：乙→丙→甲。

2．依据所同化能量的多少构建食物链(网)
生态系统中能量流动逐级递减，且相邻营养级之间的传递效率约为10%～20%。

能量值大者为被捕食者，少者为捕食者。

若相邻两能量值相差不大，不足以构成10%～20%的比例，则两者应为同一营养级。

可以确定下图1
食物链为：；图2食物网为甲乙丙丁；下表中的食物链为B→D→A→C。

营养级 A B C D
3.
生态系统中存在生物富集现象，即营养级越高，体内相关农药的浓度越高，两者在数值上呈正相关。

可以确定
下表中中食物网为。

生物体 A B C D E
[演练4]
下图①～④是根据该表数据做出的一些分析，其中与表中数据不相符合的是()
A．①③B．②③
C．②④D．①④
解析：由表中数据可推知，戊为第一营养级，乙、丙为第二营养级，甲为第三营养级，丁为第四营养级。

图③中表示的两种生物间为捕食关系，而乙和丙的关系为竞争关系，所以图③与表中数据不相符合。

乙和丙之间的能量数值不符合两个营养级之间能量传递效率的特点，所以乙和丙不是两个营养级，图①与表中数据也不相符合。

答案：A。