2019-2020高中生物第4章生态系统的稳态第2节生态系统稳态的维持第1课时生态系

第1课时生态系统中的能量流动

学习目标知识概览(教师用书独具)

1.概述能量流动的概念，描述能量在生态系

统中的流动过程。(重点)

2.分析总结能量流动的特点。(重难点)

3.阐明研究能量流动的意义。

[自主预习·探新知]

1．能量流动的概念和过程

(1)概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

(2)过程图解

(3)能量来源：太阳能。

(4)总能量：生产者固定的太阳能总量。

(5)渠道：食物链和食物网。

2．能量流动的特点及研究意义

(1)能量流动的特点

①单向流动：指生态系统的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再流向第三营养

级……能量流动不可逆转，也不能循环。

②逐级递减：指能量在沿食物链传递的过程中，每一个营养级的生物在代谢中都会消耗

很多的能量，结果流向下一个营养级的能量逐级减少。

③传递效率

ⅰ能量在相邻两个营养级之间的传递效率平均只有10%－20%。

ⅱ生态系统的能量流动规律可用“能量金字塔”表示。从能量金字塔可以看出，一个

生态系统的营养级越多，在能量流动过程中散失的热能就越多。

ⅲ生态系统的能量流动一般不超过4～5个营养级。

(2)研究意义：在农业生产中推广生态农业，研究生态系统能量流动的规律，是为了使

能量被多效利用，大大提高能量的利用率，还可以合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。

[基础自测]

1．判断对错

(1)能量通过光合作用和化能合成作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。

(2)流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量。(×）

提示：第二营养级是指初级消费者，因此流经第二营养级的总能量是指被第二营养级所

同化的能量，而不是被次级消费者摄入到体内的能量。

(3)能量在生态系统的食物链中是以热能的形式流动的。(×）

提示：是以有机物中化学能形式流动的。

(4)研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。

提示：由于在各营养级中都会有生物的细胞呼吸存在，通过细胞呼吸，部分能量会以热能的形式散失，因此研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，但是做不到全部流向人类。

[合作探究·攻重难]

能量流动的概念与过程[思考交流]

能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。结合下图完成以下探究。

1．某一营养级的生物是指生物个体还是指某个种群？

提示：某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表生物个体也不是某个种群。

2．生物的现存量与同化量的含义一样吗？二者有什么关系？

提示：不一样。生物的现存量＝同化量－呼吸量－被分解者分解的遗体残骸中所含能量。

3．初级消费者流向分解者的能量包含初级消费者粪便中的能量吗？

提示：不包含。初级消费者粪便中的能量不属于其同化量。

4．如何分析某个营养级的能量去向？输入到某个营养级的能量的去向都相似吗？

提示：某个营养级的能量去路一般有：①该营养级生物呼吸消耗。②流入到下一个营养级的生物中。③以动植物遗体、残枝落叶等形式被分解者分解利用。其中，输入顶级营养级的能量的去向只有2个，即：①该营养级生物呼吸消耗；②被分解者分解利用。

[归纳总结]

1．能量流动过程分析

起点生产者

源头

太阳能或氧化无机物产生的化学能

能量输入生理过程光合作用或化能合成作用

总能量生产者固定的能量

传递形式

光能或氧化无机物产生的化学能→有机物中的化

学能

能量的传递

传递渠道食物链和食物网

传递形式有机物中的化学能

能量的散失

生理过程生产者、消费者和分解者的呼吸作用

形式热能

2．能量流动过程图解

(1)模式图(以第二营养级为例)。

(2)分析模式图。

①动物同化的能量＝摄入量－粪便中有机物的能量，即第二营养级粪便中的能量不属于

第二营养级同化的能量，而是属于第一营养级同化的能量。

②每一营养级同化的能量分为两部分，一部分在自身的呼吸作用中以热能的形式散失

了，另一部分则用于自身的生长、发育和繁殖等生命活动。

③用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量主要包括未利用部分、流向分解者部分、流向下一营养级部分。

④未利用部分是指存在于某营养级活体中的能量，既未被自身呼吸消耗，也未传给下一营养级、未被分解者利用。

特别提醒：摄入量、同化量和粪便量的关系

[典例通关]

如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。下列说法中，正确的是( )

A．图中A＝D，B＝E，C＝F

B．K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量

C．食物链中能量最少的是分解者所处的营养级

D．第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D

【技巧点拨】(1)明确每个营养级的能量来源和去向；(2)明确能量传递效率的含义。

B[由图可知，A＝G＋D；B＝E＋H；C＝F＋I，A错误；狼的粪便中的能量未被狼吸收，

即不属于C中的能量，故兔流入分解者的能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量，B正确；分解者不属于食物链中的营养级，C错误；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A，D错误。]

[活学活用]

1．有关生态系统能量流动的叙述中，错误的是( )

【导学号：85732174】A．生态系统中所接收的全部太阳能是流经这个生态系统的总能量

B．生态系统中的能量是沿着食物链和食物网流动的

C．能量流动的特点是单向的、不循环的

D．能量流动是逐级递减的，传递效率大约是10%～20%

A[流经生态系统的总能量是生态系统中生产者所固定的全部太阳能，A错误；生态系统中能量流动的渠道是食物链和食物网，B正确；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，

C正确；相邻营养级之间能量传递效率大约是10%～20%，D正确。]

2．某草原生态系统一条食物链A→B→Ｃ中，各种群对能量的同化、利用、传递等的部

分数量关系如下表。已知该草原生态系统受到的太阳辐射为150 000百万千焦，但其中149 875百万千焦的能量未被生产者固定。下列有关计算错误的是(单位：百万千焦)( )

种群同化量净生产量(净

同化量)

呼吸消耗

传递给分

解者

传递给下

一营养级

未被利用

的能量

A 62.5 3 15 41.5

B 14 5 0.5 2 2.5

C 2 1.4 微量(不无

计)

A．流经该生态系统的总能量为125百万千焦

B．A净生产量为59.5百万千焦

C．B呼吸消耗的能量为9百万千焦

D．能量从B到C的传递效率为10.5%

D[生产者固定的能量＝150 000－149 875＝125(百万千焦)，A正确。净生产量＝同化量－呼吸量＝125－65.5＝59.5(百万千焦)，B正确。B呼吸消耗的能量＝14－5＝9(百万千焦)，C正确。能量从B到C的传递效率＝2÷14×100%≈14.3%，D错误。]

(1)种群C的净同化量是多少？

(2)能量从种群A到种群B的传递效率是多大？

(1)提示：C的净同化量＝2－1.4＝0.6(百万千焦)。

(2)提示：A到B的传递效率＝14÷125 ×100%＝11.2%。

能量流动的特点和意义[思考交流]

1．从能量流动角度分析，为什么猪肉的价格一般比蔬菜和粮食的价格更高一些？

提示：蔬菜和粮食属于生产者，是第一营养级，猪属于初级消费者，是第二营养级，而

能量传递效率只有10%～20%，所以要获得相同质量的猪肉，要消耗5～10倍的蔬菜和粮食。因此猪肉的价格一般比蔬菜和粮食高。

2．下图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状况也能维持生态系统的正常运

转？

提示：因为城市生态系统的能量基本是靠外部输入，所以其自身初级营养级能量很低，

而次级营养级因为人口众多的缘故能量很高，从而能量体现出倒金字塔。

3．有人说：“其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。”你认为对吗？

提示：不对。通过人工设计可以把本应该流向分解者的能量，重新被人类利用，从而提高了能量的利用效率，而没有改变能量的传递效率。

4．人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，粪便进入沼气池，生产燃料。此过

程提高能量的传递效率了吗？

提示：没有。以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量，实

现了对能量的多级利用，减少了环境污染。但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。

[归纳总结]

1．能量流动特点及原因分析

(1)单向流动的原因。

①食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果，如肉食性动物以植食性动物为食，而不能反过来。

②各营养级通过呼吸作用以热能形式散失的能量是无法再被利用的，因此，能量也不能循环流动，必须由太阳能不断予以补充。

(2)逐级递减的原因。

①各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量。

②各营养级的生物中总有一部分能量未被下一个营养级利用。

③还有少部分能量随着残枝败叶或遗体流入分解者。

2．生态金字塔的类型

不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

类型

项目

能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状

特点正金字塔形一般为正金字塔形，有

时会出现倒金字塔形，

如树上昆虫与树的数量

关系

正金字塔形

象征含义能量沿食物链流动过程

中具有逐级递减的特征

生物个体数目在食物链

中随营养级升高而逐级

递减

生物量(现存生物有机

物的总质量)沿食物链

流动逐级递减

每一阶含义

食物链中每一营养级生

物所含能量的多少每一营养级生物个体的

数目

每一营养级生物的总生

物量

特别提醒：能量在食物链上传递的特点是逐级递减，但是在整个无机环境中，能量的总和不会变，它只不过是从一种形式转化为另一种形式，即能量守恒。

[典例通关]

如图为生态系统中能量流动图解的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列说法中不正确的是( )

A．生物与生物之间的捕食关系不可逆转，所以能量流动具有单向性

B．⑤中包含了三级消费者粪便中的能量

C．第二营养级流向第三营养级的能量传递效率为③/②×100%

D．在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中，①表示流经该生态系统的总能量

【技巧点拨】(1)明确能量流动两个特点的含义；(2)明确自然生态系统与人工饲养鱼

塘能量来源的异同点。

D[食物链各营养级的顺序是不可逆转的，能量流动只能由第一营养级沿着食物链依次

向下进行，不能逆流；①②③④均表示相应营养级的同化量，三级消费者粪便中的能量来源

于次级消费者同化的能量，最终要被分解者分解，属于⑤中能量的一部分；在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中，流经生态系统的总能量除了生产者固定的能量外，还有人工饵料中的化学能，D错误。]

[活学活用]

下列四种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是( )

【导学号：85732175】A．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种

B．蓝藻易在富营养化水体中爆发

C．饲养牛、羊等动物，成本低、产量高

D．巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食

B[虎等大型肉食动物位于食物顶端，易因能量不足成为濒危物种；C、D选项为食物链短有利于获得较多能量；B选项蓝藻为自养型生物，与N、P等营养物质不能构成食物链。]

(1)如何利用食物链解释“巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食”符合能量

流动的规律？

(2)“虎等大型肉食动物容易成为濒危物种”和“饲养牛、羊等动物，成本低、产量高”体现了能量流动的哪个特点？

(1)提示：食物链越短，消耗的能量越少，蓝鲸获得的能量就越多。

(2)提示：逐级递减。

(备选习题)

如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)。下列选项中正确的是( )

A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f

B．生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a ×100%

C．“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便的能量属于 d

D．缩短食物链可以提高能量传递效率

C[图中b＝h＋c，A错误；生产者与初级消费者之间的能量传递效率为(b－h)/a×100%，B错误；“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便中的能量不属于狼的同化量，仍

属于其上一个营养级，即属于d，C正确；缩短食物链可以减少能量的损耗，但不能提高能

量传递效率，D错误。]

易错警示：能量传递效率≠能量利用率

(1)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为10%～20%。

(2)能量利用效率：流入最高营养级的能量占生产者所固定的能量的比值。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。

[当堂达标·固双基]

1．下列有关生态系统能量流动的叙述，错误的是( )

A．通过物质多级利用可大大提高能量的传递效率

B．处于稳定的生态系统能量输入与输出相对稳定

C．生态系统的能量大多以热能的形式散失

D．太阳能只有通过生产者才能输入生态系统

A[通过物质多级利用可以提高能量的利用率，但不能提高传递效率，A错误；处于稳态的生态系统能量输入与输出基本相等，保持动态平衡，B正确；生产者固定的太阳能通过

生产者、消费者和分解者的呼吸作用大多以热能形式散失到环境中，C正确；太阳能可被绿色植物通过光合作用固定转化成化学能，所以只有通过生产者才能输入生态系统，D正确。] 2．如图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。下列相关叙述中，正

确的是( )

【导学号：85732176】

A．生态系统的能量流动是循环进行的

B．能量在沿食物链流动时逐级递减

C．次级消费者属于第二营养级

D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量

B[生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的，A错误；能量在沿食物链流动时一部

分被自身呼吸消耗、一部分被分解者分解利用，所以是逐级递减的，B正确；生产者为第一营养级，初级消费者为第二营养级，次级消费者为第三营养级，C错误；图中①代表流向分解者的能量，D错误。]

3．下图为某草原生态系统流经第二营养级的能量示意图，其中a表示该营养级食物的摄入量，f表示流向下一营养级的能量。以下分析正确的是( )

A．图中b表示用于生长、发育和繁殖的能量

B．c表示生物体内储存的有机物

C．d中能量均未被该营养级生物同化

D．为提高羊肉的产量，应该提高图中c/a的比值

D[b表示该营养级同化的能量；c表示用于生长、发育和繁殖的能量，储存在生物体

的有机物中，A、B错误；d表示分解者利用的能量，有一部分能量未被该营养级生物同化，

C错误；图中a表示该营养级摄入的能量，c表示用于生长、发育和繁殖的能量，所以c/a 的值越高，羊肉的产量越高，D正确。]

4．如图表示某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，a～i表示能量值，下列有关该过程的叙述，正确的是( )

【导学号：85732177】

A．人工投放饲料的类型不影响g/c的大小

B．该生态系统中，高营养级的能量可能比低营养级的多

C．第一、二营养级之间的能量传递效率为(g＋h)/a

D．草鱼产生的粪便也包含能量，该能量属于第一营养级

B[图示为某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，其中植物的同化量为a，草鱼从植物处同化的能量为h，同时草鱼还同化了部分饲料中的能量，即g。人工投放饲料的类型会影响g/c的大小，A错误；由于人工投放饲料，该生态系统中，高营养级的能量

可能比低营养级的多，B正确；第一、二营养级之间的能量传递效率为h/a，C错误；草鱼产生的粪便也包含能量，该能量不是草鱼同化的能量，属于第一营养级和饲料，D错误。] 5．某生态学家分别对一片玉米田、一片荒地和一个湖泊在单位时间内的光合作用效率

进行测定，测出的数据如表(单位：kJ)，请回答下列问题：

玉米田荒地湖泊入射太阳能 2 001.0 497.0 111 572.0 输入第一营养级的能量25.3 4.95 111.3 生产者的呼吸量8.4 0.99 37.0

(1)太阳能的利用率最高的生态系统是________，作出这一判断的依据是______________________。

(2)假如两个陆地生态系统的绿色植物固定了等量的太阳能，则________(填“玉米田”或“荒地”)生态系统具有较多的能量传递到下一个营养级。

(3)玉米田生态系统中，输入第一营养级的能量，除一部分用于生产者的呼吸作用以热

能形式散失外，其余能量用于________。

(4)玉米与玉米田中的杂草之间的关系是________，从生态系统的能量流动角度阐述除

草的原理：__________________________________________

___________________________________________________________。

[解析] (1)由表中数据分析可知，玉米田中输入第一营养级的能量与入射太阳能的比

值最高，所以太阳能利用率最高的生态系统是玉米田。(2)荒地生态系统中生产者呼吸消耗

的有机物占制造有机物总量的比例较少，所以传递到下一营养级的能量较多。(3)输入第一营养级的能量，除了一部分用于细胞呼吸以热能形式散失掉，其他的用于自身生长、发育和繁殖等生命活动。(4)玉米和玉米田中的杂草都是生产者，具有竞争关系。除草能合理调整

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。

[答案](1)玉米田玉米田中输入第一营养级的能量与入射太阳能的比值最高(2)荒地(3)自身生长、发育和繁殖等生命活动

(4)竞争合理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

[核心语句归纳]

1．生态系统中能量的输入、传递(包括转化)和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。

2．能量流动的起点是生产者固定的太阳能，流经生态系统的总能量是生产者固定的全

部太阳能。

3．生态系统中的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。能量的传递效率大约是

10%。

4．研究生态系统能量流动的规律，是为了提高生态系统的能量转化效率，使能量更多流向对人类最有益的部分。