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

一、教學(xué)目標(biāo)

1.通過分析能量在營養(yǎng)級間的流動情況和賽達(dá)伯格湖的能量流動，概述生態(tài)

系統(tǒng)中能量流動的過程和特征。

2.用生態(tài)金字塔表征生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級間的能量、生物量或數(shù)量等關(guān)系。

3.概述研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的意義。

4.嘗試調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動情況。

二、教學(xué)重難點

1.教學(xué)重點

生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程。

2.教學(xué)難點

（1）分析生態(tài)系統(tǒng)能量流動的過程。

（2）嘗試調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動情況。

三、教學(xué)過程

【本節(jié)聚焦】

1.能量在生態(tài)系統(tǒng)中是怎樣流動的？

2.怎樣理解生態(tài)金字塔？

3.研究能量流動有什么實踐意義？

【導(dǎo)入】問題探討：假設(shè)你像小說中的魯濱遜那樣，流落在一個荒島上，那

里除了有能飲用的水，幾乎沒有任何食物。你身邊尚存的食物只有一只母雞、15kg

玉米。

討論：你認(rèn)為以下哪種生存策略能讓你維持兄長的時間來等待救援？

1.先吃雞，再吃玉米。

2.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。

【一、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動】

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流

動。

1

L輸入

①能量來源：太陽能

②能量流動的起點：生產(chǎn)者固定的太陽能

③流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產(chǎn)者所固定的全部太陽能

④能量輸入方式：生產(chǎn)者通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化成為化學(xué)能，固定在它們

所制造的有機物中（其次還有化能合成作用）。

特別提醒：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，還有人工補充的能量（例如飼料中有機物中的化學(xué)能）。

2.傳遞

①能量傳遞的途徑（渠道）：食物鏈和食物網(wǎng)

②能量傳遞的形式：有機物中的化學(xué)能

3.轉(zhuǎn)化：太陽能T有機物中的化學(xué)能T熱能

4.散失

以熱能的形式散失

科學(xué)方法：研究能量流動的基本思路

獨科學(xué)方法----------------------------------------------------------------------

研究能量流動的基本思路

能量髏個種群的情況可以圖示如如果將這個種群作為T整體來研

究，則左圖可以概括成下圖形式，從中

儲存在體內(nèi)的能里

可以看出分析能量流動的基本思路。

呼吸作用散失的能里如果以種群為研究對象，能量流動

儲存在體內(nèi)的能里的渠道為食物鏈，在分析時，可能因為

食物網(wǎng)的復(fù)雜性而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

呼吸作用散失的能里

如果將T營養(yǎng)級的所有種群作為一

儲存在體內(nèi)的能里

個整體，那么左圖將概括為何種形式呢？

呼吸作用散失的能里

以個體為研究對象，有很大的局

限性和偶然性，如果個體死亡，數(shù)據(jù)可

能不準(zhǔn)確；不同個體間差異過大。

【二、能量流動的過程】

1.能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級的過程

2.能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級的過程

流經(jīng)第二營養(yǎng)級的總能量：同化量

同化量=攝入量一糞便量=呼吸作用散失+用于生長發(fā)育和繁殖

2

能量流經(jīng)第三、四營養(yǎng)級的過程與第二營養(yǎng)級的情況大致相同。

歸納概括能量流動過程:

呼吸作用

呼吸作用

呼吸作用

呼吸作用

生產(chǎn)者初級消落者次級淚費者

（綠色植物）、

分解者

呼吸作用

注意：每個箭頭及箭頭的方向大小、菱形方塊的大小代表什么含義?

初級消費者糞便中的能量屬于以上哪個顏色箭頭的部分？

歸納總結(jié)

生產(chǎn)者一太陽能

（能量來源

每各級消費者T一個營養(yǎng)級

個生產(chǎn)者：固定的太陽能總量

營總能量

［各級消費者:同化總量=攝入?-糞便量

養(yǎng)

級呼吸作用散失

流入下一營養(yǎng)級均屬于用于自身生長、

（能量去路

被分解者利用發(fā)育和繁殖的部分

未利用

思考?討論：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動

1.生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉(zhuǎn)化是否遵循能量守恒定律，為什么？

答：遵循；能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動、轉(zhuǎn)化后，一部分儲存在生態(tài)系統(tǒng)生物體

的有機物）中，另一部分在呼吸作用中以熱能的形式散失，兩者之和與流入生態(tài)

系統(tǒng)的能量相等。

2.流經(jīng)生態(tài)某生態(tài)系統(tǒng)的能量能否再回到這個生態(tài)系統(tǒng)中來？為什么？

答：不能，因為能量流動是單向的。

3

思考?討論：分析塞達(dá)伯格湖的能量流動

o思考?討論

分析塞達(dá)伯格湖的能量流動

圖中數(shù)字為能量值，單

位是J（cm?a）（焦每平方

厘米年）?圖中“未固定”

是指未被固定的太陽能，

“未利用”是指未被自身

呼吸作用消耗，也未被

后一個營養(yǎng)級和分解者

利用的能量.為研究方

未利用便起見，這里將肉食性

3273

動物作為一個矮體看得。

塞達(dá)依格湖能量流動圖解

1.用表格的形式，將圖中的數(shù)據(jù)進行整理。例如，可以將每一營養(yǎng)級上的能

量“流入”和“流出嚏理成為一份清單（“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能

量）。

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。

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？

答：流入某一營養(yǎng)級的能量主要有以下去向：一部分通過該營養(yǎng)級的呼吸作

用散失了；一部分以排出物、遺體或殘枝敗葉的形式被分解者利用；還有一部分

未能進入（未被捕食）下一營養(yǎng)級；其他的才是流入下一營養(yǎng)級的能量。所以,

流入某一營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流到下一營養(yǎng)級。

4.通過以上分析，為能總結(jié)出什么規(guī)律？

答：生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動是單向的；能量在流動過程中逐級遞減。

【二、能量流動的特點】

1.單向流動：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。

在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能沿著食物鏈由低營養(yǎng)級流向高營養(yǎng)級，不可逆

轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)流動。

原因：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.逐級遞減：能量在流動過程中逐級遞減。

原因：（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。

4

（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。

（4）生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過5個營養(yǎng)級。

任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補充，以便維持生態(tài)系統(tǒng)的

正常功能。

補充總結(jié)：高、低營養(yǎng)級間能量的互算

①若題中沒有給出了傳遞效率值，則一般認(rèn)為能量傳遞效率最低為10%,最

高為20%。若題中給巴了傳遞效率值則按給出的值計算。

②由高營養(yǎng)級求低營養(yǎng)級時，若求“最（至）多”值，則按最低效率10%傳遞；

若求“最（至）少”值，則按最高效率20%傳遞。

③由低營養(yǎng)級求高營養(yǎng)級時，若求“最（至）多”值，則按最高傳遞效率20%

計算；若求“最（至）少”值，則按最低傳遞效率10%計算。

【三、生態(tài)金字塔】

1.能量金字塔

（1）概念：將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或

體積）的圖形，并將圖形按照營養(yǎng)級順序排列，可形成一個金字塔圖形，叫做能

量金字塔。

（2）意義：直觀的反映出生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間能量的關(guān)系。

（3）特點：通常都是上窄下寬的金字塔形。

2.生物量金字塔

（1）概念：用表示能量金字塔中的方法表示各個營養(yǎng)級生物量（每個營養(yǎng)

級所容納的有機物的總干重）之間的關(guān)系，即為生物量金字塔。

（2）意義：直觀的反映生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級所容納的有機物的總干重的關(guān)系。

（3）特點：大多乜是上窄下寬的正金字塔形。

3.數(shù)量金字塔

（1）概念：用表示能量金字塔的方法表示各營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值

關(guān)系，即為數(shù)量金字塔。

（2）意義：表明每個營養(yǎng)級中生物個體的數(shù)量。

（3）特點：可以是上窄下寬的正金字塔形，也可以是上寬下窄的倒置的金

字塔形。

5

【四、研究能量流動的實踐意義】

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、空間上進行合理

配置，增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。

例如，間作套種、多層育苗、稻一萍一蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

2.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學(xué)地規(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。

例如，秸稈喂牲畜；糞便制作沼氣；沼渣肥田，實現(xiàn)了對能量的多級利用，

從而大大提高能量的利用率"能量的傳遞效率)。

3.研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，還可以幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量

流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?/p>

例如，合理確定草場的載畜量，稻田除草、除蟲等。

思維訓(xùn)練：分析和處理數(shù)據(jù)

1926年，一位生態(tài)學(xué)家研究了一塊玉米田的能量流動情況，得到如下數(shù)據(jù)。

1.這塊田共收割玉米約10000株，質(zhì)量為6000kg。通過對玉米植株的化學(xué)成

分進行分析，計算出其中共含碳2675kg。

2.據(jù)他估算，這些玉米在整個生長過程中通過細(xì)胞呼吸消耗的葡萄糖共

2045kgo

3.1kg葡萄糖儲存1.6xl04kJ能量。

4.在整個生長季節(jié)，入射到這塊玉米田的太陽能為8.5x1()9kJ.

請根據(jù)以上數(shù)據(jù)計算：

這些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？這些葡萄糖儲存的能量是多少？

這些玉米呼吸作用消耗的能量是多少？

這些玉米在整個生長季節(jié)所固定的太陽能總量是多少？呼吸作用消耗的能

量占所固定太陽能的比例是多少？

根據(jù)計算結(jié)果，畫出能量流經(jīng)該玉米種群的圖解，圖解中應(yīng)標(biāo)明各環(huán)節(jié)能量

利用和散失的比例。

【課堂小結(jié)】

6

輸入

將生物在時間、生產(chǎn)者固定的能量

空間上合理配

置，增大流入過程佳運