高中生物必修三 生态系统功能(能量流动)读书笔记

第五章生态系统专题

第二节生态系统的功能（能量流动）

生态系统的功能——能量流动、物质循环、信息传递

一、能量流动——生态系统中能量的输入、传递、转化、散失

（1）起点：生产者固定的太阳能

生产者固定的能量主要是光合作用利用的光能，也包括化能合成作用利用的化学能（2）自然生态系统总能量：生产者所固定的太阳能

人工生态系统总能量：生产者所固定的太阳能+人工喂食的饲料(有机物)

（3）能量流动过程：

①输入一个营养级的能量：该营养级同化的能量,不是摄入

②摄入=同化+粪便，同化=储存 +呼吸

③某营养级“粪便”中能量应属其上一营养级的同化量或上一营养级被分解者分解的能量的一部分，

如兔粪便中的能量不属于兔的同化量，而是草同化量的一部分或草被分解者分解的能量的一部分。

④未被利用的能量：包括生物每年的积累量和动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。

（4）能量流动的特点及原因

能量传递效率=后一个营养级的同化量/前一个营养级的同化量，一般为10％～20％。

A单向流动∵①捕食关系不可逆转，是自然选择的结果

②散失的热能不能被再利用

B逐级递减∵①各营养级均有呼吸作用散失；

②各营养级均有部分能量未被下一营养级利用；

③各营养级均有部分能量流向分解者

一条食物链一般只有4--5个营养级∵能量流动逐级递减

（

项目能量金字塔数量金字塔生物量金字塔

形状

每一阶含义各个营养级所含能量

的多少

各个营养级生物数量

的多少

各个营养级生物量（有机

物）的多少

特点正金字塔一般正金字塔一般正金字塔

分析各个营养级都有呼吸

作用散失能量，还有一

部分被分解者利用，而

流入下一营养级的能

量仅占该营养级同化

量的10%~20%

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

物的生物量可能低于浮游

动物的生物量：

摄入=

同化=

粪便储存：用于生长发育和繁殖=

散失：以呼吸作用的方式，热能的形式

流向下一营养级

流向分解者

（6）研究能量流动意义

①使能量得到最有效的利用（对能量的多级利用，提高了能量的利用率）

桑基鱼塘：桑叶喂蚕，蚕沙（蚕粪）养鱼，鱼塘泥肥桑

农作物秸秆：做饲料喂牲畜、牲畜粪便发酵产沼气、沼渣做肥料

能量传递效率≠能量利用率。能量传递效率体现的是能量流动过程中所遵循的客观规律，不能改变；但能量利用率可以人为改变，例如充分利用作物秸秆就可以提高能量利用率。

②调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类有益的部分

农田除草

草场确定合理载畜量

（7）能量多级利用和物质循环再生，是生态学的一条基本原理

一、根据各类信息书写食物链的方法

(1)根据能量或者有机物的含量“由多到少”书写食物链

营养级 A B C D

能量(有机物) 15.9 870.7 1.9 141.0

根据能量或者有机物的含量由多到少排序，然后再分析相邻数据是否遵循能量传递效率10％～20％；若是，则相邻数据是上、下级营养级关系；若否，则相邻数据是同一级营养级关系；

可以确定食物链为：B→D→A→C。

(2)根据重金属、DDT等浓度“由少到多”构建食物链(网)

生物体 A B C D E

有机汞浓度(mg·L－1) 0.05 7 0.51 68 0.39

有机汞存在生物富集现象，即随着营养级的增加，汞浓度增加，两者在数值上成正相关，所以从表中有机汞浓度的大小可推知该生物营养级的高低，从而判断食物链(网)如图：

(3)根据数据的各种变式模型书写食物链：

图1和图2都是以每个营养级中有机物多少为依据，

图1中的食物链是丙→甲→乙→丁；

图2中的食物链是丙→丁→甲→乙；

图3表示的是生态系统的物质循环图解，D是生产者，C是非生物的物质和能量，B是分解者，A 是消费者，其中的食物链是D→A。

二、能量流动中的最值计算

在食物网中

正推：知低营养级求高营养级

获能量最多选最短食物链，按×20%计算

获能量最少选最长食物链，按×10%计算

逆推：知高营养级求低营养级

例如：________kg。

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%＝1kg，x＝25kg；

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%＝1kg，y＝100000kg。

答案25100000

三、能量流动中的定值计算

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。

例如1：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20g，需要消耗植物()

A．1125g B．1600g C．2000g D．6500g

解析甲为生产者，戊共有以下食物链：

①甲→乙→戊，戊增加20g×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＝5g，需要丙5×5＝25g，需要甲25×10＝250g；

③甲→丙→丁→戊，戊增加20g×1/4＝5g，需要丁5×5＝25g，需要丙25×5＝125g，需要甲125×10＝1250g，故共需要甲500g＋250g＋1250g＝2000g。

答案 C

例如2：某生态系统中存在如图所示的食物网，如将丙的食物比例由甲∶乙＝1∶1调整为2∶1，能量传递效率按10%计算，该生态系统能承载丙的数量是原来的()

A．1.375倍B．1.875倍C．1.273倍D．0.575倍

解析由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化，

设丙原来的能量为a，则需要甲提供的能量为1/2a×10×10＋1/2a×10；

改变食物比例后的丙的能量设为b，则需要甲提供的能量为2/3b×10＋1/3b×10×10，

根据题意可得：1/2a×10×10＋1/2a×10＝2/3b×10＋1/3b×10×10，

b/a＝1.375。

答案 A

四、能量流动中的综合应用

利用“拼图法”解决能量的流动

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，包括现存的植物体中的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)。如下图所示：

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A2＋B2＋C2＋D2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A1＋B1＋C1＋D1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)。

例如1．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)，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，A正确。

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，B正确。

流入初级消费者的能量为D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)，C错误。

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，而不能倒过来流动。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，D正确。

答案 C

例如2．如图甲表示某生态系统的能量锥体图，P为生产者，Q1为初级消费者，Q2为次级消费者。现对图中的各营养级所含有的能量进行分类剖析，其中分析不正确的是(注：图乙中a、a1、a2表示上一年留下来的能量，e、e1、e2表示呼吸消耗量)()

A．b＋c＋d＋e为本年度流入该生态系统的总能量

B．c1表示初级消费者中被次级消费者所同化的能量

C．b和d之一可代表生产者传递给分解者的能量

D．初级消费者产生的粪便中所含的能量包含在c中

解析由图可知，c、c1分别是生产者流入初级消费者、初级消费者流入次级消费者的能量，即初级消费者、次级消费者同化的能量；b＋c＋d＋e为生产者固定的能量，即本年度流入该生态系统的总能量；b和d(b1和d1、b2和d2)之一可代表粪便、遗体残骸等传递给分解者的能量；初级消费者产生的粪便中所含的能量属于生产者同化的能量，应包含在b或d中。

答案 D