第2节　生态系统的能量流动

一、生态系统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、______和__________的过程。

2．过程。

(1)能量输入。

能量来源：________

输入生物：________

主要方式：光合作用

能量转化：光能→________

(2)第一营养级的能量去路分析。

(3)过程图解。

[判断]

(1)流经生态系统的总能量是辐射到该地面总的太阳能。(　　)

(2)消费者粪便和尿液中的能量是其同化的能量。(　　)

(3)输入生态系统的能量最终以热能形式散失到环境中。(　　)

(4)流经生产者的能量的去向包括流入下一营养级、自身呼吸消耗、流入分解者、自身生长发育和繁殖等生命活动。(　　)

答案：1．转化　散失

2．(1)太阳能　生产者　化学能　(2)呼吸作用　初级　分解者　(3)生产者　次级消费者　分解者

[判断]

(1)×　提示：辐射到地球表面的太阳能大约只有1%以可见光的形式，被生态系统的生产者通过光合作用转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中。

(2)×　提示：消费者粪便中的能量属于上一营养级的能量。

(3)√

(4)×　提示：流入下一营养级，流入分解者的能量属于自身生长发育繁殖中的能量的一部分。

 

二、能量流动的特点

1．生态系统中的能量流动是单向的。

表现：能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可______，也不可________。

2．能量在流动过程中逐级递减。

(1)表现：输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入到下一营养级，能量在沿食物链流动的过程中是________的。

(2)能量传递效率：能量在相邻两个营养级间的传递效率大约是__________。

(3)能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的______数值由________绘制成图，可形成一个金字塔图形。

(4)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______。生态系统中的能量流动一般不超过______个营养级。

[判断]

(1)能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。(　　)

(2)直接以低营养级的生物为食将消耗更多的能量。(　　)

(3)能量流动是逐级递减的，所以某一营养级的一个个体一定比后一营养级的一个个体含有的能量多。(　　)

答案：1．逆转　循环流动

2．(1)逐级减少　(2)10%～20%　(3)能量　低到高　(4)越多　4～5

[判断]

(1)√

(2)×　提示：直接以低营养级的生物为食消耗的能量相对较少，因为在能量流动过程中流动环节越少，能量损耗就越少。

(3)×　提示：不一定。如狼吃兔子，一只狼体内含有的能量比一只兔子多。

 

三、研究能量流动的实践意义

1．帮助人们科学规划、设计____________，使能量得到________的利用。

2．帮助人们合理地调整生态系统中的________关系，使能量持续高效地流向对______最有益的部分。

答案：1．人工生态系统　最有效

2．能量流动　人类

 

1．下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是(　　)

A．甲是生产者，乙是消费者

B．该生态系统是一个开放的系统

C．能量通过光合作用固定并进入系统，以热能形式输出

D．甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量

解析：根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者，A正确；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统，B正确；能量通过光合作用进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，C正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D错误。

答案：D

 

2．(2015·中山检测)下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(　　)

 

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

解析：生态系统能量流动是单向的、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中①代表流向分解者的能量。

答案：B

 

3．在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入的能量为n，羊粪便中的能量为36%n，呼吸作用散失的能量为48%n，则(　　)

A．羊同化的能量为64%n

B．贮存在羊体内的能量为52%n

C．由羊流向分解者的能量为16%n

D．由羊流向下一营养级的能量为64%n

解析：生态系统某营养级生物摄入的能量＝同化的总能量＋没有吸收利用的能量(存在于该动物粪便、食物残渣等中的能量)；生物同化的能量＝呼吸消耗的能量＋流入下一营养级生物的能量＋流向分解者的能量。

答案：A

 

4．某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是(　　)

A．生产者固定的总能量可表示为(A₁＋B₁＋C₁＋A₂＋B₂＋C₂＋D₂)

B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D₂/W₁

C．初级消费者摄入的能量为(A₂＋B₂＋C₂)

D．W₁＝D₁＋D₂

解析：由图可知，W₁为生产者固定的太阳能，D₁为初级消费者同化的能量；W₁＝A₁＋B₁＋C₁＋D₁；D₁＝A₂＋B₂＋C₂＋D₂；由于呼吸作用消耗部分能量，所以W₁>D₁＋D₂。

答案：A

 

5．如图所示为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E₁、E₂代表能量的形式。下列叙述正确的是(　　)

A．Ⅰ是初级消费者

B．Ⅳ为分解者

C．E₁为太阳能，E₂为热能

D．能量可在食物链中循环利用

解析：依题意Ⅰ是生产者，Ⅱ是初级消费者，Ⅲ是次级消费者，Ⅳ是三级消费者，E₁为生产者利用的能量，应是太阳能，E₂为各营养级的生物释放出的能量，应为热能。

答案：C

 

6．(2015·佛山质检)稻田里，农民要拔掉稗草；鱼塘中，人们不断清除肉食性黑鱼。用生态学的观点看，这是为了(　　)

A．保持生态平衡

B．保持生物群落的单一性

C．调整生态系统中能量的流动方向

D．使物质能够尽快地循环流动

解析：稻田中水稻与稗草构成竞争关系，它们共同争夺同一环境中的阳光、CO₂和生存空间等资源。除去杂草(稗草)，可使水稻拥有更充裕的生活条件，提高水稻的光合作用效率，为人类提供更多稻谷。鱼塘中清除更高营养级的肉食性黑鱼，可以减少能量在传递过程中的损失。

答案：C

 

7．(多选)有关“生产者是生态系统的主要成分”的理解，正确的是(　　)

A．生产者能将无机物合成有机物，属于自养型生物

B．生产者的细胞呼吸将有机物分解成无机物，实现了物质的循环

C．绿色植物的蒸腾作用降低了环境温度

D．生态系统内流动的能量全部来自生产者固定的能量

解析：生产者是自养型生物，能够把无机物转变成有机物，这些有机物一部分用于满足自身的生长发育和代谢的需要，另一部分维持着生态系统内除生产者以外的全部有机体的生命活动，不仅生产者细胞呼吸，将有机物分解成无机物，消费者和分解者也是如此，绿色植物能降低环境温度，但它与“生产者是生态系的主要成分”没有关系。

答案：AD

 

8．(多选)下图为某生态系统的能量流动图解，图中数字为能量数值，单位为kcal/(m²·a)。据图分析下列叙述不正确的是　(　　)

A．流经该生态系统的总能量值为20 810 kcal/(m²·a)

B．第二营养级到第三营养级的能量传递效率约为17.3%

C．该生态系统能量的输出都是通过各营养级的呼吸作用实现的

D．据能量输入和输出分析，该生态系统的群落还没有演替到相对稳定的阶段

解析：流经该生态系统的总能量是第一营养级固定的能量，为20 810 kcal/(m²·a)；第二营养级到第三营养级的能量传递效率为380/3 370×100%≈11.3%；该生态系统能量输出除与各营养级的呼吸作用有关外，还与分解者有关；能量输入为20 810 kcal/(m²·a)，输出为11 980＋1 890＋316＋13＋4 600＝18 799 kcal/(m²·a)，所以输入大于输出，还没有到达相对稳定的阶段。

答案：BC

 

9．下图所示为某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位为：10⁶ kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为118 872×10⁶kJ，但其中118 761×10⁶ kJ的能量未被利用。

请回答：

(1)请将流经该生态系统的总能量数填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。

(2)能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为________%，从第二营养级到第三营养级的转化效率为____%。

(3)次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所获得的能量的百分比是______。

(4)由图可知，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，原因有：①各营养级生物体内的大量能量被____________；②其次是上一个营养级的部分能量____________________；③还有少数能量被________利用。

解析：图中所表示的是某湖泊中A、B、C三个营养级所占有的生态系统的总能量的比例和它们所消耗的能量情况。因为流经生态系统的总能量就是生产者——绿色植物所固定的太阳能的总量，即总量为118 872×10⁶－118 761×10⁶＝111×10⁶(kJ)。能量从第一营养级到第二营养级的转化效率为15/111≈0.135，即为13.5%。从第二营养级到第三营养级的转化效率为3/15＝0.2，即为20%。次级消费者通过异化作用所消耗的能量占其同化作用所得到的能量的百分比为1.8/3＝0.6，即为60%。在生态系统中，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，其原因有：①各个营养级的生物体内的能量很大一部分被呼吸作用所消耗；②上一个营养级的部分能量未被下一个营养级利用；③还有少数能量被分解者利用。所以生态系统中的能量流动是单向的、逐级递减的。

答案：(1)111×10⁶ kJ　生产者　(2)13.5　20　(3)60%　(4)呼吸作用消耗　未被下一个营养级利用　分解者

 

10．(2015·肇庆期末)下图中甲为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m₁、m₂代表不同的能量形式。图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值的多少。请据图回答下列问题。

(1)        图甲中，m₁、m₂表示的能量形式分别为________、_______。

通常情况下，位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ，主要原因是_______________________________________________。

(2)图乙中，若A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示______________，C表示________________________________________________________________________

________________。

若图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是__________(用图中所给字母的表达式表示)。

(3)由图乙可以总结出生态系统能量流动的主要特点是__________________。

(4)若图甲中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物丁、戊、己，构成的食物网如下图所示。其中，丁的能量中比例为x的部分直接提供给己，则要使己能量增加A kJ，至少需要消耗丁的能量__________kJ(用所给字母的表达式表示)。

解析：(1)图甲中m₁指生产者固定的太阳能，而m₂是各级消费者散失的能量，其形式为热能；处于营养级Ⅳ的生物个体数量远远少于Ⅲ，主要原因是营养级级别高，可利用能量少。(2)A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示Ⅱ同化固定的能量，C指Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量。图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，则可计算出能量传递效率＝某一营养级同化的能量/上一营养级同化的能量×100%＝b/y×100%。(4)设丁的能量为y，依据能量传递效率，可列出y×x×20%＋y×(1－x)×20%×20%＝A，进一步可推出：y＝25A/(1＋4x)。

答案：(1)太阳能(或同化固定的能量)　热能(或呼吸作用散失的热量)　能量流动是逐级递减的，营养级级别高，可利用能量少　(2)同化固定的能量　用于生长、发育和繁殖的能量　b/y×100%　(3)单向流动，逐级递减

(4)25A/(1＋4x)