生态系统能量流动过程分析和计算

高考常考，重点强化，思维建模，跨越障碍，全取高考拉分题热点1能量流动分流模型解读1.能量流经不同营养级示意图2.构建能量流动模型(表示方法)方法一：说明：两个去向：同化量(b)＝呼吸作用消耗量(d)＋用于生长发育和繁殖的能量(e)；摄入量(a)＝同化量(b)＋粪便量(c)方法二：说明：三个去向：同化量＝呼吸作用消耗量＋分解者分解量＋下一营养级的同化量方法三：说明：四个去向：同化量＝自身呼吸作用消耗量(A)＋未利用(B)＋分解者的分解量(C)＋下一营养级的同化量(D)【典例】如图是生态系统的能量流动图解，N1～N6表示能量数值。

请回答下列有关问题。

(1)流经该生态系统的总能量为(用N1～N6中的字母表示)。

(2)由初级消费者传递给蜣螂的能量为。

(3)图中N3表示________________________________________________________。

(4)能量由生产者传递给初级消费者的传递效率为。

(用N1～N6中的字母表示)。

(5)生态系统具有自我调节能力的基础是。

若要提高生态系统的抵抗力稳定性，一般可采取的措施为______________________________________________。

审题指导答案(1)N2(2)0(3)生产者用于生长、发育和繁殖的能量(4)N5/N2×100% (5)负反馈调节增加各营养级的生物种类1.(2019·辽宁东北育才学校模拟)如图是某池塘生态系统中能量流经贝类的示意图，下列分析错误的是()A.D代表细胞呼吸，一部分能量在细胞呼吸中以热能形式散失B.B是贝类用于自身生长、发育和繁殖所需的能量C.贝类摄入的能量就是流入这个生态系统的总能量D.生态系统的能量流动离不开物质循环和信息传递解析D代表细胞呼吸，一部分能量在细胞呼吸中以热能形式散失，A正确；A 是贝类的同化量，其中一部分通过呼吸作用散失，一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动，B正确；生态系统中的能量流动从生产者固定能量开始，通常，生产者固定的总能量是流入生态系统的总能量，C错误；能量流动和物质循环是同时进行的，二者彼此依存，不可分割，生命活动的正常进行离不开信息传递，D 正确。

能量传递效率的计算：
（1）能量传递效率＝上一个营养级的同化量÷下一个营养级的同化量×100%
（2）同化量＝摄入量－粪尿量
每一营养级能量来源与去路分析：
①动物同化的能量=摄入量-粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。

②流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。

能量的来源与去路：
来源：a：生产者的能量主要来自太阳能；
B：其余各营养级的能量来自上一营养级所同化的能量。

去路：a：自身呼吸消耗、转化为其他形式的能量和热能；
b：流向下一营养级；
c；残体、粪便等被分解者分解；
d：未被利用：包括生物每年的积累量，也包括动植物残体以化石燃料形式被储存起来的能量。

生态系统中能量流动的模型与计算生态系统是生物圈中多种生物和非生物因素相互作用的综合体。

模拟生态系统中的能量流动和营养物质循环可以帮助我们了解自然规律，预测生物圈的变化，以及开发可持续的资源管理策略。

在这篇文章中，我们将讨论生态系统中能量流动的模型与计算方法。

一、生态系统的能量流动在生态系统中，能量从一个营养级别转移到另一个营养级别。

生态系统的主要能量来源是太阳能。

植物通过光合作用转化太阳能为生物大分子，如葡萄糖。

动物则通过食物链获得能量，将有机物氧化为二氧化碳和水，并以此为燃料维持生命活动。

每个营养级别的生物尽管可以消耗过去营养级别生物的能量和营养物，却无法回收过去营养级别生物消耗掉的耗散能量。

同时，每个营养级别的生物在代谢进程中都会有耗散能量的形成，而这些耗散能量则流向更高纬度的生物等级。

尽管生态系统中存在能量的有限性，但生态系统是一个开放的系统，在较高的生物等级中可以进一步消耗其它能源来源。

例如，许多食肉动物同样会食草，或者是食食肉动物的其他生物。

二、能量流动的模型能量流动可以用生态系统网络模型进行探讨。

生态网络模型中，每个节点代表不同的生物种群，节点之间通过食物链相联结，而每条边代表能量和营养物的转移，例如，从一个草食动物到肉食动物，从种子到小型昆虫。

这个模型可以给予我们对一个生态系统中能量流动的更详细、更全面的理解。

生态网络模型为我们提供了理解生态系统中生物间相互依存和复杂互动的一种方法。

通过对物种依赖关系的模拟和分析，我们可以了解到一些物种如何与其它物种的生命周期相互作用、如何适应环境变化等等。

三、能量流动的计算方法为了更好地理解生态网络模型，我们需要进行数值计算。

基于运动种群的理论，我们可以得到生态网络模型的大量方程。

这些方程描述了系统内各个物种之间的相互影响，包括能量、稳定性、物种组成等方面。

当然，由于生态系统的复杂性和变化性，将生态网络模型精确地简化为可计算的形式仍然是非常困难的。

一．生态系统的能量流动规律总结：1.能量流动的起点、途径和散失：起点：生产者；途径：食物链网；散失：通过生物的呼吸作用以热能形式散失2.流经生态系统的总能量：自然生态系统：生产者同化的能量=总初级生产量=流入第营养级的总能量人工生态系统：生产者同化的能量+人工输入有机物中的能量3.每个营养级的能量去向：非最高营养级：①自身呼吸消耗以热能形式散失②被下营养级同化③被分解者分解利用④未被利用转变成该营养级的生物量,不一定都有,最终会被利用※②+③+④=净同化生产量用于该营养级生长繁殖；最高营养级：①自身呼吸消耗以热能形式散失② 被分解者分解利用③未被利用4.图示法理解末利用能量流入某一营养级的能量来源和去路图：流入某一营养级最高营养级除外的能量去向可以从以下两个角度分析：1定量不定时能量的最终去路：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用;这一定量的能量不管如何传递,最终都以热能形式从生物群落中散失,生产者源源不断地固定太阳能,才能保证生态系统能量流动的正常进行;2定量定时：自身呼吸消耗；流入下一营养级；被分解者分解利用；末利用即末被自身呼吸消耗,也末被下一营养级和分解者利用;如果是以年为单位研究,未被利用的能量将保留到下一年;5.同化量与呼吸量与摄入量的关系：同化量=摄入量-粪便量=净同化量用于生长繁殖+呼吸量※初级消费者的粪便量不属于初级消费者该营养级的能量,属于上一个营养级生产者的能量,最终会被分解者分解;※用于生长繁殖的能量在同化量中的比值,恒温动物要小于变温动物6.能量传递效率与能量利用效率：1能量的传递效率=下一营养级同化量/上一营养级同化量×100%这个数值在10%－20%之间浙科版认为是10%,因为当某一营养级的生物同化能量后,有大部分被细胞呼吸所消耗,热能不能再利用,另外,总有一部分不能被下一营养级利用;传递效率的特点：仅指某一营养级从上一个营养级所含能量中获得的能量比例；是通过食物链完成,两种生物之间只是捕食关系,只发生在两营养级之间;2能量利用率能量的利用率通常是流入人类中的能量占生产者能量的比值,或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,食物链越短能量的利用率就越高,同时生态系统中的生物种类越多,营养结构越复杂,能量的利用率就越高;在实际生产中,可以通过调整能量流动的方向,使能量流向对人类有益的部分,如田间除杂草,使光能更多的被作物固定；桑基鱼塘中,桑叶由原来的脱落后被分解变为现在作为鱼食等等,都最大限度的减少了能量的浪费,提高了能量的利用率;3两者的关系从研究的对象上分析,能量的传递效率是以＂营养级＂为研究对象,而能量的利用率是以＂最高营养级或人＂为研究对象;另外,利用率可以是不通过食物链的能量“传递”; 例如,将人畜都不能食用的农作物废弃部分通过发酵产生沼气为人利用； 人们利用风能发电、水能发电等； 这些热能、电能最终都为人类利用成为了人类体能的补充部分;※7.能量流动的计算规律：“正推”和“逆推”规律1规律2 在能量分配比例已知时的能量计算 规律3 在能量分配比例未知时计算某一生物获得的最多或最少的能量①求“最多”则按“最高”值20％流动 ②求“最少”则按“最低”值10％流动 ①求“最多”则按“最高”值10％流动②求“最少”则按“最低”值20％流动未知较高营养级 已知 较低营养级8.研究意义 ①帮助人们科学规划、设计人工生态系统,使能量得到最有效的利用;②帮助人们合理地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;具体措施：农田的除草灭虫---调整能流的方向尽量缩短食物链；充分利用生产者和分解者,实现能量的多级利用,提高能量利用效率9. 能量流动的几种模型图：二：物质循环1. 物质循环易错点生产者 最少消耗 最多消耗 选最短食物链选最大传递效率20% 选最长食物链选最小传递效率10% 消费者获得最多消费者获得最少2.海洋圈水圈对大气圈的调节作用:海洋的含碳量是大气的50倍；二氧化碳在水圈与大气圈的界面上通过扩散作用进行交换水圈的碳酸氢根离子在光合作用中被植物利用3.碳循环的季节变化和昼夜变化影响碳循环的环境因素即影响光合作用和呼吸作用的因素；碳循环的季节变化二．生态系统的稳态及调节1.生态系统的发展反向趋势：物种多样性,结构复杂化,功能完善化2.对稳态的理解：生态系统发展到一定阶段顶级群落,它的结构和功能保持相对稳定的能力；结构的相对稳定：生态系统中各生物成分的种类和数量保持相对稳定；功能的相对稳定：生物群落中物质和能量的输入与输出保持相对平衡;3.稳态的原因：自我调节能力但是有一定限度自我调节能力的大小与生态系统的组成成分和营养结构有关系,物种越多,形成的食物链网越复杂,自我调节能力越强;4.稳态的调节：反馈调节其中负反馈调节是自我调节能力的基础,也是生态系统调节的主要方式。

生态系统中能量流动的计算方法Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】生态系统中能量流动的计算方法一、食物链中的能量计算1.已知较低营养级生物具有的能量（或生物量），求较高营养级生物所能获得能量（或生物量）的最大值。

例1.若某生态系统固定的总能量为24000kJ，则该生态系统的第四营养级生物最多能获得的能量是（）A. 24kJB. 192kJ D. 960kJ解析：据题意，生态系统固定的总能量是生态系统中生产者（第一营养级）所固定的能量，即24000kJ，当能量的传递效率为20%时，每一个营养级从前一个营养级获得的能量是最多的。

因而第四营养级所获得能量的最大值为：24000×20%×20%×20%=192kJ。

答案：D规律：已知较低营养级的能量（或生物量），不知道传递效率，计算较高营养级生物获得能量（或生物量）的最大值时，可按照最大传递效率20%计算，即较低营养级能量（或生物量）×(20%)n（n为食物链中由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。

2.已知较高营养级的能量（或生物量），求较低营养级应具备的能量（或生物量）的最小值。

例2.在一条有5个营养级的食物链中，若第五营养级的生物体重增加1 kg，理论上至少要消耗第一营养级的生物量为（）A. 25 kgB. 125 kgC. 625 kgD. 3125 kg解析：据题意，要计算消耗的第一营养级的生物量，应按照能量传递的最大效率20%计算。

设需消耗第一营养级的生物量为X kg，则X=1÷(20%)4=625 kg。

答案：C 规律：已知能量传递途径和较高营养级生物的能量（或生物量）时，若需计算较低营养级应具有的能量（或生物量）的最小值（即至少）时，按能量传递效率的最大值20%进行计算，即较低营养级的生物量至少是较高营养级的能量（或生物量）×5n（n 为食物链中，由较低营养级到所需计算的营养级的箭头数）。

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．能量流动的概念生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。

2．能量流动的过程地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳能。

(1)能量流经第一营养级的过程①能量输入：生产者通过光合作用把太阳能转化为化学能，固定在它们所制造的有机物中。

②能量去向(2)能量流经第二营养级的过程①初级消费者摄入量＝初级消费者同化量＋初级消费者粪便量。

②初级消费者同化能量＝呼吸作用散失的能量＋用于生长、发育和繁殖的能量。

③生长、发育和繁殖的能量＝通过遗体残骸被分解者利用的能量＋被下一营养级摄入的能量。

(3)能量流动图解易错提示：初级消费者粪便中的能量属于箭头①，而不属于箭头②，如兔子吃草，兔子的粪便相当于草的遗体残骸，应该属于草流向分解者的能量。

同理，次级消费者粪便中的能量属于箭头②，而不属于箭头③。

(4)能量流动过程总结3种能量流动过程图比较图1：每一环节能量去向有2个，图中出现粪便量，由于同化量＝摄入量－粪便量，所以A为摄入量，B为同化量；由图可知B同化量总体有2个去向，即D为呼吸散失，C为用于生长、发育和繁殖；C用于生长、发育和繁殖量有2个去向，即E为流入分解者的能量，F为下一营养级摄入量。

图2：每一营养级能量去向有3个(除最高营养级)即：一个营养级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(E)＋流入下一营养级(被下一营养级同化B)＋被分解者分解利用。

图3：每一营养级能量去向有4个(研究某一时间段)(除最高营养级)即：一个营养级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(D)＋流入下一营养级(被下一营养级同化B)＋被分解者分解利用＋未被利用。

“未利用”是指未被自身呼吸作用消耗，也未被后一个营养级和分解者利用的能量。

重点中的重点各营养级同化量来源和去向注意：最高营养级的能量去路缺少下一营养级同化。

二、能量流动的特点1．能量流动的特点及原因分析 特点 原因分析单向流动 ①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。

2020届高考生物难点及易错题精讲精练专题10 能量流动的过程分析及计算【难点精讲】一、能量流动的过程分析例题：(2019·内蒙古赤峰二中第三次月考)生态系统中存在食物链“马尾松→松毛虫→杜鹃”，如图表示松毛虫摄入能量的流动方向，下列叙述正确的是()A．该食物链中的生物在数量上呈正金字塔模型B．松毛虫和杜鹃之间的能量传递效率可用E/A×100%表示C．由松毛虫流入分解者的能量可用C＋D＋F表示D．若迁走全部杜鹃，松毛虫的种群数量将呈“J”型增长【答案】B【解析】该食物链中的生物在能量上呈正金字塔形，而数量上松毛虫的数量多于马尾松，不呈现正金字塔形；松毛虫的同化量是A，杜鹃的同化量是E，能量传递效率可用E/A×100%表示；由松毛虫流入分解者的能量可用D＋F表示，C表示松毛虫粪便量，属于马尾松的能量；若迁走全部杜鹃，但由于资源和空间是有限的，松毛虫的种群数量增长将呈现“S”型曲线。

【难点突破】不同营养级能量流动示意图构建能量流动过程模型方法一：说明:两个等量关系：同化量（b）＝呼吸作用消耗量（d）＋用于生长发育和繁殖的能量（e）；摄入量（a）＝同化量（b）＋粪便量（c）方法二：说明:三个去向（不定时分析）：同化量＝呼吸作用消耗量＋分解者分解量＋下一营养级的同化量（最高营养级除外）方法三：说明:四个去向（定时分析）：同化量＝自身呼吸作用消耗量（A）＋未利用（B）＋分解者的分解量（C）＋下一营养级的同化量（D）（最高营养级除外）变式训练1：（2019·山西实验中学质量监测）某同学绘制了如下图所示的能量流动图解（其中W1为生产者固定的太阳能），下列叙述中错误的是（）A.生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2）B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为（D1/W1）×100%C.流入初级消费者的能量为（A2＋B2＋C2＋D2）D.图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减【答案】A【解析】生产者固定的总能量为W1＝（A1＋B1＋C1＋D1），而D1＝A2＋B2＋C2＋D2，是从第一营养级流入下一营养级的能量，因此生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2），A错误；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为（D1/W1）×100%或[D1/（A1＋B1＋C1＋D1]×100%，B正确；流入初级消费者的能量为D1＝（A2＋B2＋C2＋D2），C正确；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，D正确。