生态系统的能量流动模型

高考生物二轮复习专题专练(28) 构建能量流动模型，分析能量传递效率从“高度”上研究高考[典例](2021·山东高考)海水立体养殖中，表层养殖海带等大型藻类，海带下面挂笼养殖滤食小型浮游植物的牡蛎，底层养殖以底栖微藻、生物遗体残骸等为食的海参。

某海水立体养殖生态系统的能量流动示意图如下，M、N 表示营养级。

(1)估算海参种群密度时常用样方法，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)图中M 用于生长、发育和繁殖的能量为________kJ/(m2·a)。

由M到N的能量传递效率为________%(保留一位小数)，该生态系统中的能量__________(填“能”或“不能”)在M 和遗体残骸间循环流动。

(3)养殖的海带数量过多，造成牡蛎减产，从生物群落的角度分析，原因是________________________________________________________。

(4)海水立体养殖模式运用了群落的空间结构原理，依据这一原理进行海水立体养殖的优点是______________________________。

在构建海水立体养殖生态系统时，需考虑所养殖生物的环境容纳量、种间关系等因素，从而确定每种生物之间的合适比例，这样做的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

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。

第2课时生态系统中的能量流动1.生态系统中能量的输入、传递和输出的过程，称为生态系统的能量流动。

2．能量流动的起点是生产者固定的太阳能，渠道是食物链和食物网，能量形式的变化由光能―→生物体有机物中的化学能―→热能。

3．流经生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能。

4．能量流动的特点是单向流动，逐级递减。

5．能量金字塔的形状永远是正金字塔形，数量金字塔有倒置的情况。

能量流动的概念和过程[自读教材·夯基础]1．概念生态系统中能量的输入、传递和输出的整个过程。

2．过程(1)能量来源：太阳能。

(2)输入过程：主要是通过生产者的光合作用，将光能转化成为化学能。

(3)传递途径：太阳能→生产者→初级消费者→次级消费者→三级消费者→……(4)过程分析(以第一营养级为例)：1．生态系统中能量的源头及流经该生态系统的总能量分别是指哪一部分？提示：能量的源头是太阳能，流经该生态系统的总能量指生产者固定的全部太阳能。

2．结合教材P95图4－8思考：(1)初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？提示：初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间存在的关系是：同化量＝摄入量－粪便量。

(2)初级消费者同化的能量会有哪些去向？提示：①通过呼吸作用以热能形式散失；②流入下一营养级；③被分解者分解利用。

(3)初级消费者粪便中的能量是指其流向分解者的吗？为什么？提示：不是，初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量。

3．整个生态系统中能量会因散失而减少，它主要是指哪个生理过程？以什么形式散失？提示：整个生态系统中的能量主要是通过呼吸作用以热能形式散失。

[跟随名师·解疑难]1．生态系统能量流动过程分析(1)能量流动的起点：生产者(主要是植物)固定太阳能。

(2)能量流动的渠道：食物链和食物网。

(3)能量流动中能量形式的变化：太阳光能→生物体有机物中的化学能→热能(最终散失)。

(4)能量在食物链中流动的形式是：有机物(食物)中的化学能。

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。

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。