生态系统能量流动过程分析和计算
生态系统的能量流动
如果一个生态系统在一段较长的时 间内没有能量输入，这个生态系统就会 崩溃。
为什么谚语说“一山不容二虎”？
参考要点: 根据生态系统中能量流动逐 级递减的特点和规律，营养 级越高，可利用的能量就越 少，老虎在生态系统中几乎 是最高营养级，通过食物链 (网)流经老虎的能量已减到 很小的程度。因此，老虎的 数量将是很少的。故“一山 不容二虎”有一定的生态学 道理。
引申：人增加一千克，要消耗多少千克的植物？ 为什么肉类食品的价格比小白菜价格高？
❖ 美国生态学家林德曼，提出了“十分之一定律”： 从理论上讲，一个人靠吃鱼增长身体1kg，就得 吃掉10kg鱼，10kg的鱼则要吃掉100kg的浮游 动物，100kg的浮游动物要吃掉1000kg的浮游 植物。也就是说，1000kg的浮游植物才能养活 10kg的鱼，进而才能使人增长1kg体重。
储能存量在储体存内的能量 呼能吸量作散用失散失的能量
个体3 储存在体内的能量 呼吸作用散失的能量
生态系统的能量流动是以“营养级”为单位
....
二、能量流动的过程
能量是如何流动的？从哪里开始研究？
草
兔子
老鹰
二、能量流动的过程
太阳
呼吸散失
生产者固定 的太阳能
遗体、 分解者 残枝败叶 用于生长、
发育、繁殖 初级消费者摄食
三.能量流动的特点
赛达伯格湖的能量流动图解
营养级
流入能量
生产者 植食性动物 肉食性动物
分解者
464.6 62.8 12.6 14.6
流出能量 （输入后一个
营养级）
62.8
12.6
出入比
13.52% 20.06%
高中生物6 能量流动分流模型解读及相关计算
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。
生态系统的能量流动
1、概念：包括能量的 输入、 传递、转化 和 散失 的过程。
生态系统
无机环境
输入
光能
生物群落
传递和转化
生产者
消费者
分解者
散失
热量
热量 热量
2.起点：从生产者固定太阳能开始 3.总能量：生产者固定的太阳能总量 4.能量流动的过程：
（1）输入：
①含义：能量由无机环境进入生物群落
18.8
植食性动物 62.8
2.1
分解者 14.6
7.5
12.6 29.3
0.1
肉食性动物 12.6
5.0
未利用 327.3
…
能量流经第二营养级示意图P173
摄入的能量：
粪便
粪便中的能量（未被同化的能量）
初级消费者 摄入
属于上一营养级同化量的一部分
该营养级所固定的能量
属于本营养级的同化量
初级消费者
②参与者: 生产者 ③相关生理过程：光合作用、化能合成作用
④总能量 : 生产者固定的太阳能总量 （流入到生态系统的总能量）
⑤形式 : 有机物固定
（2）、传递： ①形式： 有机物中的化学能
②途径： 食物链和食物网 ③每一 环节能量的来源：
A、生产者：太阳能 B、消费者：上一营养级所同化的能量 C、分解者：生产者（遗体、残枝败叶）； 消费者（尸体、粪便）
C
例3豌豆蚜和鳞翅目幼虫是利马豆的主要害虫 ，蝉大眼蝽可取食利马豆及两类害虫。研究人 员用蔬果剂处理去除部分豆荚后，测试以上动 物密度的变化，结果见下表（单位：个/株，蔬 果剂对以上动物无危害）。
（1）调查豌豆群的种群密度应采用 法，施用
生态系统的能量流动计算
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。
生态系统能量流动分析
二.能量流动的过程 ⒈生态系统的能量来源： 请阅读并讨论 : 太阳光能
2.起点： 生产者 渠道:食物链和食物网 ⒈生态系统的能量来源是什么？
生产者所固定的太阳 3. 流经生态系统总能量： 2.能量流动的起点和渠道是什么？ 能的总量(约占1%)
3.流经生态系统的总能量是什么？ 生产者 ——太阳光能
4.来源：
4.各个营养级能量的来源又是什么？ 5. 各营养级能量的去路有哪些？ 5.去路： 被下一营养级的生物所利用 请以生产者(第一营养级)为例说明.
被分解者所利用
消费者 ——前一营养级
呼吸作用消耗
定量不定时分析
呼吸作用散失 某一营养级 同化能量 流入下一营养级 分解者分解
定量定时分析
呼吸作用散失 某一营养级 流入下一营养级 同化能量 分解者分解 未被利用
指在一定时间内未被 呼吸消耗、未被分解 者所利用、未被下一 个营养级所同化的能 量。 未被利用的能量最终 被分解者所利用。
注意
1.只有满足Q输入≧Q储存+Q散失，生态系统才可能保持 稳定。Q输入 〈Q储存+Q散失，生态系统将会崩溃。 2.人工养殖生态系统的总能量=生产者固定太阳能总量+ 人工投放有机物（饵料）中能量
例2.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. 24kJ B. 192kJ C.96kJ 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：B。
生态系统中能量流动的模型与计算
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。
新教材高中生物3.2生态系统的能量流动
二、能量流动的特点
464.6 62.8 13.52% 62.8 12.6 20.06% 12.6
能量传递效率=
某一营养级的同化量 上一营养级的同化量
能量在相邻两个营养级间的 传递效率是10％～20％
二、能量流动的特点
变式：最多需要A__1_0_0_0___kg 方法：多条食物链, 需最少能量：选最短食物链；按÷20%计算 需最多能量：选最长食物链；按÷10%计算
题型三：关于“定值”的计算 在食物网中,某一营养级同时从上一个营养级的多种生物中按一定比例 获取能量，则按照单独的食物链进行计算后再合并。
【例】有一食物网如图所示。如果能量传递效率为10%，各条食物链传
生态系统的能量流动
在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量， 其去向不应该包括( B )。 A.通过兔子呼吸作用释放的能量 B.通过兔子的粪便流入分解者体内 C.通过狐的粪便流入分解者体内 D.流入狐体内
生态系统的能量流动
下图是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106kJ。已知该生态系统受到的太阳辐射为1188872×106kJ， 但其中1188761×106kJ的能量未被利用。请回答下面的问题。
3.流入某一营养级的能量，为什么不会百分之百地流到下一个营养级? 流入某一营养级的能量除了流入下一营养级的之外，还有以下去向： ①一部分通过该营养级的呼吸作用散失； ②一部分作为排出物、遗体或残枝败叶被分解者利用； ③一部分未被捕食，未能进入下一营养级。 所以，流入某一营养级的能量不可能百分之百地流到下一营养级。 4.通过以上分析，你能总结出什么规律? 能量流动是单向的；能量在流动过程中逐级递减。
生态系统的能量流动和物质循环
(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。
同化总量(106 J) 储存能量(106 J) 呼吸消耗(106 J)
A
900
200
பைடு நூலகம்
700
B
100
15
85
C
15
2
13
D
18
60
12
分析上表可知，流入该生态系统的总能量为________(J)， 从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为________。 从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是否增加？__ ______。
第 十第 八二 章讲
高考成功方案 第1步 高考成功方案 第2步 高考成功方案 第3步 高考成功方案 第4步
一、生态系统的能量流动 1．能量流动分析的基本思路(将种群作为整体来研究)
对于生产者来说，能量输入通过 植物的光合作用 ；对 于消费者来说，能量输入来自于 上一个营养级 。
2．能量流动的过程 (1)能量的输入：
(3) 大气中CO2的来源有三个：一是分解者的分解作用； 二是动植物的呼吸作用；三是化石燃料的燃烧。
(4) 实现碳在生物群落和无机环境之间进行循环的关键因 素是生产者和分解者。
2．物质循环与能量流动比较
项目 形式
过程 范围 特点
能量流动
物质循环
光能→化学能→热能 (一般形式)
化学元素
沿食物链(网)单向流 在无机环境和生物群落间
生态系统物质循环过程、特点及相关原理在生 考点二
产实践中的应用 此考点在高考中经常结合能量流动以食物网、 生态农业等形式进行考查，题型包括选择题和非 考情 选择题；在全球减排、发展低碳经济的背景下， 解读 与碳循环相关的原理和过程的考查预计会成为 2013年高考热点。
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生态系统能量流动过程分析1．下面为能量流经某生态系统第二营养级的示意图[单位：J/(cm2·a)]，据图分析，有关说法正确的是( ) A．该生态系统第一营养级同化的能量至少为400B．第二营养级用于生长、发育和繁殖的能量是100C．能量由第二营养级到第三营养级的传递效率是20%D．该生态系统第三营养级同化的能量是152．如图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动，图中字母代表相应的能量。
下列有关叙述不正确的是( ) A．如果c1表示蚕传递给分解者的能量，则b1表示未被利用的能量B．图中b表示桑树呼吸作用散失的能量C．图中的c可表示桑树用于生长、发育、繁殖的能量D．图中d1/d可以表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率3．如图为草原生态系统的能量流动图解模型，A、B、C分别表示流入各营养级的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育、繁殖的能量，G、H、I分别表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分别表示流入分解者的能量。
下列说法中正确的是( )A．图中A＝D、B＝E、C＝FB．K中能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量C．食物链中能量最少的是分解者所处的营养级D．第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是E/D4．(2015·茂名模拟)下列对人工鱼塘生态系统的分析，合理的是( )A．消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能B．生态系统中能量流动不是逐级递减的C．调查该生态系统中某鱼类密度常用的方法是样方法D．该生态系统的功能只有物质循环和能量流动5．如图为某人工松林18年间能量流动情况的调查统计(单位略)，有关说法正确的是( )A．“能量Q”是指生产者固定的太阳能总量B．无需人工能量投入该松林就可维持其稳定性C．18年间该松林中分解者获取总能量是285×1010D．动物的存在加快了人工松林的物质循环6．下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况，下列说法不正确的是( )项目昆虫摄食量昆虫粪便量昆虫呼吸消耗量昆虫生长的能量能量(kJ) 410 210 130 70A.呼吸作用会有能量散失是能量传递效率不能达到100%的原因之一B．昆虫同化的能量中约有35%用于其生长、发育和繁殖C．昆虫的后一个营养级能够获得的能量最多为14 kJ D．昆虫的前一营养级的能量至少为1 000 kJ7．如图表示某草原生态系统中的能量流动图解，①～④表示相关过程的能量数值。
下列有关叙述正确的是( )A．①是流入该生态系统的总能量B．分解者获得的能量最少C．图中②/①的值代表草→兔的能量传递效率D．③和④分别属于草和兔同化量的一部分8．如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出情况下，下列说法正确的是( ) A．能量主要是以太阳能的形式输入生态系统B．组分1、2、3分别代表生产者、消费者和分解者C．在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出量和输入量相等D．如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物9．如图为某鱼塘中能量流动图解部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项中正确的是( ) A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤一定小于①B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量C．在食物链中各个营养级能量输入的方式和形式是完全相同的D．第三营养级到第四营养级的能量传递效率为(③/②)×100%10．下表是对某生态系统营养级和能量流动情况的调查结果。
表中的①、②、③、④分别表示不同的营养级，⑤为分解者。
GP表示生物同化作用固定的能量，NP表示生物体贮存着的能量(NP＝GP－R)，R表示生物呼吸消耗的能量，有关叙述正确的是( )单位：102 kJ/(m2·a)GP NP R①15.91 2.81 13.10②871.27 369.69 501.58③0.88 0.34 0.54④141.20 62.07 79.13⑤211.85 19.26 192.59A.生态系统能量流动的渠道可能是②→④→①→③→⑤B．能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率约为5.5%C．若该生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物的总量会增多D．④营养级GP的去向中，未被利用的能量有一部分残留在自身的粪便中11．下面为某生态系统的“能量流动”图解，图中字母A、B、C、D、E表示生态系统的成分，字母a、b、c、d表示能量，数字表示生理过程或能量流动方向。
请据图回答下列问题：(1)流经该生态系统的总能量是通过______(填数字序号)过程实现的。
食草动物排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量流入分解者体内的过程应是图示中的______(填数字序号)箭头所示。
(2)该生态系统必不可少的两种生物成分除A外，还有______(填字母)。
图中生物构成的食物链有______个营养级。
(3)如果该生态系统受到DDT(一种有机磷农药)污染，体内DDT含量最高的生物是______(填字母)。
(4)大豆、蓝藻、硝化细菌都属于A生产者，其中硝化细菌是以______________作用的方式合成有机物的。
这三种生物中细胞结构相似的是________________________，主要原因是________________________________________________________________________。
(5)图中释放的能量d是通过生物E的________作用实现的。
(1)①⑤(2)E 4 (3)D (4)化能合成蓝藻和硝化细菌它们细胞中均无成形的细胞核(5)呼吸12．图甲为北极冻原生态系统中部分生物构成的食物网示意图。
图乙虚线方框内表示一个生态系统中的生物群落，箭头表示该生态系统中物质和能量流动的方向。
请据图回答下列问题：(1)图甲中雪兔和北极狐之间明显的种间关系是______________。
(2)假如北极狐的食物1/3来自雷鸟，1/2来自植物，且该系统能量传递效率为10%。
如果北极狐种群增加的能量为60 kJ，且不考虑其他变化的影响，则需要植物的量是________ kJ。
(3)图乙中C代表的生态系统中的成分是__________。
(4)下表表示图乙生态系统的能量流动情况。
同化总量(×106J) 储存能量(×106J) 呼吸消耗(×106J)A 900 200 700B 100 15 85C 15 2 13D 18 6 12分析上表可知，流入该生态系统的总能量为__________×106J，从第二营养级到第三营养级的能量传递效率为______。
从能量输入和输出来看，该生态系统的总能量是______(填“增加”“减少”“不变”)的。
(1)捕食和竞争(2)3 300 (3)分解者(4)900 18% 增加13．图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流动途径示意图，其中a～g表示能量值。
请据图作答：(1)图甲中，M2表示的能量形式为____________。
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____________________________________________________。
(3)图乙中有两处不同的能量散失途径，其中E处散失的能量是通过______________________实现的。
(4)若图甲中营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，它们构成的食物关系如图。
其中，甲能量中比例为x的部分直接提供给丙，要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量为__________________________kJ(用含所给字母的表达式表示)。
(1)热能(或通过呼吸作用散失的热量) 在食物链中能量传递逐级递减，Ⅳ的营养级高，可利用的能量少(2)Ⅱ所同化固定的能量Ⅱ用于自身生长、发育和繁殖的能量(3)分解者的呼吸作用(4)25A/(1＋4x)生态系统能量流动的计算1．(2015·玉溪一中期中)某生态系统中存在如图所示的食物网，如将C的食物比例由A∶B＝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C的数量是原来的( )A．1.375倍B．1.875倍 C．1.273倍D．0.575倍2．下图表示A、B两个特定生态系统的能量金字塔。
有关解释正确的是( )①一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多②能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减③若A和B中玉米的数量相同，A能养活10 000人，则B至少能养活500人④若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人比B中的人体内污染物浓度低⑤生态系统中玉米、牛和人三种群不一定符合能量金字塔A．①③④⑤ B．①②③⑤C．①②③④ D．③④⑤3．如图为生态系统食物网简图，若E生物种群总能量为7.1×109kJ，B生物种群总能量为2.3×108 kJ。
从理论上计算，A储存的总能量最少为( )A．7.1×108 kJ B．4.8×107 kJ C．5.95×107 kJ D．2.3×107 kJ4．在某草原生态系统能量流动过程中，假设羊摄入体内的能量为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%nC．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%n5．在人为干预下，地震毁损的某自然保护区恢复过程中的能量流动关系如图所示[单位为103 kJ/(m2·a)]。
请据图分析，下列说法错误的是( )A．在地震中营养级较高的生物受到的影响较大B．能量在第二营养级到第三营养级之间的传递效率为15.6%C．肉食动物需补偿输入的能量值为5×103 kJ/(m2·a)D．流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能6．如图为某生态系统中能量传递示意图，以下叙述不正确的是( )A．能量流动是从甲固定的太阳能开始的，流入该生态系统的总能量为1 250 kJB．从乙到丙的能量传递效率为15% C．将乙和丙的粪便作为有机肥还田，可以提高能量传递效率D．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性7．如图表示初级消费者能量流动的部分过程，括号中的字母表示能量值，初级消费者呼吸散失的能量为b，下列说法正确的是( )A．应在A、B处加上标有细胞呼吸的箭头B．初级消费者同化的能量为n－aC．次级消费者摄入的能量为n－a－bD．B为初级消费者所同化的总能量8．如图为某生态系统中能量流动过程图解，a～d表示相关能量数据，下列分析错误的是( )A．流入该生态系统的总能量是87 400 kJ·m－2·a－1B．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量是 6 200kJ·m－2·a－1C．各级消费者粪便中的能量属于其同化量D．能量从第二营养级传递到第三营养级的能量传递效率为11.4%9．某生态系统中的四种生物构成一条食物链a→b→c→d，通过测定得到这四种生物a、b、c、d所含的有机物总量分别为M1、M2、M3和M4。