生态系统中能量流动的计算类型分析
生态系统的能量流动和物质循环.
食物链中每 一营养级生 物所含能量 的多少
每一营养级 生物个体的 数目
每一营养级 生物的总生 物量
(1)能量金字塔不会出现倒置现象。数量金字 塔在前一营养级的生物个体很大，而后一营 养级的生物个体很小时，会出现倒置现象。 如树林中，树、昆虫和食虫鸟个体数比例关系可形成如右 图所示的数量金字塔。
(2)在人工生态系统中因能量可人为补充，可能会使能量金字 塔呈现倒置状况。如人工鱼塘中生产者的能量未必比消费 者(鱼)多。天然生态系统则必须当能量状况表现为金字塔形 状时，方可维持生态系统的正常运转，从而维持生态系统 的稳定性。
养的人数将会
(增多、不变、减少)，理由
是
。
[课堂笔记] (1)玉米、鸡、牛、人之间的食物关系见答案。 (2)因人与鸡均食用玉米子粒，而牛食用玉米秸秆，且人还食 用鸡和牛，故人与鸡的种间关系为竞争和捕食，人与牛的种 间关系为捕食，而牛与鸡之间无竞争关系。 (3)该农场生态系统中的生产者为玉米，生产者(玉米)固定的 太阳能为流经生态系统的总能量。 (4)食物链越长，能量沿食物链流动时损耗越多，高营养级获 得的能量也就越少。改变用途的1/3玉米中的能量流入人体内 所经过的食物链延长，故人获得的总能量将减少。
[例1] (2009·全国卷Ⅰ)某种植玉米的农场，其收获的玉米
子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加
工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用。人、牛、鸡的粪
便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为
种植玉米的肥料。据此回答(不考虑空间因素)：
(1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网：
②由于能量流动是逐级递减的，能量流经每一营养 级时均有损耗，故食物链营养级环节越多，能量 损耗越大，欲减少能量损耗应缩短食物链。
生态系统中能量流动
生态系统中的能量流动
一、生态系统中的初级生产
1初级生产的基本概念 • 初级生产量或第一性生产量（primary production） 植物所固定的太阳能或所制造的有机物质.
• 净初级生产量（net primary production）
• 总初级生产量（gross primary production）
N,P,C是造成湖泊富养化的主要营养物质，磷是植物生产 量的主要限制因子。
结果：硅藻、绿藻
蓝绿藻
蓝绿藻能成为优势浮游植物的原因：
浮游动物和鱼不愿以蓝绿藻为食。 很多蓝绿藻能固定大气中的氮，但氮缺乏时，它们便处于 有利的竞争地位。
CO2 光 温度 O2
• 海洋生态系统
光：是限制海洋初级生产量的一个重要因子。 1米深出，50%的光被吸收；20米深出，仅有5—10%的光。
二氧化碳测定法
• 用塑料罩将生物的一部分套住 • 测定进入和抽出空气中的CO2 • 透明罩：测定净初级生产量 • 暗罩：测定呼吸量
放射性标记物测定法
• 用放射性14C測定其吸收量，即光合作用固定的碳量 • 放射性14C以碳酸盐的形式提供，放入含有自然水体浮游植物的样瓶中，沉入
水中经过一定时间，滤出浮游植物，干燥后在计数器测定放射活性，然后计 算：
浮游植物的净生产力 的计算公式：
P R C 3.7 K
其中：P为浮游植物的光合作用率（以每天每平方米海洋表面所固 定的表示；R为入射光亮的相对光合作用率；K为每米深光的消退 系数；C为每立方米海水所含叶绿素的克数。3.7是在光饱和的条 件下，每克叶绿素每小时在光合作用中可固定3.7克碳。
营养物质：
③ 从总的能流途径而言，能量只是一次性流 经生态系统，是不可逆的。
第三章农业生态系统能量流
食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一 种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。
二、食物链的种类
按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chain）：
食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复 的吃与被吃的相互关系。
营养结构：以营养为纽带，把生物与生物、生物与 环境紧密联系起来的结构。
四、农业生态系统食物链加环
（一）食物链加环的作用
在原有食物链中通过加入新的链环，延长 或完善食物链组合，改变农业生态系统的结构， 具有很好的效益。其作用表现在：
均朝着熵值增加的方向进行。 （2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的
任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。
四、耗散结构理论
1.耗散结构(dissipative structure)：开放系统在远离平衡态的 非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。 (Prigogine)
2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界 进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定 状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。
R 呼吸
枯死、采食
总生产量Pg 量B
净生产量 Pn
现存
2、 地球生物圈主要生态系统初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生 产量为：（单位：×109吨）
兼具两种以上的功能环节。
如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害 虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田）， 又可生产鱼、蛋产品。
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。
有关生态系统中能量流动的计算
答 案 ：５ ５ ５
例 ４为缓解人 口增 长带来 的世界 性粮食
紧张状 况 ，人类可 以适 当改变膳食 物结构 。
小结 五 ：能量传递 效率是指相邻 营养级
的同化量的 比值 ，关键是正确计算 出同化量 。
此类 题较为 复杂 ，既要确定所 要用 的传 若将人 类的 （ 草食 ）动物性食物 与植 物性食 递效率又要选 出相关的食物链 。 物 的 比例 由 １比 １ 调 整 为 １比 ４ ，地球 可供
因 此： 人 增 重 １ ｋ ｇ共 消 耗 植 物 ２ ． １＋ １ ２ ． ６＋ ２ ９ ． ３＋ １ ８ ． ８ ＝ ６ ２ ． ８ Ｊ ，Ｇ与 Ｈ的
５ ＋ ５ ０ ＋ ５ ０ ０ ＝ ５ ５ ５ ｋ ｇ 。
传递效率 ＝ ６ ２ ． ８ Ｊ ／ ４ ６ ５ Ｊ ｘ １ ０ ０ ％，所 以 Ｂ项正
总之 ，要解决好能 量流动 的计 算题 ，就 要找 出相 关的食物链 ，确定传递效 率 ，把握
＝
１ ÷ｆ ２ ｏ ％） ４ ＝ ６ ２ ５ ｋ Ｊ 。
Ａ、与该 生态系统稳定性 密切相关 的是 图中的 Ｇ、Ｈ和 ｃ所形成 的营养结构
小结一 ：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
Ｂ 、由 Ｇ到 Ｈ的能量传递效率 为 １ ３ ． ５ １ ％
有关生态系统 中能量流动的计算
口 河南省西平县杨庄高 中 王会红 生态 系统 中能量流 动的计算是近几 年高 考的热点 ，学 生常 因缺乏 系统总结和解 法归 处动物属第 二营养级 ，这样 就 可以两 条食 物
纳而容易 出错 。下面就相关 题型的规律 及解 食 物 链 和 最 低 传
Ｃ、从生态学的观点来 看 ，Ｇ、Ｈ和 ｃ所
生物能量流动计算技巧
生物能量流动计算技巧1.能量金字塔分析：能量金字塔是一种描述生物种群能量流动的图表。
在能量金字塔中，能量从底层（生产者）逐渐向上层（消费者）转移，每一层的生物种群能量都比上一层低。
通过分析能量金字塔的结构，我们可以了解到能量在不同层级之间的流动情况和能量的转化效率。
2.生态效率计算：生态效率指的是生态系统能量的转换效率，即能量在转化过程中被利用的比例。
生态效率可以通过计算单位时间内以其他形式消耗能量的生物种群数量与单位时间内净初级生产者的数量的比值得到。
生态效率的计算可以帮助我们了解生态系统中营养物质的有效利用程度和能量流动的效率。
3.氮循环计算：氮是生物体内重要的元素之一，氮循环是将氮从大气中转化为有机物，再通过生物体间的转化和分解循环利用的过程。
在氮循环计算中，通常可以使用氮稳定同位素技术来跟踪氮在生物体间的转化和循环过程，以更准确地估计氮的转化率和循环速率。
4.生态食物网分析：生态食物网是描述生态系统中生物种群之间相互依赖和相互关系的网状结构。
在生态食物网分析中，通常使用稳定同位素技术来追踪营养物质在食物链中的流动。
通过分析生态食物网的结构和稳定同位素比值，可以揭示生态系统中不同生物种群之间的能量流动路径和食物链的稳定性。
5.光合作用效率计算：光合作用是生物体利用光能将无机物转化为有机物的过程。
光合作用的效率可以通过计算光合作用产生的光合产物与光合作用消耗的光能之间的比值来得到。
光合作用效率的计算可以帮助我们了解植物利用光能的效率和生态系统中光合作用对能量流动的影响。
总之，生物能量流动计算技巧可以帮助我们更好地理解营养物质的转化和利用过程，揭示生态系统中能量流动的规律。
通过应用这些技巧，我们可以更准确地研究和分析生态系统的结构和功能，为保护和管理生物多样性和生态系统健康提供科学支持。
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生态系统中能量流动的计算类型分析生态系统中能量流动的计算是近几年高考的热点，考生常因缺乏系统总结和解法归纳而容易出错。
下面就相关问题解法分析如下: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. 192kJC.96kJD. 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n物量)×(20%)(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4算。
设需消耗第一营养级的生物量为X kg，则X=1?(20%)=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n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)×5(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)。
3.已知能量的传递途径和传递效率，根据要求计算相关生物的能量(或生物量)。
例3.在能量金字塔中，生产者固定能量时产生了240molO，若能量传递效率为10%,15%2时，次级消费者获得的能量最多相当于多少mol葡萄糖,( )A.0.04B. 0.4C.0.9D.0.09解析:结合光合作用的相关知识可知:生产者固定的能量相当于240?6,40mol葡萄糖;生产者的能量传递给次级消费者经过了两次传递，按最大的能量传递效率计算，次级消费者获得的能量最多相当于40×15%×15%,0.9mol葡萄糖。
答案:C规律:已知能量传递效率及其传递途径时，可在确定能量传递效率和传递途径的基础上，按照相应的能量传递效率和传递途径计算。
二、食物网中能量流动的计算1.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，未告知传递效率时的能量计算。
例4.右图食物网中，在能量传递效率为10%,20%时，假设每个营养级的生物从前一营养级的不同生物处获得的能量相等。
则人的体重每增加1 kg，至少需要消耗水藻 kg。
解析:由题意知:人从大鱼和小鱼处获得的能量是相等的，小鱼从虾和水藻处获得的能量是相等的，而且，题中“至少”需要多少，应按能量传递的最大效率计算。
计算方法如下:在“小鱼?大鱼?人”的传递途径中，大鱼的生物量至少为0.5?20%,2.5 kg，小鱼的生物量至少为2.5?20%,12.5 kg;在“小鱼?人”的传递途径中，小鱼的生物量至少是0.5?20%,2.5 kg。
因此，小鱼的生物量总量至少为12.5+2.5=15 kg。
1同理:在“水藻?水蚤?虾?小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15?2?20%?20%?20%,937.5 kg;在“水藻?小鱼”的传递过程中，水藻的生物量至少是15?2?20%,37.5 kg。
因此，水藻的生物量总量至少为937.5+37.5=975 kg。
答案:975规律:对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物链并确定各营养级之间的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别进行计算，再将各条食物链中的值相加即可。
2.已知较高营养级从各食物链中获得的比例，在特定传递效率时的计算。
例5.若人的食物1/2来自植物，1/4来自小型食肉动物，1/4来自羊肉，若各营养级之间的能量传递效率为10%时，人增重1 kg需要消耗的植物为,, kg。
解析:根据题意可画出食物网(右图)，从题目要求可以判断能量的传递效率为10%，根据人增重从不同途径获得能量的比例可计算如下:植物?人:0.5?10%,5 kg;植物?羊?人:0.5?10%?10%,50 kg;植物?羊?小型肉食动物?人:0.5?10%?10%?10%,500 kg;因此:人增重1 kg共消耗植物5+50+500=555 kg。
答案:555规律:对于食物网中能量流动的计算，先应根据题意写出相应的食物网，根据特定的传递效率，按照从不同食物链获得的比例分别计算，再将各条食物链中的值相加即可。
三、已知各营养级的能量(或生物量)，计算特定营养级间能量的传递效率例6.在某生态系统中，1只2 kg的鹰要吃10 kg的小鸟，0.25 kg的小鸟要吃2 kg的昆虫，而100 kg的昆虫要吃1000 kg的绿色植物。
若各营养级生物所摄入的食物全转化成能量的话，那么，绿色植物到鹰的能量传递效率为( )A. 0.05%B. 0.5%C. 0.25%D. 0.025%解析:根据题意，可根据能量传递效率的概念计算出各营养级之间的能量传递效率，再计算出绿色植物转化为鹰的食物链中各营养级的生物量。
即:10 kg的小鸟需要昆虫的生物量=10?(0.25?2)=80 kg;80 kg的昆虫需要绿色植物的生物量=80?(100?1000)=800 kg。
因此，从绿色植物?昆虫?小鸟?鹰的生物量依次为800 kg?80 kg?10 kg?2 kg，则鹰转化绿色植物的百分比为2/800×100%=0.25%。
答案:C规律:要计算能量传递效率，可先根据各营养级的生物量计算出各营养级的传递效率，并推算出不同营养级的生物量，最后计算出所需计算转化效率的较高营养级(本题中的鹰)的生物量(或能量)占较低营养级(本题中的植物)的比例即可。
四、巩固练习1.某人捕得一条重2 kg的杂食海鱼，若此鱼的食物有1/2来自植物，1/4来自草食鱼类，1/4来自以草食鱼类为食的小型肉食鱼类，则该鱼至少需要海洋植物,, kg。
2.在浮游植物?浮游动物?鱼这条食物链中，如果鱼要增加1000 kg，那么，至少需要浮游动物和浮游植物分别是 ( )A.10000 kg和50000 kgB.5000 kg和25000 kgC.50000 kg和50000 kgD.10000 kg和10000 kg3.某个生态系统中，生产者和次级消费者的总能量分别是E和E，在下列几种情况中，13可能导致生态平衡被破坏的是A. E,100EB. E,100EC. E,25ED. E,25E 1313131324.有一食物网如右图所示。
假如猫头鹰的食物2/5来自兔子，2/5来自老鼠，其余来自蛇，那么猫头鹰要增加20g体重，最多消耗植物,,克。
5.右图为美国生态学家林德曼于1942年对一个天然湖泊??赛达伯格湖的能量流动进行测量时所得结果。
请据图中相关数据，则第二营养级向第三营养级的能量传递效率是,,,。
6.下图所示的食物网中，C生物同化的总能量为a，其中A生物直接供给C生物的比例为x，则按最低的能量传递效率计算，需要A生物的总能量(y)与x的函数关系式为,,,,,,,,,,。
五、巩固练习答案与解析1.80 kg 解析:由题意可知，这条鱼的食物来源于三条食物链，即:植物?杂食鱼;植物?草食鱼类?杂食鱼;植物?草食鱼类?小型肉食鱼类?杂食鱼，由较高营养级的生物量求其对较低营养级的需要量时，应按能量传递效率20%计算。
通过三条食物链消耗植物分别是5 kg、12.5 kg和62.5 kg，因此，消耗植物的最少量是5，12.5，62.5,80 kg。
2.B 解析:较高营养级获得参量一定时，能量传递效率越大，则所需较低营养级生物量越少，应按20%的能量传递效率计算。
所以需要浮游动物的生物量为1000?20%=5000 kg，所需浮游植物为1000?20%?20%=25000 kg。
3.D 解析:生态系统的能量传递效率为10%,20%，当生产者的能量小于次级消费者能量的25倍，则说明该生态系统中，在生产者、初级消费者和次级消费者之间的能量流动效率已经高于20%，此时，次级消费者对于初级消费者的捕食强度会加大，可能使生态系统的稳定性受到破坏，影响生生态系统的可持续性发展，导致生态平衡破坏。
4.5600 解析:该食物网中有三条食物链，最高营养级为鹰。
据题意，应按最低能量传递效率(10%)计算，可得到三条链消耗的植物分别为800g、800g、4000g，共消耗植物5600克。
5.20.06% 解析:能量传递效率为下一个营养级所获得的能量占上一个营养级获得能量的比例。
则:第二营养级向第三营养级的传递效率为:12.6?62.8×100%,20.06%。
6.y,100a,90ax 解析:C从A直接获得的比例为x，则直接获得能量为ax，需要消耗A的能量为10ax;通过B获得的比例为(1,x)，则获得能量为(1,x)a，需要消耗A的能量为100(1,x)a。
因此，消耗A的总能量为:10ax，100(1,x)a,100a,90ax，可得函数关系式:y,100a,90ax。
3。