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【摘要】能量流动是生态系统三大功能之一，能量流动平衡是维持生态系统稳定的基础之一。研究能量流动及其平衡，有利于人们在农业林业、渔业等生产中使能量流向对人有益的方向，提高经济效益，同时能有效地保护生态环境不被破坏，实现人和自然的可持续发展。有关能量流动及平衡的知识也是高考中生态类题目中的重点和热点。
【关键词】能量流动；平衡；营养级；同化
从自然的生态系统看，生产者固定的太阳能（能量的进）需与所有生物的呼吸代谢消耗（能量的出）处于动态平衡（图1[人教版新课标必修三图5-7]）。就生态系统中的任意一个营养级或种群甚至个体来看，其能量的进出也要平衡，流经营养级或种群的能量析图见图2（人教版新课标必修三图5-6）和图3（人教版新课标必修三教师用书图5-4）。
根据上述图1～图3，其存在明显的内在联系。图2是图1中初级消费者的能量的进与出；也是图3中食入部分及其后的能量去向。从图中可知，某一营养级的能量只有一个来源和三个去路。但实际上来源中，除了可由上一营养级提供，在人工生态系统中，本营养级的能量还可以来自人为投入的有机物中能量（生产者除外）；去路除了图中的三个，还有一个需要考虑的去路——本营养级未利用的能量，即每一营养级的能量去路一般都有四个去路：呼吸消耗、被分解者利用、进入下一营养级和未利用，最高营养级的能量只有三个去路（呼吸消耗、被分解者利用、未利用）。
针對生态系统和营养级的能量流动图示及其分析，高考题中屡有出现且难度较高，高考之后的地市模拟题也常有这些题的变式，这就要求教师除了讲解教材中的知识点和图示外，还需要在其原有的基础上进行拓展及发掘。
【例1】[2009高考重庆] 图 4是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量，下列叙述正确的是（ ）
答案：C
解析：恒温动物为维持体温，呼吸代谢消耗量所占同化量比例要高于变温动物，则④/③值一般低于变温动物；10%～20%为能量传递效率值，是指③与上一营养级同化量的比值，而非与①的比值；为提高效率，养殖圈养动物，精细化饲料的使用可以提高效率减少粪便量；哺乳动物对蛋白质和脂质类物质的消化吸收效率要高于纤维素。
【变式2】[2012宜春模拟] 一片草原生活着鹿和狼，对鹿进行能量分析：①摄入量、②同化量、③呼吸消耗量、④给分解者的能量、⑤被狼摄入的能量、⑥未被利用的能量、⑦鹿粪便中的能量。下列每组中属于鹿的能量却不存在包含关系或交叉关系（即没有相同部分）的是（ ）
A. ①和② B. ④和⑤ C. ③和④ D. ⑤和⑦
答案：C
解析：根据图3所示分析有①=②+⑦，②=③+④+⑥+狼的同化量。鹿给分解者的能量④包含遗体、残骸、排泄物中的能量，以及通过狼粪便的形式进入分解者的能量。被狼摄入的能量⑤包含④中的部分能量和狼的同化量，鹿粪便中的能量⑦为来自生产者。
【变式3】[2012衡水一模（部分）] 图7是某草原生态的部分营养结构的模式图，图8表示此草原生态系统中的食草昆虫和蟾蜍利用食物的部分过程：
⑴植食动物的粪便属于图解中的部分，能量由植食动物流向肉食动物的传递效率可表示为（用序号表示）。
⑵气温逐渐降低时，若⑥保持不变，青蛙的⑦/⑥的值将，而狼的⑦/⑥的值将。
答案： ⑴ A ⑥/② ⑵增大或升高 减小或降低
解析：根据图3可知粪便中的能量等于摄入量减去同化量；能量传递效率是下一营养级同化能量与上一营养级同化能量的比值。恒温动物在气温较低时需要增强呼吸来产热以维持体温平衡，则呼吸消耗增加，储存量减少，⑦/⑥值减小，变温动物则相反。
例2及变式3中图示的出现，除了需要教师分析图2，还需要根据教参进行很好的补充及拓展，否则学生在初见拓展图示时分析很吃力。
【疑问2】图6、图8中的有机物积累量或储存量即同于图2中初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量，在教学中发现，不少同学把它误解为未利用的能量，而实际上它包含了未利用的能量在内。但从字面理解，生物体中的能量只有未利用的能量才能储存或积累。引起该误解的原因可能是在营养级或种群中，能量的进出一直处于动态过程，进入分解者和被下一营养级摄入的能量来自前一阶段积累的能量，通过生长、发育、繁殖等积累能量用于之后进入分解者和被下一营养级摄入。
【关键词】能量流动；平衡；营养级；同化
从自然的生态系统看，生产者固定的太阳能（能量的进）需与所有生物的呼吸代谢消耗（能量的出）处于动态平衡（图1[人教版新课标必修三图5-7]）。就生态系统中的任意一个营养级或种群甚至个体来看，其能量的进出也要平衡，流经营养级或种群的能量析图见图2（人教版新课标必修三图5-6）和图3（人教版新课标必修三教师用书图5-4）。
根据上述图1～图3，其存在明显的内在联系。图2是图1中初级消费者的能量的进与出；也是图3中食入部分及其后的能量去向。从图中可知，某一营养级的能量只有一个来源和三个去路。但实际上来源中，除了可由上一营养级提供，在人工生态系统中，本营养级的能量还可以来自人为投入的有机物中能量（生产者除外）；去路除了图中的三个，还有一个需要考虑的去路——本营养级未利用的能量，即每一营养级的能量去路一般都有四个去路：呼吸消耗、被分解者利用、进入下一营养级和未利用，最高营养级的能量只有三个去路（呼吸消耗、被分解者利用、未利用）。
针對生态系统和营养级的能量流动图示及其分析，高考题中屡有出现且难度较高，高考之后的地市模拟题也常有这些题的变式，这就要求教师除了讲解教材中的知识点和图示外，还需要在其原有的基础上进行拓展及发掘。
【例1】[2009高考重庆] 图 4是某森林生态系统物质和能量流向示意图，h、i、j、k表示不同用途的有机物（j是未利用部分），方框大小表示使用量，下列叙述正确的是（ ）
答案：C
解析：恒温动物为维持体温，呼吸代谢消耗量所占同化量比例要高于变温动物，则④/③值一般低于变温动物；10%～20%为能量传递效率值，是指③与上一营养级同化量的比值，而非与①的比值；为提高效率，养殖圈养动物，精细化饲料的使用可以提高效率减少粪便量；哺乳动物对蛋白质和脂质类物质的消化吸收效率要高于纤维素。
【变式2】[2012宜春模拟] 一片草原生活着鹿和狼，对鹿进行能量分析：①摄入量、②同化量、③呼吸消耗量、④给分解者的能量、⑤被狼摄入的能量、⑥未被利用的能量、⑦鹿粪便中的能量。下列每组中属于鹿的能量却不存在包含关系或交叉关系（即没有相同部分）的是（ ）
A. ①和② B. ④和⑤ C. ③和④ D. ⑤和⑦
答案：C
解析：根据图3所示分析有①=②+⑦，②=③+④+⑥+狼的同化量。鹿给分解者的能量④包含遗体、残骸、排泄物中的能量，以及通过狼粪便的形式进入分解者的能量。被狼摄入的能量⑤包含④中的部分能量和狼的同化量，鹿粪便中的能量⑦为来自生产者。
【变式3】[2012衡水一模（部分）] 图7是某草原生态的部分营养结构的模式图，图8表示此草原生态系统中的食草昆虫和蟾蜍利用食物的部分过程：
⑴植食动物的粪便属于图解中的部分，能量由植食动物流向肉食动物的传递效率可表示为（用序号表示）。
⑵气温逐渐降低时，若⑥保持不变，青蛙的⑦/⑥的值将，而狼的⑦/⑥的值将。
答案： ⑴ A ⑥/② ⑵增大或升高 减小或降低
解析：根据图3可知粪便中的能量等于摄入量减去同化量；能量传递效率是下一营养级同化能量与上一营养级同化能量的比值。恒温动物在气温较低时需要增强呼吸来产热以维持体温平衡，则呼吸消耗增加，储存量减少，⑦/⑥值减小，变温动物则相反。
例2及变式3中图示的出现，除了需要教师分析图2，还需要根据教参进行很好的补充及拓展，否则学生在初见拓展图示时分析很吃力。
【疑问2】图6、图8中的有机物积累量或储存量即同于图2中初级消费者用于生长、发育、繁殖的能量，在教学中发现，不少同学把它误解为未利用的能量，而实际上它包含了未利用的能量在内。但从字面理解，生物体中的能量只有未利用的能量才能储存或积累。引起该误解的原因可能是在营养级或种群中，能量的进出一直处于动态过程，进入分解者和被下一营养级摄入的能量来自前一阶段积累的能量，通过生长、发育、繁殖等积累能量用于之后进入分解者和被下一营养级摄入。