新教材2023版高中生物第3章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动学生用书新人教版选择性必修2

第2节生态系统的能量流动课堂互动探究案课程标准1.分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动并逐级递减的规律。2．举例说明研究生态系统中能量流动规律，人们能够更加科学、有效地利用生态系统中的资源。3．解释生态金字塔表示食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。素养达成1.通过分析生态系统的能量流动的过程，建立生命系统的能量观。(生命观念)2．分析能量流动过程，归纳总结能量流动特点，形成科学思维的习惯。(科学思维)3．通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用，关注生产生活的态度。(社会责任)设疑激趣大草原上主要的生产者就是小草，草原上几乎所有的动物都是由小草养活的，没有小草，也就不会有兔子和鹰。现在小草有问题要问了：①我们的能量来自哪里？②照射在草地上的太阳能都被我们吸收了吗？③我们吸收了太阳能后，这些能量有哪些去向？今天我们共同学习生态系统的能量流动。夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂学习主题一能量流动的过程活动1呼伦贝尔草原上的鹰捕食兔子，存在一条食物链：草→兔→鹰。草原上生产者主要是草，草原上几乎全部动物都是直接或间接由草养活，那么草的能量来自哪里？它的能量又是经什么途径传递给其他动物的？活动2观察玉米的能量流动图示填空1．A是通过________完成的，该过程使________转化成________能，以________的形式储存在玉米体内。2．B通过________作用为生长发育提供能量，这个过程产生的能量大部分以________能的形式散失掉了。3．C过程中，枯枝落叶中的有机物被________分解为无机物，能量被释放。4．D是指部分能量被鸡通过________摄入体内，最终同化为自身的能量。活动3如图表示能量流经第二营养级示意图，请据图思考下列问题：1．摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)之间具有怎样的等量关系？2．初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量？第三营养级的粪便中的能量呢？3．初级消费者同化的能量又有几个流向？易错易混：(1)摄入量≠同化量①摄入量：指动物取食的总量，可以理解为动物的食物总量。②同化量：指动物经过消化和吸收后转化为自身的能量。③关系：同化量＝摄入量－粪便量同化量才是真正流经该营养级的总能量。粪便中的能量不是该营养级的能量，而是上一个营养级的同化量的一部分。如羊吃草，羊粪便中的能量是草同化的能量，并不属于羊同化的能量。(2)能量的输入并非只有光合作用能量的输入过程，绝大部分是通过绿色植物的光合作用进行的，但在极少数特殊空间，如深海热泉口生态系统中，是通过特殊细菌的化能合成作用完成的。名师提醒：1．某一个营养级的能量在一定时间内的去路(1)自身呼吸作用消耗；(2)流入下一营养级；(3)被分解者分解利用；(4)“未利用”(指未被自身呼吸作用消耗，也未被下一营养级和分解者利用)。2．能量流动的一个流程图和三个关系式(1)摄入量＝同化量＋粪便中的能量。(2)同化量＝用于生长、发育和繁殖的能量＋呼吸作用消耗的能量。1.分析能量流动的基本思路研究能量流动不能在个体水平上，只能在群体水平上。以食物链和食物网为渠道，以种群或营养级为对象作为一个整体来研究，可以简化问题，清晰地分析出能量流动的基本思路。2．流入某一营养级的能量的来源和去路(1)能量来源(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：①不定时(能量的最终去路)②定时(某段时间内的能量去路)3．“拼图法”分析能量流动过程输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存植物体的B1、流向分解者的C1、流向下一营养级的D1，如图所示：1．(学业水平三)流经某一生态系统的总能量是()A．照射到该生态系统中的全部太阳能B．该生态系统中生产者所固定的太阳能C．该系统中所有生产者、消费者、分解者体内的能量D．该生态系统中生产者体内的能量2．(学业水平三)下列关于能量流动的叙述，错误的是()A．各营养级同化的能量一般都会分为两部分流向分解者B．各营养级呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化C．消费者粪便中的能量应属于上一营养级同化的能量D．每种肉食性消费者同化的能量都来自于不同营养级3．(学业水平四)某同学绘制了下图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是()A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2)D．W1＝D1＋D24．(学业水平四)(不定项选择)下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中不正确的是()A．图中④包含了次级消费者粪便中的能量B．在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同C．①表示流经此生态系统的总能量D．从能量关系看②＞③＋④学习主题二能量流动的特点、生态金字塔及研究意义活动1美国生态学家林德曼对一个结构相对简单的天然湖泊——赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，得出了如图所示的数据[单位：J/(cm2·a)]。请完成以下分析：1．由图得知，能量流动的方向是________，只能从________营养级流向________营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。2．将各营养级上的能量“流入”和“流出”清单整理出来填在表格中(“流出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。[单位：J/(cm2·a)]流入流出传递效率第一营养级(生产者)464.662.8________第二营养级(植食性动物)62.812.6________第三营养级(肉食性动物)12.6－－(1)由此总结能量流动的传递效率公式：能量传递效率＝下一营养级同化量本营养级同化量×(2)能量传递效率是指各________之间的能量传递，不是指个体或种群之间。(3)生态系统中的能量流动为什么是单向的？(4)能量传递效率10%～20%是对整体而言的，某一食物链中相邻两个________的传递效率可能会低于10%。3．由2中数据可以看出，输入各营养级的能量不可能百分之百流入下一营养级，能量在沿________流动过程中是________的。其原因是：大部分能量通过________以热能的形式散失；________________被分解者分解利用；还有一部分能量未被利用。4.由2中传递效率可以看出，能量在相邻两营养级间的传递效率大约是________。利用该效率，将单位时间内各营养级所得到的能量、数量及生物量数值绘制成金字塔，如下表所示。能量金字塔数量金字塔生物量金字塔图示(1)据图分析，一条食物链中一般不超过5个营养级，原因是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)用能量流动的原理，解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。活动2某市在落实“禁烧秸秆”工作的过程中，化“堵”为“疏”，引导农民设计建立了如下生态系统模式图，阅读教材思考如下问题：1．相比农作物秸秆直接燃烧，上述生态系统实现了农作物中能量的________，提高了________。这说明：研究能量流动可帮助人们________、设计人工生态系统，使能量得到________的利用。例如，在森林中，最好使能量多储存在木材中；在草原牧场上，则最好使能量多流向牛、羊等牲畜体内，获得更多的毛、肉、皮、奶等畜产品。2．有人说：“由于上述生态系统是人工设计的，所以其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。”你认为对吗？3．在上述生态系统中，人们为提高农作物的产量，要经常到田间除草、灭虫、灭鼠。这样能合理调整生态系统中的________关系，使能量持续高效地流向____________________________________________。易错易混：能量传递效率≠能量利用率(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率约为10%～20%。(2)能量利用率：通常考虑的是流入人体中的能量占生产者能量的比值，或流入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。误区警示：根据能量传递效率进行“正向”和“反向”推导计算时，要注意题目给出的条件：(1)若已知较低营养级的能量，求较高营养级的能量，则用能量值乘以能量传递效率，反之则用能量值除以能量传递效率；(2)要注意题目是否给出了能量传递效率的具体数值。1.能量流动的特点及原因2．生态金字塔能量金字塔、数量金字塔、生物量金字塔三者都是用来说明食物链中能量流动情况的，三者统称为生态金字塔。不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。能量金字塔数量金字塔生物量金字塔形状特点一定为正金字塔一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形一般为正金字塔形象征意义能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特点一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减一般生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链升高逐级递减每一阶含义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有机物总量特殊形状无(一定正立)树→昆虫→鸟人工养殖的鱼塘中，生产者的生物量可以小于消费者的生物量3.能量流动的极值计算(1)能量在食物链中传递的计算①在一条食物链中若某一营养级的总能量为n，则传到下一营养级的能量最多为0.2n，最少为0.1n。②在一条食物链中，若某一营养级的能量为n，需要前一营养级的能量最少为n÷20%＝5n，最多为n÷10%＝10n。(2)能量在食物网中传递的计算①若一食物网中，已知最高营养级增加能量为Na.求最多消耗第一营养级多少时，按最长食物链，最低传递效率计算；b.求至少消耗第一营养级多少时，按最短食物链，最高传递效率计算。②若一食物网中，已知第一营养级能量为Ma.求最高营养级最多获得多少能量时，应按最短食物链，最高传递效率计算；b.求最高营养级最少获得多少能量时，应按最长食物链，最低传递效率计算。(3)在已知高营养级求需要低营养级最值时，若高营养级有多种食物来源，要注意高营养级食物来源有没有具体分配，若有就不能选最短或最长的食物链，而要按分配情况逐一计算，然后相加。4．在实际生产生活中对生态系统的能量流动规律的应用(1)尽量缩短食物链。(2)充分利用生产者。(3)充分利用分解者，如利用秸秆培育食用菌、利用植物残体生产沼气等。1．(学业水平三)处于能量金字塔塔基的生物是()A.第一营养级、生产者B.第二营养级、次级消费者C.第三营养级、三级消费者D.第四营养级、四级消费者2．(学业水平三)一个池塘有生产者(浮游植物)、初级消费者(植食性鱼类)、次级消费者(肉食性鱼类)和分解者(微生物)。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者和分解者的能量依次为b、c、d。下列表述正确的是()A.a＝b＋dB．a>b＋d＋cC.a<b＋dD．a<c＋d3.(学业水平四)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4．(学业水平四)(不定项选择)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。下列叙述不正确的是()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”形增长强化落实·学业达标——归纳·提升·素养网络建构主干落实1.生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．生态系统的能量流动从生产者固定太阳能开始。3．生态系统中能量流动是单向的、逐级递减的。能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%。4．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。5．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。6．研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。高效课堂·实践运用——巩固·达标·反馈1．一个天然湖泊生态系统中，肉食性动物比草食性动物的数量少得多。这是由于()A．湖泊中氧气不足B．湖泊中动物的密度太大C．捕食肉食性动物的鸟类过多D．能量在食物链中逐级递减2．下图为某生态系统部分能量流动示意图，能量沿着一条食物链(绿色植物→鼠→鼬)流动。据图分析，下列相关叙述错误的是()A．图中“呼吸”是指细胞呼吸过程中以热能形式散失的能量B．分解者能将动植物遗体残骸中的有机物分解成无机物C．鼠摄入的能量中，最多有20%的能量流向鼬D．鼬为次级消费者，其摄入量减去粪便量即同化的能量3．某同学通过分析蛇的食性绘制了如图所示的食物关系。假定一条1kg的蛇，4/5的食物来自鼠，1/5的食物来自蛙。按能量流动的最高效率计算，此蛇间接消耗的植物为()A．45kgB．22.5kgC．90kgD．20kg4．(不定项选择)如图是一个农业生态系统模式图，下列关于该系统的叙述中，正确的是()A．微生物能利用农作物通过光合作用储存的能量B．沼气池中的微生物是该生态系统的分解者C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率5．如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值，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118872.0百万千焦，但其中118761.0百万千焦的能量未被利用。请回答：(1)请将流经该生态系统的总能量值填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。(2)能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为________%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为________%。(3)次级消费者通过呼吸作用消耗的能量占其同化作用所得到的能量的比例是________%。(4)由图可知，下一个营养级不能得到其上一个营养级的全部能量，原因：①各营养级生物体内的大部分能量被________________；②各营养级生物体内的部分能量____________________；③还有部分能量被________利用。疑难解答·全程培优——释疑·解惑·教材教材第60页►【练习与应用】一、概念检测1．(1)√(2)×(3)√2．C该生态系统中生产者体内的能量小于生产者固定的太阳能总量，A错误；照射到该生态系统中的全部太阳能不能被生产者全部固定，生产者固定的太阳能才是流经该生态系统的总能量，包括生态系统内所有生物体内的能量和它们呼吸作用散失的能量，C正确，B、D错误。3．B由于生产者自身呼吸会消耗一部分能量，还有部分能量未利用，所以生产者固定的太阳能要大于消费者和分解者所获得的能量之和。二、拓展应用1．(1)(2)提示：图b所示生态系统的能量能够更多地被人类所利用，因为其中流向分解者的能量，还有一部分以生活能源或食物中化学能的形式被人类再度利用，即该生态系统实现了能量的多级、充分利用，提高了能量的利用率。2．提示：不能。根据热力学第二定律，在封闭系统中，随着时间的推移无序性将增加。硅藻能利用获取的营养通过自身的新陈代谢作用释放能量，从而依靠能量完成物质由无序向有序的转化，筑造自己的精美小“屋”。开放性问题，答案合理即可。第2节生态系统的能量流动夯基提能·分层突破学习主题一【师问导学】活动1提示：草的能量来自太阳光能。传递途径为食物链或食物网。活动21．光合作用光能化学有机物2．呼吸热3．分解者4．捕食活动31．提示：摄入量(a)＝粪便量(c)＋同化量(b)。2．提示：初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量，第三营养级的粪便中的能量属于第二营养级的能量。3．提示：三个：自身呼吸作用散失、被分解者利用和流向下一营养级。【过程评价】1．解析：流经某一生态系统的总能量是指这个生态系统的生产者所固定的全部太阳能。答案：B2．解析：各营养级获得的同化量中流向分解者的能量常常分为两部分，即一部分是形成的遗体、残骸等，另一部分是被下一营养级摄入后形成的粪便，A正确；各营养级呼吸作用释放的能量一部分用于满足自身生命活动，一部分以热能散失，其中散失的能量不能被其他生物所同化利用，B正确；消费者粪便中的能量由于没有被消费者同化，所以应属于上一营养级同化的能量，C正确；在特定的生态系统中，部分肉食性消费者同化的能量可能只来源于同一个营养级，D错误。答案：D3．解析：生产者固定的总能量(W1)是流经该生态系统的总能量，W1＝A1＋B1＋C1＋D1，又因为D1＝A2＋B2＋C2＋D2，所以W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正确；初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量为B2＋D2＋C2，B错误；初级消费者摄入的能量应大于其同化量，即大于A2＋B2＋C2＋D2，C错误；按最大能量传递效率20%计算，图中的D1＝W1×20%，D2＝D1×20%＝W1×4%，所以D1＋D2＝W1×24%，故W1＞D1＋D2，D错误。答案：A4．解析：④是次级消费者流向分解者的能量，属于次级消费者同化的能量，而次级消费者粪便中的能量不属于它同化的能量，属于初级消费者同化的能量，A错误；在食物链中，各营养级获得能量的方式及能量的用途不完全相同，B错误；①表示初级消费者同化的能量，而流经生态系统的总能量是生产者固定的能量，C错误；②为次级消费者同化的能量，其去向除了③流向下一营养级(三级消费者)、④流向分解者外，还有呼吸消耗和未被利用的，所以②>③＋④，D正确。答案：ABC学习主题二【师问导学】活动11．单向的第一第二2．13.5%20.1%(2)营养级(3)提示：①食物链中各种生物之间的捕食关系是确定的，是在长期自然选择过程中形成的，不能逆转；②各营养级的能量最终是在呼吸作用过程中以热能形式散失的，而热能是不能被生物再度利用的。(4)营养级3．食物链逐级递减呼吸作用遗体、排遗物、残枝败叶4．10%～20%(1)生态系统中能量流动的传递效率一般是10%～20%，营养级越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能维持一个新的营养级(2)提示：根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律可知，营养级越高，可利用的能量就越少，虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链(网)流经虎的能量已减到很小的程度。因此，虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”。活动21．多级利用能量利用率科学规划最有效2．提示：不对。人们虽然可设法调整能量流动方向，使能量流向对人类最有益的部分，但不能改变能量的传递效率。3．能量流动对人类最有益的部分【过程评价】1．解析：生产者是第一营养级，其固定的能量最多，在能量金字塔的最底层，是能量金字塔的塔基，A正确。答案：A2．解析：生态系统中，生态系统中的能量流动从生产者固定太阳能开始，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，是单向不可逆转的。流入初级消费者、次级消费者和分解者的能量全部来自生产者，且每个营养级都有呼吸消耗的能量，所以，初级消费者(b)、次级消费者(c)、分解者(d)的能量之和小于生产者固定的全部能量(a)，即a>b＋d＋c，B符合题意。答案：B3．解析：由于生产者没有改变，所以流向该生态系统的总能量没有变化，设C原来的能量为a，则需要A提供的能量为1/2a×10×10＋1/2a×10＝55a；改变食物比例后的C的能量设为b，则需要A提供的能量为2/3b×10＋1/3b×10×10＝40b。根据题意可知：55a＝40b，即：b/a＝1.375。答案：A4．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，A错误；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，B正确；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，C错误；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”形增长，D错误。答案：ACD高效课堂·实践运用1．解析：湖泊中氧气不足