高二生物人教版必修3学案第5章第2节生态系统的能量流动

第2节生态系统的能量流动知识点一生态系统能量流动的概念和过程[新知导学]1．概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．过程(1)输入eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(能量来源：太阳能,输入生物：生产者,主要方式：光合作用,能量转化：光能→化学能))(2)某一营养级摄入能量的去向：(3)过程图解：通过上述图解可以看出，初级消费者、次级消费者、三级消费者能量流动相同的三个去向是：①通过呼吸作用以热能的形式散失。②被下一营养级同化。③被分解者分解利用。1．结合教材P94图5－6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？(2)初级消费者粪便中的能量是其同化量的一部分吗？为什么？提示：(1)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)不是，初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量，而是属于生产者所同化的能量。2．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。[重难探究]1．能量流动过程分析

2.能量流动过程图解(1)模式图：(2)分析图。①动物同化的能量＝摄入量－粪便中有机物的能量，即第二营养级粪便中的能量不属于第二营养级同化的能量。②每一营养级同化的能量分为两部分，一部分在自身的呼吸作用中以热能的形式散失了，一部分则用于自身的生长、发育和繁殖等生命活动。③用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量主要包括未利用部分、流向分解者部分、流向下一营养级部分。④未利用部分是指存在于某营养级活体中的能量，既未被自身呼吸消耗，也未传给下一营养级，也未被分解者利用。摄入量、同化量和粪便量摄入量＝同化量＋粪便量↓↓↓eq\a\vs4\al(动物摄取的食,物中所含的能,量，即动物所吃,食物中的能量)eq\a\vs4\al(动物经消化道消,化、吸收后所获,得的能量，即动,物摄食后转化为,自身的能量)eq\a\vs4\al(动物所摄入食,物中未被消化、,吸收部分中的,能量，即食物残,渣中的能量)[典题演练]1．下图为生态系统中能量流动的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值。下列各项中正确的是(D)A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤肯定大于①B．④中包含了次级消费者粪便中的能量C．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D．②>③＋④解析：人工饲养的高密度鱼塘中除了生产者通过光合作用固定太阳能外，还需要给鱼类添加食物；④指次级消费者所同化的能量中被分解者利用的能量，次级消费者同化的能量不包括次级消费者粪便中的能量；生产者通过光合作用固定太阳能，消费者通过捕食获取能量；流入次级消费者的能量②＝流向三级消费者的能量③＋流向分解者的能量④＋次级消费者呼吸作用散失的能量。2．下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生物的能量，D、E、F分别表示各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，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(B)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/D解析：图中应是A>D，B>E，C>F；兔子同化的能量一部分被分解者利用，另一部分流向次级消费者(狼)，狼粪便中的能量也是兔子同化的，可以流向分解者；食物链中能量最少的是狼所处的营养级；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A。知识点二能量流动的特点和意义[新知导学]1．能量流动的特点(1)特点：①单向流动：沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动。②逐级递减：能量在沿食物链流动的过程中逐级减少，传递效率为10%～20%。(2)结果：营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。(3)能量金字塔：将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成的一个金字塔图形。2．能量流动的意义(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。3．结合教材P95图5－8思考下列问题：(1)能量流动在生产者与植食性动物之间以及在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率是多少？能总结出能量传递效率的计算公式吗？(2)流入某一营养级的能量，为什么不能百分之百地流到下一个营养级？提示：(1)13.5%,20%；计算公式：相邻营养级间传递效率＝eq\f(下一营养级同化量,本营养级同化量)×100%。(2)①大部分能量通过呼吸作用以热能的形式散失。②遗体遗物被分解者分解利用。③还有一部分能量未被利用。4．如果把每个营养级的生物量及生物数量关系用能量金字塔的方式表示出来，是不是也是正金字塔形？有没有例外？提示：一般情况下，也是正金字塔形。但是有时候会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。[重难探究]1．能量流动特点及原因分析(1)单向流动。①捕食关系不能逆转，且散失的热能不能利用。②各营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生热能而散失掉。由于热能不能被绿色植物作为光合作用的能源，所以流经整个生态系统的能量必须由太阳能不断予以补充。(2)逐级递减。①各营养级的生物都会因为呼吸作用散失相当大的一部分能量。②各营养级总有一部分能量未被下一营养级的生物利用。③还有少部分能量流向分解者。(3)能量传递效率：10%～20%。计算方法：能量传递效率＝eq\f(下一营养级的同化量,上一营养级的同化量)×100%。2．有关能量的计算(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，则最多传到下一营养级的能量为n·20%(或0.2n)，最少为n·10%(或0.1n)。②在一条食物链中，某一营养级的能量为n，需要前一营养级的能量至少为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，已知最高营养级增重为N。a．要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．要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，已知第一营养级总能量为M。a．要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．要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。(1)能量传递的效率为10%～20%，它是指在不同的营养级之间，而不是指在两个具有捕食关系的种群之间。(2)同一食物链不同环节能量传递效率往往不完全相同，计算时不能按10%或20%，而需按具体数值计算，如在食物链A→B→C→D中，能量传递效率分别为a%、b%、c%，若A的能量为M，则D的能量为M×a%×b%×c%。[典题演练]3．下列四种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是(B)A．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种B．蓝藻易在富营养化水体中爆发C．饲养牛、羊等动物，成本低、产量高D．巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食解析：大型肉食动物因处于高营养级，依据能量流动的特点，其获得的总能量较少，个体数量一般也较少，若受到外界因素影响，容易成为濒危物种，A项正确；蓝藻易在富营养化水体中爆发，是由于水体中含N、P等元素较多，不能运用能量流动的规律分析，B项错误；羊和牛等动物从植物中直接获取能量，消耗能量少，所需成本较低，符合能量流动规律，C项正确；蓝鲸个体较大，以浮游动物为食，能量便由浮游动物流向了蓝鲸，可保证蓝鲸维持一定的种群数量，符合能量流动规律，D项正确。4．某同学绘制了如图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是(A)A．生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D2/W1C．初级消费者摄入的能量为(A2＋B2＋C2)D．W1＝D1＋D2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；D1为初级消费者的同化量，由生产者到初级消费者的能量传递效率应为D1/W1，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。课题调研：模式图类题目——生态系统的能量流动[典范例题]图1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2表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。请据图作答：(1)图1中，M1、M2表示的能量形式分别为________、________。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2中，若A表示图1中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示________，C表示________；若图1中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是________(用图中所给字母的表达式表示)。(3)由图2可以总结出生态系统能量流动的主要特点是__________________________________。(4)若图1营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，构成食物关系如图3。其中，甲能量中比例为X的部分直接提供给丙，则要使丙能量增加AkJ，最多需要消耗甲的能量为________kJ(用所给字母的表达式表示)。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(识图)图1：最底层为第一营养级，以上依次为第二、第三、第四营养级；M1为进入该生态系统的能量，M2为散失的能量。图2：体现了该营养级能量的输入、传递、转化和散失的过程。图3：食物网中包含2条食物链，甲为生产者，丙为最高营养级的消费者。eq\a\vs4\al(转化)(1)M1为外界进入该生态系统的能量，为太阳能；M2为散失的能量，为热能。(2)生态系统能量传递效率为下一营养级的同化量比上一营养级的同化量。(3)有关能量的计算要注意题干限制条件。eq\a\vs4\al(应用)(1)营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ的原因主要是可利用的能量少。(2)摄入的能量减去粪便量就是流入该营养级的能量，去向有呼吸作用散失，用于生长、发育和繁殖，后者一部分流入下一营养级，一部分被分解者利用。[规范答案·警示失误](1)太阳能热能营养级越高，可利用能量越少错答：第三个空答为“高营养级动物个体大”错因：理解问题不够全面，只重视生物个体大小，而忽略营养级之间的能量传递关系。(2)Ⅱ同化的能量Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量b/y×100%错答：第三个空答为“a/y×100%或b/a×100%”错因：误以为摄入量是流入该营养级的能量，其实摄入量减去粪便量才是流入该营养级的能量。(3)单向流动、逐级递减(4)100A/(1＋9X错答：10错因：忽视了限制条件“比例为X的部分直接提供给丙”，而直接按照最短的食物链计算。一、选择题1．生态系统的能量流动是指(C)A．太阳能被绿色植物固定的过程B．系统内生物体能量代谢的过程C．生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程D．能量从生物体进入环境的过程解析：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，其伴随着物质循环的进行而进行。二者的关系是：物质是能量的载体，能量流动推动物质循环。选项A、B、D均属能量流动中的一个环节，不能代表整个系统的能量流动，只有C项能反映能量流动的过程。2．关于生物的同化量的叙述正确的是(D)A．从上一营养级流入该营养级的总能量B．食物消化后粪便中的总能量C．从上一营养级摄入的能量D．从消化道吸收后合成有机物中的能量解析：生物的同化量是指生物从上一营养级中固定下来的能量，每一营养级的生物摄入体内的能量，有一小部分能量存在于动物排出的粪便中，最终被分解者分解释放出来。3．初级消费者体内的能量，其去路不包括(B)A．用于自身生命活动B．被第二营养级的其他生物获得C．通过呼吸作用消耗D．被分解者的呼吸作用发散到环境中解析：初级消费者为第二营养级，其体内的能量去向有三条途径：自身呼吸以热能形式散失；用于自身生长、发育和繁殖，进而流入下一营养级；遗体、残骸、排出物交给分解者后，经分解作用散失掉，初级消费者与第二营养级的其他生物为竞争关系，而非捕食关系。4．下图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是(C)A．Ⅰ是初级消费者B．Ⅳ为分解者C．E1为太阳能，E2为热能D．能量可在食物链中循环利用解析：生态系统的能量金字塔是由生产者和各级消费者构成的，不包括分解者，生产者位于金字塔的底层，所以A、B错；能量在食物链中流动是不循环的，不能循环利用，D错；E2为生产者和各级消费者呼吸作用释放出的热能，E1为太阳能，C正确。5．根据生态系统的结构和功能，下列叙述错误的是(C)A．“桑基鱼塘”生态系统与普通水稻生态系统相比实现了能量多级利用B．人工鱼塘生态系统中消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能C．水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链长的鱼类为养殖对象D．营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少解析：“桑基鱼塘”生态系统实现了能量的多级利用，A项正确；人工鱼塘生态系统中由于投放饵料，消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能，B项正确；水产养殖业，应以食物链短的鱼类为养殖对象，C项错误；根据生物富集作用和能量逐级递减规律，营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少，D项正确。二、非选择题6．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；答案：(2)牛与鸡之间无(有、无)竞争关系，理由是它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒)。人与鸡的种间关系是捕食与竞争，人与牛的种间关系是捕食。(3)流经该农场生态系统的总能量来自玉米所固定的太阳能，无机环境中的碳以CO2形式进入该人工群落。(4)假设该农场将生产玉米的1/3作为饲料养鸡，2/3供人食用，生产出的鸡供人食用。现调整为2/3的玉米养鸡，1/3供人食用，生产出的鸡仍供人食用。理论上，该农场供养的人数将会减少(增多、不变、减少)，理由是改变用途的1/3玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少。解析：该农场中玉米是生产者，鸡和牛是初级消费者，人是初级消费者和次级消费者，由鸡、牛、玉米和人组成的食物网不难写出。牛吃的是玉米的秸秆加工成的饲料，鸡吃的是玉米子粒，牛与鸡之间无竞争关系，同理牛与人之间也无竞争关系，但人与牛之间有捕食关系。人与鸡的食物都是玉米粒，人也可以鸡为食，所以人与鸡之间既有竞争关系，又有捕食关系。在生态系统中总能量来自绿色植物所固定的太阳能，无机环境中的碳以CO2形式进入生物群落。在生态