2024年高中生物新教材同步选择性必修第二册 第3章 第2节 第1课时　能量流动的过程及特点

第2节生态系统的能量流动第1课时能量流动的过程及特点[学习目标]1.通过分析能量在各营养级间的流动情况，建立生态系统能量流动的模型，概述生态系统能量流动的过程。2.通过定量分析赛达伯格湖的能量流动，概述生态系统能量流动的特点。1．能量流动的概念：生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。2．能量流动的过程(1)第一营养级能量的输入和输出①输入：生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能，固定在有机物中。②输出a．在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。b.(2)能量流经第二营养级的示意图(3)生态系统能量流动的示意图据图分析，流入各营养级(最高营养级除外)的能量的去路：①通过自身呼吸作用以热能形式散失。②流入下一个营养级。③被分解者分解利用。3．能量流动的特点4．能量传递效率的计算(1)计算公式能量传递效率＝eq\f(下一个营养级同化量,某一个营养级同化量)×100%。(2)一般生态系统中相邻两个营养级间的能量传递效率为10%～20%。5．生态系统维持正常功能的条件任何生态系统都需要不断得到来自系统外的能量补充，以便维持生态系统的正常功能。判断正误(1)流经生态系统的总能量是照射在生产者上的太阳能()(2)散失的热能不可以被生产者固定再次进入生态系统()(3)当狼吃掉一只兔子时，就获得了兔子的全部能量()(4)蜣螂以牛粪为食，因此被牛同化的能量可流入蜣螂()答案(1)×(2)√(3)×(4)×任务一：研究能量流动的基本思路1．研究能量流经一个种群的情况，可以列举该种群中每一个个体的情况：如果以个体为单位研究能量流动，有什么问题？提示以个体为研究对象，有很大的局限性和偶然性，如个体会死亡、数据可能不准确、不同个体之间的差异过大等。2．如果将种群看作一个整体去研究能量流动，则可概括为如图形式，又会遇到什么问题？提示种群存在于复杂的食物网内，可能因食物网的复杂性而影响结果的准确性。3．如果以一个营养级的所有种群作为一个整体来研究，如图表示能量流动的情况，这种方式有什么优点？提示能很好地避免以个体和种群为研究对象带来的不足，提高结果的准确性。任务二：能量流动的过程1．绘图表示第一营养级的能量来源是什么，去路有哪些？并回答第一营养级的能量怎样传递到第二营养级？提示如图所示储存在植物体中的能量，有一部分被初级消费者摄入体内，能量就流入了第二营养级。2．摄入量指植食性动物取食的总量，即食物总量；同化量是指该动物经过消化和吸收后转化为自身的能量。请回答下列问题：(1)请写出摄入量和同化量之间的关系。提示同化量＝摄入量－粪便量(或摄入量＝同化量＋粪便量)。(2)输入初级消费者的能量是哪部分？初级消费者粪便中的能量属于哪个营养级？提示输入初级消费者的能量是初级消费者同化的能量。初级消费者粪便中的能量属于第一营养级。(3)构建第二营养级能量流动模型：尝试用方框代表第二营养级的能量，用箭头表示能量的来源和去路，并配以文字介绍。提示如图所示3．分析、比较分别流入第一、第二营养级的能量的去路，归纳二者的共同点。提示输入这两个营养级的能量，一部分在呼吸作用中以热能的形式散失，另一部分用于其自身的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在自身的有机物中。这些有机物中的能量一部分流向分解者，另一部分则被下一营养级摄入体内。4．在生态系统中，能量流动大致可以概括为如图：(1)输入该生态系统的总能量是什么？提示输入的总能量是生产者固定的太阳能。(2)生态系统中能量传递的形式和渠道分别是什么？提示能量传递的形式是有机物，渠道是食物链和食物网。(3)生态系统能量流动过程中能量是怎么转化的？提示太阳能→有机物中的化学能→热能。(4)生态系统中能量散失的途径和形式分别是什么？提示能量散失的途径是呼吸作用，形式是热能。任务三：定量研究能量流动的特点1．仔细分析教材“思考·讨论：分析赛达伯格湖的能量流动”，将图中的数据用表格的形式进行整理。营养级流入能量[J/(cm2·a)]能量的去向[J/(cm2·a)]生产者464.662.8(流入下一营养级)、12.5(流入分解者)、96.3(呼吸作用散失)、293(未利用)植食性动物62.812.6(流入下一营养级)、2.1(流入分解者)、18.8(呼吸作用散失)、29.3(未利用)肉食性动物12.6微量(流入分解者)、7.5(呼吸作用散失)、5.0(未利用)根据上表，回答下列问题：(1)横向比较每一级的输入量和输出量，请问生态系统的能量流动是否遵循能量守恒定律？提示遵循能量守恒守律。(2)纵向比较各级输入量，能量沿着营养级流动时，有何特点？为什么？提示能量沿着营养级流动的过程中逐级递减。因为流入某一营养级的能量除了流入下一营养级之外，还有一部分通过该营养级的呼吸作用散失；一部分作为排遗物、遗体或残枝败叶被分解者利用；一部分未被利用。2．生物之间经过长期的进化形成的吃与被吃的捕食关系不可逆转，因此能量流动还具有什么特点？提示生态系统中能量流动是单向的。1．能量流动概念的理解2．流入某一营养级的能量的来源和去路(1)能量来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①生产者的能量主要来自太阳能,②消费者的能量来自上一营养级同化的能量))(2)能量去向：流入某一营养级的能量去向可从以下两个角度分析：①各营养级同化量的去向(能量的最终去向)：②短时间内，某营养级的生物不会被全部捕食或死亡，因此同化量的去向(某段时间内的能量去向)还应该包括未被利用的能量。即：未被利用是指在统计能量流动的时间段内，某一营养级生物的同化量中未被自身呼吸作用消耗，也未被下一营养级捕食或分解者利用的能量。包括以化石燃料形式储存于地下未被人类开采的能量，还包括多年生植物上一年自身生长、发育的净积累量，如草原中一批羊，羊吃草可以长大，在统计期间，有被狼捕食的，有死亡的，还有未死亡的(未利用)。3．相关量的关系(1)摄入量＝同化量＋粪便量。(2)同化量＝摄入量－粪便量＝呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级的能量＋被分解者利用的能量(＋未利用能量)。(3)用于生长、发育和繁殖的能量＝同化量－呼吸消耗量＝流入下一营养级的能量＋被分解者利用的能量(＋未利用能量)。1．如图为生态系统中能量流动图解部分示意图(字母表示能量的多少)，下列叙述正确的是()A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f＋iB．生产者与初级消费者之间的能量传递效率为b/a×100%C．“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量属于dD．缩短食物链可以提高能量传递效率答案C解析摄入量＝同化量＋粪便量，因此图中b＝h＋c，A错误；生产者与初级消费者之间的能量传递效率为两个营养级的同化量之比，即c/a×100%，B错误；“草→兔→狼”这一食物链中，狼粪便中的能量未被狼同化，仍属于其上一个营养级的能量，即属于兔同化的能量的一部分，属于d，C正确；缩短食物链可以减少能量的损耗，但不能提高能量传递效率，D错误。2．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．生产者固定的总能量可表示为A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2B．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＋C2D．W1＝D1＋D2答案A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＋C2＋D2，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。题组一能量流动的过程1．(2023·吉林白城高二期末)生态系统的能量流动指的是生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。下列有关说法正确的是()A．输入生态系统的能量就是生产者固定的太阳能的总量B．能量以有机物中化学能的形式在食物网中传递C．能量沿着食物链逐级递减，营养级越高的生物个体中储存的能量越少D．生态系统中能量最终通过分解者的分解作用，以热能的形式散失答案B解析就自然生态系统而言，一般来说，输入生态系统的能量就是生产者固定的太阳能的总量，A错误；能量的传递渠道是食物链和食物网，传递形式是有机物中的化学能，B正确；能量沿着食物链逐级递减，营养级越高的生物种群获得的能量越少，C错误；生态系统中能量最终通过生产者、消费者和分解者的呼吸作用，以热能的形式散失了，D错误。2．如图是某个农业生态系统的结构模式图，该图中表示生态系统能量流动的箭头是()A．①②③ B．①③⑤C．①③④ D．①②③④⑤答案C解析图中农作物的能量可以传递给鸡、猪、牛、人，而鸡、猪、牛的能量也可以传递给人，这是由食物链的方向决定的，所以①③④属于食物链中能量的传递，因此该图中表示生态系统能量流动的箭头是①③④。3．如图为生态系统能量流动的部分示意图，方框表示生物同化的能量，①②③④各代表一定的能量值。下列各项叙述错误的是()A．①表示流经生态系统的总能量B．④不包括次级消费者的粪便C．一般情况下，②为①的10%～20%D．从能量大小看，②＞③＋④答案A解析一般来说，流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，①表示流入初级消费者的能量，A错误；图中次级消费者同化的能量是②，其粪便中的能量不包括在②中，而属于①，所以④不包括次级消费者的粪便，B正确；能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，所以一般情况下，②为①的10%～20%，C正确；②为次级消费者同化的能量，其去向除了④流向分解者、③流向下一营养级外，还有呼吸作用以热能形式散失的能量和未被利用的能量，所以②＞③＋④，D正确。4.如图表示生态系统中甲、乙两个营养级的能量流动示意图，其中a～e表示能量值。下列有关叙述错误的是()A．乙粪便中食物残渣的能量包含在c中B．乙用于生长、发育和繁殖的能量可表示为a－bC．如果甲表示生产者，则流入该生态系统总能量是a＋e＋cD．乙的同化量小于摄取量，同化量可表示为a＝b＋d答案D解析乙粪便中食物残渣属于甲同化的能量，包含在c中，A正确；乙用于生长、发育和繁殖的能量＝同化量－呼吸作用消耗的能量＝a－b，B正确；流入该生态系统的总能量＝生产者固定的太阳能＝a＋e＋c，C正确；乙的同化量除了b、d外，还包括传递给下一个营养级的能量，D错误。题组二能量流动的特点5．(2022·江苏宿迁高二期末)假设草固定的能量是一定的，下列哪个食物链(网)中鹰的个体数量可能最多()A．草→昆虫→青蛙→蛇→鹰B．草→昆虫→田螺→食虫鸟→鹰C.D.答案C解析能量流动的特点是逐级递减、单向不循环。因此，营养级越高，能量散失越多，储能越少。在四个选项中，C中的鹰所处营养级最低，属于第三营养级，获得的能量最多，因此鹰的个体数量可能最多，故选C。6．假设某初级消费者摄入的能量为a，其粪便中的能量为b，通过呼吸消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，则流入次级消费者的能量最多为()A．(a＋b)×20% B．(c＋d)×20%C．(a－c)×20% D．(b－d)×20%答案B解析在该生态系统中，假设初级消费者摄入的能量为a，其中存在于粪便中的能量为b，说明初级消费者的同化量是a－b；而生态系统中能量在相邻两营养级间的传递效率为10%～20%，因此，流入次级消费者的能量最多为(a－b)×20%。初级消费者通过呼吸消耗的能量为c，用于生长、发育和繁殖的能量为d，说明初级消费者同化的能量是c＋d；因此，流入次级消费者的能量最多也可以表示为(c＋d)×20%。7．如图所示桑基鱼塘生态系统局部的能量流动图，图中字母代表相应的能量。下列有关叙述不正确的是()A．图中的b可表示桑树呼吸作用散失的能量B．图中的c可表示桑树用于生长、发育和繁殖的能量C．图中的d1/d可表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率D．图中的c1若表示蚕传递给分解者的能量，则b1表示未被利用的能量答案C解析图中c(净光合作用量)＝a(总光合作用量)－b，b表示桑树呼吸作用散失的能量，c可表示桑树用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量，A、B正确；图中d/a可表示第一营养级到第二营养级的能量传递效率，d1/d可表示第二营养级到第三营养级的能量传递效率，C错误。8．(2022·河北邢台高二期末)如图为某生态系统能量流动示意图[单位：J/(cm2·a)]。以下分析不正确的是()A．甲通过光合作用固定在有机物中的总能量为1250J/(cm2·a)B．甲到乙的能量传递效率为16%C．每一营养级的能量大部分用于呼吸作用和被丁利用D．在此生态系统中，一只狼捕食一只野兔，获得的能量只能在10%～20%之间答案D解析甲通过光合作用固定在有机物中的总能量为175＋875＋200＝1250[J/(cm2·a)]，A正确；能量传递效率是指某一营养级生物的同化量占上一营养级生物的同化量的比值，甲到乙的能量传递效率为200÷1250×100%＝16%，B正确；丁是分解者，每一个营养级的能量大多通过呼吸作用以热能的形式散失了，一部分传递给分解者，C正确；10%～20%是相邻两个营养级之间的能量传递效率，一只狼捕食一只兔子，获得的能量不明确，D错误。9．(2023·江苏扬州高二期末)如图为某生态系统中流经第二营养级的能量示意图，其中a表示该营养级食物的摄入量，f表示流向第三营养级的能量。下列叙述正确的是()A．图中f表示第三营养级全部用于生长、发育和繁殖的能量B．第二、三营养级间的能量传递效率为f/a×100%C．图中d蕴含的能量均未被第二营养级同化D．畜牧业中，圈养与放养相比，可提高图中c/b的比值答案D解析分析题图可知，f表示流向下一营养级的能量，即第三营养级的同化量，A错误；能量传递效率＝下一营养级同化量/这一营养级同化量×100%，而a表示摄入量而不是同化量，B错误；d表示分解者利用的能量，包括第二营养级粪便中的能量和第二营养级的残骸、遗体等，其中第二营养级粪便中的能量属于上一个营养级同化的能量，因此图中d蕴含的能量中的有一部分能量(粪便中的能量)未被该营养级生物同化，C错误；圈养时家畜的活动量减少，通过呼吸作用散失的能量(e)减少，更多的能量用于自身生长、发育和繁殖(c)，故畜牧业中，圈养与放养相比，可提高图中c/b的比值，D正确。10．赛达伯格湖是一个沼泽湖，湖底有北方泥炭沼泽湖所特有的沉积物——泥炭。科研人员对该生态系统的营养级和能量流动情况进行调查，得到了如图结果。GP表示不同营养级生物同化作用所固定的能量，R表示生物呼吸消耗的能量。能量单位均为J/(cm2·a)。下列叙述正确的是()A．流经该湖泊生态系统的总能量是464.7J/(cm2·a)B．未利用②的能量中含有第二营养级粪便中的能量C．该生态系统中营养级越高，同化量用于呼吸消耗的占比越低D．未利用③的能量去向不包括沉积在湖底形成泥炭答案A解析流经该湖泊生态系统的总能量为生产者固定的太阳能，为497693.3－497228.6＝464.7[J/(cm2·a)]，A正确；“未利用”表示未被自身呼吸作用消耗，也未被下一个营养级和分解者利用的能量，第二营养级粪便中的能量属于第一营养级生长、发育和繁殖的一部分，未利用②的能量中不含有第二营养级粪便中的能量，B错误；未利用③的能量去向包括沉积在湖底形成泥炭，D错误；一般情况下，营养级别越高的生物体型较大，结构较复杂，生长发育等各种生命活动所需要的能量越多，细胞呼吸作用越强，所以高营养级的生物的能量大部分用于呼吸消耗，高营养级生物呼吸散失量占自身同化量的比值通常大于低营养级的生物，C错误。11．(2023·江苏宿迁高二期中)生态系统的能量流动遵循一定的规律。下列叙述中，不符合真实情况的是()A．能量都是由低营养级流向高营养级B．一条食物链中营养级的级数可以无限增加C．生产者固定的能量通过食物链和食物网传递D．流入每一营养级的部分能量都会以热能形式散失答案B解析能量流动是单向、逐级递减的，一般一条食物链上的营养级不超过五个，B符合题意。12．(2023·安徽马鞍山高二月考)大闸蟹是主要以植物为食的杂食性甲壳类。如图为养殖大闸蟹的阳澄湖某水域生态系统能量流动的部分图解，其中的英文字母表示能量(单位：kJ)。下列对该图的分析正确的是()A．流经阳澄湖该养殖区域的总能量为(a＋2)kJB．大闸蟹到次级消费者的能量传递效率为(e＋5)/(b＋2)×100%C．图中d代表大闸蟹同化的能量D．d中的能量有一部分会通过次级消费者的食物残渣流向分解者答案D解析流经阳澄湖该养殖区域的总能量为a与输入的有机物中的能量之和，A错误；大闸蟹(初级消费者)到次级消费者的能量传递效率为同化量之比，但次级消费者的同化量无法计算，B错误；图中d代表大闸蟹用于生长、发育和繁殖的能量，C错误。13.如图为某生态系统能量流动的过程图解，请据图回答下列问题：(1)图中的箭头________(填序号)是不应存在的。(2)流经该生态系统的总能量是____________(填序号)，初级消费者自身生命活动所消耗的能量是__________(填序号)。(3)食草动物排出的粪便中仍含有部分能量，这部分能量被分解者所利用的过程应属于箭头________。(4)图中生物构成的食物链有______个营养级，属于第三营养级的是____________。(5)图中⑬所指的是____________________，E代表的成分是________。(6)④中的能量大约只有③中能量的________________________________________。(7)生态系统能量流动的特点是___________________________________________________。答案(1)⑪(2)①⑤(3)⑫(4)四C(5)生产者呼吸作用消耗的能量分解者(6)10%～20%(7)单向流动、逐级递减解析(1)由图解可知，E为分解者，生产者不能从分解者中获得能量，故箭头⑪不应存在。(2)流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量①，初级消费者自身呼吸消耗的能量为⑤。(3)食草动物的粪便中残留的能量并未流入初级消费者，仍属于生产者的残遗物，它被分解者利用的箭头为⑫。(4)图中食物链为A→B→C→D，共四个营养级，属于第三营养级的生物为C。14．如图