人教版(新教材)高中生物选择性必修2学案：3 2 生态系统的能量流动

人教版(新教材)高中生物选择性必修2PAGEPAGE1第2节生态系统的能量流动能量流动的概念和过程——————————————自主梳理——————————————1.能量流动的概念(1)概念生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。(2)对概念的理解2.能量流动的过程(1)从宏观角度分析能量流动的过程①生产者中的能量主要来自绿色植物光合作用固定的太阳能，是流经该生态系统的总能量。②消费者中的能量来自上一个营养级。③分解者中的能量来自生产者和消费者。④某营养级同化的能量分为两个去向：一部分通过呼吸作用以热能的形式散失，一部分用于生长、发育和繁殖等生命活动。(2)从微观角度分析某一个营养级(非最高营养级)能量的去路(1)生态系统的能量流动指能量的输入和散失过程。(×)〖提示〗生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。(2)地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。(√)(3)初级消费者粪便中的能量属于生产者同化的能量。(√)(4)初级消费者摄入的能量全部转化为自身的能量，储存在有机物中。(×)〖提示〗摄入量减去粪便量才是同化量。〖应用示例〗(2021·山西太原市调研)下列关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是()A.能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程B.生产者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一营养级C.在生态系统中，能量沿着食物链和食物网流动D.分解者所需的能量可来自各营养级用于生长、发育和繁殖的能量〖答案〗B〖解析〗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，A正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸作用外，其余均流入下一营养级和分解者，B错误；在生态系统中，能量沿着食物链和食物网流动，C正确；各营养级生物同化的能量除去自身呼吸作用散失的能量，为各营养级生物用于生长、发育和繁殖的能量，这些能量一部分流向分解者，一部分流向下一营养级，D正确。〖对点小练〗在由“草→鼠→狐”组成的一条食物链中，鼠经同化作用所获得的能量，其去向不包括()A.通过鼠呼吸作用释放的能量 B.通过鼠的粪便流入分解者体内C.通过狐的粪便流入分解者体内 D.流入狐体内并被同化的能量〖答案〗B〖解析〗鼠为第二营养级，同化的能量一部分通过呼吸作用以热能的形式散失；其余的用于生长发育和繁殖等生命活动，其中一部分以遗体残骸的形式被分解者利用，一部分被狐摄入。被狐摄入的能量中一部分以粪便的形式被分解者利用，剩下的被狐所同化；由于鼠的同化量等于摄入的能量减去粪便中的能量，因此鼠的粪便中的能量属于草的同化量。——————————————素养提升——————————————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1个流程图和3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。(3)用于生长、发育和繁殖的能量＝分解者分解利用量＋下一个营养级同化量＝同化量－呼吸作用消耗的能量。〖应用示例〗如图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变化示意图，下列有关叙述正确的是()A.B表示物种甲同化的能量 B.E表示物种甲呼吸散失的能量C.C表示物种甲流向分解者的能量 D.A中的能量包括物种甲粪便中的能量〖答案〗B〖解析〗分析物种甲的能量去路可知，A表示物种甲同化的能量，B表示物种甲用于自身生长发育、繁殖等生命活动所需的能量，C中还包括物种甲粪便中的能量，D表示分解者通过呼吸作用散失的能量，E表示物种甲通过呼吸作用散失的能量。物种甲粪便中的能量属于甲上一个营养级的同化量。〖对点小练〗(2021·河北石家庄调研)如图表示初级消费者能量流动的部分过程，括号中的数值表示能量，初级消费者呼吸散失的能量为b，下列说法正确的是()A.应在B处加上标有呼吸作用的箭头B.初级消费者同化的能量为n－aC.次级消费者摄入的能量为n－a－bD.B为初级消费者所同化的总能量〖答案〗B〖解析〗图中A表示初级消费者同化的能量，B表示用于生长发育和繁殖等生命活动所需的能量，应在A处加上标有呼吸作用的箭头，A错误；初级消费者同化的能量为n－a，B正确；B处能量为n－a－b，其中部分能量被分解者分解利用，还有部分能量流入下一营养级，因此，被次级消费者摄入的能量小于(n－a－b)，C、D错误。联想质疑★遇到这种情况，单从能量流动方向来讲，应该先吃鸡后吃玉米。(1)流经整个自然生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，而不是照射到所有植物体上的太阳能，因为有相当一部分的太阳能没有被生产者捕捉和固定。(2)流经人工生态系统的总能量等于人工投放的饵料中的能量和生产者固定的太阳能两者的总和。(3)某些自养细菌(生产者)可以利用无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，即通过化能合成作用固定能量。(4)最高营养级的消费者的能量没有流向下一营养级这条途径。第二营养级的同化量有哪些去路？〖提示〗①自身呼吸作用散失的热能；②随着遗体残骸被分解者分解释放的能量；③流入下一营养级的能量。其中②和③的和，又称为用于第二营养级生长、发育和繁殖的能量。粪便量与遗体残骸(或枯枝败叶)量的比较①不同点：某一营养级的粪便量，不属于该营养级的同化量，而是属于其上一营养级的同化量；某一营养级的遗体残骸(枯枝败叶)量，属于该营养级的同化量；②相同点：粪便和遗体残骸(枯枝败叶)中的能量，最终都流向分解者。能量流动的特点、研究意义及生态金字塔——————————————自主梳理——————————————1.能量流动的特点2.生态金字塔3.研究能量流动的实践意义(1)帮助人们将生物在时间、空间上合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。如农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗，稻—萍—蛙等立体农业生产方式都充分地利用了空间和资源，获得了更大的收益。但不能循环利用（2）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，如将作物秸秆用作饲料喂牲畜获得肉、蛋、奶等，实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。但不能提高能量传递效率(3)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，如合理确定草场载畜量。(1)生态系统的能量流动是逐级递减的，原因是一个营养级同化的能量只有一部分流入下一个营养级。(√)(2)生态系统的能量流动是单向的，原因是一个营养级呼吸散失的能量不能被生产者再同化，以及捕食关系是不可逆的。(√)(3)由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量就会越少。(×)〖提示〗虽然较高营养级所能利用的能量较少，但有时较高营养级的生物个体体积较小时，较高营养级的生物数量会较多，如一棵大树和昆虫。(4)沼渣还田可以实现对能量的多级利用，从而提高生态系统的能量传递效率。(×)〖提示〗沼渣还田可以实现对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率，但是不能提高生态系统的能量传递效率。(5)生态金字塔都呈上窄下宽的金字塔形。(×)〖提示〗数量金字塔和生物量金字塔有时候会出现上宽下窄的倒置金字塔。〖应用示例〗(2019·全国卷Ⅱ，6)如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是()A.前者为金字塔形，后者为倒金字塔形B.前者为倒金字塔形，后者为金字塔形C.前者为金字塔形，后者为金字塔形D.前者为倒金字塔形，后者为倒金字塔形〖答案〗A〖解析〗夏季草原生态系统中，作为第一营养级的牧草的个体数量远大于作为第二营养级的羊的个体数量，该生态系统数量金字塔的形状最可能是金字塔形。而在森林生态系统中，作为第一营养级的乔木的一个个体上生活着大量的作为第二营养级的昆虫个体，该生态系统数量金字塔的形状最可能为倒金字塔形。〖对点小练〗(2021·河南郑州联考)如图为某果园中能量流经某害虫种群的示意图〖图中数据的单位为kJ/(m2·a)〗。下列叙述错误的是()A.若要防治虫害，则应设法使该害虫种群的能量摄入量减少B.据图可知，该害虫同化的能量大部分通过自身呼吸作用以热能的形式散失C.从图中可以看出，生态系统的能量流动具有逐级递减的特点D.由害虫流入分解者的能量包括图中粪便和遗体残骸等中的能量〖答案〗D〖解析〗图示为流经某害虫种群的能量情况的调查统计，害虫摄入的能量包括粪便量和同化量，同化量的去向包括呼吸作用散失的能量、流向下一营养级的能量和流向分解者的能量。害虫可能以果树的叶片或果实等为食，若果园要防治虫害，则需要设法减少害虫对叶片或果实等的摄入，即减少害虫种群的摄入量，A正确；害虫同化量＝呼吸作用散失的能量＋储存的能量(用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量)，故害虫呼吸作用散失的能量是1970－1402－68.01＝499.99〖kJ/(m2·a)〗，而储存的能量为68.01kJ/(m2·a)，说明害虫同化的能量大部分通过自身呼吸作用以热能的形式散失，B正确；由于呼吸作用散失等，生态系统的能量流动具有逐级递减的特点，C正确；由害虫流入分解者的能量属于害虫同化量的一部分，而害虫粪便中的能量为上一营养级同化量的一部分，故图中粪便中的能量不属于由害虫流入分解者的部分，D错误。——————————————素养提升——————————————科学思维——有关能量传递效率的计算(1)计算出相关种群之间的能量传递效率：能量传递效率(e)＝下一营养级的同化量/上一营养级的同化量×100%；(2)判断各营养级之间的关系：①若10%≤e≤20%，则两个种群是相邻营养级；②若e≪10%，则两种群间至少隔了1个营养级；③若e≫20%，则两种群为同一营养级。〖应用示例〗(2021·河南名校联盟)某草原上长期生活着兔、狐和狼等生物，形成了一个相对稳定的生态系统，经测定，各种生物所含能量如表所示〖能量单位：kJ·(km2·a)－1〗。则该生态系统的食物链(网)可表示为()生物种类草兔狐狼所含能量9.9×1091.5×1090.9×1080.7×108A.草→兔→狐→狼 B.草→兔→狼→狐C. D.〖答案〗C〖解析〗由表中数据可知，草与兔之间的能量传递效率约为15.2%，因此两者之间存在捕食关系，即兔吃草；狐、狼与兔之间的能量相差一个数量级，它们与兔之间也存在捕食关系；狐与狼的能量相差不大，并且两者的能量之和约是兔所含能量的10.7%，可判定狼和狐都以兔为食，且二者之间不存在捕食关系，C项符合题意。〖对点小练〗(2021·西安高新一中调研)甲、乙两个水池中各有由5个物种构成的食物网，如图所示，且这两个水池的生态系统在没有人为干扰的情况下均达到相对平衡状态。请据图回答下列问题：(1)每个水池生态系统中有________条食物链，流经该生态系统的总能量来自________所固定的太阳能。(2)假如鲫鱼的1/4食物来自绿藻，1/2来自轮虫，且该系统能量从生产者到消费者的传递效率为10%，从消费者到消费者的能量传递效率为20%。如果鲫鱼种群增加的能量为200kJ，那么其中来自绿藻和轮虫的能量分别为________kJ和________kJ。〖答案〗(1)5绿藻和水草(2)500500〖解析〗(1)由图可知，两个水池中都有5条食物链，分别是：①绿藻→鲫鱼，②绿藻→轮虫→鲫鱼，③绿藻→螺蛳→鲫鱼，④水草→螺蛳→鲫鱼，⑤水草→鲫鱼。该生态系统的总能量来自生产者绿藻和水草所固定的太阳能。(2)鲫鱼种群增加的能量为200kJ，其中1/4(50kJ)来自绿藻，1/2(100kJ)来自轮虫，绿藻和轮虫到鲫鱼的传递效率分别为10%、20%，则来自绿藻和轮虫的能量分别是50/10%＝500kJ、100/20%＝500kJ。科学思维——能量流动过程图解〖应用示例〗(2021·江西南昌二中期末)如图表示某草原生态系统中能量流动图解，①～④表示相关过程能量流动量。下列有关叙述正确的是()A.①是流入该生态系统的总能量B.图中②/①的比值代表草到兔的能量传递效率C.分解者获得的能量最少D.③和④分别属于草和兔同化量的一部分〖答案〗D〖解析〗①是兔这一营养级摄入的能量，流入该生态系统的总能量是草固定的太阳能总量，A错误；①和②均表示摄入量，所以②/①的比值不能代表第二营养级到第三营养级的能量传递效率，B错误；最后动植物尸体的能量全部流入分解者，分解者获得的能量不是最少，C错误；③是兔食草后未吸收的残渣中的能量，④是兔子的遗体残骸，它们分别属于草和兔同化量的一部分，D正确。〖对点小练〗(2021·石嘴山市期末)某同学绘制了如图所示的能量流动图解(其中W1为生产者固定的太阳能)，下列叙述中不正确的是()A.生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B.由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为(D1/W1)×100%C.流入初级消费者的能量为(A2＋B2＋C2)D.图解表明能量流动特点是单向流动、逐级递减〖答案〗C〖解析〗生产者固定的总能量可表示为(A1＋B1＋C1＋D1)，A1呼吸作用消耗，B1未被利用，C1流向分解者，而D1＝A2＋B2＋C2＋D2是流入下一营养级的能量，A正确；由第一营养级到第二营养级的能量传递效率为D1/(A1＋B1＋C1＋D1)×100%＝D1/W1×100%，B正确；流入初级消费者的能量为D1＝(A2＋B2＋C2＋D2)，C错误；图解表明能量流动的特点是单向流动、逐级递减，D正确。联想质疑★能量沿营养级流动，逐级递减★数量金字塔的特例：从个体数量上来讲，第二营养级(虫)＞第三营养级(鸟)＞第一营养级(树)。★除掉菜园里的害虫，减少白菜中流向害虫的能量为什么“一山不能容二虎”〖提示〗从能量流动的角度考虑，一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，老虎一般属于第四营养级或第五营养级。因此处于食物链顶端的老虎的生存需要消耗大量能量，由于生态系统的能量是有限的，所以处于食物链顶端的老虎的数量会很少。能量的利用率≠能量传递效率(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中是逐级递减的，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为10%～20%。(2)提高能量利用率的方法：①调整生态系统中的能量流动关系，即调整流入人体中的能量占生产者所固定的总能量的比值，提高流向对人类有益部分的能量比例；②将原本流向分解者的能量再次流向对人类有益的部分，以实现能量的多级利用。左图中箭头①指的是摄入量，③指的是粪便量，所以兔的同化量等于①－③；若没有箭头③，则①代表的是兔的同化量。能量流动“拼图”的分析方法(1)W1、D1指相应营养级的同化量，B1、B2指相应营养级未利用的能量；(2)各营养级用于生长、发育和繁殖等生命活动的能量为B1＋C1＋D1或B2＋C2＋D2；(3)能量传递效率不会是100%，从左图可以看出，相邻两个营养级的传递效率等于D1/W1×100%，一般情况下，能量在相邻两个营养级间的传递效率为10%～20%；(4)利用“拼图法”可得关系式：W1＝A1＋B1＋C1＋D1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，D1＝A2＋B2＋C2＋D2。思维导图必背语句1.生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程称为生态系统的能量流动。2.一个营养级的同化量包括自身呼吸散失、流向下一个营养级、被分解者利用和未被利用的能量。3.能量流动是沿食物链进行的，食物链中各营养级之间的捕食关系是经过长期自然选择而形成的，所以能量流动是不可逆转的。4.各营养级生物及分解者通过呼吸作用散失的热能不能被生物群落重复利用，因此能量流动是不能循环的。.一个营养级的能量不能100%地传递给下一个营养级，所以能量流动具有逐级递减的特点，能量传递效率为10%～20%。随堂检测1.下列关于生态系统能量流动的叙述，正确的是()A.营养级数量越多，相邻营养级之间的能量传递效率就越低B.呼吸消耗量在同化量中所占比例越少，生物量增加就越多C.生产者的同化量越大，各级消费者的体型就越大D.营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越多〖答案〗B〖解析〗在流入生态系统能量一定的情况下，相邻营养级之间的能量传递效率相对较高才能维持高营养级生物的生存，A错误；呼吸消耗量在同化量中占比越少，意味着积累越多，生物量增加就越多，B正确；生产者的同化量越大，能养活的消费者越多，但与消费者的体型大小无关，C错误；由于能量传递过程中逐级递减，因此营养级所处的位置越高，该营养级所具有的总能量就越少，D错误。2.(2021·华师一附中调研)在一个生态系统中，草食动物所同化的能量等于()A.生产者固定的太阳能的总量B.生产者固定的太阳能的总量减去生产者的呼吸量C.被草食动物吃了的植物所含的能量减去粪便等排遗物中的能量D.用于草食动物的生长、发育、繁殖等生命活动所需的能量〖答案〗C〖解析〗生产者固定的太阳能的总量是流经生态系统的总能量，A错误；生产者固定的太阳能的总量减去生