《生态系统中的能量流动》导学案4.docx

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《生态系统中的能量流动》导学案4

《生态系统中的能量流动》导学案

课前自主导学

知识1

生态系统中的能量流动

1.概念

生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。

2．过程

3．特点

（1）单向流动：

能量只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向下一个营养级。

（2）逐级递减：

能量在沿食物链传递的过程中，每个营养级的生物代谢活动都会消耗相当多的能量，由一个营养级传递到下一个营养级的能量平均约为10%左右。

4．研究意义：

提高生态系统能量转化效率。

例如：

农田生态系统中，要使更多地能量流向农作物并转化为产量，就必须清除杂草、防治病虫害等。

思考交流

1．一般食物链不超过5个营养级的原因是什么？

【提示】　能量通过四个左右的营养级，已减少到不足以维持下一个营养级的生命活动的程度，所以一条食物链中营养级一般不超过五个。

知识2

生态系统中的物质循环

1.概念：

又称为生物地球化学循环，是指在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，再回到无机环境的循环过程。

2．与能量流动的关系

3．举例

（1）水循环：

影响因素：

太阳能、大气环流

主要环节：

降水和蒸发

（2）碳循环：

主要存在形式：

碳酸盐

循环形式：

碳水化合物

过程

（3）氮循环：

循环形式

（4）磷循环：

循环形式

过程

思考交流

2．

（1）与自然界的碳循环关系最密切的两种细胞器是什么？

【提示】　叶绿体、线粒体。

（2）生态系统的物质循环中的“物质”指的是有机物还是无机物？

【提示】　都不是，指的是组成生物体的化学元素。

正误判断

1．能量通过光合作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。

（√）

2．能量在生态系统的食物链中是以热能的形式流动的。

（×）

【提示】　以有机物中化学能的形式流动。

3．能量传递效率约为10%是指上一营养级摄入的能量占下一营养级摄入能量的比例。

（×）

【提示】　指下一营养级同化的能量占上一营养级同化能量的比例。

4．碳在生物群落和无机环境之间主要以碳单质的形式循环。

（×）

【提示】　以CO2的形式。

5．生态系统的能量流动和物质循环是独立进行的。

（×）

【提示】　是同时进行的，彼此相互依存、不可分割。

6．在碳循环中，无机环境和生物群落相联系的生物作用主要是光合作用和呼吸作用。

（√）课堂互动探究

疑难导析

探究1

生态系统的能量流动

【问题导思】　

①生态系统的能量是如何流动的？

有何特点？

②能量“金字塔”可呈倒置状吗？

③研究能量流动有何实践意义？

1．能量的输入

（1）起点：

生产者固定的太阳能。

（2）流入生态系统的总能量：

生产者所固定的太阳能总量。

（3）输入方式

①几乎所有的生态系统：

光能→有机物中的化学能

②特殊的生态系统：

无机物氧化产生的化学能→有机物中的化学能

2．能量的传递

（1）传递途径：

食物链和食物网。

（2）传递形式：

有机物中的化学能。

（3）传递过程

3．以第二营养级为例分析能量的分流

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。

4．能量的转化和散失

太阳能或无机物氧化产生的化学能→有机物中的化学能生产者、消费者、分解者能量ATP：

用于各项生命活动热能：

散失

5．能量流动的特点

（1）能量单向流动的原因

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捕食关系，不能逆转。

②各营养级的能量总是趋向于在呼吸作用过程中以热能形式散失，而热能是不能再被利用的。

（2）能量流动逐级递减的原因

①各营养级生物要维持自身的生命活动，总要消耗一部分能量。

②各营养级的同化率不是百分之百的，总有一部分变成排遗物而被分解者利用。

（3）能量传递效率：

10%。

其计算方法：

能量传递效率＝下一营养级的同化量×100%。

（4）有关能量计算

①若知食物网中最高营养级增重为N，求最多消耗第一营养级量时，应按最长食物链计算。

②若知食物网中第一营养级总量为M，求最高营养级最多（或最少）获得多少能量时，应按最短（或最长）食物链计算。

6．生态金字塔

生态金字塔是生态学中表示不同关系的一种形式，生态学中常以金字塔的形式表示的有能量金字塔、数量金字塔等。

不同的金字塔能形象地说明营养级与能量、生物个体数量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。

　　类型

项目　

能量金字塔

数量金字塔

形状

特点

正金字塔形

一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形

象征

含义

能量在沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性

生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减

每一阶

含义

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

特殊

形状

无

如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系：

例1　（2012·承德高二检测）如图表示在生态系统中，能量流经第二营养级的示意图，请分析回答。

（1）图中A表示______________________；B表示__________________________________。

除了图中所示，第二营养级同化的能量还有一部分________________________________________________________________________。

（2）从图中可以总结出能量流动的特点是________________________________________________________________________，

__________________________。

（3）在“兔子→狼”这一关系中，狼粪的能量去向与图中______到____________表示的途径最相似。

（4）若初级消费者摄入的能量为a，排出的粪便量为b，呼吸量为c，则由初级消费者流入次级消费者体内的能量为________________________________________________________________________。

【审题导析】　由于该图表示的是能量第二营养级流入第三营养级的示意图，因此A、B不是代表营养级，应围绕初级消费者（第二营养级）考虑能量的输入和输出情况。

【精讲精析】　本题考查流经初级消费者的能量的来源与去向。

消费者摄入的食物中的能量并没有被消费者全部吸收、同化，没有吸收的部分以粪便形式排出体外，因此图中“A”为初级消费者同化的能量。

初级消费者的能量有两个去向：

被自身呼吸消耗（即图中“？

”），用于本营养级生物的生长、发育和繁殖（即图中“B”），后一部分能量最终流入下一营养级或被分解者分解。

狼粪中的能量属于兔子（初级消费者），即属于图中“B”。

初级消费者同化的能量＝摄入量（a）－粪便量（b），而呼吸量是同化后能量的去向之一。

【答案】　

（1）初级消费者同化的能量　初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量　在细胞呼吸中以热能的形式散失

（2）单向流动、逐级递减

（3）B　分解者作用　（4）（a－b）×10%

探究2

物质循环和能量流动

【问题导思】　

①如何理解生态系统中物质循环的概念？

碳循环的过程如何？

②物质循环与能量流动的关系怎样？

1．碳循环

碳循环是生物圈基本的物质循环之一，其循环过程如图所示

分析可知以下几点：

（1）大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用。

（2）碳在生物群落和无机环境之间是以CO2的形式进行循环的。

（3）大气中CO2的来源有三个：

一是分解者的分解作用；二是动植物的细胞呼吸；三是化石燃料的燃烧。

（4）碳元素在生物群落中的传递，主要靠食物链和食物网，传递形式为有机物。

（5）碳在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是相互的，其他各成分之间的传递都是单向的。

（6）一些进行化能合成作用的生物也可将CO2转变为有机物进入生物群落。

其碳循环过程可以归纳为：

2．氮循环

氮是构成蛋白质和核酸的主要元素，对生物的各项生命活动具有重要意义。

其循环过程如图所示：

3．物质循环和能量流动的关系

能量流动

物质循环

区

别

单向流动、逐级递减

在生物群落与无机环境之间反复循环

在各级生态系统中进行

在生物圈范围内进行，具有全球性

联

系

①同时进行，相互依存，不可分割

②均沿食物链与食物网的渠道进行

③物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质循环不断地在生物群落与无机环境之间循环往返，能量以物质形式存在和流动，能量促进了物质循环

，名师点拨

1．物质循环中的物质是指组成生物体的基本元素，而不是化合物。

2．物质循环的范围是生物圈，具有全球性、循环性的特点。

例22013·平顶山期末）如图为生态系统碳循环示意图，其中甲、乙、丙表示生态系统中的三种成分。

请据图回答：

（1）生态系统的碳循环是指碳元素在____________之间不断循环的过程。

（2）X与甲中图示生物类群的能量来源不同，X代表的生物为________；Y的细胞结构与丙中图示生物不同，Y的细胞结构最主要的特点是________________________________________________________________________。

（3）大气中的CO2在甲中图示的________处（在a～d中选择）合成有机物；含碳有机物在甲中图示的______处（在a～d中选择）可以分解为CO2。

（4）化石燃料除燃烧外，还可以通过________途径产生CO2。

【思维导图】

【精讲精析】　

（1）生态系统的物质循环是指组成生物体的基本元素在生物群落和无机环境之间的不断循环过程。

（2）图中甲中的植物利用的是光能，与其不同的X是进行化能合成作用的硝化细菌等。

图中丙为原核生物，与其不同的生物Y是具有细胞核的真核生物。

（3）二氧化碳的固定在植物细胞的叶绿体基质中进行，如图中c。

葡萄糖等有机物在细胞质基质和线粒体中分解成CO2，如图中的a和b。

（4）化石燃料为无机环境中的有机物，可以通过微生物的分解作用和化石燃料的燃烧释放CO2。

【答案】　

（1）生物群落与无机环境

（2）化能自养细菌　有由核膜包围的细胞核　（3）c　a、b　（4）微生物的分解

实验探究

化肥与池塘富营养化

1．研究目的

通过化肥与池塘富营养化的研究，说明人类活动对生态系统物质循环的影响。

2．实验原理

过多地使用氮肥、磷肥等会使水体和土壤中氮、磷的含量增多，过多的氮、磷流入水体可能造成水体富营养化，使藻类过度繁殖，进而导致生态系统的稳态被破坏。

3．材料用具

烧杯等容器、尿素、过磷酸钙等。

4．方法步骤

从池塘采集水样，过滤出水样中的绿藻，用蒸馏水冲洗后将绿藻分为3等份，再分别放入甲、乙、丙3个烧杯中，甲烧杯中盛有300mL蒸馏水，乙烧杯中盛有300mL蒸馏水和0.5g尿素，丙烧杯中盛有300mL蒸馏水、0.5g尿素和0.5g过磷酸钙。

室温约为20℃。

三天后，观察烧杯中的现象。

5．实验现象

甲容器和乙容器中绿藻未见增多，丙容器中绿藻大量增加，水样变成浓绿色且液面污浊。

取样制成临时玻片标本，用显微镜观察和计数后发现，丙烧杯水样中绿藻远远多于甲、乙烧杯。

6．实验解释

过磷酸钙是池塘富营养化的主要原因，过多地使用氮肥、磷肥等会使水体和土壤中氮、磷含量增多，造成水体富营养化，使藻类等过度繁殖，导致生态系统的稳态被破坏。

名师点拨

生物富集作用

生物富集作用又叫生物浓缩，是指生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物质在生物体内的浓度超过环境中的浓度的现象。

如下图所示为DDT的富集作用。

随营养级升高，生物体内蕴含的能量越少，有毒物质的浓度越高。

例3年来赤潮在我国时有发生，当赤潮发生时，海水中的某些微小浮游生物大量繁殖，使水体呈红、紫等颜色，并对水生生物造成危害。

下列说法中不正确的是（　　）

A．赤潮是水体富营养化的结果

B．含磷洗涤剂的广泛使用与排放是发生赤潮的主要原因之一

C．在封闭的海湾更易发生赤潮

D．赤潮的发生是与人类活动无关的自然现象

【审题导析】　解答此题的思路是：

工业废水、生活污水湖泊河流→海洋

　　　　　　　　　　　　→　　→过多

　　　　　　　　　　藻类大量繁殖　藻类大量繁殖

　　　　　　　　　　　　　　水华　　　赤潮

　　　　　　　　　　　　　　危害　　　危害

【精讲精析】　赤潮是指在某一局部海域内，海水变色的灾害性海洋现象，由于某些微小浮游生物，特别是含有毒素的生物大量繁殖、高度密集，使水体呈红、紫等颜色，同时还引起水质的败坏，并对生物造成危害。

目前我国沿海报道的赤潮生物有40多种，主要是甲藻类、夜光藻类（如夜光虫）、骨条藻、束毛藻等。

赤潮的发生会严重破坏海洋的生物资源，改变生物群落的组成，破坏渔场的饵料，影响鱼类、虾类、贝类、藻类等的生长发育，给海洋生态环境、海水养殖、海洋捕捞和人类的健康及安全带来极大的危害，造成巨大的经济损失。

赤潮主要是由于人类将大量含有氮、磷的污水排放入海，及人类使用的大量含有氮、磷的化肥随着水土流失入海等，使得海水中的氮、磷等营养盐和铁、锰等微量元素及某些有机化合物增多，出现富营养化，导致上述赤潮生物过量繁殖而引起的。

可以说，赤潮的发生是由于人类活动所致。

【答案】　D

本课知识小结

网络构建

单向流动→特点→能量流动→物质循环→失衡

举例→氮循环、磷循环、碳循环

逐级递减

结论语句

1．生态系统的能量流动包括能量的输入、传递（包括转化）和散失的过程。

2．能量流动的特点是单向的，逐级递减的，传递效率为10%左右。

3．生态系统的物质循环带有全球性，其中的物质是指组成生物体的C、H、O、N、P、Ca等元素。

4．物质循环的动力来自能量，而物质又是能量的载体，物质循环保证了能量从一种形式转变为另一种形式。

5．能量的固定、储存、转移和释放，离不开物质的合成与分解。