第五章第2节生态系统的能量流动.docx
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第五章第2节生态系统的能量流动
第2节 生态系统的能量流动
1.分析生态系统能量流动的过程和特点。
（重、难点） 2.概述研究能量流动的实践意义。
（重点）
[学生用书P76]）
一、能量流动的概念和过程（阅读教材P93～P94）
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）
（2）第一营养级的能量分析
（3）流入每一营养级的能量最终去向
①通过自身呼吸作用以热能形式散失；
②被下一营养级同化；
③被分解者分解利用。
二、能量流动的特点及实践意义（阅读教材P95～P96）
1．能量流动的特点
（1）单向流动
①方向：
沿食物链由低营养级流向高营养级。
②特点：
不可逆转，也不能循环流动。
（2）逐级递减
①能量传递效率：
相邻两个营养级的能量传递效率为10%～20%。
②营养级数量：
生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。
2．研究能量流动的实践意义
（1）设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。
（2）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。
1．连线
2．判断
（1）太阳能只有通过生产者才能输入到生态系统中。
（√）
（2）（2016·内蒙古通辽市高二期末）每一营养级生物的同化量就是从上一营养级摄入的能量。
（×）
分析：
每一营养级的生物摄入体内的能量，并不是该营养级生物的同化量，因为有一部分能量存在于食物残渣中随动物的粪便被排出。
（3）直接以低营养级的生物为食将消耗更多的能量。
（×）
分析：
直接以低营养级的生物为食将减少能量的消耗。
（4）生态系统中流动的能量不包括分解者消耗的能量。
（×）
分析：
分解者消耗的能量来自生产者和消费者的遗体中所包含的能量，这些能量最初都来自生产者固定的太阳能。
（5）（2016·河南信阳市高二检测）研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类。
（×）
分析：
能量传递效率是10%～20%。
（6）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。
（×）
分析：
由于个体大小差异，高营养级的生物的数量有可能多于低营养级，如一棵树与树上昆虫的数量关系。
主题一 能量流动的过程[学生用书P77]
能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。
结合下图完成以下探究。
能量的输入
（1）起点（流入生态系统的总能量）：
生产者固定的太阳能。
（2）输入方式：
几乎所有的生态系统，光能都是通过生产者的光合作用转化为有机物中的化学能。
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）结合上图补充下图中标号代表的内容，分析能量流动过程
甲：
生产者、乙：
初级消费者、丙：
次级消费者、
丁：
呼吸作用、戊：
分解者。
以初级消费者为例分析能量的去向
（1）消费者摄入能量（a）＝消费者同化能量（b）＋粪便中能量（c），即动物粪便中能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。
（2）消费者同化能量（b）＝呼吸消耗的能量（d）＋用于生长、发育和繁殖的能量（e）。
（3）生长、发育和繁殖的能量（e）＝分解者利用的能量（f）＋下一营养级摄入的能量（i）＋未被利用的能量（j）。
能量的转化与散失
太阳能或无机物氧化产生的化学能
有机物中的化学能
能量
能量的输入
生产者的同化量
能量的输出
各生物成分的呼吸量
生态系统所需能量的根本来源
几乎都是来自太阳能
流经某生态系统的总能量
生产者所固定的太阳能总量（生产者的同化量）
消费者的同化量
摄入量－粪便量
同化量的去路（某营养级能量的去路）
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
各营养级能量去向的分析
1．（2016·西安高二检测）在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不包括（ ）
A．通过兔细胞呼吸释放的能量
B．通过兔的粪便流入到分解者体内的能量
C．通过狐的粪便流入到分解者体内的能量
D．流入到狐体内的能量
解析：
选B。
同化量＝摄入量－粪便量，可见兔子的粪便中流入到分解者体内的能量不属于兔子的同化量，而是生产者同化量的一部分。
而狐的粪便中的有机物所含有的能量则是其捕食的兔子同化量的一部分。
摄入量、同化量和粪便量
摄入量
同化量
粪便量
区别
动物摄取的食物中所含的能量，即动物所吃食物中的能量
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
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
联系
摄入量＝同化量＋粪便量
能量流动过程图解的分析
2．（2016·南昌高二检测）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（ ）
A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤肯定大于①
B．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
答案：
D
能量流动的分析方法
（1）若采用定量不定时分析的话，流入某一营养级的一定量的能量在足够长的时间内，其去向有三个：
自身呼吸消耗、流入下一个营养级（最高营养级除外）、被分解者分解利用。
（2）若采用定量定时分析的话，流入某一营养级的一定量的能量在一定时间内，去路除了上述三个外，还有第四个：
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，即“未利用”。
如果是以年为单位研究，这部分能量将被保留到下一年。
主题二 能量流动的特点及能量金字塔[学生用书P78]
能量流动的两个特点
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）]：
（1）据图分析
①图中生产者不能（能、不能）捕食肉食性动物来完成能量的循环。
②呼吸作用散失的能量不能（能、不能）再被生产者利用来合成有机物。
③据此，概括能量流动的第一个特点是单向传递。
（2）依图完成表中内容并分析
输入
输出到下
一营养级
传递
效率
第一营养级（生产者）
464.6
62.8
13.5%
第二营养级（植食性动物）
62.8
12.6
20.1%
①可以看出，能量在相邻两营养级间的传递效率大约为10%～20%。
②能量流动的第二个特点是逐级递减。
结合探究1的分析完善下面三类金字塔
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形
状
特
点
呈正金字塔塔形
通常为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形，如成千上万的昆虫以一株树为生
一般呈正金字塔形，有时会出现倒金字塔形，如某一时间浮游植物的生物量（用质量来表示）可能低于浮游动物的生物量
（1）从能量角度分析，为什么猪肉一般比蔬菜和粮食的价格要高一些？
提示：
蔬菜和粮食作物属于生产者，是第一营养级，猪属于初级消费者，是第二营养级，由于能量传递效率只有10%～20%，所以要获得相同质量的猪肉，需要消耗5倍至10倍的粮食或蔬菜，因此猪肉一般比蔬菜和粮食的价格高。
（2）人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，粪便进入沼气池，生产燃料。
此过程提高能量的传递效率了吗？
提示：
没有。
以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量，实现了对能量的多级利用，减少了环境污染；但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
能量流动特点的原因分析
（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，所以整个生态系统必须有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。
能量流动特点及金字塔类型
1．（2016·哈尔滨六中高二期末）某生态系统中有a、b、c、d、e五种生物，a为植物，其余的为动物。
一年内输入这五种生物的能量数值如下表，可能存在于同一营养级的是（ ）
生物
a
b
c
d
e
能量（×10－5J·m－2）
90
9.5
0.96
1.8
0.32
A.b与c B．c与d
C．d与eD．b与d
解析：
选B。
根据生态系统中能量流动是沿食物链逐级递减、单向流动的特点，分析表格数据可以看出，能量最多的是a，其他依次是b、d、c、e，其中d、c的能量值很接近属于同一个营养级，因此b属于初级消费者，第二营养级；d、c属于次级消费者，第三营养级；e属于三级消费者，第四营养级。
2．（2014·高考海南卷）用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。
在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。
该栎林数量金字塔的示意图是（ ）
解析：
选B。
在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级的生物数量小于昆虫的数量，第四营养级的数量小于第三营养级的数量，故选B。
（1）能量传递效率是指相邻两营养级间，而不是种群，更不是个体。
（2）一般来说，在以低营养级生物为主的生态系统中，传递效率可以低于10%；仅在特殊条件下，某传递效率有可能高于20%，时间过长将导致生态系统被破坏。
能量流动的相关计算
3．如果一个人的食物有
来自绿色植物，
来自小型肉食动物，
来自羊肉，那么该人每增加1千克体重，至少消耗植物（ ）
A．10千克 B．40千克
C．100千克D．280千克
解析：
选B。
由题意可知人的能量来源于三条食物链，分别是：
①植物→人，②植物→羊→人，③植物→植食性动物→肉食性动物→人。
设通过①②③三条食物链消耗的植物分别为a、b、c，则a×20%＝1×
，b×20%×20%＝1×
，c×20%×20%×20%＝1×
，求出a＝
，b＝
，c＝
，进而求出a＋b＋c＝40。
4.
如图表示某生态系统中的食物网简图，若E种群中的总能量为5.8×109kJ，B种群中的总能量为1.6×108kJ，则从理论上分析，A种群获得的总能量最多是（ ）
A．2.0×108kJB．2.32×108kJ
C．4.2×108kJD．2.26×108kJ
解析：
选A。
从图中可以看出，E种群中的能量传递有三条途径，但只有两条途径能传递到A种群。
C种群和D种群获得的总能量最多为5.8×109×20%－1.6×108＝1.0×109kJ，所以A种群获得的能量最多为1.0×109×20%＝2.0×108kJ。
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
1．生态系统的能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失等过程。
2．能量流动的起点是生产者固定的太阳能，渠道是食物链和食物网。
3．流经生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能。
4．能量流动的特点是单向流动，逐级递减。
5．能量金字塔的形状永远是正金字塔形，数量金字塔有倒置的情况。
[学生用书P80]）
[随堂检测]
1．（2016·大连高二检测）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．该生态系统中所有生产者、消费者、分解者体内的能量
C．该生态系统中生产者体内的能量
D．该生态系统中生产者所固定的太阳能
解析：
选D。
流经生态系统的总能量是该生态系统中生产者所固定的太阳能，故选D。
2．（2016·四川绵阳高二期末）实验调查得到某一树林生态系统中三个营养级及分解者的能量（单位：
×106kJ）结果如表所示。
以下说法正确的是（ ）
同化量
储存量
呼吸量
甲
62.8
25.6
37.2
乙
12.5
5.7
6.8
丙
464.6
186.3
278.3
丁
41.6
16.5
25.1
A.可以推测丙为生产者，乙为分解者
B．流经该生态系统的总能量为4.646×108kJ
C．丁和甲同化的能量全部来自于丙
D．呼吸散失的热量可以被丙重新利用
答案：
B
3．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＋D2）
B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D2/W1
C．初级消费者摄入的能量为（A2＋B2＋C2）
D．W1＝D1＋D2
解析：
选A。
由图可知，W1为生产者固定的太阳能，D1为初级消费者同化的能量，则W1＝A1＋B1＋C1＋D1，D1＝A2＋B2＋C2＋D2；生产者固定的太阳能为W1，初级消费者固定的能量为D1，由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1；初级消费者摄入的能量＝固定量＋粪便量，其值远大于D1，故大于A2＋B2＋C2；由于能量传递效率约为10%～20%，所以W1>D1＋D2。
4．（2016·泉州高二检测）下图表示一个草原生态系统的食物网。
若美洲狮的食物2/3来自鹿，1/3来自浣熊，则一只美洲狮体重增加3kg，至少需要消耗青草（ ）
A．175kg B．125kg
C．50kgD．25kg
答案：
A
5．（2016·陕西咸阳高新一中高二期末）下列4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（ ）
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：
选B。
虎等大型肉食动物处在最高营养级，获得的能量最少，因此容易成为濒危物种，故A不符合题意；蓝藻爆发是因为水体中含有大量的N、P等元素，给蓝藻提供营养物质，利于蓝藻的生长，因此没有能量流动，故B符合题意；牛、羊等属于第二营养级，食物链较短，获得的能量较多，因此成本低，产量高，故C不符合题意；蓝鲸以浮游动物为食，则能量便沿着食物链，由浮游动物流向了蓝鲸，故D不符合题意。
6．在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统（如图所示）。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽、家畜
B．该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分
C．该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率
D．沼气池中的生物属于分解者
解析：
选C。
图中生产者为农作物和林地中的植物等，初级消费者是人和家禽、家畜；在该生态系统中，最关键的成分是生产者，人的作用非常突出；农业生态系统的建立，实现了能量的多级利用和废物的再利用，提高了能量利用率，而不是能量传递效率；沼气池中的生物主要是将有机物分解为无机物，属于分解者。
7．下图是对某湖泊的能量考察结果[单位：
千焦/（厘米2·年）]，请据图回答：
（1）流经该生态系统的总能量主要是指____________，有________千焦/（厘米2·年）。
（2）能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为________，这说明了能量流动的特点是______________，也就是说食物链越长，________越多。
（3）D热能是通过________释放的能量。
（4）能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是生物不能在代谢中利用________________。
答案：
（1）生产者固定的太阳能 0.46
（2）13.5% 逐级递减 能量散失 （3）呼吸作用 （4）呼吸放出的热能
[课时作业][学生用书单独成册]
1．生态系统的能量流动是指（ ）
A．太阳能被绿色植物固定的过程
B．生态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、转化和散失的过程
D．能量从生物体进入无机环境的过程
解析：
选C。
太阳能被绿色植物固定的过程属于能量的输入过程，A错误；生态系统内生物体能量代谢的过程是能量的转化和散失过程，B错误；生态系统的能量流动是指生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程，C正确；能量从生物体进入无机环境的过程是能量的散失过程，D错误。
2．（2016·安庆高二检测）深海热泉生态系统中流动的能量最初来源于（ ）
A．微生物化能合成作用B．火山口的热量
C．无机物的氧化D．太阳光能
解析：
选A。
生态系统能量流动的最初来源一般为太阳能，但是对于一些特殊的生态系统，如深海热泉，由于没有光，其能量来源于微生物的化能合成作用。
3．（2016·河北秦皇岛卢龙县高二期末）某人想同时养鼠和水貂，用鼠喂水貂，再用剥去皮的水貂喂鼠。
这样可以实现能量的循环利用吗（ ）
A．可能，因为这个系统会平衡
B．可能，因为用鼠喂水貂所损失的能量可以用水貂喂鼠收回来
C．不可能，因为不能用食肉动物喂养食肉动物
D．不可能，因为食物中大部分能量都丢失了
答案：
D
4．（2016·德州高二检测）每一个营养级都具有的能量流动方向有（ ）
①分解者②下一营养级
③生长、发育和繁殖④呼吸散失
A．①②③④B．②③④
C．①③④D．①②③
解析：
选C。
食物链中的最高营养级不能被其他生物捕食，则其固定的能量不会流入下一营养级，因此每一个营养级都具有的能量流动方向为流向分解者、呼吸散失和用于生长、发育和繁殖。
5．（2016·泰州高二检测）下图是某生态系统的能量流动过程。
下列叙述错误的是（ ）
A．该生态系统中草食昆虫属于初级消费者
B．该生态系统中能量的最终来源是太阳能
C．该生态系统中的能量传递是不循环的
D．该生态系统中的第一营养级是太阳能
解析：
选D。
草食昆虫为植食性动物，是初级消费者；太阳能是生态系统能量的最终来源；生态系统中的能量只能从第一营养级依次流向下一营养级，不能循环流动。
6．如图表示某草原生态系统中的能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动量。
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．③和④分别属于草和兔同化量的一部分
C．图中②/①的值可代表兔到狐的能量传递效率
D．分解者获得的能量最少
解析：
选B。
流入该生态系统的总能量是生产者（草）固定的总能量。
①为兔的摄入量，包括兔的同化量和粪便量，②为狐的摄入量，能量传递效率指的是相邻营养级中高营养级与低营养级同化量的比值，因此②/①的值不能代表兔到狐的能量传递效率。
所有动植物的遗体最终都被分解者分解，因此，分解者获得的能量不一定最少。
③为兔的粪便中的能量，属于草的同化量；④为兔的遗体、残骸等中的能量，属于兔的同化量。
7．（2016·山西大同一中高二期末）下表是某营养级昆虫摄食植物后能量流动的情况，下列说法不正确的是（ ）
项目
昆虫摄
食量
昆虫粪
便量
昆虫呼吸
消耗量
昆虫储存
在有机物
中的能量
能量（kJ）
410
210
130
70
A.昆虫同化的能量中约有35%用于其生长发育和繁殖
B．昆虫粪便量属于植物流向分解者能量的一部分
C．昆虫储存在有机物中的能量属于未利用的能量
D．昆虫的前一营养级的能量至少有1000kJ
解析：
选C。
昆虫的同化量为410－210＝200（kJ），用于生长、发育和繁殖的能量所占比例为70÷200×100%＝35%，A正确；摄入量＝同化量＋粪便量，昆虫粪便量属于植物流向分解者能量的一部分，B正确；未利用的能量属于昆虫储存在有机物中的能量的一部分，C错误；昆虫的前一个营养级的能量最小值是200÷20%＝1000（kJ），D正确。
8．（2016·扬州高二检测）若牛的摄入量为100%，其中粪便量是38%，呼吸量是52%，则牛的同化量是（ ）
A．18%B．48%
C．62%D．82%
解析：
选C。
牛的同化量＝摄入量－粪便量，即100%－38%＝62%。
9．（2016·哈尔滨高二检测）“一山不容二虎”这一谚语，用生态学观点可以解释为（ ）
A．虎所需的生活空间很大
B．营养级越高的生物，得到的能量越少，个体数量也就越少
C．虎性情孤独，不群聚
D．身强体壮的虎以身体弱小的虎为食
解析：
选B。
虎一般位于食物链的最高营养级，而能量沿着食物链逐级递减，故虎获得的能量少，个体数量少。
10．根据图示的食物网，若黄雀的全部同化量来自两种动物，蝉和螳螂各占一半，则当绿色植物增加G千克时，黄雀增加体重最多是（ ）
A．G/75千克B．3G/125千克
C．6G/125千克D．G/550千克
解析：
选A。
根据生态系统能量流动的最高传递效率20%，设黄雀增加体重X千克，则根据题意可列出计算式：
（5×X/2＋5×5×X/2）×5＝G，X＝G/75千克。
11．位于生态系统能量金字塔最底层的是（ ）
A．无机物B．生产者
C．消费者D．分解者
解析：
选B。
能量金字塔是呈正金字塔形，最底层所含的能量最高，所以处于最底层的是生产者。
12．根据生态系统的结构和功能，下列叙述错误的是（ ）
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，为使更多生产者所固定的能量流向人类，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：
选C。
A项中，“桑基鱼塘”生态系统实现了能量的多级利用。
B项中，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。
C项中，水产养殖业，应以食物链短的鱼类为养殖对象。
D项中，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。
13．如图是某湖泊生态系统能量流动的原理分析图解，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118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用。
请回答下列问题：
（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）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到能量的百分比是________。
（4）由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有：
①各营养级生物体内的大量能量被________消耗；②上个营养级的部分能量________________________________________________________________________；
③还有少数能量被________利用。
解析：
（1）流经生态系统的总能量是生产者所固定的太阳能的总量，即118872－118761＝111.0（百万千焦）。
（2）能量的传递效率等于后一营养级所同化的能量与前一营养级同化能量总和之比，A→B的传递效率为15.0/111.0×100%＝13.5%，B→C的传递效率为3.0/15
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