新高中生物 第4章 生态系统的稳态 第2节 生态系统稳态的维持 第1课时 生态系统中的能量流动学案.docx
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新高中生物第4章生态系统的稳态第2节生态系统稳态的维持第1课时生态系统中的能量流动学案
第1课时 生态系统中的能量流动
学习目标
知识概览（教师用书独具）
1.概述能量流动的概念，描述能量在生态系统中的流动过程。
（重点）
2.分析总结能量流动的特点。
（重难点）
3.阐明研究能量流动的意义。
[自主预习·探新知]
1．能量流动的概念和过程
（1）概念：
生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
（2）过程图解
（3）能量来源：
太阳能。
（4）总能量：
生产者固定的太阳能总量。
（5）渠道：
食物链和食物网。
2．能量流动的特点及研究意义
（1）能量流动的特点
①单向流动：
指生态系统的能量只能从第一营养级流向第二营养级，再流向第三营养级……能量流动不可逆转，也不能循环。
②逐级递减：
指能量在沿食物链传递的过程中，每一个营养级的生物在代谢中都会消耗很多的能量，结果流向下一个营养级的能量逐级减少。
③传递效率
ⅰ能量在相邻两个营养级之间的传递效率平均只有10%－20%。
ⅱ生态系统的能量流动规律可用“能量金字塔”表示。
从能量金字塔可以看出，一个生态系统的营养级越多，在能量流动过程中散失的热能就越多。
ⅲ生态系统的能量流动一般不超过4～5个营养级。
（2）研究意义：
在农业生产中推广生态农业，研究生态系统能量流动的规律，是为了使能量被多效利用，大大提高能量的利用率，还可以合理调整生态系统中的能量流动关系，使能量流向对人类最有益的部分。
[基础自测]
1．判断对错
（1）能量通过光合作用和化能合成作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。
（√）
（2）流经第二营养级的总能量指次级消费者摄入到体内的能量。
（×）
提示：
第二营养级是指初级消费者，因此流经第二营养级的总能量是指被第二营养级所同化的能量，而不是被次级消费者摄入到体内的能量。
（3）能量在生态系统的食物链中是以热能的形式流动的。
（×）
提示：
是以有机物中化学能形式流动的。
（4）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。
（×）
提示：
由于在各营养级中都会有生物的细胞呼吸存在，通过细胞呼吸，部分能量会以热能的形式散失，因此研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，但是做不到全部流向人类。
[合作探究·攻重难]
能量流动的概念与过程
[思考交流]
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。
1．某一营养级的生物是指生物个体还是指某个种群？
提示：
某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表生物个体也不是某个种群。
2．生物的现存量与同化量的含义一样吗？
二者有什么关系？
提示：
不一样。
生物的现存量＝同化量－呼吸量－被分解者分解的遗体残骸中所含能量。
3．初级消费者流向分解者的能量包含初级消费者粪便中的能量吗？
提示：
不包含。
初级消费者粪便中的能量不属于其同化量。
4．如何分析某个营养级的能量去向？
输入到某个营养级的能量的去向都相似吗？
提示：
某个营养级的能量去路一般有：
①该营养级生物呼吸消耗。
②流入到下一个营养级的生物中。
③以动植物遗体、残枝落叶等形式被分解者分解利用。
其中，输入顶级营养级的能量的去向只有2个，即：
①该营养级生物呼吸消耗；②被分解者分解利用。
[归纳总结]
1．能量流动过程分析
起点
生产者
源头
太阳能或氧化
无机物产生的化学能
能量输入
生理过程
光合作用或化能合成作用
总能量
生产者固定的能量
传递形式
光能或氧化无机物产生的化学能→有机物中的化学能
能量的传递
传递渠道
食物链和食物网
传递形式
有机物中的化学能
能量的散失
生理过程
生产者、消费者和分解者的呼吸作用
形式
热能
2．能量流动过程图解
（1）模式图（以第二营养级为例）。
（2）分析模式图。
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，而是属于第一营养级同化的能量。
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，另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、未被分解者利用。
特别提醒：
摄入量、同化量和粪便量的关系
[典例通关]
如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（ ）
A．图中A＝D，B＝E，C＝F
B．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
【技巧点拨】
（1）明确每个营养级的能量来源和去向；
（2）明确能量传递效率的含义。
B [由图可知，A＝G＋D；B＝E＋H；C＝F＋I，A错误；狼的粪便中的能量未被狼吸收，即不属于C中的能量，故兔流入分解者的能量包括兔子尸体及狼粪便中的能量，B正确；分解者不属于食物链中的营养级，C错误；第一营养级与第二营养级间的能量传递效率是B/A，D错误。
]
[活学活用]
1．有关生态系统能量流动的叙述中，错误的是（ ）
【导学号：
85732174】
A．生态系统中所接收的全部太阳能是流经这个生态系统的总能量
B．生态系统中的能量是沿着食物链和食物网流动的
C．能量流动的特点是单向的、不循环的
D．能量流动是逐级递减的，传递效率大约是10%～20%
A [流经生态系统的总能量是生态系统中生产者所固定的全部太阳能，A错误；生态系统中能量流动的渠道是食物链和食物网，B正确；能量流动的特点是单向流动、逐级递减，C正确；相邻营养级之间能量传递效率大约是10%～20%，D正确。
]
2．某草原生态系统一条食物链A→B→C中，各种群对能量的同化、利用、传递等的部分数量关系如下表。
已知该草原生态系统受到的太阳辐射为150000百万千焦，但其中149875百万千焦的能量未被生产者固定。
下列有关计算错误的是（单位：
百万千焦）（ ）
种群
同化量
净生产量（净同化量）
呼吸消耗
传递给分解者
传递给下一营养级
未被利用的能量
A
62.5
3
15
41.5
B
14
5
0.5
2
2.5
C
2
1.4
微量（不计）
无
A．流经该生态系统的总能量为125百万千焦
B．A净生产量为59.5百万千焦
C．B呼吸消耗的能量为9百万千焦
D．能量从B到C的传递效率为10.5%
D [生产者固定的能量＝150000－149875＝125（百万千焦），A正确。
净生产量＝同化量－呼吸量＝125－65.5＝59.5（百万千焦），B正确。
B呼吸消耗的能量＝14－5＝9（百万千焦），C正确。
能量从B到C的传递效率＝2÷14×100%≈14.3%，D错误。
]
（1）种群C的净同化量是多少？
（2）能量从种群A到种群B的传递效率是多大？
（1）提示：
C的净同化量＝2－1.4＝0.6（百万千焦）。
（2）提示：
A到B的传递效率＝14÷125×100%＝11.2%。
能量流动的特点和意义
[思考交流]
1．从能量流动角度分析，为什么猪肉的价格一般比蔬菜和粮食的价格更高一些？
提示：
蔬菜和粮食属于生产者，是第一营养级，猪属于初级消费者，是第二营养级，而能量传递效率只有10%～20%，所以要获得相同质量的猪肉，要消耗5～10倍的蔬菜和粮食。
因此猪肉的价格一般比蔬菜和粮食高。
2．下图为某城市生态系统能量金字塔，为什么呈倒置状况也能维持生态系统的正常运转？
提示：
因为城市生态系统的能量基本是靠外部输入，所以其自身初级营养级能量很低，而次级营养级因为人口众多的缘故能量很高，从而能量体现出倒金字塔。
3．有人说：
“其中营养级之间能量的传递效率可由人类任意控制。
”你认为对吗？
提示：
不对。
通过人工设计可以把本应该流向分解者的能量，重新被人类利用，从而提高了能量的利用效率，而没有改变能量的传递效率。
4．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。
[归纳总结]
1．能量流动特点及原因分析
（1）单向流动的原因。
①食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果，如肉食性动物以植食性动物为食，而不能反过来。
②各营养级通过呼吸作用以热能形式散失的能量是无法再被利用的，因此，能量也不能循环流动，必须由太阳能不断予以补充。
（2）逐级递减的原因。
①各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量。
②各营养级的生物中总有一部分能量未被下一个营养级利用。
③还有少部分能量随着残枝败叶或遗体流入分解者。
2．生态金字塔的类型
不同的生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物量、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
生物量金字塔
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，如树上昆虫与树的数量关系
正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特征
生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量（现存生物有机物的总质量）沿食物链流动逐级递减
每一阶含义
食物链中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
每一营养级生物的总生物量
特别提醒：
能量在食物链上传递的特点是逐级递减，但是在整个无机环境中，能量的总和不会变，它只不过是从一种形式转化为另一种形式，即能量守恒。
[典例通关]
如图为生态系统中能量流动图解的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列说法中不正确的是（ ）
A．生物与生物之间的捕食关系不可逆转，所以能量流动具有单向性
B．⑤中包含了三级消费者粪便中的能量
C．第二营养级流向第三营养级的能量传递效率为③/②×100%
D．在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中，①表示流经该生态系统的总能量
【技巧点拨】
（1）明确能量流动两个特点的含义；
（2）明确自然生态系统与人工饲养鱼塘能量来源的异同点。
D [食物链各营养级的顺序是不可逆转的，能量流动只能由第一营养级沿着食物链依次向下进行，不能逆流；①②③④均表示相应营养级的同化量，三级消费者粪便中的能量来源于次级消费者同化的能量，最终要被分解者分解，属于⑤中能量的一部分；在人工饲养的高密度鱼塘生态系统中，流经生态系统的总能量除了生产者固定的能量外，还有人工饵料中的化学能，D错误。
]
[活学活用]
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（ ）
【导学号：
85732175】
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
B [虎等大型肉食动物位于食物顶端，易因能量不足成为濒危物种；C、D选项为食物链短有利于获得较多能量；B选项蓝藻为自养型生物，与N、P等营养物质不能构成食物链。
]
（1）如何利用食物链解释“巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食”符合能量流动的规律？
（2）“虎等大型肉食动物容易成为濒危物种”和“饲养牛、羊等动物，成本低、产量高”体现了能量流动的哪个特点？
（1）提示：
食物链越短，消耗的能量越少，蓝鲸获得的能量就越多。
（2）提示：
逐级递减。
（备选习题）
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）。
下列选项中正确的是（ ）
A．图中b＝h＋c＋d＋e＋f
B．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”这一关系中，狼粪便的能量属于d
D．缩短食物链可以提高能量传递效率
C [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（b－h）/a×100%，B错误；“草→兔→狼”这一关系中，狼粪便中的能量不属于狼的同化量，仍属于其上一个营养级，即属于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。
]
易错警示：
能量传递效率≠能量利用率
（1）能量传递效率：
能量在沿食物链流动的过程中，逐级减少，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）能量利用效率：
流入最高营养级的能量占生产者所固定的能量的比值。
在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高。
[当堂达标·固双基]
1．下列有关生态系统能量流动的叙述，错误的是（ ）
A．通过物质多级利用可大大提高能量的传递效率
B．处于稳定的生态系统能量输入与输出相对稳定
C．生态系统的能量大多以热能的形式散失
D．太阳能只有通过生产者才能输入生态系统
A [通过物质多级利用可以提高能量的利用率，但不能提高传递效率，A错误；处于稳态的生态系统能量输入与输出基本相等，保持动态平衡，B正确；生产者固定的太阳能通过生产者、消费者和分解者的呼吸作用大多以热能形式散失到环境中，C正确；太阳能可被绿色植物通过光合作用固定转化成化学能，所以只有通过生产者才能输入生态系统，D正确。
]
2．如图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。
下列相关叙述中，正确的是（ ）
【导学号：
85732176】
A．生态系统的能量流动是循环进行的
B．能量在沿食物链流动时逐级递减
C．次级消费者属于第二营养级
D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量
B [生态系统的能量流动是单向的、逐级递减的，A错误；能量在沿食物链流动时一部分被自身呼吸消耗、一部分被分解者分解利用，所以是逐级递减的，B正确；生产者为第一营养级，初级消费者为第二营养级，次级消费者为第三营养级，C错误；图中①代表流向分解者的能量，D错误。
]
3．下图为某草原生态系统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表示流向下一营养级的能量。
以下分析正确的是（ ）
A．图中b表示用于生长、发育和繁殖的能量
B．c表示生物体内储存的有机物
C．d中能量均未被该营养级生物同化
D．为提高羊肉的产量，应该提高图中c/a的比值
D [b表示该营养级同化的能量；c表示用于生长、发育和繁殖的能量，储存在生物体的有机物中，A、B错误；d表示分解者利用的能量，有一部分能量未被该营养级生物同化，C错误；图中a表示该营养级摄入的能量，c表示用于生长、发育和繁殖的能量，所以c/a的值越高，羊肉的产量越高，D正确。
]
4．如图表示某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，a～i表示能量值，下列有关该过程的叙述，正确的是（ ）
【导学号：
85732177】
A．人工投放饲料的类型不影响g/c的大小
B．该生态系统中，高营养级的能量可能比低营养级的多
C．第一、二营养级之间的能量传递效率为（g＋h）/a
D．草鱼产生的粪便也包含能量，该能量属于第一营养级
B [图示为某池塘生态系统中饲养草鱼时的能量流动过程示意图，其中植物的同化量为a，草鱼从植物处同化的能量为h，同时草鱼还同化了部分饲料中的能量，即g。
人工投放饲料的类型会影响g/c的大小，A错误；由于人工投放饲料，该生态系统中，高营养级的能量可能比低营养级的多，B正确；第一、二营养级之间的能量传递效率为h/a，C错误；草鱼产生的粪便也包含能量，该能量不是草鱼同化的能量，属于第一营养级和饲料，D错误。
]
5．某生态学家分别对一片玉米田、一片荒地和一个湖泊在单位时间内的光合作用效率进行测定，测出的数据如表（单位：
kJ），请回答下列问题：
玉米田
荒地
湖泊
入射太阳能
2001.0
497.0
111572.0
输入第一营养级的能量
25.3
4.95
111.3
生产者的呼吸量
8.4
0.99
37.0
（1）太阳能的利用率最高的生态系统是________，作出这一判断的依据是______________________。
（2）假如两个陆地生态系统的绿色植物固定了等量的太阳能，则________（填“玉米田”或“荒地”）生态系统具有较多的能量传递到下一个营养级。
（3）玉米田生态系统中，输入第一营养级的能量，除一部分用于生产者的呼吸作用以热能形式散失外，其余能量用于________。
（4）玉米与玉米田中的杂草之间的关系是________，从生态系统的能量流动角度阐述除草的原理：
__________________________________________
___________________________________________________________。
[解析]
（1）由表中数据分析可知，玉米田中输入第一营养级的能量与入射太阳能的比值最高，所以太阳能利用率最高的生态系统是玉米田。
（2）荒地生态系统中生产者呼吸消耗的有机物占制造有机物总量的比例较少，所以传递到下一营养级的能量较多。
（3）输入第一营养级的能量，除了一部分用于细胞呼吸以热能形式散失掉，其他的用于自身生长、发育和繁殖等生命活动。
（4）玉米和玉米田中的杂草都是生产者，具有竞争关系。
除草能合理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。
[答案]
（1）玉米田 玉米田中输入第一营养级的能量与入射太阳能的比值最高
（2）荒地 （3）自身生长、发育和繁殖等生命活动
（4）竞争 合理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
[核心语句归纳]
1．生态系统中能量的输入、传递（包括转化）和散失的过程，称为生态系统中的能量流动。
2．能量流动的起点是生产者固定的太阳能，流经生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能。
3．生态系统中的能量流动具有单向流动和逐级递减的特点。
能量的传递效率大约是10%。
4．研究生态系统能量流动的规律，是为了提高生态系统的能量转化效率，使能量更多流向对人类最有益的部分。
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