2017-2018学年高中生物第章生态系统及其稳定性第节生态系统的能量流动学案.docx

第2节 生态系统的能量流动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能量流动的起点是绿色植物的光合作用，渠道是食物链和食物网，能量的转化方式为光能生物体内有机物中的化学能热能。3流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能的总量。4能量流动的特点是单向流动，逐级递减。5某一营养级的能量有三个去向：通过呼吸作用以热能的形式散失，流入下一营养级，被分解者分解利用。6研究能量流动的意义：帮助人们科学规划，设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。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。能量流动的过程自读教材夯基础1能量流动的含义生态系统中能量的2能量流动的过程(1)(2)过程图解：1生态系统中能量的源头及流经该生态系统的总能量分别是指哪一部分？提示：能量的源头是太阳能，流经该生态系统的总能量是指生产者固定的全部太阳能。2结合教材P94图56思考：(1)初级消费者摄入的能量是其同化量吗？它们之间存在什么关系？提示：初级消费者摄入的能量不等于其同化量，它们之间存在的关系是：同化量摄入量粪便量。(2)初级消费者同化的能量会有哪些去向？提示：通过呼吸作用以热能形式散失；流入下一营养级；被分解者分解利用。(3)初级消费者粪便中的能量是指其流向分解者的那部分能量吗？为什么？提示：不是，初级消费者粪便中的能量不属于其同化的能量。3整个生态系统中能量会因散失而减少，它主要是指哪个生理过程？以什么形式散失？提示：整个生态系统中的能量主要是通过呼吸作用以热能形式散失。跟随名师解疑难1能量流动过程分析由上图分析可知：(1)能量流动的起点：从生产者固定太阳能开始。(2)能量流动的途径：食物链和食物网。(3)能量流动的过程中能量的变化：太阳能生物体内有机物中的化学能热能。(4)能量散失的主要途径：通过呼吸作用以热能的形式散失。(5)以第二营养级为例分析能量的分流：2能量形式的转化特别提醒(1)动物的摄入量不等于同化量，关系为：同化量摄入量粪便量。(2)某一营养级的粪便量不属于该营养级同化量，而应是上一营养级的同化量。能量流动的特点和意义自读教材夯基础1能量流动的特点判断(1)生态系统中的能量流动是单向的。()(2)能量只能沿着食物链传递，捕食关系是不能逆转的。()(3)能量流动是逐级递减的，其原因是有一部分能量被自身利用，还有一部分能量流入下一营养级。()(4)生态系统中能量流动只能经过45个营养级。()(5)营养级越低，越在能量金字塔的顶端。()2研究能量流动的意义(1)帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。(2)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。1结合教材P95图58思考下列问题：(1)图中生产者的能量分为四部分，而图57中生产者的能量分为三部分，差异是哪一部分？提示：差异是图58中多一个未利用的能量。(2)能量流动在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率是多少？能总结计算公式吗？提示：能量传递效率100%，能量在植食性动物与肉食性动物之间的传递效率约为20%。2结合教材P96图59中各营养级的能量由低到高绘成的能量金字塔，思考如果把每个营养级的生物量及生物数量关系用图形表示出来，是不是也是正金字塔形？有没有例外？提示：一般情况下，也是正金字塔形。但是有时候也会出现倒置的塔形。例如，在海洋生态系统中，由于生产者(浮游植物)的个体小，寿命短，又会不断地被浮游动物吃掉，所以某一时刻调查到的浮游植物的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中流过浮游植物的总能量还是比流过浮游动物的要多。同理，成千上万只昆虫生活在一株大树上，该数量金字塔的塔形也会发生倒置。跟随名师解疑难1能量流动的特点(1)单向流动：食物链中各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果。(2)逐级递减：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，并以热能的形式散失，无法再利用。各营养级的生物中总有一部分能量未被下一营养级的生物利用，即未被利用部分。少部分能量随着残枝败叶或遗体等直接传给了分解者。2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。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一般为正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生物量(现存生物有机物的总质量)沿食物链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每一营养级生物的有机物总量特殊形状无如一棵树与树上昆虫及鸟的数量关系：如人工养殖的鱼塘，生产者的生物量可以小于消费者的生物量3.能量传递效率能量传递效率100%生态系统中能量传递效率为10%20%，即输入某一营养级的能量中，只有10%20%的能量流入到下一个营养级(最高营养级除外)。名师课堂：生态系统的能量流动能量流动过程分析下图表示某草原生态系统中能量流动图解，表示相关过程的能量流动量。下列有关叙述正确的是()A和分别属于草和兔同化量的一部分B是流入该生态系统的总能量C图中/的比值代表草兔的能量传递效率D分解者分解动植物遗体释放出来的能量，可供绿色植物再利用思路点拨解析图中分别是流向兔和狐的能量，与之比不能代表“草兔”的能量传递效率，所以C错。是兔排出的粪便中所含的能量，兔是初级消费者，初级消费者的粪便所含的能量不属于初级消费者，而应属于生产者；是由兔流向分解者的能量，应属于兔同化量的一部分，所以A正确。流入该生态系统的总能量应该是生产者所固定的太阳能的总量，而仅是其中的一部分，所以B错。分解者分解遗体，其中的能量最终是以热能的形式释放，而热能不能被绿色植物固定利用，所以D错。答案A规律方法 能量流动的两种分析方法 (1)不定时分析：流入某一营养级的能量在足够长的时间内的去路可能有3条，即自身呼吸消耗、流入下一营养级(最高营养级除外)和被分解者分解利用。(2)定时分析：流入某一营养级的能量在一定时间内的去路可能有4条，除了上面的3条外，还有一条是既未被自身呼吸消耗，也未被下一营养级和分解者利用，即“未利用”部分。如果是以年为单位研究，其中“未利用”部分的能量将保留到下一年。能量流动的特点 如图为某一生态系统的能量金字塔，其中、分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是()A是初级消费者B为分解者CE1为太阳能，E2为热能D能量可在食物链中循环利用思路点拨解析依题意，是生产者，是初级消费者，是次级消费者，是三级消费者，E1为生产者固定的能量，应是太阳能，E2为各营养级的生物通过呼吸作用释放出的能量，应为热能。能量流动的特点是单向流动、逐级递减。答案C归纳拓展 利用能量流动特点确定食物链(网) (1)根据能量流动逐级递减的特点，能量含量越少，其营养级别越高。(2)根据能量传递效率为10%20%，可确定相邻两个营养级能量差别在510倍，若能量相差不多，则应列为同一营养级。表一营养级ABCD固定的总能量15.9870.70.9141.0表二生物体ABCDE有机汞浓度(ppm)0.0570.51680.39图1表示每个营养级含有的有机物总量的多少，食物链为丙甲乙丁；图2表示每个营养级同化的有机物总量的比例，食物网为。表一表示每个营养级同化作用固定的总能量的多少，食物链为BDAC；表二表示每个营养级生物体内残留的有机汞的浓度，有机汞存在生物富集作用，即随着营养级的增加，有机汞的浓度增加，可知食物网为。下表是一个相对封闭的生态系统中五个种群(存在营养关系)的能量调查结果：种群甲乙丙丁戊能量(107kgm2)2.5013.309.800.28220.00下图是根据该表数据做出的一些分析，其中与表中数据不相符合的是()ABC D解析：选A由表中数据可推知，戊为第一营养级，乙、丙为第二营养级，甲为第三营养级，丁为第四营养级，则图所示与表中数据不相符合。图表示的是两种生物间的捕食关系，而乙和丙的关系为竞争关系，所以图与表中数据不相符合。1调查某生态系统的能量流动情况。2分析某一生态系统的能量流动情况。典例剖析某地出现了较为严重的自然灾害，导致此区域的自然保护区生态环境破坏，下图为被毁的自然保护区在人为干预下恢复过程中的能量流动图单位：103 kJ/(m2a)。(1)计算可知，肉食动物需补偿输入的能量值为_。由图可知，营养级_(填“较高”或“较低”)的生物在这场灾害中受到的影响较大。(2)在人为干预下，能量在第二营养级到第三营养级之间的传递效率为_。(3)若某村落由于自然灾害在较长一段时间内不能得到外界援助，但尚可农耕及畜牧养殖，此种状态下可以适当改变膳食结构。例如，若将(草食)动物性食物与植物性食物的比例由11调整为14，可供养的人口数量将是原来的_倍。(能量传递效率按10%计算，结果精确到小数点后两位数字)解析(1)肉食动物需补偿输入的能量值流出肉食动物的总能量流入肉食动物的总能量(肉食动物呼吸消耗的热能流入顶位肉食动物的能量肉食动物流入分解者的能量肉食动物未利用的能量)(植食动物同化的总能量补偿输入植食动物的总能量植食动物呼吸消耗的热能植食动物未利用的能量植食动物流入分解者的能量)(2.10.250.055.1)103(142490.5)1035103 kJ/( m2a)；补偿输入到植食动物、肉食动物、顶位肉食动物的能量分别为2、5、12，进而可知，营养级较高的生物在这场灾害中受到的影响较大。(2)在人为干预下，能量在第二营养级(植食动物)与第三营养级(肉食动物)之间的传递效率从植食动物流入肉食动物的总能量/流入植食动物的总能量(2.516)100%15.6%。(3)人因摄食植物性食物构成的食物链为：植物人；人因摄食(草食)动物性食物构成的食物链为：植物草食动物人。假设现在村落中人们获得的总能量为a，能量传递效率按10%计算，当膳食结构中(草食)动物性食物与植物性食物的比例为11时，需要植物提供的能量为：(1/2)a10%(1/2)a10%10%55a，当膳食结构中(草食)动物性食物与植物性食物的比例为14时，需要植物提供的能量为：(4/5)a10%(1/5)a10%10%28a。改变膳食结构后节约的能量为55a28a27a，可以多供养的人口是原来的27a/28a0.96(倍)。因此，改变膳食结构后，原有能量可以供养的人口数量为原来的10.961.96(倍)。答案(1)5103 kJ/(m2a)较高(2)15.6%(3)1.96归纳拓展生态系统能量流动过程中几个易错点分析对能量流动的具体过程和相关过程的实质理解不到位是导致出错的主要原因。正确的理解：一是最高营养级的能量去路只有3个方面，不传递给下一营养级；二是分解者分解作用的实质是呼吸作用；三是流经各营养级的总能量，对生产者而言是“固定”而不是“照射”，对各级消费者而言是“同化”而不是“摄入(包括排出的食物残渣)”或“储存”。随堂基础巩固1(全国丙卷)我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。下列叙述正确的是()A鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量B该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者C鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节D鹰的迁入改变了该生态系统能量流动的方向解析：选C根据文字信息写出食物链：植物蝉螳螂黄雀鹰，鹰的迁入会导致黄雀减少、螳螂增加、蝉减少等系列变化。细菌一般是生态系统的分解者，分解者从动植物遗体、遗物中获得的能量通过分解作用以热能的形式散失，不会再被生产者利用。鹰的迁入使该生态系统的食物链由4个营养级变为5个营养级，增加了该生态系统能量消耗的环节。鹰的迁入使该生态系统的食物链营养级增加，但食物链还是只有一条，所以能量流动的方向未改变。2在某水生生态系统中，分布有水鸟、藻类、芦苇等动植物，某些水鸟具有秋季迁徙的习性。下列叙述错误的是()A该水生生态系统的物种数量随季节而发生变化B减少芦苇和藻类后，输入该水生生态系统的能量维持不变C藻类和芦苇等生产者固定的能量是流经该生态系统的总能量D该水生生态系统动植物残体被微生物分解后可产生含氮化合物解析：选B因该生态系统中，某些水鸟具有秋季的迁徙的习性，故该水生生态系统的物种数量随季节而发生变化；减少芦苇和藻类后，输入该水生生态系统的能量减少；藻类和芦苇等生产者固定的能量是流经该生态系统的总能量；该水生生态系统的动植物残体中也含有蛋白质、核酸等含氮成分，被微生物分解后可产生含氮化合物。3下面为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图(图中数字为能量数值，单位是Jm2a1)。下列叙述正确的是()A该食物网中最高营养级为第六营养级B该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%C太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1 357 Jm2a1D该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统解析：选B该食物网中最长的食物链为：浮游植物浮游动物幽蚊幼虫太阳鱼鲈鱼，食物网中最高营养级鲈鱼属于第五营养级；第二营养级包括浮游动物和摇蚊幼虫，二者共有的能量为3 7804 2007 980 Jm2a1，因此从第一营养级到第二营养级的能量传递效率为：7 98031 920100%25%；一个营养级所同化的能量，一部分流入下一个营养级，还有一部分用于自身呼吸消耗和流向分解者等，题目中1 357是1 483(太阳鱼总同化量)减去126(下一营养级同化量)得到的，因此太阳鱼呼吸作用消耗的能量比1 357 Jm2a1要少；生态系统的组成成分包括生产者、消费者、分解者和无机环境，而食物网中只有生产者和消费者，不能构成生态系统。4以下表示动物利用食物的过程：正确的分析是()A恒温动物的/值一般高于变温动物B哺乳动物的/值一般为10%20%C提高圈养动物生长量一般需提高/值D食肉哺乳动物的/值一般低于食草哺乳动物解析：选C/表示有机物质积累量/同化量。在同化量相同的情况下，由于恒温动物要维持自身的体温，所以其体内积累的有机物质要少于变温动物。可见，恒温动物的/值一般低于变温动物。/表示同化量/获取量，而不是能量传递效率。能量传递效率是后一营养级的同化量与前一营养级的同化量的比值。/表示同化量/食入量。圈养动物一般要求短时间内长大，如养猪，育肥速度越快越好，同化量高就意味着长得快，这个比值高意味着用同样的饲料能够让圈养的动物长得更快。食草哺乳动物的食物中含有大量纤维素，纤维素绝大部分不能被同化，食肉哺乳动物的食物中，营养物质主要是蛋白质、脂肪等，绝大部分都可以被同化，即食肉哺乳动物的/值要高于食草哺乳动物。5(全国卷)某生态系统总面积为250 km2，假设该生态系统的食物链为甲种植物乙种动物丙种动物，乙种动物种群的K值为1 000头。回答下列问题：(1)某次调查发现该生态系统中乙种动物种群数量为550头，则该生态系统中乙种动物的种群密度为_；当乙种动物的种群密度为_时，其种群增长速度最快。(2)若丙种动物的数量增加，则一段时间后，甲种植物数量也增加，其原因是_。(3)在甲种植物乙种动物丙种动物这一食物链中，乙种动物同化的能量_(填“大于”“等于”或“小于”)丙种动物同化的能量。解析：(1)该生态系统中，乙种动物种群数量为550头，该生态系统的总面积为250 km2，则乙种动物的种群密度为5502502.2头km2。乙种动物种群的K值为1 000头，当种群数量为K/2时，种群的增长速度最快，此时乙种动物的种群密度为5002502头km2。(2)若丙种动物的数量增加，则乙种动物被丙种动物捕食的概率增加，导致乙种动物数量减少，而乙种动物数量减少将导致被捕食者甲种植物的数量增加。(3)在甲种植物乙种动物丙种动物这一食物链中，乙种动物同化的能量主要有三个去路：被下一营养级(丙种动物)同化、自身呼吸消耗和被分解者利用。因此，乙种动物同化的能量要大于丙种动物同化的能量。答案：(1)2.2头km22头km2(2)由于乙种动物以甲种植物为食，丙种动物的数量增加导致乙种动物的数量减少，从而导致甲种植物数量的增加(其他合理答案也可)(3)大于 课时跟踪检测(满分50分时间25分钟)一、选择题(每小题2分，共20分)1在生态系统的能量流动中，能量形式的转变顺序是()A光能化学能热能 B热能光能化学能C化学能光能热能D光能热能化学能解析：选A绿色植物通过光合作用把光能转化为有机物中的化学能，生物群落中的化学能最终以热能的形式散失。2草兔子狐狸狼为某草原上的一条食物链，下列关于该食物链的说法中正确的是()A该食物链中兔子是初级消费者、第一营养级B兔子产生的粪便不属于兔子的同化量，而是草的固定量C根据能量金字塔可知，处于塔尖的狼，其个体体内的能量少于兔子个体体内的能量D狐狸捕食一只兔子，则该兔子体内的能量全部流向狐狸解析：选B生产者是第一营养级；兔子的粪便不属于兔子的同化量；能量金字塔描述的是营养级之间的能量关系，不能简单等同于单个个体。3根据生态学原理，要使能量流经食物链的消耗最少，人们应采用下列哪种食物结构()A以禽蛋类为主B以淡水养殖的鱼虾为主C以谷物和植物蛋白为主D以猪肉等家畜的肉类为主解析：选C根据能量流动规律，能量流经每一个营养级时，都要损失大量能量，因此应尽可能地缩短食物链，减少能量损失。4下面是草原生态系统中的一条食物链，据此分析，下列叙述正确的是()草羊人A能量在此食物链中的传递效率一定在10%20%之间B与自然的草原生态系统比较，该草原生态系统中的能量能更多地流向人类C羊排泄的粪便中的能量属于第二营养级的能量D为了提高草原生态系统的能量利用率，羊的种群密度越大越好解析：选B在一个生态系统内，各营养级之间的能量传递效率是在10%20%之间。但是对某个食物链而言，能量传递效率不一定是在这个范围。羊排泄的粪便中的能量是没有被同化的部分，不属于第二营养级的能量。羊的种群密度超过一定值时会引起草场退化，生态系统的稳定性遭到破坏。5.如图为某池塘生态系统的食物网。下列分析正确的是()A生物f在该食物网中占有4个营养级B生物c与生物e、生物d与生物f之间存在竞争关系C生物b同化的能量大约有50%传递给生物fD生物a固定的太阳能是流经该生态系统的总能量解析：选B由题图知，图中生物a、b都是生产者，生物f占有第二、三、四营养级，故生物f占有3个营养级；生物e与生物c都以生物a为食，故生物e与生物c之间存在竞争关系，生物d与生物f都可以以生物b为食，故生物d与生物f之间也存在竞争关系；生物b同化的能量中有10%20%传递给生物f和生物d，因此，生物b同化的能量不可能有50%传递给生物f；流经该生态系统的总能量包括生物a和生物b固定的太阳能。6下图是某一个湖的能量金字塔，下列相关描述错误的是()A甲、乙、丙、丁分别表示不同的营养级B甲、乙、丙、丁之间只能形成一条从甲到丁的食物链C甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能量D甲、乙、丙、丁的大小变化体现了能量流动的特点是逐级递减的解析：选B生态系统的能量金字塔是将单位时间内各个营养级所得到的能量值绘制成的图，由于能量逐级递减，所以甲、乙、丙、丁的大小分别表示不同的营养级所得到的能量。甲、乙、丙、丁每一层都有多种生物，因此，此金字塔所示生物间含有复杂的食物网，而不是简单的一条食物链。7下表是能量流经某种植食性动物时的情况，下列说法正确的是()项目摄食量粪便量呼吸消耗量用于生长发育和繁殖的能量能量(kJ)530330X110AX表示的能量大小不能确定B该植食性动物同化的能量中有25%以热能的形式散失掉C表中四个量之间没有一定的数量关系D流向第三营养级生物的能量至多为40 kJ解析：选D摄食量粪便量呼吸消耗量用于生长发育和繁殖的能量，故X为90 kJ；该植食性动物同化的能量中有90200100%45%以热能的形式散失掉；该植食性动物同化的能量为200 kJ，则该植食性动物流向第三营养级的能量最多有20020%40 kJ。8下面是某生态系统能量流动示意图，下面有关叙述正确的是()A发生X1过程的生物都是具有叶绿体的生物BX3过程表示第二营养级摄入有机物中的能量C初级消费者粪便中的能量通过Z2传递给分解者加以利用D初级消费者到次级消费者的能量传递效率可用X3/X2表示解析：选D能利用太阳能固定CO2的生物还包括没有叶绿体的蓝藻等原核生物；X3表示第三营养级同化的能量；初级消费者粪便中的能量通过Z1传递给分解者加以利用；能量传递的效率为下一营养级同化的能量占上一营养级同化能量的比例。9关于生态系统能量流动的原理在实践中应用的叙述，错误的是()A除虫除草可以让农田生态系统中的能量流向对人类更有意义的部分B多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率C根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量D沼渣、沼液作为肥料还田，能使能量循环利用解析：选D生态系统的能量流动是单向流动、逐级递减，不循环的。10下表是对某生态系统营养级和能量流动情况的调查结果。表中的分别表示不同的营养级，为分解者。GP表示生物同化作用固定的能量，NP表示生物体贮存着的能量(NPGPR)，R表示生物呼吸消耗的能量，下列有关叙述正确的是()单位：102 kJ/(m2a)GPNPR15.912.8113.10871.27369.69501.580.880.340.54141.2062.0779.13211.8519.26192.59A.生态系统能量流动的渠道可能是B能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率约为5.5%C若该生态系统维持现在能量输入、输出水平，则有机物的总量会增多D营养级GP的去向中，未被利用的能量有一部分残留在自身的粪便中解析：选C据题干信息，为分解者，不参与食物链构成。GP表示生物同化作用固定的能量，即流经每一营养级的总能量，根据的GP值可判断食物链应为，则能量在初级消费者和次级消费者之间的传递效率为(15.91/141.20)100%11.3%。该生态系统输入的总能量即生产者固定的能量(中的GP)，输入生态系统内的能量最终在生产者、消费者和分解者的呼吸作用过程中以热能形式散失，因此输出的总能量为五部分的R值之和，据两数据的比较可知，输入的能量多于输出的能量，因此有机物总量会增多。消费者产生的粪便中含有的能量属于它的上一营养级生物同化的能量。二、非选择题(共30分)11(14分)下面是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量数，单位是百万千焦。已知该生态系统接受到的太阳辐射为118 872百万千焦，但其中118 761百万千焦的能量未被利用。请回答：(1)请将流经该生态系统的总能量数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转化效率为_，从第二营养级到第三营养级的转化效率为_。(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，下一个营养级不能得到上一个营养级的全部能量，原因有：各营养级生物体内的大量能量被_消耗；上一个营养级的部分能量_；少数能量被_利