2024高中生物第5章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动教案新人教版必修3

PAGE12-第2节生态系统的能量流淌[学习目标]1.识记和理解生态系统能量流淌的过程和特点。2.驾驭能量流淌过程中数据的分析和处理。3.驾驭能量流淌金字塔和数量金字塔模型的构建。学问点一生态系统能量流淌的概念和过程学问梳理1.能量流淌的概念生态系统中能量的输入、传递、eq\o(□,\s\up3(01))转化和eq\o(□,\s\up3(02))散失的过程。2．能量流淌的过程(1)能量流经第一养分级的过程①输入：生产者通过eq\o(□,\s\up3(03))光合作用把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。②能量去向a．在生产者的呼吸作用中以eq\o(□,\s\up3(04))热能形式散失。b．随着残枝败叶等被eq\o(□,\s\up3(05))分解者分解而释放出来。c．被初级消费者摄食同化，流入eq\o(□,\s\up3(06))其次养分级。(2)能量流经其次养分级的过程①初级消费者摄入量＝初级消费者同化量＋粪便量同化量才是真正流经该养分级的eq\o(□,\s\up3(11))总能量。粪便中的能量不是该养分级的能量，而是eq\o(□,\s\up3(12))上一个养分级的同化量的一部分。如羊吃草，羊粪便中的能量是草同化的能量，并不属于羊。②消费者同化能量＝eq\o(□,\s\up3(13))呼吸消耗的能量＋eq\o(□,\s\up3(14))用于生长、发育和繁殖的能量。③生长、发育和繁殖的能量＝eq\o(□,\s\up3(15))通过遗体残骸被分解者利用的能量＋eq\o(□,\s\up3(16))被下一养分级摄入的能量。(3)能量流淌图解(4)各养分级能量来源和去向来源eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(生产者的同化量来自太阳能,消费者的能量来自上一养分级同化量))eq\a\vs4\al\co1(去向)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(自身呼吸消耗,\o(□,\s\up3(27))流入下一养分级即下一养分级同化量,被分解者利用,未利用的能量探讨某一时间段的能量变更时应存在))eq\a\vs4\al(5能量流淌过程总结)eq\a\vs4\al([问题思索])1.能量只能通过光合作用输入到生态系统中吗？提示：能量的输入过程，绝大部分是通过绿色植物的光合作用进行的，但在极少数空间，如深海热泉口生态系统，是通过特别细菌的化能合成作用完成的。2．流经生态系统的总能量是辐射到该地区太阳能的总能量吗？提示：不是。辐射到该地区的太阳能大部分被大气层或地面汲取、散射和反射掉了，大约只有1%以可见光的形式被生产者通过光合作用转化为化学能，固定在它们所制造的有机物中，这样才能被生物利用，因此，流经生态系统的总能量是生产者通过光合作用固定在有机物中的总能量。3．生态系统中能量流淌和转化是否遵循能量守恒定律？提示：遵循。因为生产者固定的总量等于流淌中散失的和储存的能量之和。4．流经生态系统的能量能否再回到生态系统中来？提示：不能。流经某生态系统的能量最终都以热能形式散失，以维持地球上能量的收支平衡，这些能量再也不能回到这个生态系统了。典题分析题型一能量流淌的过程[例1]如图是该生态系统中能量流向物种甲后发生的一系列变更示意图，下列有关叙述不正确的是()A．A表示物种甲同化的能量B．D表示物种甲呼吸散失的能量C．B表示物种甲用于生长、发育和繁殖的能量D．A中的能量包括粪便中的能量eq\a\vs4\al([解题分析])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、发育和繁殖等生命活动所需的能量；C表示分解者利用的能量；D表示通过呼吸作用散失的能量；物种甲粪便中的能量不属于其同化量。eq\a\vs4\al([答案])D学问点二能量流淌的特点和意义学问梳理1.特点美国生态学家林德曼对一个结构相对简洁的自然湖泊——赛达伯格湖的能量流淌进行了定量分析，分析课本P95图5－8，完成以下问题：(1)图中未利用的能量指未被eq\o(□,\s\up3(01))自身呼吸作用消耗，也未被eq\o(□,\s\up3(02))后一养分级和分解者利用的能量。未固定指eq\o(□,\s\up3(03))未被固定的太阳能。(2)据图分析能量流淌第一个特点①图中生产者eq\o(□,\s\up3(04))不能捕食肉食性动物来完成能量循环。②呼吸散失的热能eq\o(□,\s\up3(05))不能再被生物群落利用。③能量流淌第一个特点是eq\o(□,\s\up3(06))单向流淌，不行eq\o(□,\s\up3(07))逆转，也不能eq\o(□,\s\up3(08))循环流淌。(3)完成表格分析能量流淌其次个特点将各养分级的能量“输入”和“输出”清单整理出来填在表格中(“输出”的能量不包括呼吸作用散失的能量)。[单位：J/(cm2·a)]①能量传递效率指各eq\o(□,\s\up3(15))养分级之间的能量传递，能量传递效率公式为eq\o(□,\s\up3(16))eq\f(某养分级的同化量,上一养分级的同化量)×100%，由上表可以看出，能量在相邻两养分级的传递效率约为eq\o(□,\s\up3(17))10%～20%。②能量流淌其次个特点：能量在沿eq\o(□,\s\up3(18))食物链和食物网流淌过程中是eq\o(□,\s\up3(19))逐级递减的。其缘由：a.eq\o(□,\s\up3(20))各养分级生物呼吸消耗大部分能量；b.各养分级的能量一部分流入分解者；c.还有部分未被利用的能量。2．能量金字塔：将eq\o(□,\s\up3(21))单位时间内各个eq\o(□,\s\up3(22))养分级所得到的能量数值，eq\o(□,\s\up3(23))由低到高绘制成的一个金字塔图形。3．意义(1)帮助人们科学规划、设计eq\o(□,\s\up3(24))人工生态系统，使能量得到最有效的利用，实现对能量的多级利用，提高能量的利用率。(2)帮助人们合理地调整生态系统中的能量流淌关系，使能量eq\o(□,\s\up3(25))持续高效地流向eq\o(□,\s\up3(26))对人类最有益的部分。eq\a\vs4\al([问题思索])1.生物界中养分级一般不超几个？提示：生态系统中能量流淌所经过的养分级一般不超过4～5个，因为养分级越多，在能量流淌过程中消耗的能量就越多。2．农夫在进行田间管理的时候，要进行灭虫除草，目的是什么？提示：使能量尽可能地流向农作物中，即流向对人类最有益的部分。3．能量传递效率等于能量利用率吗？提示：不等于。能量传递效率体现的是能量流淌过程中所遵循的客观规律，不能随意变更；但能量利用率可以人为变更，例如充分利用农作物秸秆就可以提高能量利用率。4．能量金字塔能倒置吗？缘由？提示：不会。因为能量流淌是逐级递减的。典题分析题型二能量流淌特点分析[例2]下图为生态系统中能量流淌图解部分示意图，①②③④各代表肯定的能量值，下列叙述中错误的是()A．生态系统中能量流淌具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不行逆转B．一般状况下，能量在相邻的两个养分级之间的传递效率大约是10%～20%C．①表示流经此生态系统的总能量D．从能量关系看②＞③＋④eq\a\vs4\al([解题分析])流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即流入生产者的总能量，①表示初级消费者的同化量，C错误；每一个养分级的能量都可以包括三部分：流向下一养分级、流向分解者、自身呼吸作用所消耗，因此，从能量关系看②＞③＋④，D正确。eq\a\vs4\al([答案])C题后归纳3种能量流淌过程图比较图1：每一环节能量去向有2个，图中出现粪便量，由于同化量＝摄入量－粪便量，所以A为摄入量，B为同化量，由图可知B同化量总体有2个去向，即D为呼吸散失，C为用于生长、发育和繁殖，E为流入分解者的能量，F为下一养分级摄入量。图2：每一养分级能量去向有3个即：一个养分级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(E)＋流入下一养分级(被下一养分级同化B)＋被分解者分解利用。图3：每一养分级能量去向有4个(探讨某一时间段)即：一个养分级同化的能量(A)＝自身呼吸消耗(D)＋流入下一养分级(被下一养分级同化B)＋被分解者分解利用＋未被利用。题型三在食物网中能量流淌的最值计算[例3]在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有eq\f(2,5)来自于兔子，eq\f(2,5)来自于鼠，eq\f(1,5)来自于蛇，那么猫头鹰若增加20g体重，最少须要消耗植物()A．600g B．900gC．1600g D．5600geq\a\vs4\al([解题分析])依据题意，计算最高养分级至少消耗生产者的量应当按最大能量传递效率计算，所以最少须要消耗植物为：20×eq\f(4,5)÷20%÷20%＋20×eq\f(1,5)÷20%÷20%÷20%＝900(g)。eq\a\vs4\al([答案])B规律总结能量传递效率的相关“最值”计算若题干中未做详细说明，则一般认为能量传递的最低效率为10%，最高效率为20%。(1)在食物链A→B→C→D中，则有①食物链越短，最高养分级获得的能量越多。②生物间的取食关系越简洁，生态系统的能量流淌过程中消耗的越少。(2)食物网中，在能量安排比例未知时计算某一生物获得的最多(或最少)的能量eq\x(\a\al(知低养分级,求高养分级))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(获能量最多\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(选最短食物链,按×20%计算)),获能量最少\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(选最长食物链,按×10%计算))))eq\x(\a\al(知高养分级,求低养分级))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(需最多能量\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(选最长食物链,按÷10%计算)),需最少能量\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(选最短食物链,按÷20%计算))))题型四生态金字塔[例4]如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的养分级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是()A．Ⅰ是初级消费者B．Ⅳ为分解者C．E1为太阳能，E2为热能D．能量可在食物链中循环利用eq\a\vs4\al([解题分析])Ⅰ是生产者，A错误；Ⅳ位于第四养分级，属于消费者，B错误；E1为生产者通过光合作用固定的太阳能，E2为生物群落通过呼吸作用散失的热能，C正确；能量是单向流淌、逐级递减的，不能循环利用，D错误。eq\a\vs4\al([答案])C规律总结生态金字塔是生态学中表示不同关系的一种形式，不同的金字塔能形象地说明养分级与能量、生物个体数量、生物量之间的关系，是定量探讨生态系统的直观体现。题型五能量流淌探讨的应用[例5]稻田中农夫要拔掉稗草，鱼塘中要不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学观点看，这是为了()A．保持生态平衡B．保持生物群落的单一性C．调整能量在生态系统中流淌的方向D．使物质能够尽快地循环流淌eq\a\vs4\al([解题分析])稻田中农夫要拔掉稗草，鱼塘中要不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学观点看，这是为了调整能量流淌方向，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，C正确。eq\a\vs4\al([答案])C[例6]如图为现代版“桑基鱼塘”农业生态系统的模式图，据图分析正确的是()A．“→桑”不能代表能量流淌B．模式图中不应有“→池塘”的箭头C．鱼是次级消费者D．该生态农业提高了能量的利用率eq\a\vs4\al([解题分析])图中“→桑”代表该生态系统能量的输入，A错误；该池塘水体中还有其他的生产者，模式图中应有“→池塘”的箭头，B错误；图中显示鱼以蚕粪为食，是分解者，C错误；该生态农业实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率，D正确。eq\a\vs4\al([答案])D课堂小结1．生态系统的能量流淌是指()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．能量从生物体进入环境的过程答案C解析太阳能被绿色植物固定的过程仅是能量的输入，A错误；生态系统内生物体能量代谢的过程主要包括的是能量的传递和转化过程，B错误；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淌，C正确；能量从生物体进入环境的过程主要是指能量的散失，D错误。2．假如一个生态系统有四种生物并构成一条食物链。下表是某一时间分别测得这四种生物(甲、乙、丙、丁)所同化的能量值(kJ)，那么该段时间内流经该生态系统的总能量(kJ)是()生物种类甲乙丙丁生物同化的能量(kJ)550100300018A．680B．3000C．3680D．15000答案B解析依据表格数据分析可知，由甲、乙、丙、丁4种生物构成的食物链是：丙→甲→乙→丁，其中丙的能量最多，为生产者，生产者同化的太阳能总量就是流经该生态系统的总能量，即流经该生态系统的总能量是3000kJ。3．在生态系统中，养分级越高的生物获得的总能量越少。下列说明错误的是()A．各养分级中总有一部分能量被分解者利用B．各养分级中的能量一部分以热能形式散失C．生物维持自身的生命活动消耗一部分能量D．能量金字塔顶层的生物数量少须要能量少答案D解析流入某一养分级的能量为该养分级固定的能量，其中有一部分被分解者分解流失了，如动植物的遗体、残落物和排泄物等被微生物分解，A正确；各养分级同化的能量中有一部分能量经过自身的呼吸作用以热能形式散失，B正确；各养分级同化的能量中有一部分能量经过自身的