生態(tài)系統(tǒng)的能量流動導學案

1、生態(tài)系統(tǒng)的能量流動1生態(tài)系統(tǒng)的組成成分包括生產者、消費者、分解者、非生物的物質和能量，各組成成分間相互作用形成一個統(tǒng)一的整體。2生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結構是食物鏈和食物網。生態(tài)系統(tǒng)的主要功能是能量流動和物質循環(huán)，就是沿著此渠道進行的。3綠色植物通過光合作用把太陽能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能，化能自養(yǎng)生物則通過化能合成作用把氧化無機物時釋放的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能。4生物通過呼吸作用把有機物中穩(wěn)定的化學能釋放出來，大部分以熱能形式散失，少部分儲存在ATP中。5在“草兔狼”這條食物鏈中，草通過光合作用固定了太陽能，屬于第一營養(yǎng)級。兔生命活動需要的能量來自于草，屬于第二營養(yǎng)級，初級消費者。狼生命活

2、動需要的能量來自于兔，屬于第三營養(yǎng)級，次級消費者。課堂導入下圖是世界排名第一的羽毛球運動員林丹，他在比賽前要攝入大量營養(yǎng)物質，有能量的輸入；在比賽過程中，有能量的轉化和散失。一切生命活動都伴隨著能量的變化，沒有能量的輸入，也就沒有生命和生命系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失過程如何呢？探究點一能量流動的過程黑麥草是一年生或多年生草本植物，是重要的栽培牧草和綠肥作物。下圖是山羊吃黑麥草的圖片，請分析山羊和黑麥草的能量流動過程。1觀察黑麥草的能量去向，分析：(1)A是通過光合作用完成的，該過程使光能轉化成化學能，以有機物的形式儲存在黑麥草體內。(2)B是通過呼吸作用為生長發(fā)育提供能量，這

3、個過程產生的能量大部分以熱能的形式散失掉了。(3)C過程中，枯枝落葉中的有機物被分解者分解為無機物，能量被釋放。(4)D是指部分能量被山羊通過捕食攝入體內，最終同化為自身的能量。(5)能量流動過程中，我們經常以種群作為整體研究對象，請完成下圖并歸納能量流動的概念。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動是指生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉化和散失的過程。2結合上述內容完成能量流經第二營養(yǎng)級的示意圖3結合1、2，概括生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖，請據圖分析：(1)能量的輸入源頭：太陽能或氧化無機物產生的化學能。相關生理過程：光合作用或化能合成作用。能量轉換形式：光能或氧化無機物產生的化學能有機物中的化學能。輸入總量：生產者固

4、定的全部能量。(2)能量的傳遞傳遞途徑：食物鏈和食物網。傳遞形式：有機物中的化學能。(3)能量的散失形式：熱能。一般途徑：呼吸作用，包括各個營養(yǎng)級自身的呼吸消耗以及分解者的呼吸作用。特殊途徑：動植物遺體形成煤炭、石油等，經過燃燒放出熱能。小貼士同化量和攝入量的比較同化量為每一營養(yǎng)級通過攝食并轉化成自身有機物的能量，攝入量是消費者攝入的能量，同化量攝入量糞便量。消費者產生的糞便中的能量屬于上一營養(yǎng)級。歸納提煉某營養(yǎng)級(消費者)的能量變化理解簡圖活學活用1結合探究點一中3的生態(tài)系統(tǒng)能量流動示意圖判斷：(1)當狼吃掉一只兔子時，就獲得了兔子的全部能量()(2)初級消費者的糞便量屬于第二營養(yǎng)級能量()

5、(3)同化量用于生長發(fā)育和繁殖的能量()(4)呼吸作用所產生的能量都是以熱能的形式散失()(5)分解者的分解作用也是通過呼吸作用完成的()(6)能量aebI()(7)箭頭a代表生產者的同化量，方框代表初級消費者的攝入量()(8)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉化不遵循能量守恒定律，總量越來越少()(9)流經該生態(tài)系統(tǒng)的能量能夠重新再回到這個生態(tài)系統(tǒng)，被重復利用()答案(1)×(2)×(3)(4)×(5)(6)(7)×(8)×(9)×解析(1)狼排出糞便中的能量屬于兔子，未被狼獲得。(2)初級消費者的糞便量屬于第一營養(yǎng)級的能量。(4)呼吸作用所

6、產生的能量一部分儲存在ATP中，其余以熱能的形式散失。(7)方框代表初級消費者的同化量。(8)生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動和轉化遵循能量守恒定律。(9)能量流動的特點是單向流動、逐級遞減的，不能重復利用。探究點二能量流動的特點及相關計算美國生態(tài)學家林德曼對一個結構相對簡單的天然湖泊賽達伯格湖的能量流動進行了定量分析，得出了如圖所示的數據單位：J/(cm2·a)，請完成以下分析：1由圖得知(1)經過長期的自然選擇，食物鏈中各營養(yǎng)級的順序是不可逆轉的。(2)各營養(yǎng)級的能量總是趨向于以呼吸作用產生熱能而散失掉，無法再利用。因此，能量流動的方向是單向的，只能從上一個營養(yǎng)級流向下一個營養(yǎng)級，不可逆轉，

7、也不能循環(huán)流動。2能量傳遞效率計算公式為：相鄰兩個營養(yǎng)級的傳遞效率×100%，請將圖中各營養(yǎng)級的“輸入”能量和“輸出”到下一個營養(yǎng)級的能量整理出來填在表格中，并計算相鄰營養(yǎng)級之間的傳遞效率。J/(cm2·a)輸入輸出到下一營養(yǎng)級傳遞效率第一營養(yǎng)級(生產者)464.662.813.5%第二營養(yǎng)級(植食性動物)62.812.620.1%第三營養(yǎng)級(肉食性動物)12.63.由2中數據可以看出(1)各營養(yǎng)級的生物都會因呼吸作用而消耗掉相當大一部分能量。(2)各營養(yǎng)級的生物中總有一部分能量未被下一營養(yǎng)級的生物所利用。(3)還有少部分能量隨著殘枝敗葉或遺體等直接傳遞給了分解者。因此，輸

8、入各營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流入下一營養(yǎng)級，能量在沿食物鏈流動過程中是逐級遞減的。4由2中傳遞效率可以看出，能量在相鄰兩營養(yǎng)級間的傳遞效率大約是10%20%。若將單位時間內各營養(yǎng)級所得到的能量、每個營養(yǎng)級有機體的數量及單位空間內各營養(yǎng)級的生物量數值繪制成金字塔，如下面圖表所示。能量金字塔數量金字塔生物量金字塔形狀特點呈正金字塔形通常為正金字塔形，有時會出現倒金字塔形，如成千上萬的昆蟲以一株樹為生 一般呈正金字塔形，有時會出現倒金字塔形，如某一時間浮游植物的生物量(用質量來表示)可能低于浮游動物的生物量據圖分析，一條食物鏈中一般不超過45個營養(yǎng)級的原因：生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的傳遞效率一般是10

9、%20%，營養(yǎng)級越多，能量的消耗就越多，所剩能量往往不能維持一個新的營養(yǎng)級。5.下圖是某一食物網的示意圖：(1)如果 A增重100千克，C最多增重4千克。C最少增重0.01千克。(2)如果C增重1千克，至少需消耗A25千克。最多需消耗A10_000千克。(3)如果C從B、F中獲得的能量比為31，C增重1千克，則最少需要消耗A175千克。小貼士（1）)“未利用” 能量如：多年生植物上一年自身生長發(fā)育的凈積累量；未來得及分解，被埋藏在地下形成的煤炭、石油等能量。（2）能量傳遞效率是指相鄰兩營養(yǎng)級間，而不是種群，更不是個體。（3）一般來說，在以低營養(yǎng)級生物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，傳遞效率可以低于10%；僅

10、在特殊條件下，某傳遞效率有可能高于20%，時間過長將導致生態(tài)系統(tǒng)被破壞。（4）能量傳遞效率相關計算中，有時用生物量(質量等)來代表生物所含有的能量。歸納提煉能量流動的極值計算(1)能量在食物鏈中傳遞的計算在一條食物鏈中若某一營養(yǎng)級的總能量為n，則最多傳到下一營養(yǎng)級的能量為0.2n，最少為0.1n。在一條食物鏈中，某一營養(yǎng)級的能量為n，需要前一營養(yǎng)級的能量至少為n÷20%5n，最多為n÷10%10n。(2)能量在食物網中傳遞的計算，設食物鏈ABCDE，分情況討論情景設置提出的問題計算思路計算公式E營養(yǎng)級凈增重Y至少需要A營養(yǎng)級多少傳遞效率取20%X×(20%)4Y至

11、多需要A營養(yǎng)級多少傳遞效率取10%X×(10%)4YA營養(yǎng)級凈增重XE營養(yǎng)級最多增重多少傳遞效率取20%X×(20%)4YE營養(yǎng)級至少增重多少傳遞效率取10%X×(10%)4Y(3)在已知高營養(yǎng)級求需要低營養(yǎng)級最值時，若高營養(yǎng)級有多種食物來源，要注意高營養(yǎng)級食物來源有沒有具體分配，若有就不能選最短或最長的食物鏈，而要按分配情況逐一計算，然后相加。活學活用2如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量流動圖解部分示意圖，各代表一定的能量值，下列各項中正確的是()A表示流經該生態(tài)系統(tǒng)內部的總能量B一般情況下，次級消費者增加1 kg，生產者至少增加100 kgC生物與生物之間的捕食關系一般不

12、可逆轉，所以能量流動具有單向性D從能量關系看問題導析(1)生產者固定的太陽能的總量是流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，所以不表示(表示、不表示)流經該生態(tài)系統(tǒng)內部的總能量。(2)次級消費者增加1 千克，求生產者至少增加多少千克，傳遞效率應取20%。(3)圖中次級消費者的能量去路還可能有通過次級消費者呼吸作用散失的熱能、未利用能量，所以與的大小關系為>。答案C解析僅僅是流經該生態(tài)系統(tǒng)內部總能量的一部分；次級消費者增加1 kg，生產者至少增加25 kg；從能量關系上看，>。探究點三研究能量流動的實踐意義某市在落實“禁燒秸稈”工作的過程中，化“堵”為“疏”，引導農民設計建立了如下生態(tài)系統(tǒng)模式圖，閱

13、讀教材思考如下問題：1相比農作物秸稈直接燃燒，上述生態(tài)系統(tǒng)實現了農作物中能量的多級利用，提高了能量利用率。這說明：研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動，可以幫助人們科學規(guī)劃、設計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。2有人說：“由于上述生態(tài)系統(tǒng)是人工設計，所以其中營養(yǎng)級之間能量的傳遞效率可由人類任意控制?！蹦阏J為對嗎？答案不對。3在上述生態(tài)系統(tǒng)中，人們?yōu)樘岣咿r作物的產量，要經常到田間除草、滅蟲、滅鼠。這樣做的目的是合理調整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關系，使能量持續(xù)高效地流向對人類最有益的部分。小貼士能量傳遞效率與能量利用效率的比較（1）能量傳遞效率：計算公式為：能量傳遞效率(下一營養(yǎng)級同化量/上一營養(yǎng)級同化量)&

14、#215;100%，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率約為10%20%。（2）能量利用效率：流入最高營養(yǎng)級的能量占生產者能量的比值。在一個生態(tài)系統(tǒng)中，營養(yǎng)級越多，在能量流動過程中消耗的能量就越多，因此食物鏈越短，能量利用效率越高。歸納提煉根據生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律，在實際生產生活中借鑒以下措施(1)盡量縮短食物鏈。(2)充分利用生產者。(3)充分利用分解者，如利用秸稈培育食用菌、利用植物殘體生產沼氣等?；顚W活用3在社會主義新農村建設中，四川某地通過新建沼氣池和植樹造林，構建了新型農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)(如圖所示)。請判斷下列說法的正誤：(1)該生態(tài)系統(tǒng)中，處于第二營養(yǎng)級的生物有人和家禽、家畜()(2)該

15、生態(tài)系統(tǒng)中，人的作用非常關鍵，植物是主要成分()(3)該生態(tài)系統(tǒng)的建立，提高了各營養(yǎng)級間的能量傳遞效率()(4)微生物也能利用農作物通過光合作用儲存的能量()(5)多途徑利用農作物可提高該系統(tǒng)的能量利用率()(6)沼渣、沼液作為肥料還田，使能量能夠循環(huán)利用()(7)沼氣池中的微生物也是該生態(tài)系統(tǒng)的分解者()(8)沼氣可以用來作燃料或者取暖，是“低碳經濟，低碳生活”很好的體現()答案(1)(2)(3)×(4)(5)(6)×(7)(8)解析能量只能單向流動，逐級遞減。在食物網相鄰營養(yǎng)級之間傳遞效率并沒有改變，改變的只是能量利用率。1根據生態(tài)學的原理，要使能量流經食物鏈的總消耗最

16、少，人們應采取哪一種食物結構()A以家禽的蛋類為主B以淡水養(yǎng)殖的魚、蝦為主C以谷物和植物蛋白為主D以雞、豬等家禽、家畜的肉類為主答案C解析根據能量流動逐級遞減的原理，食物鏈越長，流經食物鏈的總能量損失越多。由此可知，以植物性產品為食的生物與植物(生產者)組成的共有兩個營養(yǎng)級的食物鏈最短，能量在此種食物鏈流動時損失最少。2.如圖食物網中的華南虎體重每增加1 kg，至少需要消耗植物()A10 kg B25 kgC50 kg D100 kg答案B解析解本題的關鍵有二：一是理解“至少”的含義，應按照能量傳遞效率20%計算；二是對圖的理解，即圖中的斑羚和野豬無需分開計算。華南虎體重增加1 kg，則至少需

17、要消耗初級消費者(斑羚和野豬)5 kg，需要消耗生產者(植物)至少為25 kg。3“草兔子狐貍狼”為某草原上的一條食物鏈，下列關于該食物鏈的說法中，正確的是()A該食物鏈中兔子是初級消費者、第一營養(yǎng)級B兔子產生的糞便不屬于兔子的同化量，而是草固定的能量的一部分C根據能量金字塔可知，處于塔尖的狼，其個體體內的能量少于兔子個體體內的能量D狐貍捕食一只兔子，則該兔子體內的能量全部流向狐貍答案B解析生產者是第一營養(yǎng)級；兔子的糞便不屬于兔子的同化量；能量金字塔描述的是營養(yǎng)級之間的能量關系，不能簡單等同于單個個體。4下圖是對某湖泊的能量考查結果單位：千焦/(厘米2·年)，請據圖回答：(1)流經該生態(tài)系統(tǒng)的總能量主要是指_，有_千焦/(厘米2·年)。(2)能量從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的傳遞效率約為_%，這說