生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動【知識 精講精研 】 高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2

態(tài)統(tǒng)能流1.通過分析能量在營養(yǎng)級間的流動情況和賽達(dá)伯格湖的能量流動，概述生態(tài)系統(tǒng)中能量流動過程和特征。2.用生態(tài)金字塔表征生態(tài)系統(tǒng)中各營養(yǎng)級間的能量、生物量或數(shù)量關(guān)系。3.概述研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的意義。4.嘗試調(diào)查當(dāng)?shù)啬成鷳B(tài)系統(tǒng)的能量流動情況。學(xué)習(xí)目標(biāo)

生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，稱為生態(tài)系統(tǒng)的能量流動。一、能量流動的概念及過程（1）綠色植物的能量來自哪里？通過何種生理作用獲得？能量是如何轉(zhuǎn)化的？太陽的光能；光合作用；光能轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。（2）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的源頭：太陽的光能（3）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的起點(diǎn)：綠色植物進(jìn)行的光合作用（4）輸入生態(tài)系統(tǒng)的總能量：生產(chǎn)者光合作用固定的總能量（5）生態(tài)系統(tǒng)能量流動的途徑：食物鏈、食物網(wǎng)（6）輸入生產(chǎn)者的能量，有哪兩部分的去向？一部分在生產(chǎn)者的呼吸作用中以熱能形式散失，一部分用于生產(chǎn)者的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動（7）用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量，儲存在生產(chǎn)者的什么物質(zhì)中？有機(jī)物分哪些去向？一部分隨著殘枝敗葉等被分解者分解而釋放出來，另一部分被初級消費(fèi)者攝入體內(nèi)

“能量的流動過程”，思考下列問題：呼吸散失用于生長、發(fā)育、繁殖遺體、殘枝敗葉分解者初級消費(fèi)者攝食能量流經(jīng)第一營養(yǎng)級示意圖太陽生產(chǎn)者固定的太陽能初級消費(fèi)者攝入用于生長發(fā)育和繁殖次級消費(fèi)者攝入呼吸散失遺體殘骸初級消費(fèi)者同化分解者利用糞便呼吸散失...能量流經(jīng)第二營養(yǎng)級示意圖思考：（1）兔子攝入的草中的能量有哪兩個去向？________（2）兔子同化的草中的能量有哪兩個去向？________（3）兔子糞便中的能量屬于哪個營養(yǎng)級？_上一營養(yǎng)級_______第二營養(yǎng)級能量流動的分析：①初級消費(fèi)者攝人的能量（a）=初級消費(fèi)者同化的能量（b）＋糞便中的能量（c），即動物糞便中的能量不屬于該營養(yǎng)級同化的能量，應(yīng)屬于上一個營養(yǎng)級固定或同化的能量。②初級消費(fèi)者同化的能量（b）=呼吸作用消耗的能量（d）＋用于生長、發(fā)育和繁殖的能量（e）.（2）各營養(yǎng)級能量流動分析①未被利用的能量：包括生物每年的積累量和動植物殘體以化石燃料的形式被儲存起來的能量，②一個營養(yǎng)級所同化的能量=呼吸消耗的能量+被下一營養(yǎng)級同化的能量+分解者利用的能量+未被利用的能量。③動物同化的能量與攝入量之間的關(guān)系：動物同化的能量=攝入量—糞便中有機(jī)物的能量，即攝入的食物只有一部分被同化。④流入一個營養(yǎng)級的能量是指被這個營養(yǎng)級的生物所同化的全部能量。生產(chǎn)者(綠色植物)呼吸初級消費(fèi)者(植食動物)呼吸次級消費(fèi)者(肉食動物)呼吸分解者…呼吸三級消費(fèi)者(肉食動物)呼吸圖中箭頭的方向表示什么？箭頭的由粗到細(xì)表示什么？能量的最終去向有哪三個？能量流動的方向能量由多到少一部分通過呼吸作用以熱能形式散失，一部分流向下一營養(yǎng)級，一部分流向分解者?？偨Y(jié)生產(chǎn)者固定的太陽能生產(chǎn)者固定的太陽能總量1.能量流動的起點(diǎn)和來源2.流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量4.能量流動的途徑(渠道)3.能量的去向食物鏈和食物網(wǎng)呼吸作用消耗；下一營養(yǎng)級攝入同化；分解者分解5.能量流動的終點(diǎn)熱能散失例1難度★☆☆典型★★☆下圖所示為一般生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式圖。下列敘述正確的是（）A.消費(fèi)者將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物后又被生產(chǎn)者重新利用B.能量主要以太陽能的形式在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部傳遞C.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入量和輸出量總是相等的D.組分1、2、3可分別代表生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者【解析】消費(fèi)者能通過自身代謝，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物排出體外，這些無機(jī)物又可以被生產(chǎn)者重新利用，A項(xiàng)正確；流經(jīng)生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部能量的傳遞形式是有機(jī)物中的化學(xué)能，B項(xiàng)錯誤；在一個幼苗茁壯成長的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入量大于輸出量，C項(xiàng)錯誤；據(jù)圖可知，生態(tài)系統(tǒng)的組分1、2、3可分別代表生產(chǎn)者、分解者和消費(fèi)者，D項(xiàng)錯誤。【答案】A 典型例題例2難度★☆☆典型★★☆下圖是某草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流動模型。a、b、c表示輸入各營養(yǎng)級生物的能量，d、e、f表示流入分解者的能量，g、h、i分別表示各營養(yǎng)級生物呼吸消耗的能量。下列分析正確的是（）A.該生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者B.能量流動的特點(diǎn)之一是逐級遞減，從草流向兔子的能量傳遞效率a/b的范圍為10%～20%C.若一段時間內(nèi)草所固定的太陽能總量為m，則圖中最高營養(yǎng)級所獲得的能量可以是m×c/aD.兔子的遺體殘骸及糞便中的能量從e傳遞給分解者，被分解者分解【解析】該生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括非生物的物質(zhì)和能量、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，A項(xiàng)錯誤；從草流向兔子的傳遞效率b/a的范圍為10%～20%，B項(xiàng)錯誤；由圖可知，第一到第二營養(yǎng)級的能量傳遞效率為b/a，第二營養(yǎng)級到第三營養(yǎng)級的能量傳遞效率為c/b，若一段時間內(nèi)草所固定的太陽能總量為m，則圖中最高營養(yǎng)級即第三營養(yǎng)級獲得的能量為m×b/a×c/b=m×c/a，C項(xiàng)正確；兔子的糞便中的能量從d傳遞給分解者，D項(xiàng)錯誤。【答案】C 例3難度★☆☆典型★★☆下圖為?；~塘農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部的能量流動圖解，圖中字母代表相應(yīng)能量。下列敘述正確的是（）A.流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是桑樹凈光合作用儲存的能量CB.蠶用于自身生長、發(fā)育、繁殖的能量可表示為B1+C1+D1C.桑樹和蠶之間的能量傳遞效率可用D/C表示，一般小于20%D.將蠶沙（糞便）投入魚塘供給魚食用，流入魚體內(nèi)的能量屬于D1【解析】流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的太陽能總量A，C為桑樹用于自身生長、發(fā)育和繁殖的能量，A項(xiàng)錯誤。蠶同化的能量一部分通過呼吸作用散失（A1），另一部分用于自身生長、發(fā)育和繁殖（B1+C1+D1），B項(xiàng)正確。蠶同化的能量為D=A1+B1+C1+D1，桑樹同化的能量為A，故桑樹和蠶之間的能量傳遞效率可用D/A表示，相鄰兩個營養(yǎng)級的能量傳遞效率一般為10%～20%，C項(xiàng)錯誤。蠶沙（糞便）中的能量屬于上一營養(yǎng)級（桑樹）同化的能量，不屬于D1中的能量，D項(xiàng)錯誤?！敬鸢浮緽 生產(chǎn)者(綠色植物)呼吸初級消費(fèi)者(植食動物)呼吸次級消費(fèi)者(肉食動物)呼吸分解者…呼吸作用三級消費(fèi)者(肉食動物)呼吸二、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的特點(diǎn)及原因單向流動的原因：①能量流動是沿食物鏈進(jìn)行的，食物鏈中各個營養(yǎng)級之間的捕食關(guān)系是長期自然選擇的結(jié)果，是不可逆轉(zhuǎn)的。②各營養(yǎng)級通過呼吸作用所產(chǎn)生的的熱能不能被生物群落重復(fù)利用，因此能量流動無法循環(huán)。特點(diǎn)：單向流動、逐級遞減（傳遞效率10%~20%）逐級遞減的原因：①各營養(yǎng)級生物都會因呼吸作用消耗大部分能量。②各營養(yǎng)級的能量都會有一部分流入分解者，包括未被下一營養(yǎng)級生物利用的部分。有關(guān)能量的計(jì)算（1）能量流動中的最值計(jì)算（見下圖）（2）能量流動中的定值計(jì)算①已確定營養(yǎng)級間能量傳遞效率的，不能按最值法計(jì)算，而需按具體數(shù)值計(jì)算。例如，在食物鏈A→B→C→D中，能量傳遞效率分別為a%、b%、c%，若A的能量為M，則D獲得的能量為M×a%×b%×c%。②如果是在食物網(wǎng)中，某一營養(yǎng)級同時從上一營養(yǎng)級的多種生物獲得能量，且各途徑所獲得的生物量比例確定，則需按照各單獨(dú)的食物鏈進(jìn)行計(jì)算后合并。①求“最多”，則能量按最低能量傳遞效率的10%流動②求“最少”，則能量按最高能量傳遞效率的20%流動較低營養(yǎng)級較高營養(yǎng)級（已知）（未知）①求“最多”，則能量按最高能量傳遞效率的20%流動②求“最少”，則能量按最低能量傳遞效率的10%流動（未知）（己知）例4

難度★☆☆典型★★☆從健康的角度考慮，提倡素食可以減少脂肪和膽固醇等的攝入，能降低心血管等疾病的發(fā)病率。從生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的功能的角度考慮，下列對提倡素食的好處的描述，不正確的是（）A.提倡素食能使人類的食物鏈縮短B.提倡素食能提高能量傳遞效率C.提倡素食能減少生態(tài)系統(tǒng)中能量的散失D.提倡素食能使人類從生產(chǎn)者中獲得更多的能量【解析】素食是指人類直接吃生產(chǎn)者，提倡素食使中間環(huán)節(jié)少了，所以可以使食物鏈縮短，A項(xiàng)正確。能量傳遞效率是該營養(yǎng)級的同化量與上一個營養(yǎng)級同化量的比值，一般在10%到20%之間，所以提倡素食不能提高能量傳遞效率，B項(xiàng)錯誤。提倡素食縮短了食物鏈，所以能減少能量的散失，C項(xiàng)正確。提倡素食能使人的營養(yǎng)級降低，縮短了食物鏈，減少了能量的散失，所以人能獲得更多的能量，D項(xiàng)正確。【答案】B 典型例題例5難度★☆☆典型★★☆“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現(xiàn)了食物鏈的原理。若鷹遷入了蟬、螳螂和黃雀所在的樹林中，捕食黃雀并棲息于林中。下列敘述正確的是（）A.鷹的遷入增加了該樹林中蟬及其天敵的數(shù)量B.該生態(tài)系統(tǒng)中細(xì)菌產(chǎn)生的能量可流向生產(chǎn)者C.鷹的遷入增加了該生態(tài)系統(tǒng)能量消耗的環(huán)節(jié)D.鷹的遷入改變了該生態(tài)系統(tǒng)能量流動的方向【解析】諺語“螳螂捕蟬，黃雀在后”體現(xiàn)的食物鏈?zhǔn)侵参铩s→螳螂→黃雀。鷹遷入后可以捕食黃雀，而黃雀是螳螂的天敵，黃雀減少螳螂會增加，而螳螂又是蟬的天敵，所以蟬的數(shù)量下降，所以鷹的遷入增加了該樹林中蟬的天敵的數(shù)量，減少了蟬的數(shù)量，A項(xiàng)錯誤。能量不能由分解者流向生產(chǎn)者，B項(xiàng)錯誤。鷹的遷入增加了營養(yǎng)級，增加了該生態(tài)系統(tǒng)能量消耗的環(huán)節(jié)，C項(xiàng)正確。能量流動的方向是從生產(chǎn)者到消費(fèi)者，鷹的遷入并沒有改變生態(tài)系統(tǒng)能量流動的方向，D項(xiàng)錯誤?！敬鸢浮緾 典型例題例6難度★☆☆典型★★☆下圖1表示某河流生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)及該生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔（甲、乙、丙為3種魚，丁為1種肉食性水鳥，甲、丙不攝食藻類，箭頭指示能量流動方向），圖2表示該生態(tài)系統(tǒng)部分能量流動關(guān)系（圖中數(shù)字表示同化的能量值）。請回答下列問題。（1）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和

。（2）圖1所示食物網(wǎng)中，遺漏一條食物鏈，該食物鏈?zhǔn)?/p>

（用文字和箭頭表示），補(bǔ)充后，該食物網(wǎng)中共有

條食物鏈，其中丙和丁的種間關(guān)系是

。（3）該河流生態(tài)系統(tǒng)除了圖1所示的成分外，還應(yīng)有

、

。（4）綜合圖1、圖2分析，流入第二營養(yǎng)級的能量是指其他魚類和

等生物同化的能量。（5）據(jù)圖2分析，流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為

kJ/（m2·a），乙同化的能量是

kJ/（m2·a），丁同化的能量是

kJ/（m2·a），體現(xiàn)了能量流動是

的?！窘馕觥浚?）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括生態(tài)系統(tǒng)的組成成分和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，其中營養(yǎng)結(jié)構(gòu)即食物鏈和食物網(wǎng)。（2）由題干中提供的信息可知，甲、乙、丙為3種魚，丁為1種肉食性水鳥，則丁可以捕食甲，因此圖1中缺少了甲到丁的箭頭，即遺漏的食物鏈?zhǔn)撬荨住?；補(bǔ)充后圖1中共有6條食物鏈，其中丁和丙可以共同捕食甲和乙，而丙又被丁捕食，故丁和丙之間的種間關(guān)系是捕食和種間競爭。（3）圖1中的成分只有生產(chǎn)者和消費(fèi)者，沒有分解者，也沒有生態(tài)系統(tǒng)的非生物的物質(zhì)和能量。（4）圖1中屬于第二營養(yǎng)級的生物有甲、乙，因此流入第二營養(yǎng)級的能量是指其他魚類和甲、乙等生物同化的能量。（5）流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是生產(chǎn)者固定的全部太陽能，即25000kJ/（m2·a），乙同化的能量是1900kJ/（m2·a），丁同化的能量是275kJ/（m2·a），體現(xiàn)了能量流動是逐級遞減的。【答案】（1）營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（或食物鏈、食物網(wǎng)）（2）水草→甲→丁6捕食和種間競爭（3）非生物的物質(zhì)和能量分解者（4）甲、乙（5）25000

1900

275逐級遞減

三、生態(tài)系統(tǒng)能量流動的結(jié)果在一個生態(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多，因此系統(tǒng)中的能量流動一般不超過5個營養(yǎng)級。任何生態(tài)系統(tǒng)都需要不斷得到來自系統(tǒng)外的能量補(bǔ)充,以便維持生態(tài)系統(tǒng)的正常功能。如果一個生態(tài)系統(tǒng)在一段較長時間內(nèi)沒有能量(太陽能或化學(xué)能)輸入,這個生態(tài)系統(tǒng)就會崩潰。四、生態(tài)金字塔生物量金字塔能量金字塔：將單位時間內(nèi)各營養(yǎng)級所得到的能量數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)面積（或體積）的圖形，并將圖形按照營養(yǎng)級的次序排列，所形成一個金字塔圖形，生物量金字塔：用同樣的方法表示各個營養(yǎng)級生物量（每個營養(yǎng)級所容納的有機(jī)物的總干重）之間的關(guān)系，數(shù)量金字塔：用同樣方法表示各個營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量金字塔生產(chǎn)者（第一營養(yǎng)級）初級消費(fèi)者（第二營養(yǎng)級）次級消費(fèi)者（第三營養(yǎng)級）三級消費(fèi)者（第四營養(yǎng)級）生態(tài)金字塔的類型及特點(diǎn)能量金字塔數(shù)量金字塔生物量金字塔形狀每一階含義每一營養(yǎng)級生物所含能量的多少。每一營養(yǎng)級生物個體的數(shù)目。每一營養(yǎng)級生物的有機(jī)物總量。象征含義能量沿食物鏈流動過程中具有逐級遞減的特點(diǎn)。一般生物個體的數(shù)目在食物鏈中隨營養(yǎng)級升高而逐級遞減。一般生物有機(jī)物的總量沿食物鏈升高而逐級遞減。分析能量流動過程中總是有能量的耗散，故能量流動逐級遞減的。成千上萬只昆蟲生活在一株大樹上時，數(shù)量金字塔的塔形也會發(fā)生變化。浮游植物的個體小，壽命短，又不斷被浮游動物吃掉，所以某一時間浮游植物的生物量（用質(zhì)量來表示）可能低于浮游動物的生物量。少多高低數(shù)目營養(yǎng)級低高高低能量營養(yǎng)級少多高低生物量營養(yǎng)級——鳥——蟲——樹——浮游動物——浮游植物例7難度★☆☆典型★★☆［2019·全國Ⅱ卷］如果食物鏈上各營養(yǎng)級均以生物個體的數(shù)量來表示，并以食物鏈起點(diǎn)的生物個體數(shù)作底層來繪制數(shù)量金字塔，則只有兩個營養(yǎng)級的夏季草原生態(tài)系統(tǒng)（假設(shè)第一營養(yǎng)級是牧草，第二營養(yǎng)級是羊）和森林生態(tài)系統(tǒng)（假設(shè)第一營養(yǎng)級是喬木，第二營養(yǎng)級是昆蟲）數(shù)量金字塔的形狀最可能是（）A.前者為金字塔形，后者為倒金字塔形B.前者為倒金字塔形，后者為金字塔形C.前者為金字塔形，后者為金字塔形D.前者為倒金字塔形，后者為倒金字塔形【解析】如果食物鏈上各營養(yǎng)級均以生物個體的數(shù)量來表示，并以食物鏈起點(diǎn)的生物個體數(shù)作底層來繪制數(shù)量金字塔，則可能出現(xiàn)金字塔形，也可能出現(xiàn)倒金字塔形。只有兩個營養(yǎng)級的夏季草原生態(tài)系統(tǒng)（假設(shè)第一營養(yǎng)級是牧草，第二營養(yǎng)級是羊），則牧草的數(shù)量比羊多，繪制的數(shù)量金字塔為金字塔形；森林生態(tài)系統(tǒng)（假設(shè)第一營養(yǎng)級是喬木，第二營養(yǎng)級是昆蟲），一棵樹上可以有很多昆蟲，因此，昆蟲的數(shù)目比喬木的數(shù)量多，繪制的數(shù)量金字塔為倒金字塔形。綜上分析，前者為金字塔形，后者為倒金字塔形，A項(xiàng)正確。【答案】A 典型例題例8

難度★☆☆典型★★☆如下圖所示，a為自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)金字塔，b為城市生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)倒金字塔，下列敘述錯誤的是（）

A.a生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的生物組分為生產(chǎn)者和分解者B.流經(jīng)a或b生態(tài)系統(tǒng)的總能量為各自生產(chǎn)者所固定的太陽能C.b生態(tài)系統(tǒng)可以對a生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾D.人類活動對b生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展起支配作用，其中分解者的分解作用相對較弱【解析】生態(tài)系統(tǒng)的組成成分中，不可缺少的為生產(chǎn)者和分解者，生產(chǎn)者能為生態(tài)系統(tǒng)提供能量，分解者將動植物遺體、動物排泄物等所含的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，A項(xiàng)正確。城市生態(tài)系統(tǒng)為人工生態(tài)系統(tǒng)，是人類建立起來的特殊生態(tài)系統(tǒng)，對其他生態(tài)系統(tǒng)的依賴性大，需要大量的能量輸入才能維持有序高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。故流入城市生態(tài)系統(tǒng)的能量，不僅僅為生產(chǎn)者固定的部分，B項(xiàng)錯誤。b生態(tài)系統(tǒng)是人工生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)的人類活動可以對a生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，C項(xiàng)正確。人類活動對城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展起支配作用，因?yàn)槌鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)中的動植物種類和數(shù)量都很少，分解者的功能較弱，所以對其他生態(tài)系統(tǒng)有很高的依賴性，需要人們對其進(jìn)行科學(xué)的管理，以維持其動態(tài)平衡，D項(xiàng)正確?！敬鸢浮緽 五、研究生態(tài)系統(tǒng)能量流動的意義1.幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。例如：生態(tài)農(nóng)業(yè)（秸稈的多級利用、桑基魚塘）2.合理調(diào)整能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效的流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧＠?，農(nóng)田中除草殺蟲合理確定草場的載畜量1、假如現(xiàn)有草100公斤，至少可使鷹增重

公斤。2、假如現(xiàn)有草100公斤，最多可使鷹增重

公斤3、假如要使鷹增加2公斤體重，最少要耗草

公斤。4、假如要使鷹增加2公斤體重，最多要耗草

公斤。計(jì)算：在食物鏈

“草兔鷹”中，例9

難度★☆☆