3.2生態(tài)系統(tǒng)的能量流動（2019人教版）（原卷版）

第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動課程內(nèi)容掌握要求能量流動的概念與過程能量流動的特點(diǎn)生態(tài)金字塔研究能量流動的實(shí)踐意義掌握能量流動的概念和流動過程，了解能量流動的來源與去路具備各類能量流動圖像的識別和分析能力了解能量流動的特點(diǎn)和能量的傳遞效率計(jì)算方法具備分析食物鏈中能量傳遞的計(jì)算能力掌握生態(tài)金字塔各個類型的定義和形狀了解研究能量流動的實(shí)踐意義一．能量流動的概念與過程1.能量流動的概念：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。2.能量流動的過程（1）輸入地球上幾乎所有的生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量都來自太陽。太陽每天輸送到地球的能量大約有1×1019kJ。這些能量絕大部分都被地球表面的大氣層所吸收、散射和反射掉了，大約只有1%以可見光的形式，被生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者通過光合作用轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，固定在它們所制造的有機(jī)物中。這樣，太陽能就輸入到了生態(tài)系統(tǒng)的第一營養(yǎng)級。注意：生態(tài)系統(tǒng)的能量總輸入在自然生態(tài)系統(tǒng)中，為生產(chǎn)者固定的太陽能總量；在人工生態(tài)系統(tǒng)中，為生產(chǎn)者固定的太陽能總量和人工輸入的物質(zhì)中（例如餌料、生活污水等）含有的化學(xué)能。（2）傳遞、轉(zhuǎn)化和散失=1\*GB3①第一營養(yǎng)級的能量流動過程=2\*GB3②第二（三、四）營養(yǎng)級的能量流動過程二．能量流動的圖像分析1.能量圖像基礎(chǔ)（1）能量類型=1\*GB3①攝入量：消費(fèi)者通過吃的行為攝入的能量（生產(chǎn)者不存在攝入量）。=2\*GB3②同化量：某一營養(yǎng)級從外環(huán)境中得到的全部化學(xué)能。=3\*GB3③未利用的能量：當(dāng)下處于生產(chǎn)者或消費(fèi)者體內(nèi)無法確定最終去向的能量。（2）能量流動的公式=1\*GB3①攝入量=同化量+糞便量=2\*GB3②同化量=呼吸作用以熱能的形式散失+用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動=3\*GB3③用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動=以殘枝敗葉、遺體殘骸的形式被分解者分解利用+流入下一營養(yǎng)級（+未利用的能量）注意：食物鏈為A→B的情況下，B的糞便量不屬于B的同化量，但屬于A的同化量中流向分解者的部分。3.常見圖像（1）能量流動的示意圖典型考法——【例】（多選題）圖為某一湖泊能量流動示意圖，其中A～L表示能量值（單位相同）、甲～丙表示不同營養(yǎng)級。下列相關(guān)表述正確的是（）A．能量A僅指可見光中的一小部分B．能量E、F、G、H指各營養(yǎng)級呼吸作用散失的熱能C．能量J是分解者分解乙的遺體殘骸和糞便釋放的能量D．若某種生物是雜食性生物，它可能同時占據(jù)乙、丙兩個營養(yǎng)級（2）單一營養(yǎng)級能量流動的圖像（以消費(fèi)者為例，通常題目不出生產(chǎn)者）典型考法——【例】（多選題）如圖為某生態(tài)系統(tǒng)中能量流動部分示意圖（字母表示能量的多少），下列敘述不正確的是（

）A．圖中b=h+c+d+e+f+iB．c表示的是第一營養(yǎng)級的同化量C．“草→兔→狼”這一關(guān)系中，狼糞便中的能量包含在e中D．縮短食物鏈可以提高能量傳遞效率（3）多營養(yǎng)級能量流動的圖像=1\*GB3①基礎(chǔ)版圖像（通常題目中不出現(xiàn)攝入量和糞便量）W1：生產(chǎn)者固定的太陽能總量，也是生產(chǎn)者的同化量。A1：生產(chǎn)者呼吸作用以熱能的形式散失的；A2：初級消費(fèi)者呼吸作用以熱能的形式散失的。B1：生產(chǎn)者未利用的能量；B2：初級消費(fèi)者未利用的能量。C1：生產(chǎn)者流向分解者的能量；C2：初級消費(fèi)者流向分解者的能量。D1：生產(chǎn)者流向下一營養(yǎng)級的能量，也是初級消費(fèi)者的同化量；D2：初級消費(fèi)者流向下一營養(yǎng)級的能量，也是次級消費(fèi)者的同化量。典型考法——【例】某同學(xué)繪制了如圖所示的能量流動圖解，下列敘述正確的是（

）A．生產(chǎn)者固定的總能量可表示為W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2B．A1和C1分別表示初級消費(fèi)者呼吸作用以熱能的形式散失的能量和被分解者利用的能量C．初級消費(fèi)者攝入的能量等于A2＋B2＋C2D．B2代表用于初級消費(fèi)者生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的總能量=2\*GB3②提升版圖像典型考法——【例】如圖是賽達(dá)伯格湖的能量流動圖解[單位：kJ/（m2·a）]。據(jù)圖分析，第二營養(yǎng)級用于生長發(fā)育繁殖的能量為（）kJ/（m2·a）。三．能量流動的特點(diǎn)1.生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動只能從第一營養(yǎng)級流向第二營養(yǎng)級，再依次流向后面的各個營養(yǎng)級、不可逆轉(zhuǎn)、也不能循環(huán)流動?！獑蜗蛄鲃?.能量在流動過程中逐級遞減。輸入到一個營養(yǎng)級的能量不可能百分之百地流入下一個營養(yǎng)級（損耗的能量包括呼吸作用和分解者的分解作用），能量在沿食物鏈流動的過程中是逐級減少的?！鸺夁f減3.能量的傳遞效率=1\*GB3①一般來說，在輸入到某一個營養(yǎng)級的能量中，只有10%~20%的能量能夠流到下一個營養(yǎng)級，也就是說，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級間的傳遞效率是10%~20%。=2\*GB3②能量的傳遞效率的計(jì)算公式典型考法——【例】如圖是某湖泊生態(tài)系統(tǒng)能量流動的定量分析圖解。圖中A、B、C代表三個營養(yǎng)級，數(shù)字均為實(shí)際測得的能量值，單位為百萬千焦。已知該生態(tài)系統(tǒng)受到的太陽輻射為118872.0百萬千焦，但其中118761.0百萬千焦的能量未利用。能量從第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級的傳遞效率約為（）%。=3\*GB3③能量的傳遞效率和能量的利用效率的區(qū)別能量的傳遞效率強(qiáng)調(diào)的是兩個相鄰的營養(yǎng)級之間的傳遞效率，通常情況下是不可改變的（特殊情況：通過提高捕食者的消化能力可以提高能量的傳遞效率）。能量的利用效率強(qiáng)調(diào)的是在人為干涉的生態(tài)系統(tǒng)中，通過對廢物的二次利用，將本來會被浪費(fèi)的能量重新供應(yīng)到人類需要的地方，通常情況下人為建立的生態(tài)工程可以提高能量的利用效率。4.營養(yǎng)級級數(shù)有限的原因在一個生態(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，生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動一般不超過5個營養(yǎng)級。5.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)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．能量流動的計(jì)算1.基礎(chǔ)計(jì)算根據(jù)給定的能量傳遞效率，計(jì)算每一營養(yǎng)級的能量多少。食物鏈：A→B，能量傳遞效率為X%（10<X<20）已知A，求B：B=A×X%（X=10，即÷10，X=20，即÷5）已知B，求A ：A=B÷X%（X=10，即×10，X=20，即×5）2.最值計(jì)算（1）根據(jù)已知和求的目標(biāo)推測能量損耗情況多或者少食物鏈：A→B已知A，求B：B最大，能量損耗??；B最小，能量損耗大已知B，求A ：A最大，能量損耗大；A最小，能量損耗小（2）根據(jù)能量損耗情況考慮發(fā)生最值的情況下需要的選擇能量損耗多：能量傳遞效率取最小值10%；食物鏈選擇最長的食物鏈能量損耗少：能量傳遞效率取最大值20%；食物鏈選擇最短的食物鏈3.計(jì)算典型例子典型例子1：已知C含有1kJ的能量，求A最少需要多少的能量？由于已知C求A最少，為能量損耗最少的情況，選擇能量傳遞效率為20%，食物鏈最短的即A→C。C為1kJ，A為1×5=5kJ。典型例子2：已知C含有1kJ的能量，其中有1/2來自于B，有1/2來自于A，能量傳遞效率為10%，求A有多少的能量？按照倒序的方向，從C向A的方向推理，最終計(jì)算出需要A50+5=55kJ。典型例子3：已知C有A和B兩種食物來源，原來其中有1/2來自于B，有1/2來自于A，現(xiàn)在其中有1/3來自于B，有2/3來自于A，能量傳遞效率為10%，求現(xiàn)在每養(yǎng)活1kJ的C比原來節(jié)省了多少kJ的A？按照原來的食物比例和現(xiàn)在的食物比例分別進(jìn)行推理。原來的食物比例：每養(yǎng)活1kJ的C，需要A50+5=55kJ?，F(xiàn)在的食物比例：每養(yǎng)活1kJ的C，需要A100/3+20/3=40kJ。所以現(xiàn)在每養(yǎng)活1kJ的C比原來節(jié)省5540=15kJ的A。典型考法——【例】如圖中蛇的食物有3/5來自鼠，2/5來自蛙。從理論上講，蛇每增加1kJ能量，至少需消耗植物（）。A．15kJ B．65kJ C．350kJ D．460kJ【例】某生態(tài)系統(tǒng)存在如右圖所示的食物關(guān)系，為了減少資源消耗，若將乙的食物比例由甲：丙=1：1調(diào)整為3：1，若能量傳遞效率按照10%計(jì)算，則該生態(tài)系統(tǒng)能承載乙的數(shù)量是原來的（

）倍。A．31/22 B．22/31 C．3 D．22/13五．生態(tài)金字塔1.能量金字塔（1）定義：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，可形成一個金字塔圖形。（2）形狀：能量金字塔直觀地反映出生態(tài)系統(tǒng)各營養(yǎng)級間能量的關(guān)系，由于能量在流動過程中總是逐級遞減，因此能量金字塔通常都是上窄下寬的金字塔形。2.生物量金字塔（1）定義：表示各個營養(yǎng)級的生物量（每個營養(yǎng)級所容納的有機(jī)物的總干重）之間的關(guān)系。（2）形狀：生物量金字塔大多也是上窄下寬的金字塔形，一般來說，植物的總干重通常大于植食性動物的總干重，而植食性動物的總干重也大于肉食性動物的總干重。3.數(shù)量金字塔（1）定義：表示各個營養(yǎng)級的生物個體的數(shù)目比值關(guān)系。（2）形狀：在一個草原生態(tài)系統(tǒng)中，吃草的鼠比草的數(shù)目少，吃鼠的鼬又比鼠的數(shù)目少，這時，數(shù)量金字塔是上窄下寬的金字塔形。但是，如果消費(fèi)者個體小而生產(chǎn)者個體大，如昆蟲和樹，那么數(shù)量金字塔就會呈現(xiàn)上寬下窄倒置的金字塔形。4.能量金字塔、生物量金字塔和數(shù)量金字塔，統(tǒng)稱為生態(tài)金字塔。典型考法——【例】（多選題）生態(tài)金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔、數(shù)量金字塔等。某時刻調(diào)查了某地的幾種生態(tài)金字塔，結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是（）A．甲可表示該地的能量金字塔B．該地各營養(yǎng)級數(shù)量金字塔與乙類似C．丙可表示該地生物量金字塔D．生態(tài)金字塔中一般不包括分解者六．研究能量流動的實(shí)踐意義1.幫助人們將生物在時間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入某個生態(tài)系統(tǒng)的總能量。例如，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的間種套作、蔬菜大棚中的多層育苗、稻萍蛙等立體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式都充分地利用了空間和資源，獲得了更大的收益。2.幫助人們科學(xué)地規(guī)劃和設(shè)計(jì)人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。例如，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，如果把作物秸稈當(dāng)燃料燒掉，人類就不能充分利用秸稈中的能量。如果將秸稈用作飼料喂牲畜，可獲得肉、蛋、奶等；將牲畜的糞便作為沼氣池發(fā)酵的原料，可以生產(chǎn)沼氣提供能源；沼氣池中的沼渣還可以作為肥料還田，這樣就實(shí)現(xiàn)了對能量的多級利用，從而大大提高能量的利用效率。3.幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?。例如，在一個草場上，如果放養(yǎng)的牲畜過少，就不能充分利用牧草所能提供的能量；如果放養(yǎng)的牲畜過多，就會造成草場的退化，使畜產(chǎn)品的產(chǎn)量下降。只有根據(jù)草場的能量流動特點(diǎn)，合理確定草場的載畜量，才能保持畜產(chǎn)品的持續(xù)高產(chǎn)。典型考法——【例】研究生態(tài)系統(tǒng)的能量流動可以幫助人們將生物在時間、空間上進(jìn)行合理配置，增大流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量。下列關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的敘述，正確的是（

）A．不同類型的生態(tài)系統(tǒng)中，流入生態(tài)系統(tǒng)的總能量都是生產(chǎn)者固定的太陽能B．“稻—萍—蛙”立體養(yǎng)殖能充分利用群落的空間和資源，提高能量傳遞效率C．沼氣發(fā)酵使植物同化的能量得到多級利用，沼渣施肥使能量重新流入生產(chǎn)者D．玉米田除蟲調(diào)整了能量流動關(guān)系，使能量持續(xù)高效的流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠?．（多選題）我國諺語中的“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)生的能量不能流向生產(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．蟬、螳螂、黃雀、鷹和植物構(gòu)成一個生態(tài)系統(tǒng)2．研究人員對某地生態(tài)系統(tǒng)的能量流動進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖，圖中字母代表能量值。下列有關(guān)敘述錯誤的是（

）A．圖中h表示兔子同化量中流入分解者的一部分B．圖中d表示兔子用于生長、發(fā)育和繁殖的能量C．圖解表明能量流動的特點(diǎn)是單向流動D．能量流動指能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程3．在“草→兔→鷹”的食物鏈中，能量流經(jīng)兔所處營養(yǎng)級的過程如圖所示[數(shù)字和字母均表示能量值，單位為：J/(cm2?a)]。已知草所處營養(yǎng)級的同化量為500J/(cm2?a)。下列敘述錯誤的是（

）A．與圈養(yǎng)兔相比，散養(yǎng)兔的D/B比值較低 B．“C”用于兔生長、發(fā)育和繁殖的能量C．草與兔所處營養(yǎng)級之間的能量傳遞效率為16% D．兔子的糞便中含有草的部分同化量4．（多選題）某小組通過調(diào)查森林中的動植物繪制出的食物網(wǎng)如圖所示。剛開始，狐貍食物的1/2來自灰喜鵲，其余1/2來自松鼠。后來變?yōu)?/3來自灰喜鵲，其余2/3來自松鼠。下列相關(guān)敘述正確的是（）A．調(diào)整前狐貍要獲得1kJ能量，至少需要消耗樹木75kJ的能量B．調(diào)整后狐貍要獲得1kJ能量，至少需要消耗樹木175/3kJ的能量C．調(diào)整食物來源后，更有利于狐貍的生存D．調(diào)整能量流動關(guān)系可以提高能量傳遞效率5．表是某生態(tài)系統(tǒng)中A~F各個種群能量數(shù)值（單位：102kJ/m2·a），且每個種群只處于一個營養(yǎng)級，已知F為分解者，下列敘述正確的是（

）ABCDEF用于生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量數(shù)值66.22.1408.50.81.921.1呼吸作用消耗的能量數(shù)值74.69.7554.31.69.5211.0A．生產(chǎn)者同化的能量為1.1392×105kJ/m2·aB．B與E的種間關(guān)系為捕食關(guān)系C．D屬于三級消費(fèi)者，位于第四營養(yǎng)級D．第一營養(yǎng)級到第二營養(yǎng)級能量的傳遞效率約為10%6．如圖為某生態(tài)系統(tǒng)的能量流動過程圖解，N1、N2、N3表示同化能量值。下列敘述正確的是（）A．流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為N1B．圖中A表示“未利用”，指未被生物自身呼吸作用消耗的能量C．人為