2024-2025學(xué)年高中生物第5章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動學(xué)案新人教版必修3

PAGE12-第2節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌學(xué)問點(diǎn)一生態(tài)系統(tǒng)能量流淌的概念和過程[新知導(dǎo)學(xué)]1．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。2．過程(1)輸入eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(能量來源：太陽能,輸入生物：生產(chǎn)者,主要方式：光合作用,能量轉(zhuǎn)化：光能→化學(xué)能))(2)某一養(yǎng)分級攝入能量的去向：(3)過程圖解：通過上述圖解可以看出，初級消費(fèi)者、次級消費(fèi)者、三級消費(fèi)者能量流淌相同的三個去向是：①通過呼吸作用以熱能的形式散失。②被下一養(yǎng)分級同化。③被分解者分解利用。1．結(jié)合教材P94圖5－6思索：(1)初級消費(fèi)者攝入的能量是其同化量嗎？它們之間存在什么關(guān)系？(2)初級消費(fèi)者糞便中的能量是其同化量的一部分嗎？為什么？提示：(1)初級消費(fèi)者攝入的能量不等于其同化量，它們之間存在的關(guān)系是：同化量＝攝入量－糞便量。(2)不是，初級消費(fèi)者糞便中的能量不屬于其同化的能量，而是屬于生產(chǎn)者所同化的能量。2．整個生態(tài)系統(tǒng)中能量會因散失而削減，它主要是指哪個生理過程？以什么形式散失？提示：整個生態(tài)系統(tǒng)中的能量主要是通過呼吸作用以熱能形式散失。[重難探究]1．能量流淌過程分析

2.能量流淌過程圖解(1)模式圖：(2)分析圖。①動物同化的能量＝攝入量－糞便中有機(jī)物的能量，即其次養(yǎng)分級糞便中的能量不屬于其次養(yǎng)分級同化的能量。②每一養(yǎng)分級同化的能量分為兩部分，一部分在自身的呼吸作用中以熱能的形式散失了，一部分則用于自身的生長、發(fā)育和繁殖等生命活動。③用于自身生長、發(fā)育和繁殖等生命活動的能量主要包括未利用部分、流向分解者部分、流向下一養(yǎng)分級部分。④未利用部分是指存在于某養(yǎng)分級活體中的能量，既未被自身呼吸消耗，也未傳給下一養(yǎng)分級，也未被分解者利用。攝入量、同化量和糞便量攝入量＝同化量＋糞便量↓↓↓eq\a\vs4\al(動物攝取的食,物中所含的能,量，即動物所吃,食物中的能量)eq\a\vs4\al(動物經(jīng)消化道消,化、汲取后所獲,得的能量，即動,物攝食后轉(zhuǎn)化為,自身的能量)eq\a\vs4\al(動物所攝入食,物中未被消化、,汲取部分中的,能量，即食物殘,渣中的能量)[典題演練]1．下圖為生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌的部分示意圖，①②③④⑤各代表確定的能量值。下列各項中正確的是(D)A．在人工飼養(yǎng)的高密度魚塘中⑤確定大于①B．④中包含了次級消費(fèi)者糞便中的能量C．在食物鏈中各養(yǎng)分級獲得能量的方式及能量的用途完全相同D．②>③＋④解析：人工飼養(yǎng)的高密度魚塘中除了生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能外，還須要給魚類添加食物；④指次級消費(fèi)者所同化的能量中被分解者利用的能量，次級消費(fèi)者同化的能量不包括次級消費(fèi)者糞便中的能量；生產(chǎn)者通過光合作用固定太陽能，消費(fèi)者通過捕食獲得能量；流入次級消費(fèi)者的能量②＝流向三級消費(fèi)者的能量③＋流向分解者的能量④＋次級消費(fèi)者呼吸作用散失的能量。2．下圖為草原生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌圖解模型，A、B、C分別表示流入各養(yǎng)分級生物的能量，D、E、F分別表示各養(yǎng)分級生物用于生長、發(fā)育和繁殖的能量，G、H、I分別表示草、兔子、狼呼吸作用消耗的能量，J、K、L分別表示流入分解者的能量。下列說法中，正確的是(B)A．圖中A＝D，B＝E，C＝FB．K中能量包括兔子尸體及狼糞便中的能量C．食物鏈中能量最少的是分解者所處的養(yǎng)分級D．第一養(yǎng)分級與其次養(yǎng)分級間的能量傳遞效率是E/D解析：圖中應(yīng)是A>D，B>E，C>F；兔子同化的能量一部分被分解者利用，另一部分流向次級消費(fèi)者(狼)，狼糞便中的能量也是兔子同化的，可以流向分解者；食物鏈中能量最少的是狼所處的養(yǎng)分級；第一養(yǎng)分級與其次養(yǎng)分級間的能量傳遞效率是B/A。學(xué)問點(diǎn)二能量流淌的特點(diǎn)和意義[新知導(dǎo)學(xué)]1．能量流淌的特點(diǎn)(1)特點(diǎn)：①單向流淌：沿食物鏈由低養(yǎng)分級流向高養(yǎng)分級，不行逆轉(zhuǎn)，也不能循環(huán)流淌。②逐級遞減：能量在沿食物鏈流淌的過程中逐級削減，傳遞效率為10%～20%。(2)結(jié)果：養(yǎng)分級越多，在能量流淌過程中消耗的能量就越多，生態(tài)系統(tǒng)中的能量流淌一般不超過4～5個養(yǎng)分級。(3)能量金字塔：將單位時間內(nèi)各個養(yǎng)分級所得到的能量數(shù)值，由低到高繪制成的一個金字塔圖形。2．能量流淌的意義(1)幫助人們科學(xué)規(guī)劃、設(shè)計人工生態(tài)系統(tǒng)，使能量得到最有效的利用。(2)幫助人們合理地調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)中的能量流淌關(guān)系，使能量持續(xù)高效地流向?qū)θ祟愖钣幸娴牟糠帧?．結(jié)合教材P95圖5－8思索下列問題：(1)能量流淌在生產(chǎn)者與植食性動物之間以及在植食性動物與肉食性動物之間的傳遞效率是多少？能總結(jié)出能量傳遞效率的計算公式嗎？(2)流入某一養(yǎng)分級的能量，為什么不能百分之百地流到下一個養(yǎng)分級？提示：(1)13.5%,20%；計算公式：相鄰養(yǎng)分級間傳遞效率＝eq\f(下一養(yǎng)分級同化量,本養(yǎng)分級同化量)×100%。(2)①大部分能量通過呼吸作用以熱能的形式散失。②遺體遺物被分解者分解利用。③還有一部分能量未被利用。4．假如把每個養(yǎng)分級的生物量及生物數(shù)量關(guān)系用能量金字塔的方式表示出來，是不是也是正金字塔形？有沒有例外？提示：一般狀況下，也是正金字塔形。但是有時候會出現(xiàn)倒置的塔形。例如，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，由于生產(chǎn)者(浮游植物)的個體小，壽命短，又會不斷地被浮游動物吃掉，所以某一時刻調(diào)查到的浮游植物的生物量可能低于浮游動物的生物量。當(dāng)然，總的來看，一年中流過浮游植物的總能量還是比流過浮游動物的要多。同理，成千上萬只昆蟲生活在一株大樹上，該數(shù)量金字塔的塔形也會發(fā)生倒置。[重難探究]1．能量流淌特點(diǎn)及緣由分析(1)單向流淌。①捕食關(guān)系不能逆轉(zhuǎn)，且散失的熱能不能利用。②各養(yǎng)分級的能量總是趨向于以呼吸作用產(chǎn)生熱能而散失掉。由于熱能不能被綠色植物作為光合作用的能源，所以流經(jīng)整個生態(tài)系統(tǒng)的能量必需由太陽能不斷予以補(bǔ)充。(2)逐級遞減。①各養(yǎng)分級的生物都會因為呼吸作用散失相當(dāng)大的一部分能量。②各養(yǎng)分級總有一部分能量未被下一養(yǎng)分級的生物利用。③還有少部分能量流向分解者。(3)能量傳遞效率：10%～20%。計算方法：能量傳遞效率＝eq\f(下一養(yǎng)分級的同化量,上一養(yǎng)分級的同化量)×100%。2．有關(guān)能量的計算(1)能量在食物鏈中傳遞的計算。①在一條食物鏈中，若某一養(yǎng)分級的總能量為n，則最多傳到下一養(yǎng)分級的能量為n·20%(或0.2n)，最少為n·10%(或0.1n)。②在一條食物鏈中，某一養(yǎng)分級的能量為n，須要前一養(yǎng)分級的能量至少為n÷20%＝5n，最多為n÷10%＝10n。(2)能量在食物網(wǎng)中傳遞的計算。①若一食物網(wǎng)中，已知最高養(yǎng)分級增重為N。a．要求最多消耗第一養(yǎng)分級多少時，按最長食物鏈，最低傳遞效率計算。b．要求至少消耗第一養(yǎng)分級多少時，按最短食物鏈，最高傳遞效率計算。②若一食物網(wǎng)中，已知第一養(yǎng)分級總能量為M。a．要求最高養(yǎng)分級最多獲得多少能量時，應(yīng)按最短食物鏈，最高傳遞效率計算。b．要求最高養(yǎng)分級最少獲得多少能量時，應(yīng)按最長食物鏈，最低傳遞效率計算。(1)能量傳遞的效率為10%～20%，它是指在不同的養(yǎng)分級之間，而不是指在兩個具有捕食關(guān)系的種群之間。(2)同一食物鏈不同環(huán)節(jié)能量傳遞效率往往不完全相同，計算時不能按10%或20%，而需按詳細(xì)數(shù)值計算，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的能量為M×a%×b%×c%。[典題演練]3．下列四種現(xiàn)象中，不相宜用生態(tài)系統(tǒng)中能量流淌規(guī)律進(jìn)行合理分析的是(B)A．虎等大型肉食動物簡單成為瀕危物種B．藍(lán)藻易在富養(yǎng)分化水體中爆發(fā)C．飼養(yǎng)牛、羊等動物，成本低、產(chǎn)量高D．巨大的藍(lán)鯨以微小的浮游動物為食解析：大型肉食動物因處于高養(yǎng)分級，依據(jù)能量流淌的特點(diǎn)，其獲得的總能量較少，個體數(shù)量一般也較少，若受到外界因素影響，簡單成為瀕危物種，A項正確；藍(lán)藻易在富養(yǎng)分化水體中爆發(fā)，是由于水體中含N、P等元素較多，不能運(yùn)用能量流淌的規(guī)律分析，B項錯誤；羊和牛等動物從植物中干脆獲得能量，消耗能量少，所需成本較低，符合能量流淌規(guī)律，C項正確；藍(lán)鯨個體較大，以浮游動物為食，能量便由浮游動物流向了藍(lán)鯨，可保證藍(lán)鯨維持確定的種群數(shù)量，符合能量流淌規(guī)律，D項正確。4．某同學(xué)繪制了如圖所示的能量流淌圖解，下列敘述正確的是(A)A．生產(chǎn)者固定的總能量可表示為(A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2)B．由生產(chǎn)者到初級消費(fèi)者的能量傳遞效率為D2/W1C．初級消費(fèi)者攝入的能量為(A2＋B2＋C2)D．W1＝D1＋D2解析：生產(chǎn)者固定的總能量(W1)是流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)的總能量，W1＝A1＋B1＋C1＋D1，又因為D1＝A2＋B2＋C2＋D2，所以W1＝A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2，A正確；D1為初級消費(fèi)者的同化量，由生產(chǎn)者到初級消費(fèi)者的能量傳遞效率應(yīng)為D1/W1，B錯誤；初級消費(fèi)者攝入的能量應(yīng)大于其同化量，即大于A2＋B2＋C2＋D2，C錯誤；按最大能量傳遞效率20%計算，圖中的D1＝W1×20%，D2＝D1×20%＝W1×4%，所以D1＋D2＝W1×24%，故W1>D1＋D2，D錯誤。課題調(diào)研：模式圖類題目——生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌[典范例題]圖1為某湖泊生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔簡圖，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的養(yǎng)分級，M1、M2代表不同的能量形式；圖2表示能量流經(jīng)該生態(tài)系統(tǒng)某一養(yǎng)分級的變更示意圖，其中a～g表示能量值。請據(jù)圖作答：(1)圖1中，M1、M2表示的能量形式分別為________、________。通常狀況下，位于養(yǎng)分級Ⅳ的生物個體數(shù)量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于Ⅲ，主要緣由是__________________________________。(2)圖2中，若A表示圖1中養(yǎng)分級Ⅱ所攝入的全部能量，則B表示________，C表示________；若圖1中養(yǎng)分級Ⅰ所固定的太陽能總量為y，則養(yǎng)分級Ⅰ、Ⅱ間的能量傳遞效率是________(用圖中所給字母的表達(dá)式表示)。(3)由圖2可以總結(jié)誕生態(tài)系統(tǒng)能量流淌的主要特點(diǎn)是__________________________________。(4)若圖1養(yǎng)分級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一種生物甲、乙、丙，構(gòu)成食物關(guān)系如圖3。其中，甲能量中比例為X的部分干脆供應(yīng)應(yīng)丙，則要使丙能量增加AkJ，最多須要消耗甲的能量為________kJ(用所給字母的表達(dá)式表示)。[模板構(gòu)建·思路導(dǎo)引]eq\a\vs4\al(識圖)圖1：最底層為第一養(yǎng)分級，以上依次為其次、第三、第四養(yǎng)分級；M1為進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的能量，M2為散失的能量。圖2：體現(xiàn)了該養(yǎng)分級能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程。圖3：食物網(wǎng)中包含2條食物鏈，甲為生產(chǎn)者，丙為最高養(yǎng)分級的消費(fèi)者。eq\a\vs4\al(轉(zhuǎn)化)(1)M1為外界進(jìn)入該生態(tài)系統(tǒng)的能量，為太陽能；M2為散失的能量，為熱能。(2)生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率為下一養(yǎng)分級的同化量比上一養(yǎng)分級的同化量。(3)有關(guān)能量的計算要留意題干限制條件。eq\a\vs4\al(應(yīng)用)(1)養(yǎng)分級Ⅳ的生物個體數(shù)量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于Ⅲ的緣由主要是可利用的能量少。(2)攝入的能量減去糞便量就是流入該養(yǎng)分級的能量，去向有呼吸作用散失，用于生長、發(fā)育和繁殖，后者一部分流入下一養(yǎng)分級，一部分被分解者利用。[規(guī)范答案·警示失誤](1)太陽能熱能養(yǎng)分級越高，可利用能量越少錯答：第三個空答為“高養(yǎng)分級動物個體大”錯因：理解問題不夠全面，只重視生物個體大小，而忽視養(yǎng)分級之間的能量傳遞關(guān)系。(2)Ⅱ同化的能量Ⅱ用于生長、發(fā)育和繁殖的能量b/y×100%錯答：第三個空答為“a/y×100%或b/a×100%”錯因：誤以為攝入量是流入該養(yǎng)分級的能量，其實攝入量減去糞便量才是流入該養(yǎng)分級的能量。(3)單向流淌、逐級遞減(4)100A/(1＋9X錯答：10錯因：忽視了限制條件“比例為X的部分干脆供應(yīng)應(yīng)丙”，而干脆依據(jù)最短的食物鏈計算。一、選擇題1．生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌是指(C)A．太陽能被綠色植物固定的過程B．系統(tǒng)內(nèi)生物體能量代謝的過程C．生態(tài)系統(tǒng)中能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失過程D．能量從生物體進(jìn)入環(huán)境的過程解析：生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌是指能量的輸入、傳遞、轉(zhuǎn)化和散失的過程，其伴隨著物質(zhì)循環(huán)的進(jìn)行而進(jìn)行。二者的關(guān)系是：物質(zhì)是能量的載體，能量流淌推動物質(zhì)循環(huán)。選項A、B、D均屬能量流淌中的一個環(huán)節(jié)，不能代表整個系統(tǒng)的能量流淌，只有C項能反映能量流淌的過程。2．關(guān)于生物的同化量的敘述正確的是(D)A．從上一養(yǎng)分級流入該養(yǎng)分級的總能量B．食物消化后糞便中的總能量C．從上一養(yǎng)分級攝入的能量D．從消化道汲取后合成有機(jī)物中的能量解析：生物的同化量是指生物從上一養(yǎng)分級中固定下來的能量，每一養(yǎng)分級的生物攝入體內(nèi)的能量，有一小部分能量存在于動物排出的糞便中，最終被分解者分說明放出來。3．初級消費(fèi)者體內(nèi)的能量，其去路不包括(B)A．用于自身生命活動B．被其次養(yǎng)分級的其他生物獲得C．通過呼吸作用消耗D．被分解者的呼吸作用發(fā)散到環(huán)境中解析：初級消費(fèi)者為其次養(yǎng)分級，其體內(nèi)的能量去向有三條途徑：自身呼吸以熱能形式散失；用于自身生長、發(fā)育和繁殖，進(jìn)而流入下一養(yǎng)分級；遺體、殘骸、排出物交給分解者后，經(jīng)分解作用散失掉，初級消費(fèi)者與其次養(yǎng)分級的其他生物為競爭關(guān)系，而非捕食關(guān)系。4．下圖為某一生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表不同的養(yǎng)分級，E1、E2代表能量的形式。下列敘述正確的是(C)A．Ⅰ是初級消費(fèi)者B．Ⅳ為分解者C．E1為太陽能，E2為熱能D．能量可在食物鏈中循環(huán)利用解析：生態(tài)系統(tǒng)的能量金字塔是由生產(chǎn)者和各級消費(fèi)者構(gòu)成的，不包括分解者，生產(chǎn)者位于金字塔的底層，所以A、B錯；能量在食物鏈中流淌是不循環(huán)的，不能循環(huán)利用，D錯；E2為生產(chǎn)者和各級消費(fèi)者呼吸作用釋放出的熱能，E1為太陽能，C正確。5．依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，下列敘述錯誤的是(C)A．“?；~塘”生態(tài)系統(tǒng)與一般水稻生態(tài)系統(tǒng)相比實現(xiàn)了能量多級利用B．人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)中消費(fèi)者同化的能量往往大于生產(chǎn)者所固定的太陽能C．水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，為充分利用生產(chǎn)者所固定的能量，應(yīng)以食物鏈長的魚類為養(yǎng)殖對象D．養(yǎng)分級越高的生物種群體內(nèi)積累的有毒物質(zhì)越多，所獲得的能量越少解析：“?；~塘”生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)了能量的多級利用，A項正確；人工魚塘生態(tài)系統(tǒng)中由于投放餌料，消費(fèi)者同化的能量往往大于生產(chǎn)者所固定的太陽能，B項正確；水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，應(yīng)以食物鏈短的魚類為養(yǎng)殖對象，C項錯誤；依據(jù)生物富集作用和能量逐級遞減規(guī)律，養(yǎng)分級越高的生物種群體內(nèi)積累的有毒物質(zhì)越多，所獲得的能量越少，D項正確。二、非選擇題6．某種植玉米的農(nóng)場，其收獲的玉米子粒既作為雞的飼料，也作為人的糧食，玉米的秸稈則加工成飼料喂牛，生產(chǎn)的牛和雞供人食用。人、牛、雞的糞便經(jīng)過沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣作為能源，沼渣、沼液作為種植玉米的肥料。據(jù)此回答(不考慮空間因素)：(1)請繪制由雞、牛、玉米和人組成的食物網(wǎng)；答案：(2)牛與雞之間無(有、無)競爭關(guān)系，理由是它們所需食物資源不同(或牛食玉米秸稈、雞吃玉米子粒)。人與雞的種間關(guān)系是捕食與競爭，人與牛的種間關(guān)系是捕食。(3)流經(jīng)該農(nóng)場生態(tài)系統(tǒng)的總能量來自玉米所固定的太陽能，無機(jī)環(huán)境中的碳以CO2形式進(jìn)入該人工群落。(4)假設(shè)該農(nóng)場將生產(chǎn)玉米的1/3作為飼料養(yǎng)雞，2/3供人食用，生產(chǎn)出的雞供人食用?，F(xiàn)調(diào)整為2/3的玉米養(yǎng)雞，1/3供人食用，生產(chǎn)出的雞仍供人食用。理論上，該農(nóng)場供給的人數(shù)將會削減(增多、不變、削減)，理由是變更用途的1/3玉米被雞食用后，在雞這一環(huán)節(jié)散失了一部分能量，導(dǎo)致人獲得的能量削減。解析：該農(nóng)場中玉米是生產(chǎn)者，雞和牛是初級消費(fèi)者，人是初級消費(fèi)者和次級消費(fèi)者，由雞、牛、玉米和人組成的食物網(wǎng)不難寫出。牛吃的是玉米的秸稈加工成的飼料，雞吃的是玉米子粒，牛與雞之間無競爭關(guān)系，同理牛與人之間也無競爭關(guān)系，但人與牛之間有捕食關(guān)系。人與雞的食物都是玉米粒，人也可以雞為食，所以人與雞之間既有競爭關(guān)系，又有捕食關(guān)系。在生態(tài)系統(tǒng)中總能量來自綠色植物所固定的太陽能，無機(jī)環(huán)境中的碳以CO2形式進(jìn)入生物群落。在生