2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第二册 第3章 第2节 第2课时　生态金字塔和研究能量流动的实践意义（含解析）

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第2课时　生态金字塔和研究能量流动的实践意义[学习目标]　1.用生态金字塔表征生态系统中各营养级间的能量、生物量或数量等关系。2.概述研究生态系统能量流动的意义。一、生态金字塔1．类型：能量金字塔、生物量金字塔、数量金字塔。2．能量金字塔(1)概念：如果将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积(或体积)的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。(2)特点：通常呈上窄下宽的金字塔形。3．生物量金字塔(1)概念：如果用同样的方法表示各个营养级生物量(每个营养级所容纳的有机物的总干重)之间的关系，就形成生物量金字塔。(2)特点：大多是上窄下宽的金字塔形。4．数量金字塔(1)概念：如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。(2)特点：一般呈上窄下宽的金字塔形，但也可呈上宽下窄倒置的金字塔形，如昆虫和树。判断正误(1)由于能量在流动的过程中逐级递减，所以营养级越高，该营养级的总能量及生物的数量就会越少(　　)(2)生物量金字塔、数量金字塔同能量金字塔一样都是正置的(　　)答案　(1)×　(2)×任务一：生态金字塔的模型构建1．请同学们将赛达伯格湖的能量流动数据，用相应面积的图形表示，并按营养级由低到高排列。赛达伯格湖的能量流动数据分析[单位：J/(cm2·a)]提示　如图所示2．生态学家调查了不同生态系统中的生物个体数量和生物量(调查数据中排除了微生物和土壤动物)，所得数据如表格所示。P代表生产者，C1、C2、C3依次代表初级、次级和三级消费者。资料1　夏季两个生态系统的生物个体数量统计表，单位为个·hm－2。(1)请根据资料1，分别建构这两个生态系统的数量金字塔。提示　某草地：某温带森林：资料2　夏季两个生态系统的生物量统计表，单位为g·m－2。(2)根据资料2，分别建构两个生态系统的生物量金字塔。提示　某湖泊：某海峡：(3)分析数量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示　当生产者个体比消费者个体大得多时，数量金字塔经常是倒置的。(4)分析生物量金字塔出现上宽下窄倒置的金字塔形的原因。提示　海洋生态系统中，浮游植物个体小，世代周期短，又不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物的生物量。当然，总的来看，一年中浮游植物的总的生物量还是比浮游动物的多。　生态金字塔的类型和特点1.如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是(　　)A．Ⅰ是消费者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答案　C解析　据图分析可知，Ⅰ是生产者，处于第一营养级，A错误；Ⅳ为三级消费者，处于第四营养级，B错误；E1为太阳能，用于植物的光合作用，E2为热能，是生物呼吸作用产生的，C正确；能量在食物链中是单向流动的，不能循环利用，D错误。2．甲、乙、丙、丁是某同学绘制的生态金字塔。下列与之相关的说法，错误的是(　　)A．生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，基本呈现图丙所示形态B．由于能量流动具有逐级递减的特征，能量金字塔通常呈现图丙所示形态C．不能用图甲表示生物数量金字塔D．生态金字塔中每一层代表一个营养级，分解者不包含在其中答案　C解析　生态金字塔包括能量金字塔、生物量金字塔和数量金字塔，大多数情况下呈现图丙所示的正金字塔形，A正确；能量沿食物链(网)流动时逐级递减，因此能量金字塔通常呈现正金字塔形，B正确；某些食物链，如树→虫→鸟，其数量金字塔可能如图甲，C错误；生态金字塔表示不同营养级上能量、生物量或数量的关系，不包含分解者，D正确。二、研究能量流动的实践意义1．可以帮助人们将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。例如，间作套种、多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。2．可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。例如，秸秆喂牲畜；粪便制作沼气；沼渣肥田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。3．还可以帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。例如，合理确定草场载畜量、麦田除草、除虫等。判断正误(1)拔去田地中的杂草是人为地调整能量流动的方向，提高生态系统的能量传递效率(　　)(2)利用农作物秸秆培育蘑菇，实现了生态系统中能量的循环利用(　　)(3)研究能量流动，可调整能量流动关系，使生产者固定的能量全部流向人类(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)×任务二：研究能量流动的实践意义资料　“稻—鸭—萍”共作是一种新兴的生态农业模式，是在稻鸭共作的基础上，放养营养含量高且不占用水稻生长空间的红萍而形成的。其具有以下优点：(1)可以固氮富钾，红萍既可以从空气中固定氮，又能从水中富集钾，可提供水稻正常生长所需的70%的氮素和70%的钾素，并为鸭子提供饲料。(2)鸭子可以食用杂草，可大大减少多种水田杂草的发生和危害。(3)可以除虫，鸭子可以食用田间害虫，减少了害虫对水稻的危害，同时鸭子排出的粪便可以起到增肥的作用。总之， “稻—鸭—萍”立体农业利用生物间的相互关系，充分利用空间，将不同生物种群组合在一起，实现了多物种共存、多层次配置，提高了水田的物质能量利用率，具有明显的经济效益、生态效益和社会效益。1．从能量流动的角度分析，“稻—鸭—萍”共作模式与稻鸭共作模式相比，引入红萍有什么意义？提示　在空间上进行合理配置，增大流入生态系统的总能量。2．从能量流动的角度分析，稻田除草、除虫的意义是什么？提示　调整生态系统的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。3．图一是传统农业对水稻秸秆的利用示意图，图二为现代农业对秸秆的利用示意图。据图回答问题：从能量利用的角度分析，现代农业相较于传统农业有什么优势？提示　现代农业实现了对能量的多级利用，从而大大提高了能量的利用率。　能量传递效率与能量利用率的区别(1)能量传递效率①含义：生态系统中能量在相邻两个营养级间的传递效率约为10%～20%，即输入某一营养级的能量中，只有10%～20%的能量流到下一营养级(最高营养级除外)。②计算公式能量传递效率＝eq \f(某一营养级同化量,上一营养级同化量)×100%。(2)能量利用率①一般指流入最高营养级(或人类)的能量占生产者固定总能量的比值。②一般来说，食物链越短，能量利用率越高。③有时考虑分解者的参与，使营养结构更复杂，以实现能量的多级利用，从而提高能量的利用率。3．下列关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述，错误的是(　　)A．除虫、除草可以让农田生态系统中的能量更多地流向对人类更有益的部分B．多途径利用农作物可以实现对生态系统中能量的多级利用C．根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量，从而保持畜产品的持续高产D．“桑基鱼塘”的生产方式，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环，将提高能量传递效率答案　D解析　“桑基鱼塘”的生产方式，在桑、蚕、鱼之间形成良性循环，使能量得到多级利用，提高了整体的能量利用率，但不能提高能量传递效率，D错误。4．茶树菇味道鲜美，常生长在油茶树枯朽的树桩上。某林场尝试在树下套种茶树菇，并用桐树、柳树、杨树脱落的枝叶制作培养基。下列相关叙述正确的是(　　)A．油茶树枯朽树桩中的能量不属于油茶树的同化量B．生长在油茶树树桩上的茶树菇属于生态系统中的分解者C．套种措施可以提高树木和茶树菇对阳光等资源的利用率D．该林场提高了能量的传递效率，实现了能量的多级利用答案　B解析　油茶树枯朽树桩中的能量属于油茶树的同化量中流向分解者的部分，A错误；茶树菇属于分解者，不能直接利用阳光，C错误；该林场的做法实现了能量的多级利用，提高了能量的利用率而不是传递效率，D错误。题组一　生态金字塔1．(2022·广东深圳高二月考)下列关于生态金字塔的叙述，正确的是(　　)A．生态金字塔显示了各营养级之间的某种数量关系B．生态金字塔中每个营养级的生物均属于同一食物链C．生态金字塔中的营养级均按其所占的数值大小依次排列D．生态金字塔可分别以个体数量、生产量和能量为指标绘制答案　A解析　生态系统中各种生物构成错综复杂的食物网，生态金字塔中每个营养级的生物可能属于不同的食物链，B错误；生态金字塔中的能量金字塔各营养级均按其所占的能量数值大小依次排列，C错误；生态金字塔可分别以各营养级的个体数量、生物量和能量为指标绘制，D错误。2．如果食物链上各营养级均以生物个体的数量来表示，并以食物链起点的生物个体数作底层来绘制数量金字塔，则只有两个营养级的夏季草原生态系统(假设第一营养级是牧草，第二营养级是羊)和森林生态系统(假设第一营养级是乔木，第二营养级是昆虫)数量金字塔的形状最可能是(　　)A．前者与能量金字塔塔形相似，后者与能量金字塔塔形不同B．前者与能量金字塔塔形不同，后者与能量金字塔塔形相似C．前者与后者都与能量金字塔塔形相似D．前者与后者都与能量金字塔塔形不同答案　A3.某湖泊的能量金字塔如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)A．该能量金字塔中的a、c分别代表生产者、三级消费者B．图中所有生物构成一条食物链C．一个生态系统中营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多D．对于森林生态系统来说，往往一棵树上栖息着很多昆虫，该生态系统中的能量金字塔呈倒置状态答案　C解析　由题图可知，c为次级消费者，处于第三营养级，A错误；图中所有生物构成多条食物链，B错误；能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，故一个生态系统中营养级越多，能量流动过程中消耗的能量就越多，C正确；对于一个自然生态系统来说，它的总能量是生产者固定的太阳能，且能量沿营养级传递时是逐级递减的，因此按营养级由低到高绘制成的图仍然是下宽上窄的正金字塔形，D错误。4．如图a、b、c分别是某森林生态系统的生物数量金字塔、某草地生态系统的能量金字塔和某浮游生物群落的能量金字塔。下列分析不正确的是(　　)A．描述生态系统中各营养级之间的关系最好用b的形式B．一个相对稳定的森林生态系统会出现生产者数量少于消费者数量的现象C．相对稳定的生态系统需要持续接受外部的能量输入D．图c中的生产者与初级消费者之间的能量传递效率为10%～20%答案　D解析　从图c可以看出，生产者与初级消费者之间的能量传递效率为eq \f(142,8 690)×100%≈1.63%，远远低于10%，D错误。5．下列哪种情况最可能会出现倒金字塔形(　　)A．生物量金字塔，其生产者的生活史比消费者的要短得多B．能量金字塔，组成该生态系统的各营养级生物的种类极多C．数量金字塔，由生活在温带草原上的各种生物组成的一个复杂的食物网D．海洋中的能量金字塔，其中生产者个体小，繁殖快，可整个被浮游动物吞食和消化答案　A解析　生物量金字塔是以每个营养级的生物量绘制的金字塔，由于某些单细胞生物的生命周期短，不积累生物量，而且在测定生物量时是以现存量为依据的，所以在海洋生态系统中会出现倒置的金字塔，即出现浮游动物生物量多于浮游植物，A正确；自然生态系统中的能量金字塔不会倒置，B、D错误；由生活在温带草原上的各种生物组成的一个复杂的食物网，以这个食物网中各个营养级的个体数量为依据绘制的数量金字塔不是倒置的，C错误。题组二　研究能量流动的实践意义6．下列关于生态系统能量流动的原理在实践中的应用的叙述，错误的是(　　)A．除虫、除草可以让农田生态系统中的能量流向对人类最有益的部分B．农田生态系统中的间种套作可充分利用空间和资源，增大流入该生态系统的总能量C．根据草场能量流动的特点，可以合理确定草场的载畜量D．沼渣、沼液作为肥料还田，能使能量循环利用答案　D解析　除虫、除草合理地调整了生态系统中的能量流动关系，使能量尽可能多地流向对人类最有益的部分，A正确；农田生态系统中的间种套作，可充分利用空间和资源，增大流入该生态系统的总能量，从而获得更大的收益，B正确；根据草场能量单向流动、逐级递减的特点，可以合理确定草场的载畜量，从而保持畜产品的持续高产，C正确；沼渣、沼液作为肥料还田，能使物质循环利用，能量多级利用，提高能量的利用率，D错误。7．如图是近年在某地试验成功并大范围推广的生态农业模式。下列有关此生态系统的叙述，错误的是(　　)A．图中位于第二营养级的生物有螺、昆虫、鸭B．鸭和螺之间是捕食与种间竞争关系C．该生态系统中鸭所同化的能量来自生产者固定的太阳能和饲料中的化学能D．拔去田地中的野草可以提高生态系统的能量传递效率答案　D解析　拔去田地中的野草是人为地调整能量流动的方向，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分，可以提高生态系统中能量的利用率，但不能提高生态系统的能量传递效率，D错误。8．如表为稻田适度养鱼对水稻产量和稻田土壤有机质含量影响的实验结果。下列说法正确的是(　　)A.该稻田中水稻→鱼→人构成的食物链可以提高能量的传递效率B．在该稻田中，鱼吃掉稻田中的害虫和杂草，使水稻产量提高C．稻田养鱼使水稻能从土壤中吸收更多鱼粪中的有机质，提高水稻产量D．与普通稻田相比，稻田养鱼可以降低稻田生态系统营养结构的复杂程度答案　B解析　能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，缩短食物链不能提高能量的传递效率，A错误；鱼的粪便作为肥料可提高稻田土壤中有机质的含量，但水稻不能直接吸收鱼粪中的有机质，C错误；稻田养鱼能增加该生态系统中的物种丰富度，使稻田生态系统中的营养结构复杂程度提高，D错误。9．若一个相对封闭的生态系统中各营养级共有五个种群，其能量调查结果如表所示。根据表格数据，能得出的结论是(　　)A.甲的生物量一定比乙小B．5种生物形成的食物链是：戊→乙→丙→甲→丁C．甲一定是初级消费者D．乙和丙是种间竞争关系答案　D解析　分析表中的数据可知，戊的能量最多，乙和丙次之，甲第三，丁最少。结合能量流动的特点可知，乙和丙都处于第二营养级，两者最可能是种间竞争关系，所以这5种生物所形成的食物网是：，其中戊是生产者，甲属于次级消费者，丁处于最高营养级。生物量是指某一时间单位面积或体积栖息地内每个营养级所容纳的有机物的总干重，因为乙只是第二营养级中的部分生物个体，所以甲的生物量不一定小于乙。10．(2023·广西南宁高二期末)如图为以亚马孙热带雨林的相关数据建构的生态金字塔示意图(图中C1、C2代表不同营养级)。下列有关叙述正确的是(　　)A．消费者C2粪便中的能量可被生产者同化利用B．生态系统生物数量金字塔可能会出现倒置现象C．部分C1同化的能量以遗体和自身粪便中化学能的形式流向分解者D．图中C1到C2的能量传递效率为25%答案　B解析　消费者C2粪便中的能量不能被生产者同化利用，只能被分解者利用，A错误；生态系统生物数量金字塔可能会出现倒置现象，比如树和虫子的关系，作为消费者的虫子数量远多于生产者树的数量，B正确；部分C1同化的能量以遗体的形式流向分解者，自身粪便中的化学能不属于C1的同化量，属于上一营养级的同化量，即生产者的同化量，C错误；能量传递效率是指相邻两个营养级间的同化量的比值，图中C1和C2的能量并非同化量，故无法计算两者间的能量传递效率，D错误。11．(2023·北京丰台区高二期末)如图Ⅰ和图Ⅱ分别表示水生生态系统和陆地生态系统的某种生态金字塔，a、b、c、d代表不同营养级。下列有关叙述错误的是(　　)A．图Ⅰ不可能是生物量金字塔B．图Ⅱ可能是生物数量金字塔C．图Ⅰ和图Ⅱ通常不能表示能量金字塔D．a代表第一营养级，属于生产者答案　A解析　生物量金字塔有可能呈现图Ⅰ形式，比如海洋浮游植物个体小，寿命短，又会不断被浮游动物捕食，故某一时间测得的海洋浮游植物的生物量可能小于浮游动物，A错误；金字塔Ⅱ可能是生物数量金字塔，如1棵大树和树上的昆虫，昆虫的数量远远大于大树，B正确；图Ⅰ和图Ⅱ通常都不能表示能量金字塔，因为能量金字塔通常是上窄下宽的正金字塔形，C正确；a表示金字塔的最底端，代表生态系统的第一营养级，属于生产者，D正确。12．图甲为某自然生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值。据图分析，下列相关叙述错误的是(　　)A．图甲中m1、m2表示的能量形式分别为太阳能、热能B．图乙中，若A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则C表示流向下一营养级的能量C．该生态系统必须当能量状况表现为下宽上窄的正金字塔形时，方可维持正常运转D．若该自然生态系统为一湖泊，经过若干年后演变为一森林，此属于种群的次生演替答案　B解析　C表示营养级Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量，B错误；若该自然生态系统为一湖泊，由于环境因素的变迁，经过若干年后演变为一森林，此属于群落的次生演替，D正确。13.请根据生态系统中甲、乙两个营养级的能量流动示意图，回答下列问题：(1)生态系统的结构包括________________________________，生态系统最基本的生物成分是____________。(2)美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动进行了__________，并发现了能量流动的两个明显的特点为____________和__________________________________________。(3)图示中a～e表示能量值。乙粪便中食物残渣的能量包含在________(填图中字母)中，乙用于生长、发育和繁殖的能量值可表示为____________(用图中字母和计算符号表示)。(4)研究生态系统的能量流动时，如研究农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚、稻—萍—蛙等立体农业生产方式可以帮助人们_________________________________________________________________________________________________________________；研究生态系统的能量流动，如研究沼气工程，则可以帮助人们____________________________________________________________________________________________；研究生态系统的能量流动，如研究合理确定草场的载畜量，还可以帮助人们________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)生态系统的组成成分和营养结构　生产者　(2)定量分析　能量流动是单向的　能量在流动过程中逐级递减　(3)c　a－b　(4)将生物在时间、空间上进行合理配置，增大流入该生态系统的总能量　科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用　合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分14．研究小组对某人工鱼塘中部分生物的种群数量进行了调查，并对其消化道内的食物组成分析后获得如图所示的食物网。研究发现，适当提高光能利用率、增加饲料投放量，均可使鱼产量大幅度提高。请回答下列问题：(1)流经该鱼塘生态系统的能量来自___________________________________。“青草鲢鳙”四大家鱼混合放养，影响其分布的主要因素是__________________。(2)小龙虾属于杂食性动物，可取食浮游植物和其他水生植物，也捕食鱼塘中的B，小龙虾与B的种间关系是______________________。在小龙虾入侵该鱼塘后，如果放弃对该鱼塘的管理，预期小龙虾的种群数量将出现的变化是________________________。(3)假设A的同化量以相同的比例来自各条食物链(相邻营养级之间的能量传递效率均以20%计算)，当A同化129 kJ的能量时，则共需浮游植物和其他水生植物同化的能量为____________kJ。(4)在混合放养的鱼塘中加入肉食性的乌鱼，从能量流动的角度分析是否有利，并简要说明原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)生产者固定的太阳能和人工输入的有机物中的能量　食物和栖息空间　(2)捕食和种间竞争　先增加后减少最后稳定　(3)2 365　(4)不利，乌鱼捕食其他鱼类，增加了营养级，使流向人类的能量减少解析　(1)该鱼塘生态系统属于人工生态系统，故流经该鱼塘生态系统的能量来自生产者(浮游植物和其他水生植物)固定的太阳能和人工输入的有机物(饲料)中的能量。影响动物垂直分层的主要因素是食物和栖息空间。(2)小龙虾属于杂食性动物，即可取食水生植物，也对鱼塘中的B进行捕食，因而小龙虾与B的种间关系是捕食和种间竞争。(3)A同化129 kJ的能量，1/3来自浮游植物→B→A；1/3来自其他水生植物→C→A；1/3来自其他水生植物→A。能量传递效率为20%，则共需浮游植物和其他水生植物同化的能量为129×1/3÷20%＋129×1/3÷20%÷20%＋129×1/3÷20%÷20%＝2 365 (kJ)。能量分析生产者植食性动物肉食性动物输入能量464.662.812.6名称某草地某温带森林P15 000 0002 000C12 000 0001 500 000C2900 0001 200 000C31020名称某湖泊某海峡P964C11121C24—项目能量金字塔生物量金字塔数量金字塔形状每一层含义单位时间内，食物链中每一营养级生物所同化的能量的多少单位时间内，每一营养级生物所容纳的有机物的总干重每一营养级生物个体的数目特点通常都是上窄下宽的金字塔形一般为上窄下宽的金字塔形一般为上窄下宽的金字塔形象征意义能量在流动过程中逐级递减生物量(有机物的总干重)随食物链中营养级的升高而逐级递减生物个体的数目在食物链中随营养级升高而逐级递减特殊形状－海洋生态系统中，浮游植物个体小，寿命短，又会不断被捕食，因而某一时间调查到的生物量可能低于浮游动物，呈现倒置的金字塔形如果消费者个体小而生产者个体大，就会呈现倒置的金字塔形，如昆虫和树处理水稻产量/(kg·hm－2)土壤有机质/%稻田养鱼4 0232.72对照3 4742.56种群甲乙丙丁戊能量[107 kJ /(m2·a)]2.5013.309.800.28250.00