苏教版 (2019)选择性必修2 生物与环境第二节 生态系统的能量流动学案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修2 生物与环境第二节 生态系统的能量流动学案，共14页。学案主要包含了能量流动的概念和过程，生态系统能量流动的特点，生态金字塔，能量流动规律在生产中的应用等内容，欢迎下载使用。

一、能量流动的概念和过程
1．概念：生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2．能量流经第一营养级的过程
(1)输入：生产者通过光合作用将太阳光能转化为化学能，固定在有机物中。
(2)能量去向
①在植物的呼吸作用中以热能的形式散失。
②随着植物体的遗体(包括枯枝落叶)等被分散者分解而释放出来。
③通过初级消费者的取食而流入第二营养级。
3．能量流经第二营养级的过程
(1)输入：通过摄食生产者获得。
(2)去向
①通过呼吸作用以热能形式散失。
②以遗体、残骸和粪便的形式被分解者利用。
③被次级消费者捕食，流入下一营养级。
4．能量流动过程图解
(1)补充图中标号代表的内容
甲：生产者；乙：初级消费者；丙：次级消费者；丁：呼吸作用散失热能；戊：分解者。
(2)据图总结流入每一营养级的能量最终去向
①通过自身呼吸作用以热能形式散失。
②被下一营养级同化(最高营养级除外)。
③被分解者分解利用。
二、生态系统能量流动的特点
1．特点
(1)单向流动：指生态系统的能量只能从第一营养级流入第二营养级，再流入第三营养级……能量流动不可逆转，也不能循环。
(2)逐级递减：①能量在沿食物链从一个营养级流向下一个营养级的过程中逐级减少。
②因为受能量转化效率的限制，难以维持过高营养级消费者种群的生存对能量的需求，生态系统的食物链长度通常都是有限的。
2．能量传递效率
(1)能量在从一个营养级流入下一个营养级时，其传递效率平均只有10%～20%，部分能量以热能等形式散失掉。
(2)计算公式
相邻两个营养级间的能量传递效率＝eq \f(下一营养级同化量,上一营养级同化量)×100%。
三、生态金字塔
1．生态金字塔
(1)概念：反映食物链和食物网各营养级之间生物数量、质量和能量比例关系的图解模型。
(2)类型：生态金字塔有数量金字塔、生物量金字塔和能量金字塔三种基本类型。
2．数量金字塔
描述了某一时刻生态系统中各营养级的个体数量关系。
3．生物量金字塔
描述了某一时刻生态系统中各营养生物的质量关系。
4．能量金字塔
依据各营养级所含能量值的多少来构建的生态金字塔。
四、能量流动规律在生产中的应用
1．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的有效利用。
2．研究生态系统的能量流动，合理地优化生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对生产有益的部分，可以使农业生产获得更大的效益。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．能量通过光合作用和化能合成作用输入生态系统，通过呼吸作用输出生态系统。( )
2．能量在生态系统的食物链中是以热能的形式流动的。( )
3．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量。( )
4．生态系统中能量的初始来源只有太阳能。( )
5．农业生态系统中，沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用。( )
提示：1．√
2．× 能量在生态系统的食物链中是以化学能的形式流动的。
3．√
4．× 生态系统的能量来源主要为太阳能，也可源自某些无机物氧化分解释放的能量，如硝化细菌、铁硫细菌等化能自养型生物。
5．× 沼液和沼渣可以为农作物提供肥料，沼气池发酵产生的沼气又能成为人类的能源物质，实现了能量的多级利用，而能量不能循环利用。
能量流动过程
1．能量流动概念的理解
2．流入某一营养级的能量的来源和去路
(1)能量来源eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.生产者的能量主要来自太阳能,b.消费者的能量来自上一营养级, 同化的能量))
(2)能量去向：流入某一营养级(最高营养级除外)的能量去向可从以下两个角度分析：
①不定时(能量的最终去路)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.自身呼吸消耗,b.流入下一营养级,c.被分解者分解利用))
②定时某段时间,内的能量去路eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.自身呼吸消耗,b.流入下一营养级,c.被分解者分解利用,d.未被利用))
1．呼伦贝尔草原上的鹰捕食兔子，存在一条食物链：草→兔→鹰。草原上生产者主要是草，草原上几乎全部动物都是直接或间接由草养活，那么草的能量来自哪里？它的能量又是通过什么途径传递给其他动物的？
提示：草的能量来自太阳能。传递途径为食物链或食物网。
2．如图表示能量流经第二营养级示意图，请据图思考下列问题：
(1)摄入量(a)和粪便量(c)、初级消费者的同化量(b)之间具有怎样的等量关系？
提示：摄入量(a)＝粪便量(c)＋同化量(b)。
(2)初级消费者的粪便中的能量属于哪个营养级的能量？第三营养级的粪便中的能量呢？
提示：初级消费者的粪便中的能量属于第一营养级的能量，第三营养级的粪便中的能量属于第二营养级的能量。
(3)初级消费者同化的能量又有几个流向？
提示：三个：自身呼吸散失、被分解者利用和流向下一营养级。
1．(2021·山东省实验中学月考)下图为桑基鱼塘农业生态系统局部的能量流动图解，图中字母代表相应能量。下列叙述正确的是( )
A．流经该生态系统的总能量是桑树净光合作用储存的能量C
B．蚕用于自身生长、发育、繁殖的能量可表示为B1＋C1＋D1
C．桑树和蚕之间的能量传递效率可用D/C表示，一般小于20%
D．将蚕沙(粪便)投入鱼塘供给鱼食用，流入鱼体内的能量属于D1
B [流经该生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量A，C为桑树用于自身生长、发育和繁殖的能量，A项错误。蚕同化的能量一部分通过呼吸作用散失(A1)，另一部分用于自身生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)，B项正确。蚕同化的能量为D＝A1＋B1＋C1＋D1，桑树同化的能量为A，故桑树和蚕之间的能量传递效率可用D/A表示，相邻两个营养级的能量传递效率一般为10%～20%，C项错误。蚕沙(粪便)中的能量属于上一营养级(桑树)同化的能量，不属于D1中的能量，D项错误。]
2．(多选)如图为能量流动示意图。其中a1是流入第一营养级的总能量，相关说法错误的是( )
A．第一营养级传递给分解者的总能量是a4
B．a3不能再被生物同化利用
C．a1、a2、a3、a6中的能量都以稳定化学能的形式存在
D．第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率是(a6/a1)×100%
AC [第二营养级粪便中的能量a7也属于第一营养级传递给分解者的能量，A项错误；能量a3以热能的形式散失，不能再被生物同化利用，B项正确、C项错误；第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率是(a6/a1)×100%，D项正确。]
“拼图法”分析能量流动过程
输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存植物体的能量(B1)、流向分解者的能量(C1)、流向下一营养级的能量(D1)，如图所示：
能量流动的特点和实践意义
1．能量流动的特点及原因
2．生态金字塔的比较
3．研究能量流动的实践意义
(1)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，如农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式。
(2)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。在实际生活中，设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用，常采用以下措施：
①尽量缩短食物链，以减少能量消耗。
②充分利用分解者，如利用秸秆培养食用菌，利用牲畜的粪便生产沼气。
(3)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，如合理放养牲畜、农田捉虫、除草等。
1．用能量流动的原理，解释谚语“一山不容二虎”隐含的道理。
提示：根据生态系统中能量流动逐级递减的特点和规律可知，营养级越高，可利用的能量就越少，老虎在生态系统中几乎是最高营养级，通过食物链(网)流经老虎的能量已减到很小的程度。因此，老虎的数量将是很少的。故“一山不容二虎”。
2．如果你被困荒岛，要维持更长时间等待救援，要获得更多能量，究竟要采用以下哪种生存策略呢？
A．先吃鸡再吃玉米
B．先吃玉米，然后用一部分玉米喂鸡，吃鸡下的蛋，最后吃鸡
提示：应选A方案。应该先吃鸡，因为从营养级角度来讲，鸡是初级消费者，玉米是生产者，根据能量流动递减法则，如果让鸡吃玉米，玉米的能量最多有20%转换到鸡的体内，然后人再吃鸡或者鸡蛋的话，获得的能量相当于玉米的20%×20%，这种方案中，玉米是生产者，鸡是初级消费者，人是次级消费者，人所获得的能量是最少的，维持时间最短。所以，不如先把鸡吃掉，再吃玉米。
3．人们在研究能量流动时，将秸秆作为牲畜饲料，粪便进入沼气池，生产燃料。此过程提高能量的传递效率了吗？
提示：没有。以上过程提高了能量的利用率，即人类充分利用了流向分解者的能量，实现了对能量的多级利用，减少了环境污染，但没有提高能量在不同营养级之间的传递效率。
1．下图是某生态系统能量流动的示意图。下列叙述正确的是( )
A．发生X1过程的生物仅为绿色植物
B．分析图示可知，能量流动是单向的，且能量在流动过程中随食物链逐级递减
C．第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率可用X3/X2×100%表示
D．次级消费者粪便中的能量包含于X3中
B [分析题图可知，X1、X2、X3分别表示生产者光合作用固定的能量、第二营养级同化的能量、第三营养级同化的能量，Y1、Y2、Y3表示呼吸作用散失的能量，Z1、Z2、Z3表示流向分解者的能量。发生X1过程的生物主要是绿色植物，也可以是蓝细菌等微生物，A错误；分析题图可知，能量流动是单向的，且能量在流动过程中随食物链逐级递减，B正确；第一营养级和第二营养级之间的能量传递效率可用X2/X1×100%表示，C错误；次级消费者粪便中的能量属于上一营养级同化的能量，应该包含在X2中，D错误。]
2．用各营养级生物的能量、数量构建的金字塔分别称为能量金字塔、数量金字塔。在某一栎林中，第一营养级生物为栎树，第二营养级生物为昆虫，第三营养级生物为蛙、蜥蜴和鸟，第四营养级生物为蛇。该栎林数量金字塔的示意图是( )
A B C D
B [在数量金字塔中昆虫的数量远远大于栎树的数量，第三营养级生物的数量小于昆虫的数量，第四营养级生物的数量小于第三营养级生物的数量。]
3．设计人工生态系统的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如图就是一种“加环”示意图，据图判断下列有关叙述正确的是( )
A．用残渣来培育食用菌和蛆，提高了能量的传递效率
B．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可增加经济效益
C．用蛆的排泄物作为有机肥还田，使能量能够循环利用
D．离开人的管理，该生态系统仍可以正常运转
B [用残渣来培育食用菌和蛆，提高了能量利用率，但不能提高能量传递效率，A错误；用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可提高经济效益，B正确；生态系统的能量流动是单向的，不能循环利用，C错误；该生态系统中人起到了决定性的作用，离开人的管理，该生态系统不能正常运转，D错误。]
能量传递效率与能量利用效率的比较
(1)能量传递效率：能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减，若以“营养级”为单位，能量在相邻两个营养级之间的传递效率平均只有10%～20%。
(2)能量利用效率：流入最高营养级的能量占生产者所固定的能量的比值。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，因此食物链越短，能量利用效率越高。
某小型天然湖泊原有少量鱼类，后改造为人工鱼塘，投饵养殖。虾、贝等小型植食性动物能摄食饵料，肉食性鱼类只摄食虾、贝等小型动物。工作人员对养殖前后生态进行调查，发现池塘中物种数量减少，生物体内所含的总能量显著增加。
由材料分析知，天然湖泊改造为人工鱼塘，物种数量及生物体内所含总能量改变，由此形成科学思维的学科素养。
1．养殖前后流入该生态系统的总能量有什么差别才会导致养殖后生物体内所含的总能量显著增加？(科学思维)
提示：养殖前流入该生态系统的总能量是指生产者固定的能量，养殖后流入的总能量是指生产者固定的能量＋人工投放的饵料中有机物的能量。养殖后能量来源更多，导致养殖后生物体内所含的总能量显著增加。
2．从能量流动的角度分析肉食性鱼类与植食性动物的总生物量相比，谁更多？为什么？(科学思维)
提示：植食性动物的总生物量更多。原因是虾、贝等小型植食性动物能摄食饵料，肉食性鱼类只摄食虾、贝类，所处的营养级较高，而能量的传递是逐级递减的，因此，肉食性鱼类的总的生物量也较少。
[课堂小结]
1．右图所示为一般生态系统的结构模式图。下列叙述正确的是( )
A．消费者将有机物转化为无机物后又被生产者重新利用
B．能量主要以太阳能的形式在生态系统内部传递
C．农田生态系统中能量的输入量和输出量总是相等的
D．组分1、2、3可分别代表生产者、消费者和分解者
A [消费者能通过自身代谢，将有机物转化为无机物排出体外，这些无机物又可以被生产者重新利用，A项正确；流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，生态系统内部能量的传递形式是有机物中的化学能，B项错误；在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输入量大于输出量，C项错误；据图可知，生态系统的组分1、2、3可分别代表生产者、分解者和消费者，D项错误。]
2．下列关于能量流动的叙述，错误的是( )
A．各营养级同化的能量一般都会分为两部分流向分解者
B．各营养级呼吸作用散失的能量都不能被其他生物所同化
C．消费者粪便中的能量应属于上一营养级同化的能量
D．每种肉食性消费者同化的能量都来自不同营养级
D [各营养级获得的同化量中流向分解者的能量常常分为两部分，即一部分是形成的尸体、残骸等，另一部分是被下一营养级摄入后形成的粪便，A正确；各营养级呼吸作用释放的能量一部分用于满足自身生命活动，一部分以热能形式散失，其中散失的能量不能被其他生物所同化利用，B正确；消费者粪便中的能量由于没有被消费者同化，所以应属于上一营养级同化的能量，C正确；在特定的生态系统中，部分肉食性消费者同化的能量可能只来源于同一个营养级，D错误。]
3．某同学通过分析蛇的食性绘制了如图所示的食物关系。假定一条1 kg的蛇，4/5的食物来自鼠，1/5的食物来自蛙。按能量流动的最高效率计算，此蛇间接消耗的植物为( )
A．45 kg B．22.5 kg
C．90 kg D．20 kg
A [依题意知，此蛇间接消耗的植物为(4/5)÷20%÷20%＋(1/5)÷20%÷20%÷20%＝45 kg。]
4．(多选)如图是一个农业生态系统模式图，下列关于该系统的叙述中，正确的是( )
A．微生物能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使物质能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该系统的能量传递效率
ABC [该系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，A、B正确；在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，但物质是可以循环利用的，C正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率但不能改变传递效率，D错误。]
5．如图是某湖泊生态系统能量流动的定量分析图解。图中A、B、C代表三个营养级，数字均为实际测得的能量值，单位为百万千焦。已知该生态系统受到的太阳辐射为118 872 百万千焦，但其中118 761百万千焦的能量未被利用，请回答下列问题：
(1)请将该生态系统的总能量值填写在图中的方框内，这部分能量是________所固定的太阳能。
(2)能量从第一营养级到第二营养级的传递效率约为____%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为________%。
(3)由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因：①各营养级生物体内的大量能量被______________；②上个营养级的部分能量____________________________________________________________________
_________________________________________________________________；
③还有少量能量被________利用。
[解析] 流入生态系统的总能量＝所有生产者所固定的太阳能的总量；某一营养级的总能量＝呼吸作用释放的能量＋流入到下一营养级的能量＋流向分解者的能量＋未被任何生物利用(如燃烧)的能量；能量转化(传递)率＝上一营养级流到下一营养级的能量÷上一营养级的总能量×100%。另外，还要明白能量逐级递减的原因是每一营养级的生物都会因呼吸作用消耗相当大的一部分能量，还有未被利用的能量，并有一部分能量被分解者直接利用。
[答案] (1)111 生产者A
(2)13.5 20
(3)①呼吸作用消耗 ②未被下一个营养级利用 ③分解者
1．分析生态系统中的能量在生物群落中单向流动和逐级递减的特点。
2．举例说明利用能量流动规律人们能够更加科学地规划和有效地利用生态系统中资源的途径。
3．解释生态金字塔表征了食物网各营养级之间在个体数量、生物量和能量方面的关系。
1．生命观念——通过分析生态系统的能量流动的过程，建立生命系统的物质和能量观。
2．科学思维——运用模型和建模思维构建生态系统中能量流动过程模型图，分析能量流动过程，演绎与推理得出能量流动的特点。
3．社会责任——通过总结研究能量流动的实践意义，形成学以致用，关注生产生活的态度，解决实践问题。
类型
项目
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形状
特点
正金字塔形
一般为正金字塔形，有时会出现倒金字塔形
一般为正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般情况下，生物个体数量在食物链中随营养级升高而逐级递减
生物量(现存生物有机物的总量)沿食物链流动逐级递减
每一级含义
食物链中每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数量
每一营养级生物的总生物量
知 识 网 络 构 建
要 点 强 化 识 记
1．生态系统的能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。
2．生态系统的能量流动从生产者固定太阳能开始。
3．生态系统的能量在流动过程中具有单向流动和逐级递减的特点。能量在从一个营养级流入下一个营养级时，其传递效率平均只有10%～20%。
4．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们在设计人工生态系统时充分考虑能量的有效利用。
5．研究生态系统的能量流动，合理地优化生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对生产有益的部分，可以使农业生产获得更大的效益。