版高中生物第四章生态系统的稳态第二节生态系统稳态的维持第1课时学案苏教版必修3.docx

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版高中生物第四章生态系统的稳态第二节生态系统稳态的维持第1课时学案苏教版必修3

第1课时　生态系统中的能量流动

[学习目标]　1.概述能量流动的概念，描述能量在生态系统中的流动过程。

2.分析总结能量流动的特点。

3.结合生态农业实例，阐明研究能量流动的意义。

方式一　请大家做一个快乐竞猜游戏。

假设你像鲁滨逊那样流落在不毛的荒岛上，只有15kg玉米和一只母鸡可以食用，那么使自己活的最长的办法是：

1．先吃鸡，然后吃玉米。

2．先吃玉米，同时用部分玉米喂鸡，吃鸡生产的蛋，最后再吃鸡。

学生：

每组学生各选一名代表，做出选择。

（绝大部分学生选择的是2）

教师：

真理往往掌握在少数人手里。

我们共同来看看鲁滨逊的选择是——先吃鸡，然后吃玉米。

但母鸡提出抗议。

教师：

对于母鸡的抗议，我们是可以理解的。

我们必须给

母鸡一个合理的解释，消除母鸡的不满情绪，这就得用到我们这节课的内容“生态系统中的能量流动”。

方式二

播放影片：

非洲草原上鹰捕食兔子的过程。

提问：

刚才这部短片的主角是谁？

（过渡）对了，兔子、鹰，不要忘了还有小草，在非洲大草原上主要的生产者就是小草，草原上几乎所有的动物都是由小草养活的，没有小草，也就不会有兔子和鹰了。

现在小草有问题要问了：

1．我们的能量来自哪里？

2．照射在草地上的太阳能都被我们吸收了吗？

3．我们吸收了太阳能后，这些能量有哪些去向？

总结：

导入生态系统中的能量流动。

一、能量流动的概念和过程

1．能量流动的概念：

是指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把太阳能转化为化学能，固定在光合作用制造的有机物中。

（2）能量去向：

①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。

②随着植物体的衰老死亡以枯枝落叶的形式被分解者分解而散失。

③被初级消费者取食同化，流入第二营养级。

3．能量流经第二营养级的过程

（1）输入：

通过取食生产者获得。

（2）能量去向：

①通过呼吸作用以热能形式散失。

②随遗体、排泄物流向分解者。

③被次级消费者取食同化，流入下一营养级。

4．能量在某个生态系统中流动过程图解

知识整合

1．能量流入某营养级的定时定量的分析

（1）流入某一营养级的能量在一定时间内的去路有4条，它们分别是：

a.自身呼吸消耗；b.流入下一个营养级；c.被分解者利用；d.未被自身呼吸消耗，也未被下一个营养级和分解者利用，即“未利用”，如果以年为单位研究，这部分能量将保留到下一年。

（2）流经某营养级的能量绝大部分是以热能形式散失。

这部分能量不能进入这个生态系统被利用，这是因为能量散失及被利用后不能被再次利用。

2．摄入量与同化量的比较

（1）本营养级的摄入量不等于同化量，因为摄入量并不完全被同化，如有一部分不能被利用，以粪便的形式排出。

（2）本营养级产生的粪便量不属于该营养级的同化量，应属于上一营养级的同化量。

例1

　下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是（　　）

A．甲是生产者，乙是消费者

B．该生态系统是一个开放的系统

C．太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，可以热能形式输出

D．甲、乙和分解者所储存的能量之和是输入该生态系统的总能量

答案　D

解析　由图可知，甲能够固定太阳能，则甲为生产者，乙从甲获取能量，则乙为消费者。

太阳光能通过光合作用固定并进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，因此生态系统需要不断从外界获得能量的同时又不断将能量扩散到外界。

输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量。

例2

　下图为生态系统中能量流动的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值。

下列各项中正确的是（　　）

A．在人工饲养的高密度鱼塘中⑤肯定大于①

B．④中包含了次级消费者粪便中的能量

C．在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同

D．②>③＋④

答案　D

归纳总结

　生态系统的能量流动

能量的输入

生产者的同化量

能量的输出

各生物成分的呼吸量

生态系统所需能量的根本来源

几乎都是来自太阳能

流经某生态系统的总能量

生产者所固定的太阳能总量（生产者的同化量）

消费者的同化量

摄入量－粪便量

同化量的去路（某营养级能量的去路）

呼吸消耗量＋用于生长、发育和繁殖的能量＝呼吸消耗量＋流入下一营养级的能量＋被分解者利用的能量

二、能量流动的特点和意义

1．能量流动的特点

2．能量金字塔：

将单位时间内各个营养级所得到的能量数值，由低到高绘制成图，可形成一个金字塔图形。

3．能量传递效率

（1）计算公式

能量传递效率＝

×100%。

（2）一般生态系统中能量传递效率大约为10%～20%。

4．研究能量流动的实践意义

（1）帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

（2）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。

知识整合

　能量流动特点的原因分析

（1）单向流动

①捕食关系不能逆转且散失的热能不能再利用；

②各营养级的能量总是趋向于以呼吸作用产生热能而散失掉。

由于热能不能被绿色植物作为光合作用的能源，所以整个生态系统必须有太阳能不断予以补充。

（2）逐级递减

①各营养级的生物都会因为呼吸作用散失相当大的一部分能量；

②各营养级总有一部分能量未被下一营养级的生物利用；

③还有少部分能量流向分解者。

例3

　下图为生态系统中能量流动图解部分示意图，①②③④各代表一定的能量值，下列叙述中错误的是（　　）

A．生态系统中能量流动具有单向性主要是因为食物链中生物之间吃与被吃的关系不可逆转

B．一般情况下，能量在相邻的两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%

C．①表示流经此生态系统的总能量

D．从能量关系看②＞③＋④

答案　C

解析　食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，不可逆转，因此生态系统中能量流动具有单向性；一般情况下，能量在相邻两个营养级之间的传递效率大约是10%～20%；流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，即流入生产者的总能量；一个营养级的能量都可以包括三部分：

流向下一营养级、流向分解者、自身呼吸作用所消耗。

例4

　如果一个人的食物有

来自绿色植物，

来自小型肉食动物，

来自羊肉，那么该人每增加1千克体重，至少消耗植物（　　）

A．10千克B．40千克

C．100千克D．280千克

答案　B

解析　由题意可知，人的能量来源于三条食物链，分别是：

①植物→人，②植物→羊→人，③植物→植食性动物→肉食性动物→人。

设通过①②③三条食物链消耗的植物分别为a、b、c，则a×20%＝1×

，b×20%×20%＝1×

，c×20%×20%×20%＝1×

，求出a＝

，b＝

，c＝

，进而求出a＋b＋c＝40。

方法链接

1．生态系统的能量流动是指（　　）

①能量输入　②能量传递　③能量储存　④能量转化　⑤能量散失

A．①②③④B．①②④

C．①②④⑤D．①②③⑤

答案　C

解析　生态系统的能量流动是指生态系统中的能量输入、传递、转化和散失的过程。

2．在由草、兔、狐组成的一条食物链中，兔经同化作用所获得的能量，其去向不应该包括（　　）

A．通过兔的呼吸作用释放的能量

B．通过兔的粪便流入到分解者体内的能量

C．通过狐的粪便流入到分解者体内的能量

D．流入到狐体内的能量

答案　B

解析　兔经同化作用所获得的能量，有2条去路：

一是通过呼吸作用以热能的形式释放；二是用于兔自身的生长、发育和繁殖，然后被下一个营养级即狐摄入和被分解者分解利用，但应注意的是狐摄入后，未被消化的以粪便形式排出的部分，是属于兔的能量，而不是狐的能量。

兔的粪便中的能量应属于生产者的能量。

3．下图为生态系统能量流动的部分图解，①代表一定的能量值。

下列相关叙述中，正确的是（　　）

A．生态系统的能量流动是循环进行的

B．能量在沿食物链流动时逐级递减

C．次级消费者属于第二营养级

D．图中①代表呼吸作用所消耗的能量

答案　B

解析　生态系统中的能量是单向流动、逐级递减的；次级消费者属于第三营养级；图中①代表生产者流向分解者的能量。

4．若使农业生态系统朝着对人类最有益的方向发展，下列做法中不正确的是（　　）

A．由人类决定种养生物的种类

B．由人类进行播种、施肥

C．经常进行锄草、松土、治虫等田间管理

D．延长食物链、提高能量传递效率

答案　D

解析　延长食物链，不能提高能量传递效率，会增加能量的流失。

5．根据某生态系统的相关图示，分析回答有关问题：

（1）图1食物网中共有________条食物链，猫头鹰占有________个营养级。

如果猫头鹰的体重每增加1kg，则至少需要草________kg，至多需要草________kg。

（2）图1食物网中，种间关系为捕食和竞争的是__________________、________________（至少写出两组）。

（3）根据图2能量流动的图示可知，初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图中的箭头______；三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用应属于图示中的箭头__________（用图中的①～⑬来表示）。

（4）从不同营养级间能量传递的多少来看，图2中②③④的特点是____________________。

答案　

（1）8　4　25　100000　

（2）蛇、猫头鹰　蜘蛛、蟾蜍（或蜘蛛、食虫鸟）　（3）⑤　⑨　（4）单向流动、逐级递减

解析　如题图1所示，从左向右数，在此食物网中共有8条食物链，根据猫头鹰占据的位置，可以得出猫头鹰占有4个营养级。

猫头鹰的体重每增加1kg，至多需要多少草应该考虑能量传递效率为10%和食物链最长，至少需要多少草应该考虑能量传递效率为20%和食物链最短。

每一个营养级的能量都有三个去向，即呼吸作用消耗、被下一营养级同化和被分解者利用，由图2可知，E为分解者，那么初级消费者自身生命活动所消耗的能量是图2中的箭头⑤，同理可知，三级消费者排出的粪便中仍含有部分能量，这一部分能量被分解者所利用，应属于图2中的箭头⑨。

从不同营养级间能量传递的多少来看，图2中②③④的特点是单向流动、逐级递减。

[对点训练]

题组一　能量流动的概念和过程

1．在生态系统的能量流动过程中，能量形式转变的顺序是（　　）

A．光能→化学能→热能

B．热能→光能→化学能

C．化学能→光能→热能

D．光能→热能→化学能

答案　A

解析　生态系统中的能量流动应从生产者固定太阳能开始。

生产者将光能转化为有机物中的化学能，然后依次再被各级消费者利用，最终以热能的形式散失于无机环境中。

2．（2018·陕西榆林一中高二月考）在一个生态系统中，某食草动物同化的能量等于（　　）

A．生产者固定的太阳能总量

B．生产者固定的太阳能总量减去生产者的呼吸量

C．被食草动物摄取的植物中所含的能量减去粪便中所含的能量

D．用于食草动物的生长、发育和繁殖等生命活动所需的能量

答案　C

解析　食草动物以草为食物，经消化吸收，真正进入体内的能量是食物中的能量减去粪便中包含的能量，即其同化的能量。

3．自然生态系统食物链的营养级中，能量从一级传向另一级的最终去向是（　　）

A．散失在环境中

B．导致分解者数量增加

C．进入另一条食物链

D．重新循环回到生产者

答案　A

解析　生态系统的能量流动过程中，能量沿着食物链单向传递，能量从上一营养级流向下一营养级后，最终通过呼吸作用以热能的形式散失在环境中，A正确。

题组二　能量流动的特点

4．下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是初级消费者

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　能量金字塔中Ⅰ表示生产者，为第一营养级，Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ表示消费者，分别代表第二、三、四营养级；该生态系统的全部能量为Ⅰ所固定的全部太阳能，用E1表示，E2表示各营养级由于呼吸作用产生的热能；能量在食物链中只能单向流动，并且随营养级的升高逐级递减。

5．下图食物网中的猫头鹰每增加20kJ的能量，至少需要消耗的植物所含的能量为（　　）

A．200kJB．250kJ

C．500kJD．1000kJ

答案　C

解析　至少消耗多少能量按照最高传递效率计算。

6．（2018·柳州六校高二联考）如图表示某草原生态系统中的能量流动图解，①～④表示相关过程的能量流动量。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．①是流入该生态系统的总能量

B．③和④分别属于草和兔同化量的一部分

C．图中②/①的值可代表兔到狐的能量传递效率

D．分解者获得的能量最少

答案　B

解析　流入该生态系统的总能量是生产者（草）固定的总能量；①为兔的摄入量，包括兔的同化量和粪便量，②为狐的摄入量，能量传递效率指的是相邻营养级中高营养级与低营养级同化量的比值，因此②/①的值不能代表兔到狐的能量传递效率；所有动植物的遗体最终都被分解者分解，因此，分解者获得的能量不一定最少；③为兔的粪便中的能量，属于草的同化量，④为兔的遗体、残骸等中的能量，属于兔的同化量。

7．某同学绘制了如图所示的能量流动图解，下列叙述正确的是（　　）

A．生产者固定的总能量可表示为（A1＋B1＋C1＋A2＋B2＋C2＋D2）

B．由生产者到初级消费者的能量传递效率为D2/W1

C．初级消费者摄入的能量为（A2＋B2＋C2）

D．W1＝D1＋D2

答案　A

解析　由图可知，W1为生产者固定的太阳能，D1为初级消费者同化的能量，则W1＝A1＋B1＋C1＋D1，D1＝A2＋B2＋C2＋D2；生产者固定的太阳能为W1，初级消费者固定的能量为D1，由生产者到初级消费者的能量传递效率为D1/W1；初级消费者摄入的能量＝固定量＋粪便量，其值大于D1，故大于A2＋B2＋C2；由于能量传递效率约为10%～20%，所以W1>D1＋D2。

8．（2017·芜湖高二联考）科学家对生活在某生态系统的一个蜘蛛种群的能量进行定量分析，得出了能量流经这种肉食动物的有关数据如图所示（能量以种群的质量表示），下列叙述正确的是（　　）

①被蜘蛛吃下未被蜘蛛同化的能量属于上一营养级同化量中的一部分

②在食物链中，蜘蛛至少位于第三营养级

③图中X代表用于蜘蛛生长、发育和繁殖的能量

④根据图中的数据不能算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率

A．①②③④B．①②④

C．②③D．③④

答案　A

解析　被蜘蛛吃下而未被同化的能量不属于蜘蛛同化的能量，仍属于上一营养级同化量的一部分，①正确；在食物链中，生产者是第一营养级，植食动物是第二营养级，蜘蛛至少是第三营养级，所以蜘蛛至少位于第三营养级，②正确；蜘蛛同化的能量一部分通过呼吸代谢以热能形式散失，另一部分用于生长、发育和繁殖，③正确；能量传递效率指该营养级生物所同化的能量占上一营养级生物所同化能量的比值，由于不知道猎物同化的能量，所以不能计算出猎物种群和蜘蛛间的能量传递效率，④正确。

题组三　能量流动的意义

9．稻田里，农民要拔掉稗草；鱼塘中，人们不断清除肉食性的“黑鱼”，用生态学的观点看，这是为了（　　）

A．保持生态平衡

B．保持生物群落的单一性

C．调整生态系统能量流动方向

D．使物质能够尽快地循环流动

答案　C

解析　稻田中水稻与稗草构成竞争关系，它们共同争夺同一环境中的阳光、CO2、生存空间。

除去稗草，可使水稻拥有更丰富的生活条件，提高水稻的光合作用强度，为人类提供更多稻谷。

鱼塘中清除更高营养级的肉食性“黑鱼”，可以减少能量在传递过程中的损耗。

10．根据生态系统的结构和功能，下列叙述错误的是（　　）

A．“桑基鱼塘”生态系统与普通水稻田生态系统相比实现了能量的多级利用

B．人工鱼塘生态系统中消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能

C．水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链长的鱼类为养殖对象

D．营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少

答案　C

解析　“桑基鱼塘”生态系统实现了能量的多级利用；人工鱼塘生态系统中由于投放饵料，消费者同化的能量往往大于生产者所固定的太阳能；水产养殖业，为充分利用生产者所固定的能量，应以食物链短的鱼类为养殖对象；根据生物富集作用和能量逐级递减规律，营养级越高的生物种群体内积累的有毒物质越多，所获得的能量越少。

[综合强化]

11．（2016·全国丙，5）我国谚语中的“螳螂捕蝉，黄雀在后”体现了食物链的原理。

若鹰迁入了蝉、螳螂和黄雀所在的树林中，捕食黄雀并栖息于林中。

下列叙述正确的是（　　）

A.鹰的迁入增加了该树林中蝉及其天敌的数量

B．该生态系统中细菌产生的能量可流向生产者

C．鹰的迁入增加了该生态系统能量消耗的环节

D．鹰的迁入增加了该生态系统能量流动的方向

答案　C

解析　鹰迁入后，形成了食物链“植物→蝉→螳螂→黄雀→鹰”，据此可知，鹰的迁入会使该树林中黄雀的数量减少，这导致蝉的天敌（螳螂）的数量增加，进而导致蝉的数量减少，A项错误；能量流动是沿着食物链进行的，细菌是分解者，不参与食物链的构成，即细菌的能量不能流向生产者，B项错误；能量流动是沿着食物链进行的，鹰的迁入没有增加该生态系统能量流动的方向，D项错误。

12．（2015·海南，25）关于草原生态系统能量流动的叙述，错误的是（　　）

A．能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失的过程

B．分解者所需的能量可来自各营养级生物所储存的能量

C．生态系统维持正常功能需要不断得到来自系统外的能量

D．生产者固定的能量除用于自身呼吸外，其余均流入下一营养级

答案　D

解析　生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动，A正确；分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物，动物和植物构成食物链和食物网，所以分解者所需的能量来自各营养级生物储存的能量，B正确；地球上几乎所有的生态系统所需的能量都来源于太阳，通过生产者的固定使能量流入生态系统，经过食物链、食物网能量逐渐散失，不能重复利用，所以需要不断得到来自系统外的能量，C正确；生产者固定的能量，去向有自身的呼吸消耗、流入下一营养级和残枝败叶流向分解者，D错误。

13．（2015·福建，4）下图为某人工鱼塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m－2·a－1）下列叙述正确的是（　　）

A．该食物网中最高营养级为第六营养级

B．该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%

C．太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357（J·m－2·a－1）

D．该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统

答案　B

解析　该食物网中最长食物链的最高营养级为第五营养级，A错误；能量传递效率为某一营养级同化量与上一营养级同化量之比，即（3780＋4200）/31920×100%＝25%，B正确；太阳鱼同化量（1483）一部分在呼吸作用中以热能形式散失，另一部分用于自身生长、发育和繁殖，储存在太阳鱼的有机物中。

太阳鱼有机物中的能量一部分流向分解者，另一部分则被鲈鱼摄入，故太阳鱼呼吸作用消耗的能量应小于1483－126＝1357（J·m－2·a－1），C错误；该食物网中的生物缺少分解者，与无机环境不能构成生态系统，D错误。

14．下图是某生态系统能量流动过程图解，请据图回答下列问题：

（1）流经该生态系统的总能量是________。

（2）图中________（填字母）为分解者，理由是___________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）图中哪个箭头是不应存在的？

________。

（4）⑫的能量最多时只有④的能量的几分之几？

________。

（5）B属于__________动物，它的粪便中的能量会被____________利用，用过程________（填序号）表示。

答案　

（1）①　

（2）E　从生产者到各级消费者都有能量流入E　（3）⑦　（4）1/25　（5）植食性　E（分解者）　⑥

解析　生产者（图中A）固定的太阳能即图中的①才是流经该生态系统的总能量，图中B、C、D是初级、次级、三级消费者，A、B、C、D都有能量流入E，则E为分解者，但E能量不会倒流入A、B、C、D，故图中⑦不存在。

⑫的能量最多有⑨的1/5，⑨最多有④的1/5，故⑫最多有④的1/25。

B是以生产者植物为食，所以是植食性动物，它的粪便中的能量会被分解者利用，应用图中的⑥表示。

15．下图是对某湖泊的能量调查结果[单位：

千焦/（厘米2·年）]，请据图回答下列问题：

（1）流经该生态系统的总能量是指_________________________，有________千焦/（厘米2·年）。

（2）能量从第一营养级到第二营养级的传递效率为________%，这说明了能量流动的特点是______________，也就是说食物链越长，________________越多。

（3）D（热能）是通过________________产生的能量。

（4）能量流动具有单向、不循环的特点，主要原因是由于生物不能在代谢中利用____________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）生产者固定的太阳能总量　0.46

（2）13.5　逐级递减　能量流失　（3）呼吸作用　

（4）呼吸放出的热能

解析　解答本题容易出现的问题是：

①识图不准，分辨能力差，把487.28当成流经该生态系统的总能量；②能量传递效率应该通过计算回答，不能填写10%～20%；③热能是通过各营养级生物的呼吸作用释放出来的，这部分能量是不能再利用的，只能散失。

“呼吸作用”此时不能用“分解作用”或“代谢作用”来代替。

16．下图是一个人工生态系统的模式图，请据图回答下列问题：

（1）该生态系统中，起决定作用的是________。

（2）通过农村实验证明，该生态系统较为理想，调整了能量流动关系，提高了经济效益，其原因是充分利用了________________中的能量。

（3）从开始到一段时间之后，沼气池中微生物的代谢类型变化是_________________________。

（4）若全部用粮食喂猪，人体从猪肉中获得100kJ能量，至少消耗约含________kJ能量的粮食。

答案　

（1）人　

（2）各营养级（粪便等废弃物）（3）需氧型→兼性厌氧型→厌氧型　（4）2500

解析　

（1）在该生态系统中，起决定作用的是人，人是该生态系统中最关键的因素。

（2）通过调整能量流动的关系，实现能量的多级利用，充分利用了各营养级中的能量。

（3）沼气池中最初是有氧气存在的，随着氧气的消耗，最终只有厌氧型菌能生存。

（4）已知高营养级，求低营养级最少消耗，则能量的传递效率应按最高20%计算，在食物链：

农作物→猪→人中人为第三营养级，而农作物为第一营养级，则有：

农作物含的能量×20%×20%＝100kJ，可求得农作物含的能量为2500kJ。