学年高中生物人教版必修3第 5 章 生态系统及其稳定性第2节 生态系统的能量流动.docx

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学年高中生物人教版必修3第5章生态系统及其稳定性第2节生态系统的能量流动

第2节　生态系统的能量流动

学习目标

知识概览（教师用书独具）

1.理解能量在生态系统中的流动过程。

（重、难点）

2．掌握能量流动的特点及意义。

（重点）

3．尝试调查农田生态系统中的能量流动情况。

[自主预习·探新知]

一、能量流动的过程

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把太阳能转化为化学能，固定在有机物中。

（2）能量去向

①在生产者的呼吸作用中以热能形式散失。

②随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来。

③被初级消费者摄食同化，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随尸体、排泄物流向分解者。

③被次级消费者摄食同化，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；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。

③被分解者分解利用。

二、能量流动的特点

1．特点

（1）单向流动：

沿食物链由低营养级流向高营养级，不可逆转，也不能循环流动。

（2）逐级递减：

①能量在沿食物链流动的过程中逐级减少，传递效率约为10%～20%。

②营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多，生态系统中的能量流动一般不超过4～5个营养级。

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，可以形成一个金字塔图形。

三、研究能量流动的意义

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。

[基础自测]

1．判断对错

（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。

（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、硫铁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。

2．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

D　[能量流动包括能量的输入、传递、转化和散失过程，A正确；分解者的作用就是将有机物分解成无机物，并从中获取生命活动所需的能量，B正确；生态系统维持正常功能需要不断地输入光能，C正确；生产者固定的能量除用于自身呼吸外，部分流向分解者，部分流向下一营养级，D错误。

]

3．如图是生态系统的能量流动图解，据图分析下列说法错误的是（　　）

【导学号：

62672213】

A．图中A、B、C、D方框的大小可表示该营养级生物同化的能量的多少

B．该图中的食物链为A→B→C→D

C．该图中的A固定的能量表示流经该生态系统的总能量

D．图中A固定的能量等于B、C、D的同化量之和

D　[图中A、B、C、D方框的大小可表示该营养级生物同化的能量的多少，A正确；图中A为生产者，B、C、D为消费者，食物链为A→B→C→D，B正确；生产者固定的太阳能是流经该生态系统的总能量，C正确；每个营养级（最高营养级除外）的能量的去路有3个：

流入下一营养级、被分解者分解利用和自身呼吸消耗，故A固定的能量大于B、C、D的同化量之和，D错误。

]

[合作探究·攻重难]

能量流动的过程

[思考交流]

1．能量流动是指能量的输入、传递、转化和散失的过程。

结合下图完成以下探究。

（1）输入第二营养级（如图示中的鹰）的能量是初级消费者（如图中的蛇）摄入的能量还是其同化的能量？

提示：

同化的能量。

（2）初级消费者摄入的生产者中含有的能量是否均流向初级消费者体内？

试解释原因。

提示：

否，因为初级消费者摄入生产者后并没有完全利用，还有一部分能量以粪便形式排出。

2．在一定时间内，某自然生态系统中全部生产者固定的能量值为a，全部消费者所获得的能量值为b，全部分解者所获得的能量值为c，试分析a、b、c三者之间的关系。

提示：

生产者固定的能量传递给了消费者和分解者的同时，还有一部分能量以热能的形式散失了，所以a>b＋c。

能量流动过程分析

（1）模式图（以第二营养级为例）。

（2）分析模式图。

①动物同化的能量＝摄入量－粪便中有机物的能量，即第二营养级粪便中的能量不属于第二营养级同化的能量，而是属于第一营养级同化的能量。

②每一营养级同化的能量分为两部分，一部分在自身的呼吸作用中以热能的形式散失了，另一部分则用于自身的生长、发育和繁殖等生命活动。

③用于自身生长、发育和繁殖等生命活动的能量主要包括未利用部分、流向分解者部分、流向下一营养级部分。

④未利用部分是指存在于某营养级活体中的能量，既未被自身呼吸消耗，也未传给下一营养级、未被分解者利用。

　某生态系统中有a、b、c、d四种生物，构成食物链a→b→c，d为分解者，如图是该生态系统中能量流入b时发生的一系列变化，下列说法错误的是（　　）

A．图中的甲表示b的同化量，乙表示b用于生长、发育和繁殖的能量

B．蘑菇可以参与丁过程

C．当生态系统处于相对稳定状态时，b的种群数量一般处于K/2

D．图中d的能量不全部来自b

[技巧点拨]　由题图可知：

①甲＝b摄入－粪便→判断甲为b的同化量；②乙＝c摄入＋遗体、残骸→判断乙为b用于生长、发育和繁殖的能量；③丙＝甲－乙→判断丙为呼吸消耗的能量。

[解析]　甲＝b的摄入量－粪便中的能量，故甲为b的同化量，乙＝b的同化量－呼吸作用散失的能量，故乙为b用于生长、发育和繁殖的能量，A正确；蘑菇是大型真菌，属于分解者，可以参与丁过程，B正确；当生态系统处于相对稳定状态时，某种群的数量应稳定在K值左右，C错误；图中d的能量不全部来自b，如b的粪便中的能量属于a固定的能量，D正确。

[答案]　C

（1）若c摄入的能量为A，则b、c之间的能量传递效率为A/甲×100%，对吗？

说明理由。

提示：

不对。

b、c两个营养级间的传递效率等于c的同化量与b的同化量的比值，而c的同化量未知，无法计算出两者间的能量传递效率。

（2）图示中呼吸作用产生的能量是否都以热能形式散失掉？

提示：

不是。

呼吸作用产生的能量有三个去向：

一是大部分以热能的形式散失；二是转化为ATP中的化学能；三是储存在尚未完全分解的有机物中。

[解题指导]　消费者能量的来源和去路

学生在解答这类试题时往往不能判别图中的代号是什么类型的能量，究其原因还是不清楚能量的传递路径，尤其是消费者能量的来源和去路，我们可以作如下总结：

其中粪便中的能量就包含在“未同化的”。

这样熟记上图后，再遇到相似的试题，就可直接套用。

[活学活用]

1．下图为某鱼塘中能量流动图解部分示意图，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⑤一定小于①

B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量

C．在食物链中各个营养级能量输入的方式和形式是完全相同的

D．第三营养级到第四营养级的能量传递效率为（③/②）×100%

D　[在人工鱼塘中，人们可通过投放饲料等措施来饲养更多的鱼类，所以⑤可能比①小，故A错误；粪便中的能量属于上个营养级，所以④应包含三级消费者粪便中的能量，故B错误；在食物链中各营养级能量输入的方式和形式不完全相同，故C错误；能量传递效率＝一个营养级的同化量/上一个营养级的同化量，所以第三营养级到第四营养级的能量传递效率为（③/②）×100%，D正确。

]

2．如图是一个处于平衡状态生态系统的能量流动图解，其中A、B、C、D分别代表不同营养级的生物类群，对此图理解正确的一项是（　　）

【导学号：

62672214】

A．流经该生态系统的总能量就是A通过光合作用积累的有机物中的能量

B．在此生态系统中，若一只狼捕食了一只野兔，则该野兔中约有10%～20%的能量流入这只狼体内

C．由于流经该生态系统的总能量是一定的，所以B获得的能量越多，留给C、D的能量就越少

D．B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和

D　[流经该生态系统的总能量是A通过光合作用固定的太阳能；能量的传递效率是指某一营养级的同化量与上一营养级的同化量之比，与个体间的捕食获得的能量没有直接关系，若一只狼捕食了一只野兔，则该野兔中的绝大部分的能量传递给了狼；B获得的能量越多，留给C、D的能量也越多；B同化的能量要大于B、C、D呼吸消耗的能量之和，因为还有一部分能量流向了分解者，所以D选项正确。

]

能量流动的特点及意义

[思考交流]

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．如果是你被困荒岛，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）能量流动特点及原因分析

①单向流动的原因

a．食物链各营养级的顺序是不可逆转的，这是长期自然选择的结果，如肉食性动物以植食性动物为食，而不能反过来。

b．各营养级通过呼吸作用以热能形式散失的能量是无法再被利用的，因此，能量也不能循环流动，必须由太阳能不断予以补充。

②逐级递减的原因

a．各营养级的生物都会因呼吸作用而消耗掉相当大的一部分能量。

b．各营养级的生物中总有一部分能量未被下一个营养级利用。

c．还有少部分能量随着残枝败叶或遗体流入分解者。

（2）三种生态金字塔的比较

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

[活学活用]

1．如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（　　）

【导学号：

62672215】

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1357J·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

B　[题图中最长食物链为浮游植物→浮游动物→幽蚊幼虫→太阳鱼→鲈鱼，故最高营养级为第五营养级，A错误；该食物网中第一营养级同化的能量为31920J·m－2·a－1，第二营养级同化的能量为3780＋4200＝7980（J·m－2·a－1），则第一营养级到第二营养级的能量传递效率为7980÷31920×100%＝25%，B正确；太阳鱼同化的能量为1483J·m－2·a－1，除了流向下一营养级和自身呼吸作用消耗，还有一部分被分解者分解掉，故太阳鱼呼吸作用消耗的能量小于（1483－126）J·m－2·a－1，即小于1357J·m－2·a－1，C错误；该食物网中的生物并没有分解者，不能构成群落，因而不能与无机环境构成一个生态系统，D错误。

]

2．下列四种现象中，不适宜用生态系统中能量流动规律进行合理分析的是（　　）

A．虎等大型肉食动物容易成为濒危物种

B．蓝藻易在富营养化水体中爆发

C．饲养牛、羊等动物，成本低、产量高

D．巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食

B　[A项，虎属于最高营养级，获取能量少，容易成为濒危物种；B项，在富营养化的水体中，N、P含量高，蓝藻会进行爆发式繁殖，但是没有体现出食物链，所以不适宜用能量流动规律来分析；C项，牛、羊属于初级消费者，直接从生产者获取食物，获得的能量多，因此成本低；D项，能体现出食物链，能用能量流动规律来解释。

]

（1）如何利用食物链解释“巨大的蓝鲸以微小的浮游动物为食”符合能量流动的规律？

提示：

食物链越短，消耗的能量越少，蓝鲸获得的能量越多。

（2）“虎等大型肉食动物容易成为濒危物种”和“饲养牛、羊等动物，成本低、产量高”体现了能量流动的哪个特点？

提示：

逐级递减。

[当堂达标·固双基]

1．在生态系统的能量流动中，能量形式的转变顺序是（　　）

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

A　[在生态系统中，绿色植物通过光合作用把光能转化为有机物中的化学能，生物群落中的化学能最终以热能的形式散失。

]

2．根据生态系统能量流动过程分析，下列说法正确的是（　　）

A．初级消费者粪便中的能量属于第二营养级的同化量

B．某一营养级的同化量并不等于该营养级用于生长、发育和繁殖的能量

C．初级消费者同化的能量全部经自身呼吸作用以热能的形式散失

D．每个营养级同化的能量都有一部分要流向下一营养级

B　[初级消费者粪便中的能量属于上一营养级的同化量，即生产者（第一营养级）的同化量，A错误；某一营养级同化的能量一部分经自身呼吸作用以热能的形式散失，一部分用于自身生长、发育和繁殖，B正确、C错误；最高营养级同化的能量不会流向下一营养级，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1kg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．45kgB．22.5kgC．90kgD．20kg

A　[依题意知此蛇间接消耗的植物为（4/5）÷20%÷20%＋（1/5）÷20%÷20%÷20%＝45kg。

]

4.右图是一个农业生态系统模式图，下列关于该系统的叙述中，错误的是（　　）

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，使能量能够循环利用

D．多途径利用农作物可提高该系统的能量利用效率

C　[在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。

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，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用率，选项D正确。

]

5．下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118872百万千焦，但其中118761百万千焦的能量未被利用，请回答：

【导学号：

62672217】

（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为________%，从第二营养级到第三营养级的传递效率为________%。

（3）次级消费者通过异化作用消耗的能量占其同化作用所得到的能量的百分比是________。

（4）由图可知，下个营养级不能得到上个营养级的全部能量，原因有：

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（利用）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）60%

（4）呼吸作用消耗　未被下一个营养级利用　分解者

（备选习题）

下图为某草原生态系统流经第二营养级的能量示意图，其中a表示该营养级食物的摄入量，f表示流向下一营养级的能量。

以下分析正确的是（　　）

【导学号：

62672216】

A．图中b表示用于生长、发育和繁殖的能量

B．c表示生物体内储存的有机物

C．d中能量均未被该营养级生物同化

D．为提高羊肉的产量，应该提高图中c/a的比值

D　[b表示该营养级同化的能量；c表示用于生长、发育和繁殖的能量，储存在生物体的有机物中，A、B错误；d表示分解者利用的能量，有一部分能量未被该营养级生物同化，C错误；图中a表示该营养级摄入的能量，c表示用于生长、发育和繁殖的能量，所以c/a的值越高，羊肉的产量越高，D正确。

]

[核心语句归纳]

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．生态系统中能量流动是单向的、逐级递减的。

4．能量在相邻两个营养级间的传递效率大约为10%～20%。

5．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。

6．研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地调整能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。